A radioaktív atommagok felezési ideje mitől függ?

Attól, hogy mennyire stabil az atommag.

A vas a legstabilabb, sok másik nem bomlik magától.

Bizonyos nagyság fölött már nincs stabil.

A magon belül csak kettős kötések vannak (proton-neutron), az elektromos taszítás viszont általános.

Ill. létezik elektronbefogás is: akkor pedig attól is, hogy mennyire könnyű befogni az elektront (nyomás, stb. függő).

Ez nekem eléggé leegyszerűsített válasznak tűnik.

Az Fe(45) nem egész két ms alatti felezési idejű, az Fe(72) 10 ms alatti, a stabil zóna meg az Fe(56, 57, 58).

Szóval még a vas sem feltétlenül stabil, sőt.

Annyi igaz, hogy a periódusos rendszer nagy protonszámú vége felé lévő elemeknél egyre ritkábbak a stabil izotópok, egy bizonyos határ fölött meg nem is ismerünk stabil módosulatokat.

De a felezési idő elemenként is teljesen eltérő a különböző izotópoknál.

A pontos atomfizikai okot a bomlékonyságra biztosan meg tudja adni nemsokára az itt lézengő jó fizikusokból, addig is részemről csak annyit, hogy adott elemnél a proton-neutron arány a fontos.

Egy anyag radioaktivitása azt jelenti, hogy magára hagyva (tehát külső erő, energia nélkül) elemi részeket bocsát ki magából. Miért? Ehhez nézzünk egy atomot (kizárólag az instabilitás magyarázata szempontjából, számos más tulajdonság is van, erről most nem beszélünk).

Stabil atom áll adott töltéssel rendelkező proton(ok)ból, neutron(ok)ból (de ez most szempontunkból lényegtelen), és elektronokból. Az elektronok pályákon keringenek, ezek energiaszinteket képviselnek (méghozzá nagyon pontosan meghatározható értéket). Egy szinten adott mennyiségű (és jól definiált tulajdonságú) elektron lehetséges. Ha ez a szint betelik, létrejön egy következő, más, de ismert tulajdonságokkal. Minden szint (héj) meghatározott energiát képvisel, ezért pontosan megadott számú elektron tartózkodik ott. Ekkor a héjat telítettnek nevezzük, különben telítetlennek.

Ha egy elektron energiája kevesebb, mint ahol van, le akar menni egy (több) szintet. Ha több, feljebb "vágyik". Csakhogy az elektron energiájának eltérése nem akkora, amekkora egy másik szinthez viszonyítottan kéne, ezért mikor ugrik, vagy fölös energia van, vagy hiány. Ez a különbség mértékének (és még számos más tulajdonságnak) megfelelően vagy részecskekilökődést eredményez, vagy olyan átalakulást, amelyben szintén keletkezik fölös részecske, és ez távozik.

Egy konkrét izotóp esetén kvantumdinamikai egyenleteket lehet felírni ezek jellemzésére, ezeknek az egyenleteknek van megoldásuk, ezek határozzák meg, időegység alatt menyi energia távozik és milyen formában. Mivel egy anyag különböző izotópjai azt jelentik, hogy eltérő az elektronmennyiségük, ezért természetes, hogy egyéb viszonyaik is eltérők, ebből meg az következik, hogy eltérő mennyiségű energia távozik belőlük, azaz más a felezési idejük.

A kvantumdinamikai szabályokat rendkívül bonyolult egyenletek írják le, és mivel a kvantáltság (vagyis a lehetséges energiaszintek) nagyon kis eltérések hatására nagy eltéréseket mutatnak, ez mind a távozó energia mennyiségében, mind hordozójában rendkívüli sokféleséget mutat, a felezési idő pedig ezen múlik.

"Mivel egy anyag különböző izotópjai azt jelentik, hogy eltérő az elektronmennyiségük"

Ekkora butaságot nagyon régen hallottam!

A többi sem stimmel, de ez még a plafont is kiveri.

Amúgy egy atommag stabilitásába az elektronok nem szólnak bele.

#3: Itt valami nem kerek.

Izotóp nem egyenlő ion.

Amúgy a bomlási sebesség nem hogy az elektronpályák energiaszintjével nincs összefüggésben, de más módon sem nagyon lehet befolyásolni.

Illetve persze neutronokkal való bombázással igen, de az atommag szétágyúzására szerintem a befolyásolás túl lightos kifejezés. :)

Talán induljunk ki abból, a magára hagyott anyag bomlásáról beszéltem. Nincs semmiféle bombázás, az külön téma és a "bombázás" jellegétől erősen függ az eredmény.

A megfogalmazást nem tudományos értekezésnek szántam. Ha annak szántam volna, olyan szavak szerepelnének benne, amit atomfizikusok használnak, nem a hétköznapi ember. Ebből következik, hogy fizikus szemmel (ha mást nem tudunk) egyes szövegrészek - mondjuk így - megmosolyogtatók. A laikus viszont így érti meg. Alapvetés, ha valamit meg akarunk értetni, akkor elsősorban azt nézzük, milyen szintet kell megértetni.

