Radioactiviteit, eigenschap vertoond door bepaalde soorten materie van het spontaan uitzenden van energie en subatomaire deeltjes. Het is in wezen een attribuut van individuele atoomkernen.
Een onstabiele kern zal spontaan ontbinden of vervallen tot een stabielere configuratie, maar zal dit slechts op een paar specifieke manieren doen door bepaalde deeltjes of bepaalde vormen van elektromagnetische energie uit te zenden. Radioactief verval is een eigenschap van verschillende natuurlijk voorkomende elementen, evenals van kunstmatig geproduceerde isotopen van de elementen. De snelheid waarmee een radioactief element vervalt, wordt uitgedrukt in termen van halfwaardetijd; dat wil zeggen de tijd die nodig is om de helft van een bepaalde hoeveelheid van de isotoop te laten vervallen. Halfwaardetijden variëren van meer dan 1.000.000.000 jaar voor sommige kernen tot minder dan 10-9tweede (zie hieronder Tarieven van radioactieve overgangen). Het product van een radioactief vervalproces - de dochter van de ouderisotoop genoemd - kan zelf instabiel zijn, in welk geval het ook zal vergaan. Het proces gaat door totdat er een stabiel nuclide is gevormd.
De aard van radioactieve emissies
De emissies van de meest voorkomende vormen van spontaan radioactief verval zijn het alfa (α) deeltje, het bèta (β) deeltje, de gamma (γ) straal en de neutrino. De alfadeeltje is eigenlijk de kern van een helium-4 atomen, met twee positieve ladingen 4 / 2 Hij. Dergelijke geladen atomen worden ionen genoemd. Het neutrale heliumatoom heeft twee elektronen buiten de kern die deze twee ladingen in evenwicht houden. Bètadeeltjes kunnen negatief geladen zijn (beta minus, symbool e -) of positief geladen (beta plus, symbool e +). Het bèta-minus [β -] deeltje is eigenlijk een elektron dat tijdens bèta-verval in de kern wordt aangemaakt zonder enige relatie met de orbitale elektronenwolk van het atoom. Het beta plus deeltje, ook wel positron genoemd, is het antideeltje van het elektron; wanneer ze bij elkaar worden gebracht, zullen twee van dergelijke deeltjes elkaar onderling vernietigen. Gammastralen zijn elektromagnetische straling zoals radiogolven, licht en röntgenstralen. Bèta-radioactiviteit produceert ook de neutrino en antineutrino, deeltjes die geen lading hebben en zeer weinig massa, gesymboliseerd door respectievelijk ν en ν.
Bij de minder vaak voorkomende vormen van radioactiviteit kunnen splijtingsfragmenten, neutronen of protonen worden uitgezonden. Splijtingsfragmenten zijn zelf complexe kernen met meestal tussen een derde en tweederde de lading Z en massa A van de moederkern. Neutronen en protonen zijn natuurlijk de basisbouwstenen van complexe kernen, met ongeveer eenheidsmassa op atomaire schaal en met respectievelijk nul lading of positieve eenheid. In de vrije toestand kan het neutron niet lang bestaan. Het wordt snel gevangen door kernen in materie; anders zal het in de vrije ruimte bèta-minus verval ondergaan tot een proton, een elektron en een antineutrino met een halfwaardetijd van 12,8 minuten. Het proton is de kern van gewone waterstof en is stabiel.
Soorten radioactiviteit
Het vroege werk aan natuurlijke radioactiviteit geassocieerd met uranium- en thoriumertsen identificeerde twee verschillende soorten radioactiviteit: alfa- en bèta-verval.
Alpha verval
Bij alfa-verval wordt een energetisch heliumion (alfadeeltje) uitgestoten, waardoor een dochterkern met atoomnummer twee minder dan de ouder en met atoommassa nummer vier minder dan de ouder overblijft. Een voorbeeld is het verval (gesymboliseerd door een pijl) van de overvloedige isotoop van uranium, 238 U, tot een thoriumdochter plus een alfadeeltje:
Gegeven hiervoor en daaropvolgende reacties zijn de vrijgekomen energie (Q) in miljoenen elektronvolt (MeV) en de halfwaardetijd (t 1⁄2). Opgemerkt moet worden dat bij alfa-verval de ladingen, of het aantal protonen, weergegeven in subscript, in evenwicht zijn aan beide zijden van de pijl, evenals de atoommassa's, weergegeven in superscript.
