Rozpadová řada

Rozpadová řada (též přeměnová nebo radioaktivní) je řada radioaktivních přeměn nestabilních izotopů prvků končící izotopem stabilním. Přeměna, též nepřesně rozpad, v takové řadě probíhá buď vyzařováním částic alfa (jader atomů helia) nebo beta (elektronů nebo pozitronů).

Základní řady

Jsou známy čtyři základní rozpadové řady, které vždy začínají jedním z nejtěžších na Zemi se běžně vyskytujících izotopů prvků ze skupiny aktinoidů. Podle tohoto počátečního izotopu jsou též pojmenovány:

Uran-radiová, začínající uranem ²³⁸U a končící olovem ²⁰⁶Pb
Uran-aktiniová, začínající uranem ²³⁵U a končící olovem ²⁰⁷Pb
Thoriová, začínající thoriem ²³²Th a končící olovem ²⁰⁸Pb
Neptuniová, též nesprávně umělá, začínající neptuniem ²³⁷Np a končící thalliem ²⁰⁵Tl

Jednotlivé členy základních řad se jeden na druhý přeměňují přeměnou alfa nebo beta. To zajišťuje, že je pro každou řadu zachována specifická podmínka pro nukleonové číslo A v závislosti na počtu neutronů N v jádře:

A = 4N pro thoriovou řadu,
A = 4N + 1 pro neptuniovou řadu,
A = 4N + 2 pro uran-radiovou řadu,
A = 4N + 3 pro uran-aktiniovou řadu.

Přeměna probíhá na izotopy prvků (splňujících podmínku řady) s nejdelšími (nebo s nimi srovnatelnými) poločasy rozpadu, protože radioaktivní přeměny na jiné nuklidy nejsou možné z energetických důvodů. Proto základní rozpadové řady zahrnují nuklidy ze dna tzv. údolí stability^{[pozn. 1]}, které mají pro dané atomové číslo poměr neutronů a protonů blízký optimu z hlediska minima vazebné potenciální energie.

Historický vývoj

Všechny základní rozpadové řady přirozeně probíhají na Zemi. Neptuniová řada však byla donedávna označována za umělou, protože na základě poločasu rozpadu izotopu neptunia ²³⁷Np byl jeho přirozený výskyt na Zemi považován za nemožný. Později však byla prokázána přítomnost stopového množství tohoto izotopu v uranových rudách.^[1] