Всичко за радиоактивните елементи, радиацията и атомните бомби

[Mateev]

Вече научихме, че всички изотопи с малък период на полуразпад отдавна са се разпаднали и вече ги няма в земната кора. Има само тези, които са с голям период на полуразпад. Кои са те?

Оказва се, че списъкът е много кратък:

• Ксенон-124 – 1.8 × 10²² години - нищожни количества в земната атмосфера
• Телур-130 – 2.2 × 10²¹ години - 0.001 ppm
• Бисмут-209 – 1.9 × 10¹⁹ години - 0.009 ppm
• Неодим-150 – 7 × 10¹⁸ години - 20 ppm
• Телур-128 – 7.7 × 10¹⁶ години - 0.001 ppm
• Рубидий-87 – 48.8 милиарда години - 90 ppm
• Торий-232 – 14.05 милиарда години - 10 ppm
• Уран-238 – 4.47 милиарда години - 2.8 ppm
• Калий-40 – 1.25 милиарда години - 0.012% от целия калий, който е 2.1% от земната кора
• Уран-235 – 703.8 милиона години - 0.7% от Уран-238
• Плутоний-244 – 80 милиона години
• Йод-129 – 15.7 милиона години - 0.45 ppm - вторичен изотоп, създаван от космическата радиация и процеси на делене
• Берилий-10 – 1.39 милиона години - нищожни следи в горните слоеве на атмосферата
• Криптон-81 – 229 000 години
• Технеций-99 – 211 000 години

С червено са отбелязани радиоактивните изотопи, от които има нищожни количества в земната кора или само следи и нищо повече.

Със синьо са отбелязани изотопите, които ги има в достатъчни количества в земната кора. Вижте ги колко са малко - само 6 на брой от хилядите възможни, открити от учените.

Може смело да се твърди, че само тези 6 сини изотопа ги има като находища от полезни изкопаеми. Има обаче един друг списък от радиоактивни изотопи, които ги има в природата, въпрекия техния малък период на полуразпад. Има ги, защото непрекъснато се произвеждат нови, плод на разпадните вериги на горните 6 дълговечни изотопи със син цвят.

- Торий-230 – 75 380 години - продукт на разпада на Уран-238 и затова го има в нищожни количества
- Протактиний-231 – 32 760 години - Член на разпадната верига на уран-235
- Въглерод-14 – 5 730 години - Среща се главно в органичната материя и атмосферата в много малки концентрации
- Радий-226 - 1 600 години - Член на разпадната верига на уран-238
- Радий-228 - 5.75 години - Член на разпадната верига на торий-230
- Полоний-210 - 138.4 дни - Продукт от разпада на радон-222 в разпадната верига на уран-238.
- Радон-222 - 3.8 дни - Директен продукт на разпада на радий-226
- Актиний-228 - 6.15 часа - Директен продукт на разпада на радий-228 в разпадната верига на торий-232.
- Олово 214 - 26,8 минути - част от разпадната верига на уран-238, произлиза от бисмут-214
- Бисмут-214 - 19.9 минути - В разпадната верига на уран-238, като част от разпадите на радон-222

За да завършим списъка ще добавим още един изотоп, който не се счита за природен изотоп и би трябвало да го няма в природата, но човечеството изкуствено го е създало по време на взривяването на около 2000 атомни бомби през 50-те и 60-те години на миналия век и благодарение на няколкото ядрени аварии след това.

- Цезий-137 - 30,17 години

И една последна информация - химическият елемент с най-голям атомен номер, който се среща в природата, е Уран с номер 92. В нищожни количества има и Плутоний с номер 94. Всички други химически елементи от номер 95 до 118 ги няма в природата, и знаем за тях само защото са изкуствено създадени в лаборатории. Нещо повече - периода им на полуразпад е изключително кратък (минути или секунди, че и по-малко) и поради тази причина нямат абсолютно никаква приложна стойност, освен задоволяване на любопитството на учените.

[Mateev]

Желязото не е последно, а оловото ! За слънцето - кобалта и никела, но е необходима темп, над 10 млн градуса, малките звезди спират при първите елементи. https://habr.com/ru/articles/561208/

Така е, проверих. По принцип сочат желязото като най-стабилен елемент с най-стабилно ядро с минимално заключена енергия в него. Тоест желязото се явява последен елемент, който може да се получи след синтез, но това важи за нашето слънце, Оловото пък го сочат като последен елемент, който може да се получи след разпад, но това пак за нашите условия.

Тогава наистина е логично да си зададем въпроса как са получени химическите елементи между желязото и оловото?

Ами оказва се, че има два възможни процеса на нуклеосинтез, които създават елементите между желязото и оловото:

s-процес (бавен неутронен захват) - осъществява се в асимптотично гигантски звезди (AGB звезди) – те са в последните етапи от своя живот.

r-процес (бърз неутронен захват) - осъществява се при свръхнови експлозии и при сливане на неутронни звезди.

