پرتوزایی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
فیزیک هسته‌ای
CNO Cycle.svg
واپاشی
شکافت هسته‌ای
گداخت هسته‌ای
دانشمندان
هانری بکرل · ماری کوری · پی‌یر کوری · هانس بتدیگران

واپاشی هسته‌ای (فروپاشی هسته‌ای) به مجموعه فرایندهای مختلفی گفته می‌شود که در هستهٔ اتم‌های ناپایدار پرتوزا رخ می‌دهد و منجر به تولید ذرات زیراتمی می‌شود. به این ذرات زیراتمی که از واپاشی تدریجی اتم‌های ناپایدار حاصل می‌شوند، پرتوهای رادیواکتیو می‌گویند. در اثر واپاشی هسته‌ای پس از یک زمان تصادفی، هسته‌های بزرگ به هسته‌های کوچک‌تر و معمولاً پایدارتر تجزیه می‌شوند و ماده اولیه به تدریج از بین می‌رود. البته جرم مواد جدید تنها به میزان اندکی کمتر از ماده اولیه خواهد بود و انرژی آزاد می‌شود. این فرایند یک پیشامد است، یعنی نمی‌توان زمان واپاشی یک اتم مشخص را پیش‌بینی کرد، البته نیمه‌عمر آن قابل تعیین است.

دسته‌بندی واپاشی‌های هسته‌ای[ویرایش]

Alfa beta gamma radiation penetration fa.svg

در مواد پرتوزا یا رادیو اکتیو فرایند پرتوزایی رخ می‌دهد.

پرتوزایی (رادیواکتیویته) به فرآیندی گفته می‌شود که به وسیله آن هسته‌های ناپایدار اتمی دچار واپاشی هسته‌ای می‌شوند. چنین فرایندی معمولاً یک پرتو یون ساز با مقدار بالایی انرژی (کار مایه) پدید می‌آورد.

گاهی این انرژی را می‌توان به صورت نیروی هسته‌ای مهار کرد یا می‌تواند به‌وسیله آلودگی پرتوزایی در زیست بوم رها شود که بسیار مخاطره آمیز خواهد بود.

هسته‌هایی که ترکیب نوترونها و پروتونهایشان پایدار نیست دست‌خوش واپاشی می‌شوند. این گونه هسته‌ها به طور ذاتی ناپایدار بوده و با گذشت زمان تغییر نموده و به هسته‌های جدیدی تبدیل می‌شوند. به این فرایند شکافت هسته‌ای می‌گویند که ضمن تبدیل به هسته یا هسته‌هایی کوچک تر و پایدارتر پرتوهای پرانرژی به اطراف پراکنده می‌شود. چنین هسته‌ای را پرتوزا یا رادیواکتیو می‌گویند. ناپایداری هسته می‌تواند به دلیل فزونی نوترون‌ها، پروتون‌ها و یا هر دو باشد.

این بخش از مقاله شکافت هسته‌ای برای ادغام به اینجا منتقل شده‌است.

پایداری و ناپایداری ایزوتوپ‌ها[ویرایش]

اگر ۱۳ پروتون را با ۱۴ نوترون ترکیب کنیم هسته‌ای خواهیم داشت که اگر ۱۳ الکترون در اطراف آن گردش کنند یک اتم آلومینیوم را می‌سازند. حال اگر میلیاردها از این اتم‌ها را در کنار هم قرار دهیم فلز آلومینیوم ( AL_ {27} ) را داریم که با آن انواع وسایل نظیر قوطی نوشابه و در و پنجره و غیره... را می‌توان ساخت.

Isotopes and half-life 1.PNG

اگر همین آلومینیوم را در شیشه‌ای قرار دهیم و چند میلیون سال دیگر به سراغ آن بیائیم این آلومینیوم هیچ تغییری نخواهد داشت. یعنی آلومینیوم عنصری پایدار است. تا حدود یک قرن پیش تصور بر این بود که تمام عناصر پایدار هستند.

بسیاری از اتم‌ها در اشکال متفاوتی دیده می‌شوند. برای مثال مس دو شکل پایدار دارد: مس ۶۳ ومس ۶۵. به این دو نوع ایزوتوپ گفته می‌شود. هر دوی آنها ۲۹ پروتون دارند اما چون در جرم اتمی ۲ واحد فرق دارند به سادگی می‌توان فهمید که تعداد نوترون‌های اولی ۳۴ ودیگری ۳۶ است. هر دوی آنها پایدار هستند. در حدود یک قرن پیش دانشمندان متوجه شدند که بعضی عناصر ایزوتوپ‌هایی دارند که رادیواکتیو (پرتوزا) هستند. مثلاً هیدروژن را در نظر بگیرید، در مورد این عنصر سه ایزوتوپ شناخته شده‌است:

  1. هیدروژن معمولی (H_1) در هسته اتم حود یک پروتون دارد وبدون هیچ نوترونی. البته واضح است چون نیازی نیست تا خاصیت چسبانندگی خود را نشان دهد چرا که پروتون دیگری وجود ندارد.
  2. هیدروژن دوتریم(D)که یک پروتون ویک نوترون دارد و در طبیعت بسیار نادر است. اگرچه عمل آن بسیار شبیه هیدروژن نوع اول است برای مثال می‌توان از آن آب ساخت اما میزان بالای آن سمی است. هر دو ایزوتوپ یاد شده پایدار هستند اما ایزوتوپ دیگری از هیدروژن وجود دارد که ناپایدار است!
  3. ایزوتوپ سوم هیدروژن (تریتیوم و رادیو اکتیو)(T)که شامل دو نوترون و یک پروتون است. همان طور که قبلا گفته شد این نوع هیدروژن ناپایدار است. یعنی اگر بازهم ظرفی برداریم واین بار درون آن را با این نوع از هیدروژن پر کنیم و یک میلیون سال دیگر به سراغ آن بیائیم متوجه می‌شویم که دیگر هیدروژنی نداریم و همه آن به هلیم ۳ تبدیل شده‌است (۲ پروتون و یک نوترون).

می‌توان گفت که هر چه هسته اتم سنگین‌تر شود تعداد ایزوتوپ‌ها بیشتر می‌شود و هر چه تعداد ایزوتوپ‌ها بیشتر شود امکان بوجود آمدن هسته‌های ناپایدار نیز بیشتر خواهد شد و در نتیجه احتمال وجود نوع رادیواکتیو نیز بیشتر می‌شود.

در طبیعت عناصر خاصی را می‌توان یافت که همه ایزوتوپ‌هایشان رادیواکتیو باشند. برای مثال دو عنصر سنگین طبیعت که در بمب‌ها ونیروگاه‌های هسته‌ای از آنها استفاده می‌شود را نام می‌بریم: اورانیوم و پلوتونیوم.

جستارهای وابسته[ویرایش]

  • غیاثی نژاد، مهدی، و مهران کاتوزی. دروس عمومی حفاظت در برابر اشعه، ویژه آموزش دورهای مقدماتی - کتاب (۱)، چاپ چهارم، تهران : نشر دربید، ۱۳۸۵ . ISBN 964-06-2857-3

پیوند به بیرون[ویرایش]