Rádioaktívny rozpad

Rádioaktívny rozpad alebo rádioaktívna premena je proces, pri ktorom nestabilné atómy strácajú svoju energiu vyžarovaním tzv. rádioaktívneho žiarenia (ktoré môže byť korpuskulárne alebo elektromagnetické). Prvky, ktoré podliehajú rádioaktívnemu rozpadu prirodzene (ich všetky izotopy podliehajú rádioaktívnemu rozpadu), sa nazývajú rádioaktívne prvky.
Všeobecné informácie.
Výsledkom rozpadu je premena atómu jedného typu, nazývaného "rodičovský nuklid", na atóm iného typu, nazývaného aj "detský nuklid". Napríklad uhlík-14 (rodič) emituje žiarenie a premieňa sa na dusík-14 (dieťa). Tento proces je na atómovej úrovni náhodný v tom zmysle, že nie je možné predpovedať, kedy sa určitý atóm rozpadne, ale v dostatočne veľkej vzorke podobných atómov vieme predpovedať priemernú dobu rozpadu.
Rádioaktivitu objavil v roku 1896 Henri Becquerel pri študovaní uránu. K objasneniu podstaty rádioaktivity zásadným spôsobom prispeli francúzski fyzici Pierre a Marie Curieovci.
Jednotka SI rádioaktívneho rozpadu je becquerel (Bq). Jeden Bq sa definuje ako jedna transformácia (rozpad) za sekundu. Vzhľadom na to, že každá rozumne veľká vzorka rádioaktívneho materiálu obsahuje veľa atómov, jeden Bq vyjadruje veľmi malú mieru tejto aktivity; všeobecne používame násobky v ráde TBq (terabecquerely) alebo GBq (gigabecquerely). Ďalšia jednotka rozpadu je curie, ktorá bola pôvodne definovaná ako miera rozpadu jedného gramu čistého rádia; 1 curie sa rovná 3,7.1010 Bq.
Kvantová mechanika umožňuje pre každý izotop spočítať pravdepodobnosť, s akou sa jadro v danom časovom intervale rozpadne. Pre väčšie množstvo látky sa z toho dá určiť doba polpremeny (staršie označenie "polčas rozpadu") - charakterizuje rýchlosť premeny. Udáva, za ako dlho sa rozpadne presne polovica jadier vo vzorke. Pri ťažkých prvkoch sú produkty rozpadu naďalej nestabilné a rozpadajú sa ďalej. Tento proces popisuje rozpadový rad.
Žiarenie, ktoré pri rádioaktívnom rozpade vzniká, sa vyskytuje v štyroch druhoch, ktoré označujeme ako α, β, γ a neutrónové žiarenie. Žiarenie α je prúd jadier hélia (α-častíc) a nesie kladný elektrický náboj. Žiarenie β je prúd záporne nabitých elektrónov. Niekedy sa rozlišuje β- (elektróny) a β+ (kladne nabité pozitróny). Žiarenie γ je elektromagnetické žiarenie vysokej frekvencie alebo prúd energetických fotónov. Nemá elektrický náboj a preto nereaguje na elektrické pole. Neutrónové žiarenie je prúd neutrónov, rovnako bez náboja.
Prirodzená a umelá rádioaktivita.
Rádioaktivita sa bežne rozdeľuje na 
Prirodzená rádioaktivita je dôsledkom samovoľného rozpadu atómového jadra. Pozorovateľná je pri prvkoch s protónovým číslom vyšším ako 81. Pri rozpade atómového jadra sa vyžiari energia a vznikne niekoľko atómov iných prvkov s nižšími atómovými číslami. Tieto sa prípadne môžu rozpadať ďalej, až kým nedospejú ku konečnému stabilnému prvku, ktorým bývajú zvyčajne rozličné izotopy olova. Polčasy rozpadu prvkov sú rôzne: od sekúnd až po 1010 rokov. Pomocou umelej rádioaktivity možno vytvárať prvky nevyskytujúce sa vo voľnej prírode, prípadne prvky s atómovým číslom vyšším ako 92 (medicínske účely, výskum). Umelú rádioaktivitu získajú prvky transmutáciou, vplyvom reťazovej reakcie alebo pôsobením urýchlených častíc.