Това обаче вече са подробности. За нас е достатъчно да знаем, че вселената е съществувала 9 милиарда години преди да започне да се образува нашата слънчева система, което автоматично означава, че в материята за нейното образуване вече наготово е присъствала цялата менделеева таблица от химически елементи и изотопи с дълъг период на полуразпад.

[Mateev]

Какво аз разбрах от постингите за произхода на радиоактивните изотопи - ще го опиша като невежа, разказващ на други невежи...

1. Почти веднага след голямия взрив са се формирали двата най-леки химически елементи и техните изотопи - Водород и Хелий.
2. В ранната вселена благодарение на космическите лъчи са се формирали Литий, Берилий и Бор.
3. След това от цялата тази материя, разпиляна из вселената, постепенно са започнали да се образуват ранните звезди
4. Благодарение на огромните налягания и температури в тези ранни звезди започва термоядрен синтез, благодарение на който са се образували по-тежки елементи, като въглерод, кислород, азот, силиций, магнезий, желязо.
5. Желязото е най-тежкият елемент, който може да се образува в недрата на една звезда.
6. Постепенно някои от най-ранните звезди изживяват живота си и се превръщат в свръхнови.
7. Колосалните налягания и температури в свръхновите вече са в състояние да образуват злато, платина, уран и торий, както и други химически елементи с големи номера.
8. Самият взрив на свръхновите ги разпилява тези тежки химически елементи и изотопи из цялата вселена.
9. Радиоактивния разпад започва да работи, и той след разпадане на тежките ядра създава целият спектър от всички радиоактивни химически елементи и изотопи.
10. С течение на времето (милиони и милиарди години) този разпад води до почти 100%-ово разпадане на елементите с малък период на полуразпад, така че в разпиляните из цялата вселена радиоактивни изотопи остават налични само тези, които имат голям период на полуразпад (милиони и милиарди години)
11. На мястото на слънчевата система към момента на нейното образуване вече има разпиляна налична материя не само с леки елементи до Желязо, но и с целия спектър от тежки елементи с дълъг период на полуразпад.
12. Слънцето започва да се образува и в него започват термоядрени реакции, но за разлика от ранните звезди в слънцето вече има и тежки радиоактивни елементи, довеяни при нас от свръхнови или от сливане на неутронни звезди.
13. Масата на слънцето е 99.86% от масата на цялата слънчева система.
14. За планетите, луните, астероидите и другите камънаци в слънчвата система е останала само 0.14% от цялата маса
15. В тези 0.14% обаче вече има налични всички елементи от менделеевата таблица, който все още не са се разпаднали.
16. В ранните етапи от формирането на земята тя е била течна, и това е способствали по-тежките елементи да потъват към центъра, а по-леките да остават на повърхността.
17. Следователно радиоактивни елементи има както в ядрото, така и в мантията или в кората на земята, но разпределението не е равномерно.
18. Например в ядрото на земята почти няма Уран и Торий, защото те са несъвместими с металите (желязото).
19. В земната кора като маса спрямо масата на цялата земя има Уран (1-2 части на милион), Торий (6-10 части на милион) и Калий (2.1%, включително и радиоактивния Калий 40).
20. В мантията има доста по-ниски концентрации (Уран - 0.02 ppm, Торий - 0.1 ppm, Калий - 250 ppm,), но въпреки това тя съдържа по-големи абсолютни количества поради по-големия си обем.
21. Радиоактивните елементи в мантията се намират в горните нейни части, тъй като те са по-течни и са по-малко плътни от долните.
22. Самите магмени процеси (движение на континенти, застъпване на плочи, вулкани) пренасят радиоактивни изотопи от мантията към кората.
23. Тези радиоактивни изотопи в мантията са ключови за производството на вътрешната топлина на планетата, затова и тя не е истинала напълно през милиардите години живот (4.5 милиарда).
24. След втвърдяването на кората при пристигане на нови астероиди от свръхнови ценните тежки химически елементи и изотопи вече не потъват в магмата, а остават в повърхостния слой на земята.
25. Това са и нашите находища на полезни изкопаеми, включително и радиоактивни такива, които са или на повърхостта, или близо до повърхностния слой.
26. Следователно на земята има сравнително добре разпределени в кората радиоактивни химически елементи и изотопи с малка концентрация, които определят околния радиоактивен фон, но има и силно концентрирани такива в находища, близко до повърхността.

