4. Dezintegrarea nucleara radioactiva. Procesul de anihilare dintre electroni si pozitroni. Nasterea radiatiilor α un experiment neconcludent si superficial. Captura k intre eroare si confuzie. Electroni, pozitroni, neutrini si fotoni nucleari γ sau x particule de schimb.

Dezintegrarea nucleara radioactiva este transformarea spontana a nucleului atomic, in urma caruia din interiorul acestuia sunt expulzate diferite particule sub forma de radiatii b, a si g.

In cazul dezintegrarii b neutronii emit un electron si un neutrin si se transforma in protoni.

Acest lucru a fost pus in evidenta prin faptul ca, un anumit tip de nuclee emit particule b cu cele mai diferite energii care impreuna formeaza spectrul energetic (sau al vitezelor) caracteristic pentru materia sau substanta radioactiva care emit aceste particule.

De exemplu, particulele b ale Ra (radiu) au toate valorile de energie posibile pana la E_max = 1,17 MeV.

Maximul curbei se gaseste aproximativ in dreptul valorii de 0,035 MeV, de aceea particulele cu aceasta energie sunt cele mai numeroase.

La inceput era greu de inteles de ce particulele b emise de un anumit fel de nuclee au energii diferite.

In anul 1931, W. Pauli incearca sa explice acest lucru presupunand ca, odata cu fiecare electron se emite si un neutrin (⁰₀n). Lucru dovedit ulterior in 1956 de fizicienii T.D. Uee si C.N. Young.

Neutrinul este o particula neutra din punct de vedere electric.

Dezintegrarea neutronilor, cunoscuta si dezintegrarea b se prezinta in felul urmator:

¹₀n => ¹₊₁p + ⁰_-1e + ⁰₀v

Astfel, se presupune ca energia care devine libera cu prilejul fiecarui proces de dezintegrare b este egala cu valoarea maxima E_max pe care o au electronii de fiecare data. Diferenta dintre energia E_max si energia electronului este preluata de neutrinul emis concomitent.

Prin dezintegrarea b are loc emisia unei radiatii b alcatuita din electroni si o radiatie g compusa din neutrini.

Energia si masa nucleonilor poate sa scada, atunci cand atomii sunt instabili, cum este cazul substantelor sau metalelor radioactive, printr-un proces nuclear natural radioactiv de lunga durata, numit dezintegrare nucleara radioactiva.

Nucleonii se transforma succesiv din protoni in neutroni si invers, cu trecerea acestora de pe o orbita initiala pe o orbita inferioara sau superioara si invers

Acest proces de dezintegrare radioactiva este foarte complex.

In acest caz vom analiza dezintegrarea radioactiva a celui mai cunoscut minereu radioactiv radiul (Ra).

Se cunoaste faptul ca, atomul de radiu este alcatuit din 88 de electroni, 88 de protoni si 138 de neutroni.

De asemenea, trebuie amintit faptul ca, nucleele atomice au o densitate foarte mare de particule, iar numarul neutronilor din nucleu cresc pe masura ce masa nucleului se mareste, deoarece neutronii din nucleu au rol de chit, de a invinge fortele electrostatice de respingere ce exista intre protoni si de a mentine protonii in nucleu mai apropiati intre ei.

Un neutron n se dezintegreaza (A)emitand un electron (_-e) si un neutrin (₀n) din interiorul sau si se transforma intr-un proton p.

¹ ₀n = ¹₊₁p + ⁰_-1e + ⁰₀n

Neutrinul (₀n)este o particula neutra din punct de vedere electric.

Protonul p rezultat, are doua variante de deplasare:

- trece pe o orbita inferioara (A), odata cu aceasta va emite si un foton nuclear (of ) care va avea energia egala cu diferenta dintre energia pe care o avea neutronul pe orbita initiala si trecerea lui in forma modificata de proton pe o orbita inferioara, plus energia emisa de electron si neutrin.

Eof = (Es ñ Ei) + (E _-e + E _n) = hn

- trece pe o orbita superioara (B), atunci cand orbitele inferiore sunt ocupate complet cu numarul de protoni permisi pe aceste orbite.

In acest caz, protonul nu va emite fotonul nuclear.

Protonul p aflat pe aceasta orbita superioara are o stare instabila datorita modificarilor interne anterioare, va reveni pe orbita fundamentala si va emite un foton nuclear (of) g dur, iar daca protonul p va trece pe o orbita inferioara celei fundamentale acesta va emite de asemenea, un foton nuclear (of) g dur care este neutru din punct de vedere electric.

Acest proton p modifica structura interna a atomului si a substantei respective, atomul creste cu o unitate.

Atomul de radiu (Ra) in cazul acesta isi modifica structura sa atomica si nucleara.

Acesta devine atom de actiniu Ac⁺ ionizat pozitiv prin cresterea numarului de protoni cu o unitate, iar numarul de electroni din invelisul electronic ramanand neschimbat, avand un electron in minus.

Electronul (_-e) si neutrinul (₀n) sunt emise de neutron n in exteriorul sau si acestea constituie radiatiile radioactive b alcatuite din electroni care au sarcina electrica negativa si radiatiile g moi formate din neutrini care sunt neutri din punct de vedere electric.

In cazul acesta putem face un bilant energetic al dezintegrarii neutronului.

Se stie ca, nucleul de radiu Ra este compus din 88 de protoni si 138 de neutroni, iar masa nucleului de radiu Ra este:

88 protoni x 1,00783 masa protonului = 88,689004 masa protonilor

138 neutroni x 1,00867 masa neutronului = 139,19646 masa neutronilor

139,19646 + 88,689004 = 227,88546 a.m.u.

Dupa dezintegrarea neutronului avem alta structura atomica respectiv, actiniu Ac⁺ care este alcatuit din 89 de protoni si 137 de neutroni, iar masa nucleara a actiniului Ac⁺ este:

89 protoni x 1,00783 masa protonului = 89,69687 masa protonilor

137 neutroni x 1,00867 masa neutronului = 138,18779 masa neutronilor

138,18779 + 89,69687 = 227,88466 a.m.u.

Bilantul energetic al dezintegrari neutronului din atomul de radiu Ra este:

Masa initiala a nucleului ²²⁶₈₈Ra = 227,88546 a.m.u.

Masa nucleului final ²²⁶₈₉ Ac⁺ = 227,88466 a.m.u.

Defectul de masa Dm = 0,0008 a.m.u.

Energia corespunzatoare 0,0008 x 931,5 MeV = 0,7452 MeV

De unde rezulta, energia totala la dezintegrarea neutronului:

Energia fotonului nuclear g dur = 0,7452 MeV

Energia neutrinului g moale 0,00055 x 931,5MeV = 0,512325 MeV

Energia electronului b 0,00055 x 931,5MeV = 0,512325 MeV

Energia totala emisa la dezintegrarea neutronului = 1,76985 MeV

Un proton p se dezintegreaza (C) emitand un electron (_-e) si un pozitron (₊e) din interiorul sau si se transforma intr-un neutron n.

¹₊₁p = ¹₀n + ⁰_-1e + ⁰₊₁e

Pozitronul (₊e) este o particula incarcata din punct de vedere electric pozitiv.

Neutronul n rezultat are doua posibilitati de deplasare:

- trece pe o orbita inferioara (C), odata cu aceasta va emite si un foton nuclear of _, care va avea energia egala cu diferenta dintre energia pe care o avea protonul p pe orbita initiala si trecerea lui in forma modificata de neutron n pe o orbita superioara plus energia emisa de electron si pozitron.

Eof = (Es ñ Ei) + (E _-e + E _+e) = hn

- trece pe orbita superioara (D), atunci cand orbitele inferioare sunt ocupate complet cu numarul de neutroni permisi.

Neutronul n aflat pe aceasta orbita superioara are o stare instabil, datorita modificarilor interne anterioare, va reveni pe orbita fundamentala si va emite un foton nuclear (of) g dur, iar daca neutronul n va trece pe o orbita inferioara celei fundamentale, acesta emite de asemenea, un foton nuclear (of) g dur.

Acest neutron n modifica structura interna a atomului si a substantei respective, atomul scade cu o unitate.

Atomul de radiu Ra devine atom de franciu Fr^- ionizat negativ prin scaderea numarului de protoni p cu o unitate, iar numarul de electroni (_-e) din invelisul electronic ramanand neschimbat, avand un electron (_-e) in plus.

Electronul (_-e) si pozitronul (₊e) emise de proton p constituie radiatiile radioactive β alcatuite din electroni si radiatiile α compuse din pozitroni.

Dupa dezintegrarea protonului avem alta structura atomica respectiv, franciu Fr ^- care este alcatuit din 87 de protoni si 139 de neutroni, iar masa nucleara a franciului Fr ^- este:

87 protoni x 1,00783 masa protonului = 87,68121 masa protonilor

139 neutroni x 1,00867 masa neutronului = 140,20513 masa neutronilor

140,20513 + 87,68121 = 227,88634 a.m.u.

Bilantul energetic al dezintegrari protonului din atomul de radiu Ra este:

Masa initiala a nucleului ²²⁶₈₈Ra = 227,88546 a.m.u.

Masa nucleului final ²²⁶₈₇Fr ^- = 227,88634 a.m.u.

Defectul de masa Dm = 0,00088 a.m.u.

Energia corespunzatoare 0,00088 x 931,5 MeV = 0,81972 MeV

De unde rezulta, energia totala la dezintegrarea protonului:

Energia fotonului nuclear g dur = 0,81972 MeV

Energia pozitronului a 0,00055 x 931,5MeV = 0,512325 MeV

Energia electronului b 0,00055 x 931,5MeV = 0,512325 MeV

Energia totala emisa la dezintegrarea protonului = 1,84437 MeV

Protoni si neutroni obtinuti prin procesul dezintegrari nucleare radioactive, reiau ciclul de emisie de perechi de particule subatomice: electroni-pozitroni si electroni-neutrini, de transformare a lor, in neutroni si protoni si invers care trec de pe orbitele initiale pe orbite inferioare emitand fotoni nucleari (of) g sau X duri, ori pe orbite superioare, iar la revenirea lor pe orbitele fundamentale sau pe ale orbite inferioare emit fotoni nucleari (of) g sau X duri.

Acesta proces de dezintegrare nucleara radioactiva poate dura chiar mii de ani, fara intrerupere, datorita interactiunilor nucleare care au loc in interiorul nucleului atomic, intre perechile de particule subatomice electroni-pozitroni si electroni-neutrini cu protoni si neutroni care alcatuiesc nucleul atomic.

Electroni emisi in procesul dezintegrari nucleare radioactive in timpul deplasari lor spre exteriorul nucleului atomic, acestia interactioneaza cu protoni care emit particule subatomice electroni-pozitroni care se transforma in neutroni. Neutroni trec pe o orbita inferioara si emit fotoni nucleari g sau X duri, ori va trece pe o orbita superioara si la revenire pe orbita initiala fundamentala sau pe o orbita inferioara va emite fotoni nucleari g sau X duri.

Procesul este asemanator si in cazul interactiunii electronilor cu neutroni, singura diferenta consta in faptul ca, de data aceasta se emit particule subatomice electroni-neutrini.

Pozitroni emisi in procesul dezintegrari nucleare radioactive , in drumul lor spre exteriorul nucleului atomic interactioneaza in acelasi mod, ca si electroni prezentati anterior.

O parte din pozitroni (₊e) in drumul lor spre exteriorul nucleului atomic interactioneaza cu electroni (_-e) si atunci are loc anihilarea A, contopirea si transformarea lor in doua cuante g, neutre din punct de vedere electric (o), care contin masa si energia electronilor si pozitronilor anihilati, conform formulei E = mc².

In cazul acesta trebuie facuta precizarea ca, viteza v a pozitronului este mica in comparatie cu viteza c a luminii, ca atare impulsul sau poete fi neglijat, iar cele doua cuante (o) g sunt imprastiate in sensuri opuse.

Conform cu principiul conservarii impulsului, impulsurile lor trebuie sa se anuleze reciproc.

Anihilarea este procesul de absorbtie dintre un pozitron si un electron, particule care dispar, iar dupa contopirea lor, se emit doua cuante g.

In cadrul procesului de anihilare are loc o tranzitie dintr-o forma speciala, sub care apare materia, in alta forma, masa celor doua particule se pastreaza complet si mai departe, conform ecuatiei E = mc², in cele doua cuante g care iau nastere.

Energia fiecarei cuante g se calculeaza conform ecuatiei:

1 a. m. u. x 931,5 MeV

unde, 1 a. m. u. reprezinta unitatea de masa atomica in grame, iar marimea 931,5 MeV este energia de repaus a unitati de mase atomice si are valoarea conform ecuatiei:

u x c² = 1,483 ^. 10^-10 J = 931,5 MeV

unde, u este unitatea de masa atomica 1,66043(7) ^. 10^-27 Kg si c este viteza luminii 299870 Km/s.

De unde rezulta ca: 0,00055 x 931,5= 0,512325MeV reprezinta energia unei cuante g.

Marimea 0,00055 reprezinta masa atomica a electronului care este aceeasi si pentru pozitron si neutrin.

In cazul acesta putem spune ca, are loc o atractie electrostatica dintre doua particule incarcate cu sarcini electrice diferite care se neutralizeaza reciproc, dand nastere la doua particule neutre din punct de vedere electric.

Neutrini emisi in procesul dezintegrari nucleare radioactive sunt neutri din punct de vedere electric, iar in drumul lor spre exteriorul nucleului atomic produc numerose interactiuni in interiorul nucleului atomic identice cu cele ale electronilor si pozitronilor emisi in conditii asemanatoare.

Acesta este procesul de saracire a energiei si masei nucleelor atomice, ale atomilor instabili care poate dura chiar mii de ani pana cand, acest proces va inceta.

Nucleele atomilor instabili ai substantelor sau metalelor radioactive prin procesul dezintegrarii naturale radioactive emit radiatii nucleare radioactive a, b si g, iar la iesirea lor din nucleul atomic acestea interactioneaza cu electroni din invelisul electronic al atomului.

Electroni emisi de nucleul atomic, o parte din ei, prin efect fotoelectric smulg electroni din invelisul electronic al atomului, iar cealalta parte de electroni pot trece pe langa electroni invelisului electronic al atomului fara sa se produca nici un fel de interactiuni, constituind radiatia b.

Pozitroni emisi de nucleul atomic, o parte intra in procesul de anihilare cu electroni din invelisul electronic al atomului, ducand la formarea de perechi de cuante g, iar cealalta parte poate trece prin invelisul electronic al atomului fara sa intalneasca electroni in drumul lor spre exteriorul atomului.

