 Leta 1895 je Wilhelm Conrad Röntgen opazil, da kovinska anoda, če jo obstreljujemo z elektroni, seva žarke z veliko energijo. Ker takrat niso poznali razlage za tako obnašanje nevidnih žarkov, jih je poimenoval X-žarki (X-pomeni neznano snov). Danes se je ta izraz ohranil le v nemško govorečih deželah, pri nas se je udomačil izraz Röntgenski žarki. Röntgenski žarki se v električnerm in magnetnem polju ne odklanjajo in so zelo prodorni. Absorbirajo se le v atomih z veliko atomsko maso.
Slika 1: Crook-ova cev
Francoski fizik, Antoine Henri Becquerel, se je ta čas ukvarjal s fluorescenco in fosforescenco. Ugotovil je nekatere podobnosti z X-žarki. Če je hotel preučevati sevanje, je potreboval vir energije. Ugotovil je tudi, da fosforescenca emitira žarke še nekaj časa po odstranitvi vira energije, medtem ko se pri X-žarkih in fluorescenci sevanje ustavi takoj po odstranitvi vira energije. Marca 1896 je prišel do pomembnega odkritja. Zaradi slabega vremena ni mogel uporabiti sončne svetlobe za vir energije. Namesto tega je uporabil mineral, ki je vseboval uran. Ugotovil je, da uranov mineral sam od sebe oddaja žarke z visoko energijo. Pojav je imenoval radioaktivnost.
 Maria Curie (na sliki) in njen mož Pierre Curie sta ta čas delala v Becquerelovem laboratoriju. Že Becquerel je ugotovil, da uran s sevanjem pretvori zrak iz izolatorja v prevodnik elektrike. Z uporabo zelo občutljivih instrumentov je Maria Curie leta 1898 testirala uranovo rudo, pitchblende. Ugotovila je, da ruda povzroči 300 krat večji tok kot čisti uran. Najprej sta mislila, da gre za napako. Instrumente sta ponovno preverila in umerila ter poskuse večrat ponovila. Ugotovila sta, da mora ruda poleg urana vsebovati še nekatere druge snovi. Po zelo dolgotrajni poti sta izolirala dva nova elementa. Polonij in radij.
Je edina ženska, ki je prejela dve Nobelovi nagradi. Prvo za fiziko leta 1903 za odkritje radija in polonija (deli si jo z možem Pierom Curie in Henri-jem Becquerelom) ter drugo za kemijo leta 1911 za izolacijo radija in določitev njegovih karakteristik.
Radioaktivnost je naraven in spontan proces, kjer nestabilna jedra oddajajo odvečno energijo in prehajajo v stabilnejše stanje. Energijo lahko oddajo v obliki delcev ali sevanja. Pri radioaktivnem sevanju velja ohranitev energije, gibalne količine, naboja in števila nukleonov. Glede na to, razlikujemo več tipov razpada; alfa, beta in gama razapad.
Alfa (a)
Alfa razpad je radioaktiven proces, pri katerem se emitira delec z dvema protonoma in dvema nevtronoma. Delec je ekvivalenten jedru helijevega atoma 42He2+. Alfa razpad je značilen le za težka jedra kot so uran, torij in radij. Jedra teh elementov so imajo presežek nevtronov, zato jih oddajo v obliki alfa delcev.
Slika 3: Primer alfa razpada Pri alfa razpadu nastane nov hčerinski atom, ki ima dva protona in dva nevtrona manj kot njegov starševski atom. Primer razpada je razpad americija-241. 24195Am --> 23793Np + 42He + Q (energija)
Alfa delci so monoenergetski, to pomeni, da je količina sproščene energije konstantna. Energije se gibljejo od 5 do 9 MeV. Zaradi svoje velike mase in naboja povzročajo ionizacijo in s tem izgubljajo energijo. Imajo zelo majhno penetracijsko moč (zaustavi jih že list papirja). Nevarni so, če pridejo v telo, kjer povzročijo ionizacijo vode. Pri tem nastanejo radikali, ki poškudujejo DNA.
Beta (b)
Pri beta razpadu ločimo tri vrste: emisijo negatrona, emisijo pozitrona in zajetje elektrona. Pri emisiji negatrona oz. elektrona razpadu se nevtron pretvori v proton in elektron. Masno število hčerinskega atoma se ne spremeni, spremeni pa se vrstno število. Poleg elektrona nastanejo še ena vrsta delcev, antinevtrino. Ti delci so brez mase in nosijo energijo, ki se sprosti pri razpadu. Količina te energije ni vedno enaka, zato so spektri zvezni in ne črtasti, kot pri alfa razpadu. 31H --> 32He + 1-0e + 00n (antinevtrino) + Q
Negatroni imajo manjše energije od alfa delcev. Zaradi manjše mase so bolj prodorni in povzročijo manjšo ionizacijo. Pred njimi se zaščitimo s plastjo plastike ali aluminija.
Slika 4: Primer b- razpada
Pri emisiji pozitrona gre za pretvorbo protona v nevtron in pozitron. Tudi tu pride do spremembe v jedru, spremeni se vrstno število. Pozitron in negatron imata podobno lastnosti, razlikujeta se le v naboju. Primer razpada je: 116C --> 115B + n (nevtrino) + Q
Slika 5: Primer b+ razpada Emisija pozitriona je mogoča samo v primeru velike sproščene energije. Mejna vrednost je 1022 keV, ki ustreza dvakratni masi elektrona. Pri jedrih z velikim številom protonov in kjer je energija manjša od 1022 keV pride do elektronskega zajetja. Pri tem procesu jedro zajame notranji elektron. Ker je K lupina najbližja jedru, gre najpogosteje za K-zajetje. Pri elektronskem zajetju elektron zapusti praznino.To praznino zapolnijo elektroni in zunanjih lupin, pri tem pa oddajo energijo v obliki X žarkov. 
Slika 6: Primer razpada je elektronskim zajetjem
Gama (g)
Čistih beta in alfa razpadov je zelo malo. Velikokrat pri obeh razpadih nastanejo jedra v vzbujenem stanju. Ta nato preidejo v nižja vzbujena ali v osnovna stanja. Pri tem oddajo odvečno energijo v obliki gama žarkov. Proces relaksacije lahko poteka še preko dveh procesov: interne konverzije in tvorbe parov. Pri interni konverziji se sproščena energija prenese na elektron, ki zapusti atom. Ti elektroni so monoenergetski in pogosto pripadajo lupinam K, L in M. Nastalo vrzel zapolnijo elektroni iz višjih lupin, kar povzroči sprostitev X žarkov ali Augerjevih elektronov. Tvorba parov je redek proces in je mogoč, kadar je razlika med vzbujenim in osnovnim stanjem jedra večja od 1022 keV, da lahko nastane par elektron-poziton. Pri gama razpadu ne pride do sprememb v jedru. Gama žarki so brez mase in naboja in so zelo prodorni. Njihov doseg v zraku je do 100 metrov. Pred njimi se lahko zaščitimo 10 cm plastjo svinca.
Slika 7: Gama sevanje
LITERATURA:
[1] J. Brenčič, F. Lazarini: Splošna in anorganska kemija, DZS, 1992
[2] W. Geary: Radiochemical methods, John Wiley & Sons, 1986
[3] P. Vreček, Diplomsko delo, 1999
Pripravil:
Rožle Jakopič
|