[Кисимов]

Кобалт и никел също се синтезират някъде - никелът е 2.7% от масата на планетата ни. Няколко процеса на синтез дори протичат паралелно. Синтезът на хелия осигурява около 83 % от сльнчевата светимост, а втората част на цикъла - синтезът на Берилий и литий около 15 % , или общо 98 % . Останалите два процента се осигуряват от въглеродо-азотния цикьл (CNO), при който се получава кислород. Съсредоточаването на синтезирани хелиеви ядра около центъра на звездата води до едновременен послехелиев синтез в по-тежки елементи, който е съпроводен от продължаващия все още водороден синтез в по-външните от ядрото области. Така че никел със сигурност се синтезира, но не от желязото, а паралелно с него.

[Mateev]

Много други въпроси задавах на ИИ, за да си изясня за мене си подробности около всичко написано до момента, но тука в темата няма да публикувам всички, а най-важните, които са необходими за разбирането ни за атомните и термоядрените бомби, йонизиращата радиация, и нейното влияние върху живата материя. Та следващият важен според мене въпрос е следният:

Защо желязото се явява граница между термоядрения синтез и радиоактивното разпадане?

Желязото (Fe), и по-точно неговият най-стабилен изотоп желязо-56 (56Fe), се смята за границата между термоядрения синтез и радиоактивния разпад поради неговите уникални ядрени свойства, свързани с ядрената енергия на свързване на нуклоните.

---

1. Енергия на свързване и стабилност

• Енергия на свързване на нуклоните:
  • Това е енергията, която държи протоните и неутроните (нуклоните) заедно в ядрото.
  • Желязо-56 има най-високата енергия на свързване на нуклон (около 8.8 MeV на нуклон) сред всички елементи.
  • Това означава, че ядрата на желязото са изключително стабилни и не могат да бъдат "слети" или "разцепени", без да се изразходва повече енергия, отколкото се освобождава.

---

2. Граница между термоядрен синтез и разпад

А. При термоядрен синтез (леки елементи):

• Какво е синтез?
  • При термоядрения синтез леките ядра, като тези на водород или хелий , се сливат в по-тежки ядра.
  • При сливането на тези ядра се освобождава енергия, защото продуктите имат по-висока енергия на свързване от първоначалните ядра.
• Желязото като граница:
  • До желязо-56, всяко сливане на леки ядра води до освобождаване на енергия.
  • След желязо, синтезът на по-тежки елементи поглъща енергия, вместо да я освобождава, което го прави неефективен.

Б. При радиоактивния разпад (тежки елементи):

• Какво е разпад?
  • При радиоактивен разпад ядра на тежки елементи, като уран-238 или торий-232, се разпадат в по-леки ядра.
  • Този процес освобождава енергия, защото тежките ядра имат по-ниска енергия на свързване от крайните продукти.
• Желязото като граница:
  • Когато ядрата достигнат масата на желязото, те вече не могат да се разпадат в още по-стабилни ядра, които освобождават енергия. Те са в "енергийна ядрена равновесна точка".

---

3. Ролята на желязото в звездната еволюция

• Ядрен синтез в звезди:
  • Звездите генерират енергия чрез термоядрен синтез, започвайки с водород и преминавайки през хелий, въглерод, кислород и други елементи.
  • Когато звездата достигне етапа, в който синтезира желязо, тя вече не може да произведе допълнителна енергия чрез синтез, защото синтезът на по-тежки елементи е енергийно неблагоприятен.
• Крах на звездата:
  • Когато ядрото на масивна звезда натрупа достатъчно желязо, натискът от гравитацията вече не може да бъде балансиран от енергията на синтеза. Това води до колапс на звездата и, често, до свръхнова експлозия.
  • При свръхновата се образуват елементи по-тежки от желязото (напр. злато, платина) чрез процеса r-нуклеосинтез.

---

4. Защо не могат да се използват реакции след желязото?

• При синтез на елементи по-тежки от желязото:
  • За да се синтезират елементи като злато или уран, е необходимо външно добавяне на енергия (например в условията на свръхнова).
• При разпад на елементи по-леки от желязото:
  • По-леките ядра не могат да се разпаднат спонтанно до още по-леки ядра с освобождаване на енергия, защото те вече са близо до пика на стабилност.

---

5. Заключение


Желязото (Fe) е границата между термоядрения синтез и радиоактивния разпад, защото неговият изотоп 56Fe е най-стабилното ядро по отношение на енергията на свързване. Това го прави ключова "енергийна бариера" в звездната еволюция и в природните ядрени процеси, определяйки кои реакции освобождават енергия и кои я изискват.

[Mateev]

Продължаваме с любопитството около произхода на радиоактивните изотопи, намиращи се на земята:

Кои химически елементи и изотопи са се формирали в слъчевата система и кои са пристигнали с астероиди от космоса?

