Série Radioativa

h2> Uma longa linhagem radioativa

De urânio 238 a chumbo 206
Este diagrama mapeia a viagem em um mapa do núcleo da cadeia de decaimento do urânio 238. A decadência alfa faz com que o número de prótons e nêutrons diminua em 2, enquanto a decadência beta-negativa diminui o número de nêutrons em 1 e aumenta o número de prótons em 1. A instabilidade causada pela decadência alfa é corrigida pela eventual decadência beta, levando ao núcleo estável do chumbo 206, com seus 82 prótons e 124 nêutrons.
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Um certo número de núcleos radioativos naturais ainda estão presentes na Terra, mesmo que suas meias-vidas sejam particularmente curtas quando comparadas com a idade do nosso planeta. Estes radioisótopos são descendentes de três núcleos pesados com meia-vida muito longa: urânio 235 (com meia-vida de 0,7 bilhões de anos), urânio 238 (que vive por 4,47 bilhões de anos) e tório 232 (com meia-vida de 14,0 bilhões de anos).
Estes três ‘patriarcas’, para estender a metáfora da família radioativa, estavam todos presentes no proto-estrela: a nuvem que eventualmente se condensou para formar nosso Sol, a Terra e os planetas. Cada um dos três é o ancestral de uma família distinta de elementos radioativos naturais, talvez o mais importante dos quais é o do urânio 238.
Um núcleo de urânio 238 decai por emissão alfa para formar um núcleo filho, o tório 234. Este tório por sua vez se transforma em protactínio 234, e então sofre decaimento beta-negativo para produzir o urânio 234. Este último isótopo transforma-se lentamente (com uma meia-vida de 245.000 anos) em tório 230, mais um núcleo instável.
Aquela cadeia de decaimento só é interrompida pela formação de um núcleo estável. Isto ocorre na décima quarta geração da família do urânio 238, quando o chumbo 206 é finalmente produzido. As outras duas famílias, aquelas formadas a partir do urânio 235 e do tório 232, terminam respectivamente com a criação do chumbo 207 e do chumbo 208, dois outros isótopos estáveis de chumbo.

As 14 gerações da linhagem do urânio 238
Linhagem radioativa simplificada do urânio 238. As decadências consecutivas com meia-vidas drasticamente diferentes alteram a estrutura básica do núcleo e portanto do átomo. O número total de núcleos diminui em 4 quando o núcleo emite uma partícula alfa e não muda quando ocorre a emissão beta negativa.
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As meias-vidas são todas extremamente variáveis, e é difícil representar um intervalo de tempo que vai de segundos individuais a bilhões de anos. Neste sentido a linhagem de um núcleo se assemelha ao fluxo de água sobre montanhas e planícies: torrencial em um ponto e preguiçosamente sinuosa em outro.
Como é normal para os núcleos mais pesados, a decadência alfa é particularmente comum em todas as três cadeias de decadência. Com cada emissão causando uma perda de dois prótons e dois nêutrons, no entanto, a razão nêutron : prótons aumenta à medida que nos movemos pela árvore genealógica. Como resultado, o beta decaimento é necessário para equilibrar o equilíbrio. Na linhagem de Urânio-238, por exemplo, o primeiro decaimento alfa é seguido por dois decaimentos beta sucessivos transformando um núcleo de tório 234 em urânio 234.
A decadência alfa causa uma perda de quatro núcleos, enquanto que a decadência beta não tem efeito sobre o número de núcleos presentes. É por isso que os núcleos descendentes sempre têm um múltiplo de quatro núcleos a menos que seus ancestrais: como pode ser visto com urânio 238.

Caminho da filiação do urânio-238
Caminho de um descendente de urânio-238 núcleos no mapa de nuclídeos mostrando o vale de estabilidade. Ao longo deste percurso, as emissões alfa diminuem o tamanho do núcleo, a emissão beta corrige os neutrões em excesso. Levará bilhões de anos para que um núcleo de urânio-238 alcance o terminal, um núcleo estável de chumbo-206.
CEA-IRFU