نمایش مبدأ برای واپاشی پرتوزا

{{تغییرمسیر|رادیواکتیو}}
{{برای|فروپاشی ذرات در یک زمینه کلی‌تر|واپاشی ذره}}
[[File:Alpha_Decay.svg|پیوند=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Alpha_Decay.svg|بندانگشتی|300x300پیکسل|[[واپاشی آلفا]] توسط یک هسته یک [[ذرات آلفا|ذره آلفا]] از دو نوترون و دو پروتون گسیل می‌کند. همچنین به عنوان هسته [[ایزوتوپ‌های هلیوم|هلیوم-۴]] شناخته می‌شود.]]
{{فیزیک هسته‌ای}}
'''واپاشی پرتوزا''' {{به انگلیسی|Radioactive decay}} که '''واپاشی هسته‌ای'''، '''پرتوزایی'''،<ref>{{یادکرد فرهنگستان | مصوب=پرتوزایی | بیگانه=radioactivity | بیگانه در فارسی= | حوزه=شیمی | دفتر=نخست | بخش=فارسی | سرواژه=پرتوزایی}}</ref> '''فروپاشی پرتوزا'''<ref>{{یادکرد فرهنگستان | مصوب=فروپاشی | بیگانه=disintegration | بیگانه در فارسی= | حوزه=فیزیک | دفتر=سوم | بخش=فارسی | سرواژه=فروپاشی}}</ref> یا '''فروپاشی هسته‌ای''' نیز نامیده می‌شود، فرایندی‌ست که در [[هسته اتم|هستهٔ]] اتم‌های ناپایدار پرتوزا رخ می‌دهد و پرتوهایی تولید می‌کند که به آن‌ها پرتوهای رادیواکتیو می‌گویند. در اثر واپاشی هسته‌ای، پس از یک زمان تصادفی، هسته‌های بزرگ به هسته‌های کوچکتر و معمولاً پایدارتر تجزیه می‌شوند و [[ماده اولیه]] به تدریج از بین می‌رود. البته [[جِرم (فیزیک)|جرم]] مواد جدید تنها اندکی کمتر از ماده اولیه خواهد بود و انرژی آزاد می‌شود. گاهی این انرژی را می‌توان به صورت [[نیروی هسته‌ای]] مهار کرد یا می‌تواند به‌صورت آلودگیِ پرتوزایی در زیست‌بوم رها شود، که بسیار خطرناک خواهد بود. این فرایند یک [[پیشامد]] است، یعنی نمی‌توان زمان واپاشی یک اتم را دقیق پیش‌بینی کرد، گرچه [[نیمه‌عمر]] آن قابل تعیین است.

بر پایه [[الکترودینامیک]] کلاسیک، انتظار می‌رود که تنها [[ذرات باردار]] تابش کنند. اما گذارهای نوترونی نیز می‌توانند تابش کنند، زیرا [[پروتون]]‌ها در [[هسته اتم|هسته]] مجبور به تغییر مکان هستند تا [[مرکز جرم]] ثابت بماند، و از سوی دیگر، [[نوترون]]‌ها نیز مانند [[پروتون]]‌ها به سبب داشتن [[گشتاور مغناطیسی|گشتاورهای مغناطیسی]] تابش می‌کند.
[[پرونده:Alfa beta gamma radiation penetration fa.svg|بندانگشتی|مقایسه نفوذپذیری پرتوهای آلفا، بتا و گاما]]
[[پرونده:Isotopes and half-life 1.PNG|بندانگشتی|240px|جدول پایداری عناصر]]

== دسته‌بندی واپاشی‌های هسته‌ای ==
[[واکنش هسته‌ای|واکنش‌های هسته‌ای]] عموماً به سه گروه زیر دسته‌بندی می‌شوند:
* [[واپاشی آلفا]]، که در آن یک [[ذره آلفا]] گسیل می‌شود. در این نوع پرتوزایی، یک ذره آلفا (هسته [[هلیوم|هلیم]] یا <chem>^{4}_{2}He^2+</chem>) از هسته اتم خارج می‌شود و اتم دختر در [[جدول تناوبی]] نسبت به اتم اولیه دو خانه به عقب می‌رود، مانند واکنش زیر:
{{وسط‌چین}}
<chem>^{238}_{92}U -> ^{234}_{90}Th + ^{4}_{2}He^2+</chem> یا <chem display="inline">^{238}_{92}U -> ^{234}_{90}Th + \alpha^{2+}</chem>
{{پایان}}
* [[واپاشی بتا]] که در آن یک ذره بتا ([[الکترون]] یا [[پوزیترون]]) گسیل می‌شود. در این نوع پرتوزایی، یک [[الکترون]] (یا [[پوزیترون]]) از داخل یک نوترون (یا پروتون) خارج می‌شود و آن را تبدیل به یک پروتون (یا نوترون) می‌کند و یک پادنوترینو (یا [[نوترینو]]) خارج می‌شود. اتم دختر در جدول تناوبی نسبت به اتم اولیه یک خانه به جلو (یا عقب) می‌رود، مانند واکنش زیر:
{{وسط‌چین}}
<chem>^{137}_{55}Cs -> ^{137}_{56}Ba {+} e^- {+} \bar{\nu}_e</chem>و <chem>^{22}_{11}Na -> ^{22}_{10}Ne {+} e+ {+} {\nu}_e</chem>
{{پایان}}
* [[پرتو گاما|واپاشی گاما]] که در آن یک [[فوتون]] (بسته انرژی) گسیل می‌شود. در این نوع پرتوزایی، جنس اتم تغییری نمی‌کند، بلکه هسته اتم به دلیل انرژی که توسط واپاشی آلفا یا بتا دریافت کرده، به ترازهای [[انرژی]] بالاتر می‌رود. بر اساس قوانین [[مکانیک کوانتومی]]، هسته اتم به تراز اولیه برگشته و انرژی خود (که معادل اختلاف انرژی تراز بالاتر و تراز اولیه است) را به صورت یک [[فوتون]] آزاد می‌کند که معمولاً انرژی آن در محدوده انرژی پرتوهای گاما است، مانند واکنش زیر:
{{وسط‌چین}}
<chem>^{99}_{43}Tc -> ^{99}_{43}Tc + \gamma</chem>
{{پایان}}

