Radioaktív sorozat
Egy hosszú radioaktív vonal
Az ábra az urán 238 bomlási lánc útját térképezi fel az atommagok térképén. Az alfa-bomlás hatására a protonok és a neutronok száma 2-vel csökken, míg a béta-negatív bomlás hatására a neutronok száma 1-gyel csökken, a protonok száma pedig 1-gyel nő. Az alfa-bomlás okozta instabilitást az esetleges béta-bomlás korrigálja, ami az ólom 206 stabil magjához vezet, a maga 82 protonjával és 124 neutronjával.
IN2P3A Földön még mindig jelen van bizonyos számú természetes radioaktív atommag, bár ezek felezési ideje bolygónk korához képest különösen rövid. Ezek a radioizotópok három nagyon hosszú felezési idejű nehéz atommag leszármazottai: az urán 235 (felezési ideje 0,7 milliárd év), az urán 238 (amely 4,47 milliárd évig él) és a tórium 232 (felezési ideje 14,0 milliárd év).
Ez a három “pátriárka”, hogy a radioaktív család metaforáját kibővítsük, mind jelen volt a proto-csillagban: a felhőben, amely végül a mi Napunk, a Föld és a bolygók kialakulásához sűrűsödött. A három közül mindegyik a természetes radioaktív elemek egy-egy különálló családjának őse, amelyek közül talán a legfontosabb az urán 238.
A 238-as urán atommagja alfa-kibocsátással bomlik, és egy leánymagot, a tórium 234-et alkotja. Ez a tórium viszont átalakul 234-es protaktíniummá, majd béta-negatív bomláson megy keresztül, hogy 234-es urán keletkezzen. Ez utóbbi izotóp lassan (245 000 éves felezési idővel) tórium 230-ra, egy újabb instabil atommagra változik.
Minden ilyen bomlási láncot csak egy stabil atommag kialakulása állíthat meg. Ez az urán 238 család tizennegyedik generációjánál következik be, amikor végül az ólom 206 keletkezik. A másik két család, az urán 235-ből és a tórium 232-ből keletkezett családok az ólom két másik stabil izotópja, az ólom 207 és 208 keletkezésével végződnek.
A 238-as urán egyszerűsített radioaktív családja. Az egymást követő, drasztikusan eltérő felezési idejű bomlások megváltoztatják az atommag és ezáltal az atom alapszerkezetét. A nukleonok teljes száma 4-gyel csökken, amikor az atommag alfa-részecskét bocsát ki, és nem változik, amikor béta-negatív kibocsátásra kerül sor.
IN2P3A felezési idők mind rendkívül változóak, és nehéz az egyes másodpercektől az évmilliárdokig terjedő időskálákat ábrázolni. Ebben az értelemben az atommagok sora a hegyeken és síkságokon átfolyó víz áramlásához hasonlít: az egyik ponton áradó, a másikon lustán kanyargó.
Amint az a legnehezebb atommagoknál szokásos, az alfa-bomlás különösen gyakori mindhárom bomlási láncban. Mivel azonban minden egyes kibocsátás két proton és két neutron elvesztésével jár, a neutron : proton arány a családfán lefelé haladva egyre nő. Ennek eredményeként béta-bomlásra van szükség az egyensúly kiegyenlítéséhez. Az urán-238 családban például az első alfa-bomlást két egymást követő béta-bomlás követi, amelyek a tórium-234-es atommagot urán-234-es atommaggá alakítják át.
Az alfa-bomlás négy nukleon elvesztését okozza, míg a béta-bomlás nincs hatással a jelen lévő nukleonok számára. Ezért van az, hogy a leszármazott atommagok mindig négy nukleonnal kevesebbet tartalmaznak, mint az őseik: mint az urán 238 esetében látható.
Az urán-238 atommag leszármazási útja a stabilitási völgyet mutató nuklidtérképen. Ezen az úton az alfa-kibocsátás csökkenti az atommag méretét, a béta-kibocsátás korrigálja a neutronok feleslegét. Több milliárd évbe telik, amíg egy urán-238 atommag eléri a végpontot, egy stabil ólom-206 atommagot.
CEA-IRFUAz urán 238 család tagjai tehát 4n+2 nukleonnal rendelkeznek, míg az urán 235 család 4n+3, a tórium 232 család 4n nukleonnal rendelkezik. Elvileg léteznie kellene a negyedik (4n+1) családnak is, de ennek őse, a neptúnium 237 viszonylag “rövid”, 2,14 millió éves felezési idővel rendelkezik. Ennek következtében ennek a családnak bőven volt ideje eltűnni a neptúnium 237 nukleoszintézise óta a Napunkat megelőző csillagok magjaiban.
Az oldal elérése francia nyelven