Neutrini si fotoni nucleari g prin efect Compton smulg electroni din invelisul electronic al atomului, intalniti in calea lor spre exteriorul atomului, iar golurile produse in structura invelisului electronic, prin smulgerea electronilor de pe orbitele lor, sunt completate cu electroni emisi de nucleul atomic in procesul dezintegrari nucleare radioactive.

In urma proceselor amintite atomul emite trei tipuri de radiatii nucleare radioactive:

- radiatii β alcatuite din electroni (_-e) care au sarcina electrica negativa,

- radiatii α alcatuite din pozitroni (₊e) care au sarcina electrica pozitiva,

- radiatii γ - moi - alcatuite din neutrini (_on) si ñ dure - fotoni nucleari (of), particule neutre din punct de vedere electric.

Nasterea radiatiilor α s-a produs printr-un experiment neconcludent, superficial si foarte putin steril, adica spatiul in care s-a produs acest experiment, nu a avut un grad mare de vidare pentru vremea respectiva, intre anii 1903-1908.

Pentru a putea explica cele afirmate anterior redau identic textul (de la pag. 44) si imaginea (fig. 18) asa cum a fost prezentata NATURA RAZELOR a in cartea „ATOMII DE AZI” de D-ra. Dr. Gabriela Ghaborski aparuta la Editura CULTURA NATIONALA- Bucuresti 1926.

Pentru a hotari asupra naturii acestor corpuscule purtatoare de electricitate Rutherford si, independent de el,Royds, au inchis un preparat de radiu intr-un tubusor de sticla ai carui pereti aveau o grosime de mai putin de o sutime de milimetru. Grosimea sticlei a fost astfel aleasa ca sa lase sa treaca nesuparate prin ea razele a a caror putere de patrundere e mica. (In comparatie cu radiatiile b si g care au o putere de patrundere foarte mare si despre care nu se aminteste de nici un fel, mai ales ca, aceste radiatii a nu sunt emise niciodata singure, ci insotesc emisia radiatiilor b si g.). Acest tubusor era tinut in altul, tot de sticla insa cu pereti grosi, fig. 18. Razele a emise de radiu strabat neschimbate prin peretele subtire al tubusorului interior, strabat, iarasi neschimbate spatiul dintre cele doua tuburi, care spatiu fusese de mai inainte golit de aer, si ajung astfel la peretele gros al tubului exterior. Izbindu-se de acesta, razele a isi pierd sarcina electrica. Parte din ele raman in spatiul dintre cele doua tuburi unde, spectroscopic, se poate recunoaste heliul. O alta parte patrund in peretele tubului exterior si raman infipte in sticla. Prin pisarea sticlei si calcinarea ei in gol, heliul se dezvolta. Acesta din urma observare a dat si explicatia existentei heliului in mineralele radioactive ca torianitul, cleveitul s.a. In adevar 1 gr. De torianit pisat si calcinat in gol, da vreo 9 cmc. De heliu. Particelele a expulzate de mineralul radioactiv, isi pierd sarcina electrica in drumul lor catre suprafata si lasa heliul drept urma a existentei lor. Cu drept cuvant, atomii de heliu cari se gasesc in mineralele radioactive au fost numiti cadavrele razelor a.

In primul rand acest experiment a fost facut in mod special tocmai pentru faptul ca, particulele radiatiilor a au o putere de patrundere mica, mai mica decat a radiatiilor b si g, iar in urma acestui experiment aceste particule a au o alta valoare cu mult mai mare decat a radiatiilor b si g luate la un loc.

Din acest experiment rezulta ca, particulele a expulzate din minereul radioactiv de radiu, pierd sarcina electrica pozitiva, in drumul lor catre suprafata celui de al doilea tub si apare nucleul de heliu dublu ionizat care are sarcina electrica pozitiva si este format din 2 protoni si doi neutroni.

Totusi, analizat acest experiment dupa aproximativ 100 de ani, ajungem la concluzia ca, s-a facut o apreciere superficiala in stabilirea naturii particulelor a, cat si omiterea sau scoaterea teoretica si nu efectiva din experiment a celorlalte particule emise, componente ale radiatiilor β si γ.

Astfel, ne determina sa credem ca, s-a acceptat cu prea multa usurinta, la vremea respectiva, nasterea si existenta radiatiei α, ca fiind alcatuita din nuclee de heliu dublu ionizati.

Afirmam acest lucru din mai multe motive:

- radiatiile a nu sunt emise niciodata singure, ci insotesc intotdeauna emisia de radiatii b si g.

- minereul radioactiv de radiu (sau oricare minereu radioactiv), emite in mod continuu si concomitent trei tipuri de radiatii α, β si γ.

Inca, nu se cunoaste modalitatea si posibilitatea de a determina un minereu radioactiv sa emita separat, numai radiatii α, ori numai radiatii β sau numai radiatii γ

- particulele radiatiilor β si γ sunt cu mult mai penetrante decat radiatiile α, acestea strabat cu usurinta diferite medii gazoase, lichide sau chiar si solide, precum o placa de fier avand o grosime de 30 cm., cum este cazul radiatiilor γ

- particulele radiatiilor β si γ emise de minereul radioactiv de radiu interactioneaza cu particulele primului tub de sticla in care a fost depus initial si pot smulge in drumul lor spre exterior diferite particule atomice constituente.