Химическите елементи и изотопи, които съществуват на Земята, са формирани чрез различни процеси в космоса, както в самата Слънчева система, така и извън нея. Ето детайлно разграничение между тези, които са се формирали в Слънчевата система, и тези, които са дошли чрез астероиди и метеорити.

---

Елементи и изотопи, формирани в Слънчевата система


Тези елементи и изотопи са резултат от процесите на формиране на Слънчевата система преди около 4.6 милиарда години.

1. Примордиални елементи (формирани преди Слънчевата система, но включени в нея)

• Хидроген (водород) и хелий: Формирани по време на Големия взрив (около 13.8 милиарда години).
• Литий, берилй и бор: Образувани в ранната Вселена и чрез взаимодействие на космическите лъчи с атомни ядра.

2. Елементи от нуклеосинтеза в звезди (преди Слънчевата система)

• Тежки елементи като въглерод, кислород, азот, силиций, магнезий, желязо:
  • Формирани в недрата на звезди чрез термоядрен синтез.
  • Разпръснати в космоса чрез свръхнови и звездни ветрове.
• Злато, платина, уран, торий:
  • Образувани при редки събития като сливане на неутронни звезди или свръхнови.

3. Изотопи формирани чрез локални процеси в Слънчевата система

• Някои изотопи като алуминий-26 и желязо-60 са се образували в ранните етапи на формиране на Слънчевата система чрез радиоактивни разпади на космически частици.

---

Елементи и изотопи, пристигнали с астероиди, метеорити и комети


Астероидите, метеоритите и кометите са донесли материали от външната част на Слънчевата система, които са играли ключова роля за развитието на Земята.

1. Органични съединения

• Астероидите и кометите са донесли въглеродни съединения, аминокиселини и органични молекули, които може да са допринесли за зараждането на живота на Земята.

2. Вода

• Смята се, че голяма част от водата на Земята е била доставена чрез въглеродни хондрити (вид метеорити) и комети, които съдържат лед.

3. Радиоактивни изотопи

• Алуминий-26: Донесен от метеорити, този радиоактивен изотоп е бил важен за ранното нагряване на планетезималите (ранните малки тела в Слънчевата система).
• Изотопи на кислород и водород: Метеоритите съдържат различни изотопни съотношения, които ни дават информация за техния произход.

4. Редки метали

• Метеоритите често съдържат желязо, никел, иридий и други тежки метали. Например:
  • Иридий: Елемент, открит в слоя от времето на изчезването на динозаврите, който вероятно е дошъл от астероид.
  • Платина и злато: Могат също да бъдат донесени чрез астероиди.

5. Метеоритни находки

• Хондритите, които са най-често срещаните метеорити, съдържат примитивен материал, останал от формирането на Слънчевата система.

---

Какво е уникалното за тези две групи?

1. Слънчевата система е формирала голяма част от тежките елементи в звезди, преди Слънцето да се роди. Тези елементи са включени в планетите, луните и астероидите.
2. Астероидите и кометите са "носители" на древни, почти непроменени материали от ранните етапи на формиране на Слънчевата система. Те са доставили елементи и съединения, които иначе липсват в Земята, като органични молекули и вода.

---

Заключение

• Елементи формирани в Слънчевата система: Включват водород, хелий, тежки метали като уран и злато, които са формирани преди или по време на формирането на системата.
• Елементи донесени от астероиди и комети: Включват редки изотопи, вода и органични съединения, които са допринесли за химическото и биологичното разнообразие на Земята.

[Mateev]

А ето и въпросът, който дразни нашето любопитство:

От къде са се взели радиоактивните изотопи и как те са попаднали на земята?

Радиоактивните изотопи, които съществуват на Земята, имат различен произход, свързан с космически и земни процеси. Те могат да бъдат разделени на три основни категории в зависимост от произхода им:

---

1. Първични радиоактивни изотопи (останали от формирането на Слънчевата система):

• Тези изотопи са образувани при нуклеосинтезата в звездите преди милиарди години, по време на големи звезди, свръхнови и други астрономически събития.
• Примери за първични радиоактивни изотопи:
  • Уран-238, Уран-235, Торий-232 – Тези изотопи имат изключително дълъг период на полуразпад (милиарди години), което обяснява защо те все още съществуват на Земята.
  • Калий-40 – Източник на естествена радиоактивност в минерали и почви.
• Как са попаднали на Земята:
  • Първичните радиоактивни изотопи са се образували в междузвездния прах и газ, от който се е формирала Слънчевата система. По време на образуването на Земята, тези елементи са били включени в скалите и минералите на нашата планета.

