Seria Radioaktywna
Długa linia promieniotwórcza
Schemat ten odwzorowuje na mapie jąder podróż łańcucha rozpadów uranu 238. Rozpady alfa powodują zmniejszenie liczby protonów i neutronów o 2, natomiast rozpady beta-ujemne zmniejszają liczbę neutronów o 1 i zwiększają liczbę protonów o 1. Niestabilność spowodowana rozpadem alfa jest korygowana przez ewentualny rozpad beta, co prowadzi do powstania stabilnego jądra ołowiu 206, z 82 protonami i 124 neutronami.
IN2P3Pewna liczba naturalnych jąder promieniotwórczych jest nadal obecna na Ziemi, mimo że ich okresy półtrwania są szczególnie krótkie w porównaniu z wiekiem naszej planety. Te radioizotopy są potomkami trzech ciężkich jąder o bardzo długich okresach połowicznego rozpadu: uranu 235 (o okresie połowicznego rozpadu 0,7 miliarda lat), uranu 238 (który żyje przez 4,47 miliarda lat) i toru 232 (o okresie połowicznego rozpadu 14,0 miliarda lat).
Trzej „patriarchowie”, by rozszerzyć metaforę rodziny radioaktywnej, wszyscy byli obecni w proto-gwieździe: obłoku, który ostatecznie skondensował się, tworząc nasze Słońce, Ziemię i planety. Każdy z nich jest przodkiem odrębnej rodziny naturalnych pierwiastków promieniotwórczych, z których być może najważniejszym jest uran 238.
Jądro uranu 238 rozpada się w wyniku emisji alfa, tworząc jądro pochodne, tor 234. Ten tor z kolei przekształca się w protaktyn 234, a następnie ulega rozpadowi beta-ujemnemu, dając uran 234. Ten ostatni izotop zmienia się powoli (z okresem połowicznego zaniku wynoszącym 245 000 lat) w tor 230, kolejne niestabilne jądro.
Każdy taki łańcuch rozpadu jest zatrzymywany jedynie przez powstanie stabilnego jądra. Następuje to w czternastym pokoleniu rodziny uranu 238, kiedy ostatecznie powstaje ołów 206. Dwie pozostałe rodziny, te powstałe z uranu 235 i toru 232, kończą się odpowiednio powstaniem ołowiu 207 i ołowiu 208, dwóch innych stabilnych izotopów ołowiu.
Uproszczona linia promieniotwórcza uranu 238. Następujące po sobie rozpady o drastycznie różnych czasach połowicznego rozpadu zmieniają podstawową strukturę jądra, a więc i atomu. Całkowita liczba nukleonów zmniejsza się o 4, gdy jądro emituje cząstkę alfa, a nie zmienia się, gdy następuje emisja beta ujemna.
IN2P3Półokresy rozpadu są bardzo zmienne i trudno jest przedstawić zakres czasowy od pojedynczych sekund do miliardów lat. W tym sensie przebieg linii jądra przypomina przepływ wody przez góry i równiny: w jednym miejscu rwący, a w innym leniwie wijący się.
Jak to zwykle bywa w przypadku najcięższych jąder, rozpad alfa jest szczególnie częsty we wszystkich trzech łańcuchach rozpadu. Każda emisja powoduje utratę dwóch protonów i dwóch neutronów, jednak stosunek neutronów do protonów wzrasta w miarę posuwania się w dół drzewa genealogicznego. W związku z tym, aby wyrównać bilans, potrzebny jest rozpad beta. Na przykład w rodowodzie uranu-238 po pierwszym rozpadzie alfa następują dwa kolejne rozpady beta, przekształcające jądro toru 234 w jądro uranu 234. ozpad alfa powoduje utratę czterech nukleonów, podczas gdy rozpad beta nie ma wpływu na liczbę obecnych nukleonów. Dlatego jądra potomne zawsze mają wielokrotność czterech nukleonów mniej niż ich przodkowie: co widać na przykładzie uranu 238.
Ścieżka potomków jądra uranu-238 na mapie nuklidów pokazująca dolinę stabilności. Na tej drodze emisja alfa zmniejsza rozmiary jądra, emisja beta koryguje neutrony w nadmiarze. Potrzeba miliardów lat, aby jądro uranu-238 osiągnęło punkt końcowy, stabilne jądro ołowiu-206.
CEA-IRFUCzłonkowie rodziny uranu 238, mają zatem 4n+2 nukleony, podczas gdy rodzina uranu 235 ma 4n+3, a rodzina toru 232 ma 4n nukleonów. W zasadzie powinna istnieć czwarta (4n+1) rodzina, ale jej przodek, neptun 237, ma stosunkowo „krótki” okres półtrwania wynoszący 2,14 mln lat. W rezultacie rodzina ta miała wystarczająco dużo czasu, aby zniknąć od czasu nukleosyntezy neptunu 237 w rdzeniach gwiazd poprzedzających nasze Słońce.
Access to page in french