ห่วงโซ่การสลาย

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
(เปลี่ยนทางจาก โซ่ของการสลายตัว)

ในฟิสิกส์นิวเคลียร์ ห่วงโซ่การสลาย (อังกฤษ: Decay chain) คือ การสลายให้กัมมันตรังสีของผลผลิตจากการสลายที่มีกัมมันตรังสีที่ไม่เสถียร เป็นกระบวนการที่ต่อเนื่องแบบห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงไอโซโทปของผลผลิตนั้น กระบวนการเปลี่ยนแปลงเป็นห่วงโซ่นี้บางครั้งเรียกว่า "การลดหลั่นของกัมมันตรังสี" (อังกฤษ: radioactive cascades) ไอโซโทปรังสีส่วนใหญ่จะไม่สลายตัวโดยตรงไปสู่สถานะที่เสถียร แต่มีการสลายตัวโดยลำดับจนกระทั่งในที่สุดไอโซโทปนั้นจะเสถียร

ขั้นตอนการสลายตัวจะขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของพวกมันที่มีต่อขั้นตอนก่อนหน้านี้หรือขั้นตอนถัดไป ไอโซโทปพ่อแม่เป็นพวกที่มีการสลายจนกลายเป็นไอโซโทปลูกสาว หนึ่งในตัวอย่างนี้คือยูเรเนียม (เลขอะตอม 92) สลายกลายเป็นทอเรียม (เลขอะตอม 90) ไอโซโทปลูกสาวอาจจะเสถียรหรืออาจจะสลายต่อไปเป็นไอโซโทปลูกสาวของตัวมันเอง ไอโซโทปลูกสาวของลูกสาวบางครั้งเรียกว่าไอโซโทปหลานสาว

เวลาที่ใช้สำหรับอะตอมพ่อแม่หนึ่งตัวที่จะสลายไปเป็นอะตอมหนึ่งตัวของไอโซโทปลูกสาวของมันอาจแตกต่างกันไปอย่างกว้างขวาง ไม่เพียงแต่สำหรับห่วงโซ่พ่อ-ลูกที่แตกต่างกันเท่านั้น แต่ยังสำหรับการจับคู่ที่เหมือนกันของไอโซโทปของพ่อแม่และลูกสาวอีกด้วย ในขณะที่การสลายตัวของอะตอมเดี่ยวจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติ การสลายตัวของประชากรเริ่มต้นของอะตอมที่เหมือนกันในช่วงเวลา t ตามด้วยการกระจายของการสลายแบบเอ๊กโปเนนเชียล e-λt เมื่อ λ เป็นค่าคงที่การสลายตัว เนื่องจากธรรมชาติของเอ๊กโปเนนเชียลนี้ หนึ่งในคุณสมบัติของไอโซโทปคือครึ่งชีวิตของมัน ครึ่งชีวิตเป็นเวลาที่ครึ่งหนึ่งของจำนวนเริ่มต้นของไอโซโทปรังสีผู้พ่อแม่ที่เหมือนกันได้มีการสลายตัวไปเป็นลูกสาวของพวกมัน ครึ่งชีวิตได้มีการกำหนดในห้องปฏิบัติการสำหรับหลายพันของไอโซโทปรังสี (หรือนิวไคลด์รังสี (อังกฤษ: radionuclide)) ครึ่งชีวิตเหล่านี้สามารถมีช่วงเวลาจากเกือบทันทีจนนานมากถึง 1019 ปีหรือมากกว่า

ในขั้นตอนกลางแต่ละช่วง จะมีการปล่อยกัมมันตภาพรังสีจำนวนเดียวกันกับไอโซโทปดั้งเดิม (แต่ไม่ใช่พลังงานเดียวกัน) เมื่อมีความสมดุล ไอโซโทปหลานจะปรากฏให้เห็นในสัดส่วนโดยตรงกับครึ่งชีวิตของมัน แต่เนื่องจากกิจกรรมของมันเป็นสัดส่วนผกผันกับครึ่งชีวิตของมัน นิวไคลด์แต่ละตัวในห่วงโซ่การสลายในที่สุดก็ก่อให้เกิดกัมมันตภาพรังสีมากเท่ากับส่วนหัวของห่วงโซ่ แม้ว่าจะไม่ใช่พลังงานเดียวกัน ยกตัวอย่างเช่นยูเรเนียม-238 มีกัมมันตรังสีอย่างอ่อน แต่ pitchblende ซึ่งเป็นแร่ยูเรเนียมดิบ มีกัมมันตรังสีมากกว่าเป็น 13 เท่าของโลหะยูเรเนียมบริสุทธิ์ในปริมาณที่เท่ากันเพราะมันประกอบด้วยเรเดียมและไอโซโทปลูกสาวอื่น ๆ. ไอโซโทปของเรเดียมที่ไม่เสถียรไม่เพียงแต่เป็นตัวปลดปล่อยกัมมันตภาพรังสีที่มีนัยสำคัญเท่านั้น แต่ในขั้นตอนต่อไปในห่วงโซ่การสลายพวกมันยังสร้างเรดอนซึ่งเป็นก๊าซกัมมันตรังสีที่หน​​ัก, เฉื่อย, และเกิดขึ้นตามธรรมชาติอีกด้วย หินที่มีทอเรียมและ/หรือยูเรเนียม (เช่นหินแกรนิตบางก้อน) ปล่อยก๊าซเรดอนที่สามารถสะสมในสถานที่ปิดล้อมเช่นใต้ดินหรือเหมืองใต้ดิน การเปิดรับเรดอนถูกพิจารณาว่าเป็นสาเหตุของโรคมะเร็งปอดในผู้ไม่สูบบุหรี่[1]