In acest caz este necesar sa vorbim despre interactiunea radiatiilor b si g cu substanta - materia.

Interactiunea radiatiei b cu substanta este de trei feluri:

1- Ionizarea. La trecerea prin substanta particulele b (electronii) se ciocnesc cu atomii acestuia, iar in urma ciocnirii, pierd o parte din energie (franare prin ionizare) ducand la ionizarea atomilor intalniti in calea lor.

2 - Imprastierea. Particulele radiatiei b ciocnindu-se de atomii substantei isi schimba directia.

3 - Radiatia. Particulele radiatiei b, trec prin campul columbian al nucleului atomic, unde sunt absorbite si franate in interiorul sau de un nucleon, care va emite o radiatie X sau Rontgen.

Interactiunea radiatiei g cu substanta este tot de trei feluri:

1 - Efectul fotoelectric. Particulele radiatiei g smulg electroni din stratul K sau L, consumandu-si complet energia. Electronii eliberati se numesc fotoelectroni.

2- Efetul Compton. Particulele radiatiei g se ciocnesc de electronii invelisului electronic al atomului pe care ii smulg din structura atomului, transmitandu-i numai o parte din energia sa. Particulele radiatiei g sunt deviate de la directia lor initiala, avand o frecventa mai mica Eí = hní.

Electronii smulsi din invelisul electronic, in urma ciocniri lor cu particulele radiatiei g se numesc electroni Compton.

3 - Formarea de perechi. Radiatia g genereaza perechi electron-pozitron, electron-neutrin prin ciocnirea lor cu particulele nucleare din nucleul atomic cu protoni si neutroni.

La toate aceste interactiuni se mai adauga si interactiunea particulelor rezultate, particule g sau X, pozitroni, electroni la trecerea lor prin substantele intalnite in calea lor.

In spatiul dintre cele doua tuburi de sticla avem: particulele componente ale radiatiilor α, β si γ si particulele atomice smulse din peretele tubului mic de sticla care interactioneaza cu particulele mediului slab vidat dintre cele doua tuburi de sticla care ionizeaza si descompune particulele respective, iar in prezenta neutronilor liberi se asimileaza protoni si electroni care formeaza alte structuri atomice, in cazul nostru heliu.

Acestea consideram ca, au fost elementele care au determinat stabilirea naturii si componentei radiatiei α, identificata gresit cu un atom de heliu, neionizat sau dublu ionizat, prin lipsa celor doi electroni din invelisul electronic.

Particulele radiatiilor a emise prin dezintegrare nucleara radioactiva sunt pozitroni (+e) particule incarcate din punct de vedere electric pozitiv, iar acestia interactioneaza cu electroni atomilor mediului strabatut unde sunt anihilati, se contopesc cu acestia rezultand doua cuante g neutre din punct de vedere electric.

In cazul, in care se sustine in continuare ca, radiatia radioactiva α este emisa de nucleele radioactive, fiind alcatuita din nuclee ale atomilor de heliu (numite particule α sau helioni si notate simbolic ⁴ ₂α), avand numarul de masa 4, particule incarcate electric pozitiv, consideram ca este o eroare care trebuie cautata si elucidata, deoarece in cazul dezintegrarii nucleare radioactive naturale nu este posibil si permis sa se elibereze in procesul dezintegrari radioactive o cantitate asa de mare de energie si particule, deoarece substanta sau minereul radioactiv respectiv, isi pierde indentitatea.

Daca nucleul atomic emite astfel de particule, el sufera modificari serioase in alcatuirea sa. In urma proceselor de dezintegrare radioactiva apar modificari ale nucleului atomic, dand nastere la un alt atom si a unui nou element chimic.

Daca luam ca exemplu, atomul de radiu (Ra) si admitand ideea ca, acest atom in procesul dezintegrarii radioactive ar emite (sau ar pierde) o particula a alcatuita din doi protoni si doi neutroni, instantaneu intr-o fractiune de secunda atunci ne-am afla in fata altui atom si a unui nou element chimic respectiv, radonul (Rn).

Exemplu de proces de dezintegrare radioactiva :

²²⁶ ₈₈Ra => ⁴_{+ 2}a = ²²² ₈₆ Rn

procesul poate continua, se obtine, poloniu (Po):

²²² ₈₆Rn => ⁴ _+ 2a = ²¹⁸ ₈₄ Po

iar in secunda urmatoare, am avea, plumb (Pb):

²¹⁸ ₈₄Po => ⁴_+ 2a = ²¹⁴ ₈₂ Pb

ceea ce nu ar fi posibil, deoarece procesul dezintegrarii nucleare radioactive nu se produce la voia intamplarii si cu emisii masive de particule atomice elementare, cum ar fi, protoni si neutroni, ci se emit perechi de particule subatomice electroni-pozitroni si electroni-neutrini.