---

2. Вторични радиоактивни изотопи (образувани от разпад на първични изотопи):

• Тези изотопи са продукти на разпада на първични радиоактивни изотопи или са образувани чрез ядрени реакции в природата.
• Примери:
  • Радон-222 (образуван от разпада на уран-238) – газ, който често се среща в почвите.
  • Радий-226 (образуван от разпада на уран-238).
  • Технеций-99 – макар и рядък, той може да бъде продукт на естествени ядрени реакции.
• Как са се появили:
  • Тези изотопи се образуват като част от радиоактивните разпадни вериги на първичните изотопи, които все още съществуват на Земята.

---

3. Космогенни радиоактивни изотопи (образувани от взаимодействие с космическите лъчи):

• Космическите лъчи, идващи от Слънцето и извън нашата галактика, постоянно бомбардират горната атмосфера на Земята. Това създава нови радиоактивни изотопи чрез взаимодействие с ядрата на атомите в атмосферата.
• Примери:
  • Въглерод-14 – Образува се в атмосферата чрез взаимодействие на азота с неутрони от космическите лъчи. Използва се за датиране на археологически находки.
  • Берилий-10 – Образува се от взаимодействие на космическите лъчи с кислород или азот.
• Как попадат на Земята:
  • Тези изотопи се създават постоянно в атмосферата и се натрупват в почвата, водата и организмите.

---

4. Антропогенни радиоактивни изотопи (създадени от човешка дейност):

• Те са резултат от ядрени експерименти, аварии и индустриална дейност.
• Примери:
  • Цезий-137, Стронций-90 – Продукти на ядрени опити и аварии (Чернобил, Фукушима).
  • Йод-131 – Използва се в медицината и се отделя при ядрени аварии.
• Как са попаднали на Земята:
  • Чрез изхвърляне в атмосферата и околната среда при ядрени опити, аварии и работа на ядрени реактори.

---

Заключение

Радиоактивните изотопи, които срещаме на Земята, идват от няколко източника: космическа нуклеосинтеза, космически лъчи, разпад на първични изотопи и човешка дейност. Тяхното присъствие е резултат от милиарди години еволюция на Вселената и взаимодействия между различни физични и химични процеси.

[Mateev]

Тогава, един гаден въпрос :
- Вече има 2 ли бяха или 3 неутринни детектора ("телескопа"). Позе, за такива, са строени.
Така...
...А, антинеутрино дали ще улавят и още, ако частиците от "редовна/нормална" материя се различават от античатиците по своя заряд и "ходят по двойки"(ясно е, протон-антипротон, електрон-позитрон) то, кое може да ну е "анти" на едно неутрино в антинеутриното с нулевия му заряд и все пак, положителната му енергия? Явно, околонулева но, не и отрицателна ще е и масата му... Съвсем се обърках. Хелп отнякъде?

Ааааа - всичко е много просто. Според всеобщо известната формула на Айнщайн E = M * C на квадрат, енергия и материя са почти едно и също и могат да преминават от едно в друго, но по-важното е, че когато едно тяло се зарежда с енергия, то с това нараства и неговата маса.

Невероятно, но факт, но най-шокиращият пример е, че един часовник с навита пружина има по-голяма маса от такъв, на когото пружината не е навита. Продължение на примера - когато човек навива пружината на часовника, той всъщност отслабва и става по-лек, защото отдава енергия, а часовника става по-тежък, защото приема енергия.

Та такива са тъпите закони на вселената и на квантовата физика, и е крайно време да спрем да си изненадваме или учудваме ...

[Pyramid]

Удивителното е, че ИИ не само знае повече от 99% от жителите на земята,
но дори вече има чувство за хумор
------------------
Вашият анализ е проницателен и докосва ключови аспекти от ядрената физика, но има някои физични принципи и детайли, които могат да помогнат да се "разреди кашата". Нека ги разгледаме:

1. Маси и енергия при бета-разпад: къде е "липсващата" енергия?

• Масите на частиците:
  • Неутрон: ≈ 939.565 MeV/c²
  • Протон: ≈ 938.272 MeV/c²
  • Електрон: ≈ 0.511 MeV/c²
  • Антинеутрино: ≈ 0 (но носи енергия!).
• При бета-разпад:
  Неутронът се превръща в протон + електрон + антинеутрино.
  Според закона за запазване на енергията:
  Енергията на неутрона = Енергията на продуктите + Кинетична енергия.
  • Масов дефект:
    Разликата в масите е:
    939.565 − (938.272+0.511) = 0.782 MeV .
    Тази енергия се разпределя между кинетичната енергия на електрона и антинеутриното.
• Проблемът с "липсващата" енергия:
  Преди откриването на антинеутриното (от В. Паули, 1930), физиците не можели да обяснят защо електроните при бета-разпад имат променлива енергия (а не фиксирана).
  Решение: Антинеутриното "отнася" част от енергията, което запазва законите на физиката.

---

2. Защо ядрата на тежките елементи (уран и по-тежки) продължават да се разпадат?