Príklad:
Polónium formula_1 je prirodzene rádioaktívny, pričom pri svojom rozpade vyžaruje α častice, ktoré premieňajú hliník na izotop fosforu.
kde formula_3 označuje neutrón.
Izotop fosforu formula_4 je však nestabilný s polčasom rozpadu. formula_5. Prostredníctvom kladného beta rozpadu prechádzajú na stabilný kremík, tzn.
kde formula_7 je vyžiarený pozitrón a formula_8 predstavuje neutríno.
Zákon rádioaktívneho rozpadu.
Vlastnosti rádioaktívneho rozpadu je možné skúmať pomocou štatistických metód.
Za predpokladu, že za časový interval formula_9 dôjde k rozpadu formula_10 atómov rádioaktívnej látky. Počet rozpadnutých atómov formula_10 je úmerný počtu častíc v danom časovom okamihu, ktorý označíme formula_12. Túto úmeru vyjadrujeme vzťahom
kde formula_14 je tzv. rozpadová konštanta, ktorá charakterizuje predpokladanú rýchlosť rozpadu rádionuklidu. Znamienko "-" súvisí s tým, že s rastúcim časom dochádza k poklesu okamžitého počtu častíc.
Integráciou predchádzajúceho vzťahu môžeme počet častíc v čase formula_15 vyjadriť ako
kde formula_17 predstavuje počet častíc v čase formula_18. Tento vzťah sa označuje ako zákon rádioaktívneho rozpadu.
Pre praktické využitie je vhodnejšie využiť úmeru medzi počtom častíc a ich celkovou hmotnosťou, tzn. hmotnosťou rádioaktívnej vzorky formula_19. Predchádzajúci vzťah potom môžeme prepísať v tvare
kde formula_21 je počiatočná hmotnosť rádioaktívnej vzorky a formula_19 je jej hmotnosť v čase formula_15.
Doba polpremeny.
Doba, za ktorú dôjde k rozpadu polovice z pôvodného počtu atómov rádionuklidu, sa označuje ako doba polpremeny (polčas premeny, polčas rozpadu) formula_24. Počet častíc po uplynutí tejto doby je formula_25, čím dostaneme pre polčas rozpadu vzťah
Stredná doba života.
Ďalšou veličinou charakterizujúcou rádioaktívny rozpad je stredná doba života formula_27, čo je čas, za ktorý klesne pôvodný počet atómových jadier formula_17 na hodnotu formula_29.
&lt;br&gt; 
&lt;br&gt;
Pre strednú dobu života platí
Aktivita (rádioaktivita).
Rýchlosť rádioaktívnej premeny charakterizuje aktivita (rádioaktivita) formula_31, ktorá sa definuje vzťahom
Dosadením z predchádzajúceho vzťahov dostaneme
kde formula_34 označuje aktivitu v počiatočnom čase a formula_31 je aktivita v čase formula_15. Aktivita, teda rýchlosť rozpadu, klesá s časom.
Jednotkou aktivity je becquerel (Bq), popr. curie (Ci).
Druhy rádioaktívneho žiarenia.
Žiarenie, ktoré pri rádioaktívnom rozpade vzniká, môže byť: 
V širšom zmysle ako rádioaktívne žiarenie označujeme aj iné druhy žiarenia, napr. neutrónové žiarenie (pozri rádioaktívne žiarenie).
Rozpadové rady.
Kvantová mechanika umožňuje pre každý izotop spočítať pravdepodobnosť, že jadro sa v danom časovom intervale rozpadne. Pre väčšie množstvo látky je možné určiť polčas rozpadu, ktorým charakterizujeme rýchlosť premeny. Udáva, za ako dlho sa rozpadne práve polovica jadier vo vzorke. U ťažkých prvkov sú produkty rozpadu takisto nestabilné a rozpadajú sa ďalej. Tento proces popisuje rozpadový rad.