Daca avem la dispozitie un gram de radiu (Ra), va trece un timp bine stabilit de 1 590 de ani, pana cand jumatate din nucleele existente se vor dezintegra, iar pana cand din jumatatea de gram ramasa se va dezintegra iarasi o jumatate, mai trec 1 590 de ani si asa mai departe, dar atentie, dupa aceasta perioada de timp ne aflam in fata unor particule atomice de radiu (Ra) si nu de alte tipuri de particule atomice, mentionate anterior.

De asemenea, daca in procesul dezintegrari nucleare radioactive s-ar emite helioni formati din doi protoni si doi neutroni, atunci cati helioni se vor emite pe secunda?

Un gram de radiu Ra contine:

No = N/A = 6,023 ^. 10²³/226 = 2,67 . 10²¹ nuclee

unde N este numarul lui Avogardo, iar conform ecuatiei de injumatatire T_1/2 = 0,693/l avem:

l = 0,693/1590 ^. 365 ^. 86400 = 1,382 ^. 10^ñ11 1/s

Ca atare, intr-o secunda se vor dezintegra:

2,67 ^. 10^21 . 1,382 ^. 10^-11 = 3,68 ^. 10¹⁰ nuclee,

De unde rezulta ca: pe secunda se emit 3,68 . 1010 helioni, iar daca s-ar emite acesti helioni ⁴₊₂a, adica doi protoni si doi neutroni, timpul de injumatatire al radiului Ra se reduce la 397 ani, 182 zile si 43200 secunde, ceea ce nu poate fi adevarat.

Mai mult, daca am urmari bilantul energetic al dezintegrarii nucleului de radiu Ra si transformarea sa in nucleu de radon Rn am observa ca:

masa initiala a nucleului ²²⁶₈₈Ra = 226,0254 a.m.u.

masa nucleului final ²²²₈₆Rn = 222,0175 a.m.u.

defectul de masa Dm = 4,0079 a.m.u.

energia corespunzatoare 4,0079 x 931,5MeV = 3733,3588 MeV,

intr-o secunda, in procesul dezintegrarii nucleare radioactive a nucleului de radiu Ra se emite un helioni ⁴₊₂a si nucleul de radiu Ra se transforma in nucleu de radon Rn, atunci se degaja o energie de 3733,3588 MeV care este de 23 de ori mai mare decat energia rezultata intr-un proces de fisiune nucleara dintr-un reactor nuclear care reprezinta numai 160 MeV, ceea ce nu este adevarat.

Faptul ca, in timpul dezintegrarii nucleare radioactive se emit helioni ⁴₊₂a, adica nuclee de heliu dublu ionizati este o afirmatie grava si eronata.

In procesul de dezintegrare radioactiva a consideram ca, un proton emite un electron si un pozitron si se transforma intr-un neutron, iar radiatia a este alcatuita din pozitroni ⁰₊₁e,particule incarcate din punct de vedere electric pozitiv si nu din helioni ⁴₊₂a.

Pe langa dezintegrarile nucleare radioactive prezentate mai exista si un tip de transmutatie nucleara care se manifesta la toate nucleele radioactive cu numar mare de ordine:captura K (sau chiar L).

Aceasta captura K prezinta cateva erorii si confuzii.

Un proton din nucleu se poate transforma intr-un neutron prin smulgerea unui electron din stratul electronic K al invelisului electronic al atomului.

In felul acesta in stratul K al invelisului electronic al atomului apare un gol, prin lipsa acestui electron, gol care este umplut la loc de electronii care sar din straturile superioare L, M, s. a. m. d..

Saltul unui electron de pe stratul electronic L pe stratul electronic K, duce la aparitia unei cuante de radiatii X sau Rontgen.

In ceea ce priveste starea electrica a atomului ramane neschimbata.

Numarul atomic scade cu o unitate, iar numarul de electroni al atomului derivat nu mai trebuie completat, deoarece numarul sarcinilor negative din invelisul electronic al atomului este egal cu numarul sarcinilor pozitive din nucleul atomic, atomul obtinut este din punct de vedere electric neutru.. Golurile electronice din paturile K, L si asa mai departe, se umplu prin rearanjarea electronilor pana se realizeaza configuratia electronica a atomului derivat.

Prin urmare, capturarea de catre nucleu a unui electron orbital micsoreaza cu o unitate atat numarul sarcinilor electrice din nucleu (protoni) cat si pe cel al sarcinilor electrice din invelisul electronic al atomului (electroni), ceea ce conduce la pastrarea starii electrice neutre din punct de vedere electric al atomului, dar in acelasi timp, atomul devine izotop si alt element chimic cu o unitate mai putin.

Se cunoaste faptul c, straturile electronice sunt asezate pornind de la nucleul atomic spre exteriorul atomului.

De asemenea, se stie ca stratul electronic K este stratul cu energia cea mai mica din invelisul electronic al atomului, iar energia straturilor electronice creste cu departarea acestora de nucleul atomic.

Un fapt cunoscut este si acela ca, un atom emite energie mai mare cu cat saltul electronului de pe o orbita superioara pe un strat inferior este mai mare.