• Ядрена стабилност:
  Ядрата са стабилни, ако имат оптимално съотношение протони/неутрони (≈ 1:1 за леки елементи, ≈ 1:1.5 за тежки).
  • При уран (Z=92): Съотношението е ≈ 1:1.58.
  • Бета-разпадът променя броя на протоните и неутроните, но не винаги довежда до стабилност.
  • Дъщерните ядра често са все още нестабилни → последващи разпади (радиоактивни вериги).
• Пример за верига:
  Уран-238 → Торий-234 → Протактиний-234 → Уран-234 → ... → Олово-206 (стабилен).
  Всеки етап включва алфа или бета-разпад, докато се достигне стабилен изотоп.

---

3. Квантовата вероятност и "безкрайните" разпади

• Характер на разпада:
  Разпадът е статистически процес, описан от вероятност за разпад за единица време (характеризира се с период на полуразпад).
  • Независимост от външни фактори:
    Квантовите събития (напр. разпад) не зависят от историята на ядрото – това е фундаментален принцип на квантовата механика ("lack of memory").
• Защо излъчванията не спират?
  Докато ядрото е в възбудено състояние (след разпад), то ще се стреми към основно състояние, излъчвайки енергия (гама-лъчи).
  • Промяна в лъчението:
    Различните изотопи в една верига имат различни видове лъчение (алфа, бета, гама) и интензитет. Това създава илюзията за "безкрайност", но всъщност веригата завършва със стабилен изотоп.

---

4. Философски подтекст: "Някой се е постарал да ни прецака"

• Природата на ентропията:
  Вселената се стреми към максимална ентропия (хаос). Радиоактивният разпад е проява на това – нестабилните системи се разпадат, за да постигнат по-ниско енергетично състояние.
• Еволюцията на ядрата:
  Тежките ядра (като уран) са остатъци от свръхнови звезди. Те са нестабилни, защото природата не е "проектирала" ядра с Z > 92 да съществуват вечно.

---

Заключение: Няма "гадория", има физика!

Радиоактивният разпад е естествен процес, който следва строги закони – от запазване на енергията до квантовата вероятност. Въпреки че изглежда хаотично, всяка "каша" от изотопи и лъчения има своята логика:

• Антинеутриното "спасява" законите за запазване.
• Радиоактивните вериги водят към стабилност, макар и през милиони години.
• Квантовата неопределеност е фундаментален принцип, а не злонамерен дизайн.

Така че, да – природата е жестока, но не е лично против нас.
Просто играе по собствените си правила.

Тогава, един гаден въпрос :
- Вече има 2 ли бяха или 3 неутринни детектора ("телескопа"). Позе, за такива, са строени.
Така...
...А, антинеутрино дали ще улавят и още, ако частиците от "редовна/нормална" материя се различават от античатиците по своя заряд и "ходят по двойки"(ясно е, протон-антипротон, електрон-позитрон) то, кое може да ну е "анти" на едно неутрино в антинеутриното с нулевия му заряд и все пак, положителната му енергия? Явно, околонулева но, не и отрицателна ще е и масата му... Съвсем се обърках. Хелп отнякъде?

[Mateev]

Радвам се, че и други хора започнаха да помагат да разнищим загадките около радиоактивността на някои изотопи и нейните следствия. Според мене следващия интересен въпрос е:

Защо има антилогаритмичен закон за полуразпад на тежките радиоактивни изотопи, а не линеен?

Ами според ИИ антилогаритмичният (експоненциален) характер на закона за полуразпад на радиоактивните изотопи е следствие от статистическата природа на радиоактивния разпад и вероятностните процеси, които го описват. Тоест радиоактивният разпад е случаен процес на квантово ниво. Всеки атом на радиоактивно вещество има определена вероятност да се разпадне за единица време, която е постоянна и не зависи от времето или външните условия. Тази постоянна вероятност води до експоненциално намаляване на броя на оставащите атоми с течение на времето. Също така всеки атом в радиоактивния материал се разпада независимо от другите. Тази независимост гарантира, че процесът е описан чрез експоненциална функция.

Казано с две думи - изглежда че вероятността за разпад на атомите на един изотоп се явява ПАРАМЕТЪР на този изотоп и тази вероятност е константа за всеки един атом от този изотоп. Интересно ка създателя на вселената, който и да е той, е успял да прикрепи към атомите на веществото такъв мъгляв параметър като вероятността за разпад. Дори си има строго диференциално уравнение, описващо този разпад.

dN / dT = -λN

където:

• N е броят на оставащите атоми;
• λ е константата на разпад (характеризираща вероятността за разпад за единица време);
• t е времето.

Решението на това уравнение е експоненциалната функция

N(t) = N0(t) * e на степен -λt, където N0 е първоначалният брой атоми.

