Seria radioactivă
O lungă descendență radioactivă
Această diagramă trasează pe o hartă nucleară traseul lanțului de dezintegrare a uraniului 238. Dezintegrarea alfa face ca numărul de protoni și neutroni să scadă cu 2, în timp ce dezintegrarea beta-negativă scade numărul de neutroni cu 1 și crește numărul de protoni cu 1. Instabilitatea cauzată de dezintegrarea alfa este corectată de eventuala dezintegrare beta, conducând la nucleul stabil al plumbului 206, cu cei 82 de protoni și 124 de neutroni.
IN2P3Un anumit număr de nuclee radioactive naturale sunt încă prezente pe Pământ, chiar dacă timpul lor de înjumătățire este deosebit de scurt în comparație cu vârsta planetei noastre. Acești radioizotopi sunt descendenții a trei nuclee grele cu timpi de înjumătățire foarte lungi: uraniul 235 (cu un timp de înjumătățire de 0,7 miliarde de ani), uraniul 238 (care trăiește timp de 4,47 miliarde de ani) și toriul 232 (cu un timp de înjumătățire de 14,0 miliarde de ani).
Cei trei „patriarhi”, pentru a extinde metafora familiei radioactive, au fost toți prezenți în proto-stea: norul care s-a condensat în cele din urmă pentru a forma Soarele nostru, Pământul și planetele. Fiecare dintre cei trei este strămoșul unei familii distincte de elemente radioactive naturale, dintre care poate cea mai importantă este cea a uraniului 238.
Un nucleu de uraniu 238 se dezintegrează prin emisie alfa pentru a forma un nucleu fiică, toriu 234. Acest toriu se transformă la rândul său în protactiniu 234, iar apoi suferă o dezintegrare beta-negativă pentru a produce uraniu 234. Acest ultim izotop se transformă lent (cu un timp de înjumătățire de 245.000 de ani) în toriu 230, un alt nucleu instabil.
Careva astfel de lanț de dezintegrare este oprit doar prin formarea unui nucleu stabil. Acest lucru se întâmplă la a paisprezecea generație a familiei uraniului 238, când se produce în cele din urmă plumbul 206. Celelalte două familii, cele formate din uraniu 235 și toriu 232, se termină cu crearea plumbului 207 și, respectiv, a plumbului 208, alți doi izotopi stabili ai plumbului.
Filiera radioactivă simplificată a uraniului 238. Dezintegrările consecutive cu timpi de înjumătățire drastic diferiți modifică structura de bază a nucleului și, prin urmare, a atomului. Numărul total de nucleoni scade cu 4 atunci când nucleul emite o particulă alfa și nu se modifică atunci când are loc o emisie beta negativă.
IN2P3Toate duratele de înjumătățire sunt extrem de variabile și este dificil să se reprezinte o gamă de scări temporale care merg de la secunde individuale la miliarde de ani. În acest sens, descendența unui nucleu seamănă cu curgerea apei peste munți și câmpii: torențială la un moment dat și leneșă și sinuoasă în altul.
Cum este normal pentru cele mai grele nuclee, dezintegrarea alfa este deosebit de frecventă în toate cele trei lanțuri de dezintegrare. Cu toate acestea, fiecare emisie cauzând o pierdere de doi protoni și doi neutroni, raportul neutroni : protoni crește pe măsură ce ne deplasăm în josul arborelui genealogic. Prin urmare, dezintegrarea beta este necesară pentru a echilibra balanța. În descendența uraniului-238, de exemplu, prima dezintegrare alfa este urmată de două dezintegrări beta succesive care transformă un nucleu de toriu 234 în uraniu 234.
Dezintegrarea alfa provoacă o pierdere de patru nucleoni, în timp ce dezintegrarea beta nu are niciun efect asupra numărului de nucleoni prezenți. Acesta este motivul pentru care nucleele descendente au întotdeauna un multiplu de patru nucleoni mai puțin decât strămoșii lor: așa cum se poate observa în cazul uraniului 238.
Calea de descendență a unui nucleu de uraniu 238 pe harta nuclizilor care arată valea de stabilitate. De-a lungul acestui traseu, emisiile alfa scad dimensiunea nucleului, iar emisiile beta corectează neutronii în exces. Un nucleu de uraniu-238 va avea nevoie de miliarde de ani pentru ca un nucleu de uraniu-238 să ajungă la punctul terminus, un nucleu stabil de plumb-206.
CEA-IRFUMembrii familiei uraniului 238, prin urmare, au 4n+2 nucleoni, în timp ce familia uraniului 235 are 4n+3, iar familia toriului 232 are 4n nucleoni. În principiu, cea de-a patra familie (4n+1) ar trebui să existe, dar strămoșul său, neptuniu 237, are un timp de înjumătățire relativ „scurt”, de 2,14 milioane de ani. Prin urmare, această familie a avut suficient timp să dispară de la nucleosinteza neptuniului 237 în nucleele stelelor care au precedat Soarele nostru.
Acces la pagina în limba franceză