Saltul electronului de pe stratul L pe stratul K al invelisului atomic pentru a umple golul creat prin capturarea electronului de pe stratul K de catre nucleul atomic, nu poate genera o radiatie X sau Rontgen.

Saltul electronului de pe stratul L pe stratul K al invelisului atomic fiind nivele energetice cele mai slabe ale invelisului atomic, nu ar putea genera decat cel mult o radiatie hertiana, deoarece se cunoaste faptul ca, salturile electronilor pe orbite apropiate intre ele si de nucleul atomic genereaza radiatii cu energii foarte mici, respectiv radiatii hertiene si infrarosii, iar saltul electronilor pe orbite mai indepartate intre ele si de nucleul atomic pot genera radiatii vizibile si ultraviolete.

In cazul acesta trebuie amintit un lucru deosebit de important, radiatiile radioactive α, β si γ sunt emise de nucleul atomic si nu au nici o legatura cu particulele invelisului atomic, respectiv electronii.

Se stie ca, radiatiile X sau Rontgen au fost descoperite in timpul descarcarilor electrice in gaze si din interactiunea electronilor obtinuti in urma acestor descarcari electrice cu anticatozi care franeaza electroni in structura lor metalica, la nivelul nucleului atomic si emit radiatii X sau Rontgen si nu la trecerea electronilor de pe orbita superioara fundamentala pe alta orbita inferioara, mai ales ca, intre orbite apropiate de nucleul atomic K si L se emit radiatii care au o energie foarte redusa.

In tuburi de sticla vidate in interior si apoi umplute cu heliu He(sau hidrogen H), iar in urma descarcarilor electrice in aceste gaze atomii respectivi se desfac in particulele lor componente, respectiv electroni, ioni negativi, ioni pozitivi, protoni si neutroni.

Electronii sunt atrasi de anticatod, iar in urma interactiunii dintre electronii si atomii metalului din care este confectionat anticatodul respectiv, au loc fenomene care genereaza radiatii X sau Rontgen.

Electronii indiferent de sursa din care provin, efect fotoelectric, Compton, descarcari electrice in gaze, radiatie nucleara radioactiva b sau alte surse electronice si fotoni nucleari g sau X proveniti din transmutatii nucleare sau capturi K, ori radiatii nucleare radioactive g moi sau dure, interactioneaza in acelasi mod cu nucleul atomic, cu protoni si neutroni.

In cazul interactiunii electronilor (-e) cu protoni, acestia emit perechi de particule electroni (-e)-pozitroni (+e) si se transforma in neutroni si trec de pe orbita fundamentala pe o orbita superioara, iar datorita acestei interactiuni atomul a trecut din starea fundamentala in starea de excitatie.

Electroni (-e) sunt particule incarcate din punct de vedere electric negativ si formeaza radiatiile b, iar pozitroni (+e) sunt particule incarcate din punct de vedere electric pozitiv si alcatuiesc radiatiile a.

Aceste particule avand sarcini electrice diferite se atrag si se neutralizeaza reciproc printr-un proces de anihilare A, in urma caruia rezulta doua particule (o) neutre din punct de vedere electric care sunt emise sub forma unor cuante de radiatii X sau g moi care sunt identice si au caracteristici asemanatoare cu radiatiile g radioactive emise de nuclee atomice in procesul dezintegrari nucleare radioactive.

La revenirea neutronilor de pe orbita superioara pe orbita fundamentala, acestia emit fotonii nucleari (of) Xd duri si diferenta de energie dintre cele doua orbite nucleare.

In cazul capturari unui electron din stratul K al invelisului atomic de catre un proton al nucleul radioactiv de sodiu ²²₁₁Na acesta emite o pereche de particule electron-pozitron si se transforma intr-un neutron.

Nucleul de sodiu ²²₁₁Na prin transformarea protonului in neutron, rezulta o alta structura nucleara respectiv, nucleul de neon ²²₁₀Ne care trece imediat in starea fundamentala, stabila prin emisia unei cuante g sau X dure.

In cazul acesta putem face un bilant energetic al transformarii protonului in neutron in nucleul de sodiu ²²₁₁Na.

Se stie ca, nucleul de sodiu ²²₁₁Na este compus din 11 protoni si 11 neutroni, iar masa nucleului de sodiu ²²₁₁Na este:

11 protoni x 1,00783 masa protonului = 11,08613 masa protonilor

11 neutroni x 1,00867 masa neutronului = 11,09537 masa neutronilor

11,09537 + 11,08613 = 22,1815 a.m.u.

Dupa transformarea protonului in neutron, avem o alta structura nucleara respectiv, nucleul de neon ²²₁₀Ne care este alcatuit din 10 protoni si 12 neutroni, iar masa nucleara a nucleului de neon ²²₁₀Ne este:

10 protoni x 1,00783 masa protonului = 10,0783 masa protonilor

12 neutroni x 1,00867 masa neutronului = 12,10404 masa neutronilor

12,10404 + 10,0783 = 22,18234 a.m.u.