Тоест количеството на разпадналите се атоми зависи от началния брой такива и от вероятността за разпад. И когато се разпаднат например половината атоми, началното количество става 2 пъти по-малко, и затова броя на разпадналите се атоми за следващия такъв период от време ще е равен на половината от останалите, след още един период - половината на половината и така нататък до безкрай.

Такъв един закон за разпадане на радиоактивните изотопи много ни устройва като хора, защото веднага след взрив на атомна бомба ще имаме един сравнително кратък период от време, през който радиацията много бързо ще намалее като стойност, Съгласно различни източници имаме приблизително следният темп на намаляване на радиацията след взрив на атомна бомба:

7 часа - намалява 10 пъти
49 часа (около 2 денонощия) - намалява 100 пъти
363 часа (около 2 седмици) - намалява 1000 пъти
2534 часа (малко повечче от 1 тримесечие) - намалява 10 000 пъти
след 2 години - намалява 100 000 пъти
след 14 години - намалява 1 000 000 пъти
и т.н.

[Pyramid]

Защо един изотоп може да бъде радиоактивен?

Ролята на протоните и неутроните в ядрото е различна. Протоните определят химическия елемент. Тъй като носят положителен заряд, те привличат електроните, и тази комбинация протони + електрони определя електрическите и химическите свойства на дадения елемент. Тъй като протоните са с еднакъв заряд, те се отблъскват един от друг (електростатично отблъскване), и за да остане ядрото стабилно и да не се разпада, ключова роля играят неутроните в него. Те нямат заряд, но участват в така нареченото силно ядрено взаимодействие.

Това е много важно и затова ще го повторя. Вътре в ядрото си противодействат две сили - сила на привличане (силно ядрено взаимодействие) и сила на отблъскване (електростатично отблъскване). За да е стабилно едно ядро, трябва да има баланс на тези сили (да се уравновесяват). За леките елементи с номер по-малък от 20 този баланс се постигаа когато броят на протоните е равен на броя на неутроните. При по тежките елементи с номер, по-голям от 20, стабилните ядра имат нужда от повече неутрони, отколкото протони.

С две думи - дисбалансът причинява нестабилност.
Тоест неутроните, които играят ролята на "лепило" в ядрото, ако са по-много или по-малко от точно необходимият брой за баланс, атома става нестабилен или радиоактивен. Такива радиоактивни ядра, в които има повече енергия, отколкото им е необходимо за стабилност, са склонни да я излъчат под формата на радиация (гама лъчи).

При прекомерно голям размер на ядрото в много тежките елементи (Z>82, като уран например или плутоний) , електростатичното отблъскване преобладава над силното ядрено взаимодействие, и поради тази причина тези ядра са склонни да се разпадат до други химически елементи с цел постигане на стабилност. Заключение:

• Протоните: Определят химическия елемент и влияят на електростатичното отблъскване в ядрото.
• Неутроните: Поддържат стабилността на ядрото, като компенсират отблъскването между протоните.
• Радиоактивност:Изотопите стават радиоактивни тогава, когато ядрото им е нестабилно поради дисбаланс в броя на протоните и неутроните, прекомерен размер или излишна енергия. Тази нестабилност води до радиоактивен разпад, който има за цел да направи ядрото по-стабилно.

На каква идея ме наведе, току-що: чел съм че, МАСАТА на неутрона, е 1839 електронни маси, а тази на протона, е 1837 маси на електрона. След бета-разпад В ЯДРОТО, от неутрона, се отделят протон и електрон и...предвид значимата маса на електрона (в онзи мащаб), не съм забелязал излишък/недостиг от енергия (Е=m*c²) да се отделя или поглъща. Проблемът е че, при разпада на урана и нагоре, бета-разпадът продължава надолу, т.е.ядрата някак не са станали по-стабилни. Нито по-нестабилни. Вари се някаква каша тук.
Та...Следя аз разказите за квантовата физика и там казват че, тези явления са (проточат с) определена вероятност във времето, НЕЗАВИСИМО от нищо друго. И ядрата на елементите преминават от един в друг или поне, от един изотоп в друг. Гадорията тук е че, излъчванията не спират, само сменят дължина на вълната и интензивността си. Пусто да остане, някой здраво се е постарал да ни прецака.

[Mateev]

Вече разбрахме, че има тежки радиоактивни изотопи, които поради силната си нестабилност са склонни да се разпадат на по-леки такива, като при този разпад освен че се извършва ядрена реакция, се отделя и йонизираща радиацция. Разбраме и че има леки радиоактивни изотопи, които не са склонни да се разпадат, но въпреки това са склонни да излъчват йонизираща радиация поради факта, че имат излишна енергия, плод на дисбаланса на протони и неутрони в ядрото. И тука възниква естественият въпрос:

Колко са на брой радиоактивните изотопи?