A radioaktív atommagok azért sugároznak, mert instabilak. Más ok nincs! Az instabilitás bonyolult probléma, mert az atomi kötések is azok. Ebből az is következik, hogy ezen belül sokféle ok miatt és sokféle módon történik a sugárzás. Egyfelől mindet elmagyarázni itt nincs mód, másfelől nem is ez volt a cél. A cél csak egy lehet, betekintést adni egy bonyolult jelenség világába. Én ezt a részét választottam. Bizonyára akadnak, akik mást választanak, netán ügyesebben magyaráznak. Eddig nem tették. Aki azonban azt állítja, hogy a radioaktív sugárzásnak nincs köze az atom elektronszerkezetéhez, annak javasolnám tanulmányozni például Marx György Kvantummechanika, és/vagy Györgyi Géza Elméleti magfizika című egyetemi tankönyveit. De természetesen van sok más is.

"Aki azonban azt állítja, hogy a radioaktív sugárzásnak nincs köze az atom elektronszerkezetéhez, annak javasolnám tanulmányozni ..."

Hmm, egy olyan értekezés után, ami a különböző energiaszintű héjak közt ide-oda ugráló elektronokra hivatkozik a bomlási tulajdonságoknál, ez már szerintem elkésett mentési próbálkozás.

Az atom maga komplex rendszer, melyben természetesen szerepe van az elektronszerkezetnek IS, de ennek nem sok köze van az előző kommentben ugráló elektronok szerepéhez a bomlási hajlandóságban.

Abban szerintem nem kételkedett senki, hogy kvantumszinten egy bizonyos rendszámú izotóp bomlásában az atom minden összetevőjének lehet szerepe azzal, hogy ott van. De annak nincs, hogy az elektronok aktuálisan melyik héjra ugrálnak, vagy éppenséggel elmennek világgá pozitív, vagy jönnek pluszban negatív iont produkálva.

Röviden, mondjuk egy U(235) felezési idejét nem fogja befolyásolni, hogy atomjai ionos állapotba kerülnek-e vagy gerjesztettek-e.

Márpedig a fenti levezetés abszolút erre utalt. Ha fogalmazási hiba miatt, ám legyen, de akkor már csak a félreérthetősége miatt is korrektúrára szorul.

Az az igazság, hogy nem is nagyon kéne a korrekciómat védenem, mert pl. ez a mondat hazavágja a teljes, általam nehezményezett komment értékét:

"Stabil atom áll adott töltéssel rendelkező proton(ok)ból, neutron(ok)ból (de ez most szempontunkból lényegtelen), és elektronokból."

Kiemelném:

"neutron(ok)ból (de ez most szempontunkból lényegtelen)"

Hát, ha a nautronok a bomlási hajlandóság szempontjából lényegtelenek, akkor most dobjuk kukába a komplett tudásanyagot, amit az izotópokról tudunk.

Csak nem jönnek a lézengő fizikusok :/

Jó és részletest választ nem tudok adni, de talán egy kicsit tudok segíteni merre indulj el a keresésben amíg várjuk a részletes és pontos választ.

Korábban már említették, hogy van egy proton-neutron arány. Az atommagon belül a protonokra és a neutronokra is hat az erős kölcsönhatás ( ez tartaná össze őket) és a protonok között fellép a Coulomb taszítás is. Ideális arány esetén ezek kiegyenlítik egymást és ezek a stabil atomok. Ezeket az izotóptérképeken jól láthatóan szokták jelölni. Viszont ez az arány nem áll fent minden elemnél.

Az erős kölcsönhatás és a Coulomb-erő között van egy jelentős különbség: utóbbinak jóval nagyobb a hatótávolsága.

Ahogy nő a magban az elektronok és protonok száma, úgy nő a mag mérete és a növekvő mérettel egyre hangsúlyosabb lesz a nagyobb hatótávolságú kölcsönhatás ( taszítás ) jelentősége. valószínűleg ezért nincs az ólomtól felfelé stabil atommag. Itt ahogy nő a magban a neutronok száma, úgy lesz egyre instabilabb és előbb egy rakás atommag alfa bomlással bomlik, majd végül olyan nagy magok vannak amik már spontán szétesnek ( spontán maghasadás).

Az ólomig viszont megvannak a stabil magok a saját proton-neutron arányukkal. Itt viszont ahogy nő/csökken a magban a neutronok száma, úgy növekszik a bomlási hajlam és úgy csökken a felezési idő. Gyakorlatilag minél távolabb esik az izotóp az ideális proton-neutron aránytól úgy csökken egyre jobban a felezési idő. Itt jellemzően a gyenge kölcsönhatás kavar be :)

Szerintem a felezési idő nagyban függ az a rendszámhoz tartozó ideális proton-neutron aránytól való távolodástól.

[link]

[link]