Bilantul energetic al transformarii protonului in neutron din nucleul de sodiu ²²₁₁Na este:

Masa initiala a nucleului ²²₁₁Na =22,1815 a.m.u.

Masa nucleului final ²²₁₀Ne =22,18234 a.m.u.

Defectul de masa Dm = 0,00084 a.m.u.

Energia corespunzatoare 0,00084 x 931,5 MeV = 0,78246 MeV

De unde rezulta, energia totala la transformarea protonului in neutron:

Energia fotonului nuclear g sau X dur = 0,78246 MeV

Energia pozitronului a(sau cuanta g)0,00055 x 931,5MeV=0,512325MeV

Energia electronului b(sau cuanta g) 0,00055 x 931,5MeV=0,512325MeV

Energia totala emisa in captura K a protonului =1,80711 MeV

In cazul interactiunii electronilor (-e) cu neutroni, acestia emit perechi de particule electroni (-e)-neutrini (_on) si se transforma in protoni si trec de pe orbita fundamentala pe o orbita superioara.

Electroni (-e) sunt particule incarcate din punct de vedere electric negativ formeaza radiatiile b, iar neutrini (_on) fiind particule neutre din punct de vedere electric alcatuiesc radiatiile X sau g moi.

Protoni nu au o situatie stabila pe aceasta orbita superioara si revin pe orbita fundamentala, emitand fotonii nucleari (of) Xd duri si diferenta de energie dintre cele doua orbite nucleare.

Dupa transformarea neutronului in proton, avem alta structura nucleara respectiv, nucleul de magneziu ²²₁₂Mg care este alcatuit din 12 protoni si 10 neutroni, iar masa nucleara a nucleului de magneziu ²²₁₂Mg este:

12 protoni x 1,00783 masa protonului = 12,09396 masa protonilor

10 neutroni x 1,00867 masa neutronului = 10,0867 masa neutronilor

12,09396 + 10,0867 = 22,18066 a.m.u.

Bilantul energetic al transformarii neutronului in proton din nucleul de sodiu ²²₁₁Na este:

Masa initiala a nucleului ²²₁₁Na =22,1815 a.m.u.

Masa nucleului final ²²₁₂Mg =22,18066 a.m.u.

Defectul de masa Dm = 0,00084 a.m.u.

Energia corespunzatoare 0,00084 x 931,5 MeV = 0,78246 MeV

De unde rezulta, energia totala la transformarea neutronului:

Energia fotonului nuclear g sau X dur = 0,78246 MeV

Energia neutrinului g 0,00055 x 931,5MeV=0,512325MeV

Energia electronului b 0,00055 x 931,5MeV=0,512325MeV

Energia totala emisa in captura K a neutronului =1,80711 MeV

Fotonii nucleari g sau X duri emisi sunt particule neutre din punct de vedere electric si reprezinta diferenta de energie dintre doua orbite nucleare.

Acestea sunt fenomenele care conduc la generarea radiatiilor X sau Rontgen, daca ar avea loc o captura K.

In urma interactiunilor electronilor cu particulele nucleului atomic sunt emisi din acesta, fotoni nucleari sau g ori X moi, rezultate in urma procesului de anihilare dintre electroni si pozitroni si fotoni nucleari sau radiatii g ori Xd dure emise la trecerea protonilor sau neutronilor de pe orbitele superioare pe orbite inferioare fundamentale ale nucleului atomic si in ultimul rand, electroni sau radiatia b care provine din emisia produsa la interactiunea electronului cu neutronul, sunt retinuti si completeaza golurile existente in invelisul electronic al atomului, in captura K, in anticatod, unde exista un exces de sarcini pozitive, etc.

Completarea golurilor provocate de electroni capturati din invelisul electronic de catre nucleul atomic, acolo unde este cazul, se face cu ajutorul electronilor emisi de catre nucleul atomic si nu dinspre invelisul electronic spre nucleul atomic cum se sustine.

Aici, trebuie facuta precizarea ca, radiatiile X emise de nucleul atomic, in drumul lor, prin invelisul electronic al atomului spre exteriorul atomului, provoaca numeroase interactiuni si perturbari electronice.

Particulele nucleare mentionate, protonii si neutronii sunt numai stari diferite ale unuia si aceluiasi nucleon.

In cazul acesta putem vorbi de electronii ca particule de schimb care se bazeaza pe o transformare reciproca, succesandu-se foarte rapid, protonul in neutron si invers.

Electroni nu sunt singurele particule de schimb dintre protoni si neutroni, particule de schimb sunt si pozitroni, neutrini si fotoni nucleari g sau X care pot interactiona cu particulele nucleului atomic.

Radiatiile X obtinute in mod artificial prin descarcari electrice in gaze sau in urma unor procese de transmutatie nucleara radioactiva si radiatiile γ care apar in timpul dezintegrari radioactive naturale sunt identice si au proprietati asemanatoare.

De aici se poate trage concluzia ca, radiatiile radioactive α, β si γ si radiatiile X sau Rontgen sunt de natura nucleara si nu au nici o legatura cu procesele care au loc la nivelul invelisului electronic al atomului.