Radioaktiivinen hajoaminen

Radioaktiivinen hajoaminen on prosessi, jossa radioaktiivinen atomiydin muuntuu toiseksi ytimeksi emittoiden samalla säteilyä.

Hajoamistapa kuvaa tapaa, jolla hiukkanen hajoaa. Radioaktiivisten isotooppien hajoamistavat ovat:

• alfasäteily (Helium-4 ytimen l.alfahiukkasen lähetys).
• β⁻ -säteily (elektronin lähetys)
• β⁺ -säteily (positronin lähetys)
• elektronisieppaus
• Isomeerinen transitio
• protoniemissio
• spontaani fissio

Tietyllä ytimellä on tyypillisesti yksi vallitseva hajoamistapa. Spontaani fissio on kuitenkin poikkeus ja tällöinkin alfa-hajoaminen on vallitseva hajoamistapa. Tietyissä olosuhteissa spontaani hajoaminen voi kuitenkin synnyttää ketjureaktion, jolloin se on ainakin hetken vallitseva hajoamistapa.

Hajoamisen jälkeen ydin jää joskus virittyneeseen tilaan. Pitkäikäisinä näitä kutsutaan ydinisomeereiksi. Näillä ytimillä tapahtuva isomeerinen transitio virittyneeltä tilalta perustilaan ei aiheuta ytimen muuntumista toiseksi, toisin kuin radioaktiivisen hajoamisen yhteydessä.
Nämä hajoamistavat ovat:

• suurienergiaisen fotonin lähetys (gammasäteily)
• atomin ionisoituminen (sisäinen konversio)

Hajoamislaki

Suuri määrä hajoavia ytimiä noudattaa paremmin lakia.

Aineen aktiivisuus eli hajoamisnopeus tietyllä hetkellä on verrannollinen ydinten määrään $\scriptstyle N$ ja hajoamisvakioon $\scriptstyle \lambda$:

${\frac {dN}{dt}}=-\lambda N.$

Tämän separoituvan differentiaaliyhtälön ratkaisuksi saadaan ydinten määrä ajanhetkellä $\scriptstyle t$:

$\displaystyle N(t)=N_{0}e^{-\lambda t}.$

Hajoamislaista voidaan johtaa myös puoliintumisaika $\scriptstyle T_{1/2}$, jossa radioaktiivisten ydinten määrä puolittuu.

${\begin{aligned}N(T_{1/2})&={\frac {N_{0}}{2}}=N_{0}e^{-\lambda T_{1/2}}\\\rightarrow T_{1/2}&={\frac {\ln 2}{\lambda }}.\end{aligned}}$