放射性崩壊はなぜ起こるのですか？

原子核の放射性崩壊の理由

ビクター・デ・シュヴァンベルク/科学写真ライブラリ/ゲッティイメージズ

放射性崩壊とは、不安定な物質が自然に崩壊するプロセスです。 原子核 より小さく、より安定したフラグメントに分割されます。崩壊する原子核と崩壊しない原子核がある理由を考えたことはありますか?

基本的には熱力学の問題です。すべての原子は可能な限り安定しようとします。放射性崩壊の場合、その数に不均衡があると不安定になります。 陽子 と 中性子 原子核で。基本的に、すべての核子を一緒に保持するには、核内にエネルギーが多すぎます。の状態 電子 原子の崩壊は、安定性を見つける独自の方法を持っていますが、崩壊には関係ありません。原子核が不安定な場合、最終的にはバラバラになり、原子核を不安定にしている粒子の少なくとも一部が失われます。元の核は親と呼ばれ、結果の核または核は娘または娘と呼ばれます。娘たちはまだかもしれない 放射性になる 、最終的にはより多くの部分に分割されるか、安定している可能性があります。

3種類の放射性崩壊

放射性崩壊には 3 つの形式があります。原子核が受ける崩壊は、内部不安定性の性質によって異なります。一部の同位体は、複数の経路を介して崩壊する可能性があります。

アルファ崩壊

アルファ崩壊では、原子核がアルファ粒子を放出します。アルファ粒子は基本的にヘリウム原子核 (2 つの陽子と 2 つの中性子) であり、親の原子番号が 2 減少し、質量数が 4 減少します。

ベータ崩壊

ベータ崩壊では、ベータ粒子と呼ばれる電子の流れが親から放出され、原子核の中の中性子が陽子に変換されます。新しい原子核の質量数は同じですが、原子番号が 1 つ増えます。

ガンマ崩壊

ガンマ崩壊では、原子核が過剰なエネルギーを高エネルギー光子 (電磁放射) の形で放出します。原子番号と質量数は同じままですが、生成される原子核はより安定したエネルギー状態になります。

放射性対安定

あ 放射性同位元素 放射性崩壊を受けるものです。 「安定」という用語は、実用的な目的で長期間にわたってバラバラにならない要素に適用されるため、よりあいまいです。これは、安定同位体には、プロチウム (1 つの陽子で構成されているため、失うものは何もない) のように決して壊れないものと、テルル -128 のような放射性同位体が含まれることを意味します。 半減期 7.7×10の²⁴年。半減期が短い放射性同位体は、不安定放射性同位体と呼ばれます。

一部の安定同位体には、陽子よりも多くの中性子があります

安定した構成の原子核には、中性子と同じ数の陽子があると仮定するかもしれません。多くの軽い要素では、これは真実です。たとえば、炭素は通常、同位体と呼ばれる陽子と中性子の 3 つの配置で見つかります。陽子の数は元素を決定するため変化しませんが、中性子の数は変化します。炭素 12 には 6 つの陽子と 6 つの中性子があり、安定しています。炭素 13 にも 6 つの陽子がありますが、7 つの中性子があります。炭素 13 も安定しています。しかし、6 個の陽子と 8 個の中性子を持つ炭素 14 は、不安定または放射性です。炭素 14 原子核の中性子の数は、強力な引力でそれを無期限に保持するには多すぎます。

しかし、より多くの陽子を含む原子に移動すると、同位体は過剰な中性子でますます安定します。これは、核子 (陽子と中性子) が核内の所定の位置に固定されておらず、移動し、陽子がすべて正の電荷を帯びているために互いに反発するためです。このより大きな原子核の中性子は、陽子を互いの影響から隔離するように機能します。

N:Z比とマジックナンバー

陽子に対する中性子の比率、または N:Z 比率は、原子核が安定しているかどうかを決定する主な要因です。軽い要素 (Z<20) prefer to have the same number of protons and neutrons or N:Z = 1. Heavier elements (Z = 20 to 83) prefer an N:Z ratio of 1.5 because more neutrons are needed to insulate against the repulsive force between the protons.

また、特に安定している核子 (陽子または中性子のいずれか) の数であるマジック ナンバーと呼ばれるものもあります。陽子と中性子の両方の数がこれらの値を持つ場合、その状況は二重魔法数と呼ばれます。これは、 オクテット規則 電子殻の安定性を支配します。陽子と中性子の魔法数はわずかに異なります。

• 陽子: 2、8、20、28、50、82、114
• 中性子: 2、8、20、28、50、82、126、184

安定性をさらに複雑にするために、奇数から奇数の値よりも奇数から偶数 (50) よりも、偶数から奇数 (53 の同位体) よりも偶数から偶数の Z:N (162 の同位体) の安定同位体があります。 (4)。

ランダム性と放射性崩壊

最後に 1 つ: 原子核が崩壊するかどうかは、完全にランダムなイベントです。同位体の半減期は、元素のサンプルが十分に大きい場合の最良の予測です。 1 つの核またはいくつかの核の挙動を予測するために使用することはできません。

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