== پایداری و ناپایداری ایزوتوپ‌ها ==
تا اوایل قرن بیستم میلادی تصور بر این بود که تمام عناصر پایدار هستند، زیرا نظریه اتمی [[جان دالتون]] بیان می‌کرد که اتم‌ها نه پدید می‌آیند و نه از بین می‌روند و همه اتم‌های یک عنصر، ویژگی‌های یکسان دارند. ۱۸۹۶، [[آنری بکرل|هانری بکرل]]، پرتوزایی {{به انگلیسی|Radioactivity}} را اتفاقی کشف کرد. کشف پرتوزایی، دانشمندان را بر آن داشت تا دلیل آن را پیدا کنند. آزمایش‌های [[ارنست رادرفورد]] روی این پدیده، به کشف هسته اتم انجامید. برپایه آزمایش‌های رادرفورد، هسته اتم [[بار الکتریکی]] مثبت دارد که بعدها مشخص شد در اثر [[پروتون]]‌ها<nowiki/>ست، ولی این به‌تنهایی پرتوزایی را توضیح نمی‌داد؛ باید عاملی می‌بود تا پروتون‌ها را کنار هم نگه دارد تا در اثر [[قانون کولن|نیروی کولنی]] میان پروتون‌ها از فروپاشی هسته جلو بگیرد. پس از کشف [[نوترون]] ار سوی [[جیمز چدویک|جیمز چادویک]] در ۱۹۳۲، به مدت کوتاهی معلوم شد که نوترون دومین ذره تشکیل‌دهنده هسته و عامل اصلی پایداری یا واپاشی آن است. پس از اثبات اینکه نوترون دومین ذره تشکیل‌دهنده هسته است، مفهومی به نام [[ایزوتوپ]] مطرح شد که بعدها از راه آزمایش‌های تجربی نیز ثابت شد. ایزوتوپ ({{به انگلیسی|Isotope}} و {{به یونانی|Ισότοπο}}) به معنای «هم‌جا» و «هم‌مکان»، به اتم‌هایی از یک عنصر گفته می‌شود که [[عدد اتمی]] و فعالیت شیمیایی یکسان، اما [[عدد جرمی]] متفاوت دارند. پایداری این ایزوتوپ‌ها به‌شمار نوترون‌های آن بستگی دارد. برای نمونه، بعضی از عناصر تنها دارای یک ایزوتوپ پایدار هستند، مانند آلومینیوم و پتاسیم که تنها یک ایزوتوپ پایدار (<chem>^{27}_{13}Al</chem>و <chem>^{40}_{19}K</chem>) دارند و بقیه همگی ناپایدار هستند (البته بعضی از آن‌ها ممکن است نیمه‌عمر بسیار طولانی داشته باشند، مانند <chem>^{26}_{13}Al</chem>و <chem>^{235}_{92}U</chem>)، برخی دو یا چند ایزوتوپ پایدار دارند، مانند [[مس]] (<chem>^{63}_{29}Cu</chem> و <chem>^{65}_{29}Cu</chem>) و [[قلع]] (<chem>^{112}_{50}Sn</chem>و <chem>^{114}_{50}Sn</chem>و <chem>^{116}_{50}Sn</chem>و …) و برخی دیگر [[ایزوتوپ پایدار|ایزوتوپ پایداری]] ندارند، مانند [[اورانیوم]] (پایدارترین ایزوتوپ <chem>^{238}_{92}U</chem>با نیمه‌عمر ۴٫۴۶۸۳ میلیارد سال) و [[فرانسیم]] (پایدارترین ایزوتوپ<chem>^{223}_{87}Fr</chem>با نیمه‌عمر ۲۲ دقیقه). عناصر مصنوعی نیز عموماً نیمه‌عمر بسیار کوتاهی دارند، مانند اوگانسون (<chem>^{}_{118}Og</chem>) که در پایدارترین حالت، نیمه‌عمری برابر ۸۹۰ میکروثانیه دارد. معروف‌ترین ایزوتوپ‌ها، ایزوتوپ‌های سه‌گانه هیدروژن هستند که پایین معرفی خواهند شد:
# [[هیدروژن]] معمولی (<chem>^{1}_{1}H</chem>) یا [[هیدروژن|پروتیم]] {{به انگلیسی|Protium}} که در هسته اتم‌ش تنها یک [[پروتون]] دارد و نوترونی ندارد. بیش از ۹۹/۹۸ هیدروژن جهان و بیشترین ماده در هستی را تشکیل می‌دهد.
# هیدروژن سنگین (<chem>^{2}_{1}D</chem>) یا [[دوتریوم|دوتریم]] {{به انگلیسی|Deuterium}} که در هسته اتم‌ش یک پروتون و یک نوترون دارد و در طبیعت نایاب است (کمتر از ۰/۰۲ درصد) است. [[آب سنگین]] (<chem>D2O</chem>) که ترکیب دوتریم و اکسیژن است، در خواص شیمیایی مانند آب معمولی است و تنها در خواص فیزیکی با آن متفاوت است. این نوع آب در [[نیروگاه هسته‌ای|نیروگاه‌های هسته‌ای]] به عنوان خنک‌کننده و مهارگر راکتورهای هسته‌ای به کار می‌رود. نوشیدن زیاد یا طولانی این آب می‌تواند سبب عوارض جدی یا حتی مرگ بشود.
# هیدروژن پرتوزا (<chem>^{3}_{1}T</chem>) یا [[تریتیوم|تریتیم]] {{به انگلیسی|Tritium}} که در هسته اتم‌ش یک پروتون و دو نوترون دارد. این [[هیدروژن]] نیمه‌عمری برابر با ۸±۴۵۰۰ روز دارد و از دوتریم نیز نایاب‌تر است. کمی از این ماده در فضا و از راه تابش‌های فضایی تولید می‌شود و بیشتر تریتیم روی زمین، در آزمایشگاه و با راکتورهای هسته‌ای تولید می‌شود. تریتیم از راه یک واکنش بتازا به [[هلیوم-۳|هلیم-۳]] تبدیل می‌شود:

{{وسط‌چین}}
<chem>^{3}T -> ^{3}_{2}He + e-</chem>
{{پایان}}

معمولاً اگر تعداد نوترون‌های هسته یک اتم ۱/۵ برابر تعداد پروتون‌هایش باشد، آن اتم پرتوزا می‌شود، ولی در یک قاعده کلی، همه عناصر سنگین‌تر از سرب پرتوزا هستند.

== جستارهای وابسته ==
{{درگاه|فناوری هسته‌ای|فیزیک}}
{{چندستونه}}
* [[نیروی هسته‌ای ضعیف]]
* [[نیروی هسته‌ای قوی]]
* [[تابش زمینه]]
* [[پرتوساخت]] (رادیوسنتز)
* [[حادثه چرنوبیل]]
* [[زنجیره واپاشی]]
* [[نیمه‌عمر]]
* [[مهندسی هسته‌ای]]
* [[پزشکی هسته‌ای]]
* [[داروسازی هسته‌ای]]
* [[فیزیک هسته‌ای]]
* [[انرژی اتمی]]
* [[واپاشی ذره]]
* [[فرایند پواسون]]
* [[پرتو]]
* [[پرتودرمانی]]
* [[آلایش هسته‌ای]]
* [[زمان‌سنجی رادیومتری]]
* [[ایزوتوپ پرتوزا]]
* [[تعادل پایدار]]
* [[تعادل گذرا]]
* [[مرکز تحقیقات پزشکی هسته‌ای (دانشگاه علوم پزشکی تهران)|مرکز تحقیقات پزشکی هسته ای]]
{{Div col end}}

== منابع ==
{{پانویس}}
* غیاثی نژاد، مهدی، و مهران کاتوزی. دروس عمومی حفاظت در برابر اشعه، ویژه آموزش دورهای مقدماتی - کتاب (۱)، چاپ چهارم، تهران: نشر دربید، ۱۳۸۵. {{شابک|۹۶۴-۰۶-۲۸۵۷-۳}}

== پیوند به بیرون ==
{{ویکی‌انبار-رده|Radioactivity}}
{{پرتو}}
{{فرآیندهای هسته‌ای}}
{{فناوری هسته‌ای}}
{{داده‌های کتابخانه‌ای}}

[[رده:انرژی هسته‌ای]]
[[رده:پرتوزایی]]
[[رده:فرایند پواسون]]
[[رده:فیزیک پزشکی]]
[[رده:فیزیک هسته‌ای]]
[[رده:نمایی‌ها]]