Atom zbudowany jest z jądra i elektronów.
Jądro atomu jest spiralnym łańcuchem, którego ogniwami są cząstki alfa, z których każda zobojętniona dwoma elektronami atomu.
Rys. 1 Jądro atomowe fluoru jako łańcuch cząstek alfa
Im większy jest atom, tym dłuższy jest łańcuch cząstek alfa, tym większe i cięższe jest jego jądro.
Rys. 2 Łańcuch spiralny jądra atomu ksenonu.
Jądra atomów nieustannie zderzają się ze sobą i w wyniku tych zderzeń, ich elektrony odchylają się od stanu równowagi. Jeśli atom jest mały lub średni, nie dzieje się nic niepokojącego. Wytrącone z równowagi elektrony starają się wrócić do pierwotnego stanu. Drgające elektrony emitują kwanty energii. Jednak, gdy atomy są duże (masa atomowa powyżej 210) pojawia się problem. Jądra są bardzo ciężkie, posiadają bardzo dużą bezwładność. Ich zderzenia stają się tak silne, że nie pozostaje to bez wpływu na strukturę atomu. Wtedy równoprawnie może wystąpić kilka zjawisk.
- Promieniowanie beta minus i promieniowanie gamma.
Po zderzeniu dwóch nienaturalnie ciężkich atomów, ich elektrony doznają nienaturalnie wielkich drgań i obok innych kwantów wytwarzają kwanty o nienaturalnie dużej mocy, czyli kwanty promieniowania gamma i kwanty promieniowania X. Widmo tego promieniowania jest ciągłe, tak jak ciągłe jest widmo promieniowania ciała doskonale czarnego.
Część wytworzonych przez atomy kwantów gamma posiada odpowiednią moc, umożliwiającą zajście procesu kreacji par. Powstają pary elektron – pozyton. Pozyton z w/w pary anihiluje z elektronem atomu tworzącym dipol elektryczny z odpowiadającym mu protonem. W wyniku anihilacji powstają wtórne kwanty gamma, które opuszczają ciało jako promieniowanie gamma. Wolny po procesie anihilacji elektron, również musi opuścić ciało. Tak powstaje promieniowanie beta minus.
Jeżeli nienaturalne ciężkie atomy wytwarzają ciągłe widmo promieniowanie gamma, to powstałe z tego promieniowania w procesie kreacji par elektrony i pozytony będą również miały ciągłe widmo energetyczne. W ten sposób powstaje ciągłe widmo energetyczne promieniowania beta.
Rys. 2 Ciągłe widmo energetyczne promieniowania beta
2. Promieniowanie alfa.
Po unicestwieniu jednego elektronu atomu przez pozyton powstały w procesie anihilacji, atom ten staje się jonem. Jeżeli w atomie tym dane ogniwo (helion) straci drugi elektron to w łańcuchu atomowym pojawi się jądro helu, zmutowane ogniwo łańcucha atomowego, dla atomu ciało obce, szkodliwe, niebezpieczne dla jego istnienia.
Atom musi pozbyć się tej „zarazy”. Jak to przebiega?
W wyniku ogołocenia helionu z elektronów zostają osłabione siły spajające daną cząstkę alfa z sąsiednimi, i kolejne zderzenia atomów powodują, że chore ogniwo zostaje wyrzucone z łańcucha jądrowego. Nowo powstałe dwie części łańcucha łączą się ze sobą (rana zabliźnia się). W ten sposób łańcuch jądrowy staje się krótszy, lżejszy, trwalszy, bardziej odporny na zderzenia, czyli staje się „zdrowszy”. Jeżeli inny helion straci oba elektrony, proces ten powtarza się. Proces ten może powtarzać się wiele razy aż łańcuch jądrowy stanie się całkowicie odporny na zderzenia, czyli stanie się „ zdrowy”, tzn. powstanie jądro atomu ołowiu. Kwanty energii produkowane przez dane ciało promieniotwórcze ekspediują cząstki alfa na zewnątrz tego ciała, nadając im prędkość kilkunastu tysięcy kilometrów na sekundę. Tak powstaje promieniowanie alfa. Cząstki alfa utrudniają odpływ kwantów energii na zewnątrz ciała, co powoduje określony wzrost temperatury radioaktywnego ciała. Ten wzrost temperatury jest makro wskaźnikiem tego, że atomy ciała są chore i ciało jest w trakcie „leczenia”.
Cząstki alfa powstają w danym ciele w tych samych warunkach, dlatego w momencie opuszczania ciała posiadają one jednakowe energie kinetyczne. W ten sposób powstaje dyskretne widmo energetyczne promieniowania alfa.
Rys. 3 Dyskretne widmo energetyczne promieniowania alfa.
3. Wychwyt K.
W atomie każdy elektron zobojętniający odpowiadający mu proton tworzy z nim dipol elektryczny. Zderzenie dwóch nienaturalnie ciężkich atomów jest tak potężne, że następuje uszkodzenie niektórych dipolów. Elektrony znajdujące się najbliżej protonów zastają wytrącone ze stanu równowagi trwałej. Po tym wytrąceniu elektrony nie są odrywane od atomu, lecz są przyciągane jeszcze silniej przez proton. W wyniku tego powstaje dipol elektryczny o mniejszym od poprzedniego momencie elektrycznym. Ten nowy dipol elektryczny jest neutronem. O takim procesie mówimy wychwyt K, wychwyt L, wychwyt M itd.
Powyższe można opisać inaczej, bez stosowania słownictwa medycznego.
Jądro o masie atomowej powyżej 210 jest już tak ciężkie, że w wyniku zderzeń rozpoczyna ono opisany wyżej proces autodestrukcji. Proces ten nie polega na gwałtownym rozwalaniu jądra na kawałki, lecz na „delikatnym” rozbieraniu go cegiełka po cegiełce (cząstka alfa po cząstce alfa). Spokojna autodestrukcja zbyt dużego jądra atomowego trwa dopóty, dopóki wielkość jądra zmniejszy się o tyle, że w wyniku zderzeń przestanie się ono ulegać autodestrukcji. Jak wiadomo będzie to jądro ołowiu.
W wyniku powyższych procesów ciało promieniotwórcze emituje promieniowanie alfa, beta i gamma, a także ogrzewa się lub świeci. Państwo Maria i Piotr Curie, po ciężkim dniu lubili relaksować się w swoim laboratorium, przy delikatnym, kojącym świetle, wytwarzanym przez atomy silnie promieniotwórczego radu.
Zjawisko promieniotwórczości naturalnej jest procesem wyznaczającym górną granicę wielkości jądra atomowego. Natura wyznaczyła granicę wielkości jądra atomu i stoi na straży tej granicy. Wszystkie twory ją przekraczające muszą ulec destrukcji. Taki jest fizyczny sens tego procesu.
W świetle powyższego, ogólnoświatowy wyścig w otrzymywaniu nowych, coraz większych i coraz bardziej nietrwałych atomów wydaje się być pozbawiony sensu, bowiem nigdy nie powstaną trwałe atomy większe od atomu ołowiu. Chyba to koniec marzeń o „wyspach stabilności”?
Pobierz plik PDF