Отговорът е повече от стресиращ. Радиоактивните изотопи са хиляди на брой. Толкова са много, щото се е наложило да се правят специални бази данни, в които ежедневно се добавят нови и нови изотопи.

https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcha...ChartHTML.html

https://www.nndc.bnl.gov/nudat3/

Просто нямам думи. Излиза, че навсякъде около нас и дори вътре в нас бъка от атоми на радиоактивни изотопи. Има ги дори и в храната, която ядем (банани, ягоди и т.н.). Има ги в костите на нашето тяло и къде ли не другаде. Всичките тези радиоактивни изотопи около нас създават комплексно йонизиращо лъчение, което ние наричаме РАДИОАКТИВЕН ФОН.

Добрата новина е, че ние през милионите години еволюция донякъде сме се адаптирали към този радиоактивен фон. Лошата новина е, че въпреки нашата адаптация този радиоактивен фон е една от причиниte за появата на различни видове рак. Да, точно така - не е необходимо да има ядрена война. Достатъчен е само уж безобидния радиоактивен фон, за да предизвика милиони случаи на рак и да отнеме милиони човешки животи.

Можем ли някакси да се предпазим от заболяването рак?

Тъжно, но отговорът е НЕ !!!

Няма къде да се скрием и няма как да намалим естествения радиоактивен фон около нас. Това е случайностен процес. Всяка секунда хиляди високоенергийни частици пронизват нашето тяло. Някои от тях преминават и си заминават, без да ни нанесат никакви щети, но други се сблъскват с атоми в нашето тяло, йонизират ги, и така нанасят по-големи или по-малки щети на една или друга клетка от нашето тяло. И ако сме късметлии, тези щети ще са минимални и няма да повредят жизненоважни органи, но ако сме изтеглили късата клеча, сдобиваме се с рак и в повечето случай си заминаваме преждевременно.

[Mateev]

Кои са тежките радиоактивни елементи, склонни към радиоактивен разпад?

Тежките радиоактивни елементи, които са склонни към радиоактивен разпад, са елементи с високо атомно число (Z>82) и голяма маса на ядрото. Тези елементи са нестабилни, защото електростатичното отблъскване между многото протони не може да бъде достатъчно компенсирано от силното ядрено взаимодействие. Те обикновено претърпяват радиоактивен разпад, за да достигнат по-стабилно състояние.

1. Радиоактивни елементи с атомно число Z>82
2. Актиноиди (Z=89–103)
3. Елементи с атомно число Z>94 (трансуранови елементи)

При своят разпад радиоактивните елементи преминават през различни стъпки - разпадат се до един елемент, той до друг, той до трети и така нататък докато се достигне до някой стабилен елемент (напр. олово или бисмут).

Има три основни естествени разпадни вериги, които водят до стабилни елементи:

1. Урановата верига:
   • Започва с уран-238
   • Претърпява 14 стъпки на разпад (алфа и бета-разпади).
   • Крайният стабилен елемент е олово-206
2. Ториевата верига:
   • Започва с торий-232
   • Претърпява 10 стъпки на разпад.
   • Крайният стабилен елемент е олово-208
3. Актиниева верига:
   • Започва с уран-235
   • Претърпява 11 стъпки на разпад.
   • Крайният стабилен елемент е олово-207

[Mateev]

Йонизираща радиация, освен друго, влияе и на техниката, предизвиквайки ускорено деградиране, фалшиви сигнали, стареене и увеличаване експлоатационните проблеми. Например в стоманата на реакторите на АЕЦ, съдържащите се силиций, под действие на неутронния поток, се превръща във фосфор след ядрена теансмутация, което води до снижаване на механически якост и повишаване риска от ядрени аварии. При това положение, животът на АВЦ не може да се удължава безгранично и се налагат периодични проверки за свойствата на материалите, които - излязат ли от дадени граници, водят до принудително затваряне на реакторите, за да се избегнат катастрофални разрушения.

Разбира се, че влияе. Йонизирания атом вече има променена химическа активност. Той може да се откачи от някоя важна молекула или да се закачи към друга молекула и така се получават коренно различни химически реакции и съединения от желаните от нас.

[Mateev]

Бидейки прецизни, и част от т.нар. "нейонизираща" радиация, баш бая йонизира определени атоми, когато енергията на кванта е повече от работата на отделяне на съответните полупроводници и примесите в тях. Точно на тази радиация, дължим и продукцията на ФЕЦ, която влиза в мрежата.

Така е, но аз наблягам на йонизиращата радиация, която може да повреди клетките на човек. Затова и гледам да се огранича само до най-необходимите понятия и процеси, а не тука да разказваме цялата ядрена физика.