ชนิด[แก้]

การสลายตัวของไอโซโทปนั้นมี 3 ชนิด ได้แก่การสลายให้อนุภาคแอลฟา, การสลายให้อนุภาคบีตา, การจับยึดอิเล็กตรอน และการเคลื่อนย้ายไอโซเมอร์ ในการสลายตัวทั้งหมดนั้นมีการสลายให้อนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นการลดจำนวนมวลอะตอมลงไป 4 แล้วก็ลดเลขอะตอมไป 2 เพราะอนุภาคแอลฟานั้นประกอบด้วย โปรตอน 2 โปรตอน และ นิวตรอน 2 นิวตรอน มีมวลอะตอม 4 และมีเลขอะตอมอยู่ 2 ซึ่งดูคล้ายกับไอโซโทปของฮีเลียม-4 ส่วนการสลายตัวให้อนุภาคบีตานั้นจะมำให้เลขอะตอมเพิ่มขึ้น 1 เท่านั้น การสลายตัว 3 รูปแบบหลัก ได้แก่ รูปแบบทอเรียม รูปแบบเรเดียม และ รูปแบบแอกทิเนียม ซึ่งรูปแบบทั้งสามจะไปจบที่ตะกั่ว หรือไม่ก็แทลเลียม

รูปแบบการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟาของหมู่แอกทิไนด์[แก้]

รูปแบบทอเรียม[แก้]

รูปแบบทอเรียมนี้เกิดจากการที่ไอโซโทปแคลิฟอร์เนียม-252 สลายตัวเป็นคูเรียม-248 แล้วก็สลายตัวต่อไปเรื่อยจนเป็นตะกั่ว-208 ด้วยวิธีการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟาเป็นส่วนใหญ่

การสลายตัวของรูปแบบทอเรียม
nuclide ชื่อดั้งเดิม (สั้น) ชื่อดั้งเดิม (ยาว) รูปแบบการสลายตัว ครึ่งชีวิต
(a=ปี)
energy released, MeV ผลิตภัณฑ์ของการสลายตัว
252Cf α 2.645 a 6.1181 248Cm
248Cm α 3.4×105 a 5.162 244Pu
244Pu α 8×107 a 4.589 240U
240U β 14.1 h .39 240Np
240Np β 1.032 h 2.2 240Pu
240Pu α 6561 a 5.1683 236U
236U α 2.3×107 a 4.494 232Th
232Th Th ทอเรียม α 1.405×1010 a 4.081 228Ra
228Ra MsTh1 เมโซทอเรียม 1 β 5.75 a 0.046 228Ac
228Ac MsTh2 เมโซทอเรียม 2 β 6.25 ชม. 2.124 228Th
228Th RdTh เรดิโอทอเรียม α 1.9116 a 5.520 224Ra
224Ra ThX ทอเรียม X α 3.6319 วัน 5.789 220Rn
220Rn Tn ทอรอน,
ทอเรียม อิมาเนชั่น
α 55.6 วินาที 6.404 216Po
216Po ThA ทอเรียม A α 0.145 วินาที 6.906 212Pb
212Pb ThB ทอเรียม B β 10.64 ชม. 0.570 212Bi
212Bi ThC ทอเรียม C β 64.06%
α 35.94%
60.55 นาที 2.252
6.208
212Po
208Tl
212Po ThC′ ทอเรียม C′ α 299 นาโนวินาที 8.955 208Pb
208Tl ThC″ ทอเรียม C″ β 3.053 นาที 4.999 208Pb
208Pb ThD ทอเรียม D เสถียร . . .
  1. http://www.epa.gov/radon/