Radioactivitatea artificiala. Reactii nucleare

Radioactivitatea artificiala. Reactii nucleare

Daca un nucleu este bombardat cu o particula neutra sau cu una incarcata electric cu energie destul de mare pentru a patrunde in campul central al nucleului, se produce transformarea nucleului dat intr-unul nou, cu eliberarea unei alte particule.

Obs.    

Izotopii radioactivi rezultati, spre deosebire de cei naturali, pot da nastere la mai multe tipuri de dezintegrari (a b b , n, insotiti de emisie g), dupa cum nuclidul respectiv are un exces de protoni sau neutroni.

Izotopii radioactivi artificiali sunt mult mai numerosi decat cei naturali, se obtin in reactoarele nucleare si in acceleratorii de particule.

Au multe aplicatii practice, inclusiv ca trasori in chimie si biologie.

In proba ale carei proprietati se urmaresc, se incorporeaza o cantitate mica dintr-un radioizotop al unuia din elementele constituente ale probei, urmarind traseul lui cu ajutorul detectorului de radiatie.

Trebuie insa ca trasorul sa nu modifice proprietatile fizico-chimice ale substantei si sa aiba un timp de injumatatire mic, de acelasi ordin de marime cu timpul observatiei.

Reactiile nucleare provocate sunt de mai multe tipuri:

1.     Reactia de imprastiere elastica: particula incidenta loveste nucleul fara pierdere de energie, schimbandu-si doar directia.

Daca nucleul-tinta este usor, sufera si el o deplasare, in cazul unui nucleu mai greu, deplasarea este neinsemnata. Reactia este simbolizata  x(a,a)x.

2.     Reactia de imprastiere neelastica: particula pierde o parte din energie in momentul interactiunii. Nucleul trece intr-o stare excitata, de unde revine in starea fundamentala prin emisia unei cuante g. Reactia este reprezentata x(a,ag)X.

3.     Captura simpla: particula incidenta este absorbita de nucleu si se formeaza un nou nucleu care are un surplus de energie si emite una sau mai multe cuante g. De exemplu:

4.     Dezintegrare: nucleul absoarbe particula incidenta si expulzeaza o particula noua. De exemplu:

5.     Fotodezintegrare: dezintegrarea este produsa de fotoni g cu energie suficient de mare. De exemplu:

Legea dezintegrarii radioactive

Intre radioactivitatea naturala spontana si cea artificiala nu exista nici o deosebire principala. Toate transformarile radioactive observate fie la radionuclizii naturali, fie la cei artificiali, se desfasoara dupa aceeasi lege de dezintegrare.

Dezintegrarea nucleelor radioactive este un proces statistic. Fiecare specie de nuclee este caracterizata de constanta radioactiva l (constanta de dezintegrare) care reprezinta probabilitatea dezintegrarii unui nucleu in unitatea de timp.

Consideram N numarul de nuclee nedezintegrate la un moment t, dN numarul de nuclee care se dezintegreaza in intervalul de timp dt si N_o numarul de nuclee nedezintegrate la momentul t_o=0.

S-a stabilit experimental ca in timpul dt se dezintegreaza

dN = -λNdt

nuclee

De unde, prin impartire cu N se obtine  

Integrand intre limitele N_o si N, respectiv 0 si t, rezulta , de unde obtinem pentru numarul de nuclee radioactive N la momentul t:

N(t) = N_o

Viata medie a tuturor celor N_o nuclee radioactive existente la momentul t_o=0 este definita ca intervalul de timp τ dupa care numarul initial de radionuclizi scade de e ori:

N(τ) = =, de unde rezulta ca  si legea dezintegrarii radioactive se poate scrie:

N(t) = N_o

Timpul de injumatatire (T_1/2) reprezinta intervalul de timp in care numarul initial de nuclee N_o se reduce la jumatate:

Dupa logaritmarea expresiei de mai sus se obtine:

ln2 = λT_1/2

sau  . Inlocuind in legea dezintegrarii radioactive obtinem

Activitatea L a unei substante radioactive reprezinta numarul actelor de dezintegrare din unitatea de timp, adica viteza absoluta de dezintegrare:

Introducand activitatea in expresia legii de dezintegrare, aceasta devine:

Unitatea de masura pentru activitate este 1/s (s^-1), numita in sistemul international Becquerel (Bq). O alta unitate de masura utilizata in fizica nucleara este Curie (Ci).

1Ci = 3,7·10¹⁰s^-1

Un preparat radioactiv este cu atat mai puternic cu cat sunt mai numeroase procesele de dezintegrare in unitatea de timp.

Radiopreparatele artificiale pot avea activitati foarte ridicate, chiar daca au un continut redus de substanta radioactiva, deoarece constanta lor de dezintegrare este mult mai mare decat cea a radionuclizilor naturali.