Gamma č. 042 (Výpravy do mikrosvěta (VI.))

Počet neutronů tedy rozhoduje nikoliv o chemických vlastnostech izotopu, ale o stabilitě jeho jádra. Některé izotopy jsou přirozeně nestabilní; takové atomy se po nějaké době samy rozpadají. Jejich rozpad se řídí statistickým zákonem, podle něhož doba, za kterou se rozpadne polovina zbývajících atomů, je vždy stejná; říká se jí poločas rozpadu. A protože při rozpadu dochází k vyzařování mikročástic a paprsků (ano, právě paprsků gamma - už se k tomu blížíme) a jelikož vyzařovat se latinsky řekne radiare, označujeme takové izotopy jako radioaktivní.


Jedním z nejznámějších příkladů takového nestabilního čili radioaktivního izotopu je uhlík s poločasem rozpadu 5570 let. Rostliny tento izotop přijímají během fotosyntézy ve formě vzdušného CO2, takže si během svého života udržují jeho stálou koncentraci. Jakmile rostlina zahyne a zastaví fotosyntézu, příjem ustane a v důsledku rozpadu koncentrace tohoto izotopu v těle rostliny začne klesat podle zpomalující se exponenciální křivky. Když pak archeologové změří obsah v kusu nalezeného dřeva, mohou zpětně spočítat, jak dlouho trvalo, než koncentrace klesla na tuto úroveň z hladiny odpovídající rovnovážnému stavu v živém stromu, ze kterého byl kdysi trám vyroben. Statistická závislost rozpadu je ovšem přibližná a radioizotopoví analytici musí proto při vyhodnocování konečných údajů brát v úvahu nevyhnutelný rozptyl, aby nedocházelo k výsledkům typu ?dřevěný penál Járy Cimrmana byl do truhly ukryt 24. října 1906 v 11:45, plus minus tři roky?.


Radioaktivní rozpad má dva možné scénáře: v jednodušším případě se jádro atomu jen zmenší poté, co z něj odletí jeden či více neutronů (pak dochází jen ke změně izotopu, protože protonové číslo a tedy druh chemického prvku se nemění) nebo z jádra vylétají i protony (pak se mění i druh chemického prvku). Jindy dochází k rozštěpení velkého jádra na dvě menší části; z jednoho těžkého prvku tak vzniknou dva lehčí. V každém případě přitom ještě odletují z rozpadlého jádra další částice, zejména fotony.


Radioaktivních izotopů je celá řada; v důsledku toho žijeme v prostředí přirozené radioaktivity. Zhruba se dá říct, že stabilita atomového jádra klesá s jeho velikostí. Jak roste průměr jádra, ani zvyšující se množství neutronů (nejen absolutně, ale i procentuálně) nedokáže zabránit sílící tendenci k samovolnému rozpadu. Příčina je názorná: protony v jádře se odpuzují každý s každým, jelikož elektrická síla působí v celém prostoru jádra, i když slábne s druhou mocninou vzdálenosti. Silná jaderná síla, kterou se přitahují všechny nukleony navzájem (protony i neutrony) a která jediná drží jádro pohromadě, má však tak krátký dosah, že u větších atomů nepůsobí z jednoho konce jádra na druhý, takže nejvzdálenější nukleony v jádře se už vůbec nepřitahují. Neutronový ?cement? tak ztrácí na účinnosti, atomy se začínají rozpadat a co z toho všeho vzejde, si povíme některém z následujících vydání - protože v příštím čísle Mikrosvěta nás čeká důležitá vsuvka: přehled elektromagnetického záření, jedné ze čtyř základních sil, která nás v nejrůznějších formách provází po celý život a bez níž bychom nemohli existovat.

(pokračování příště)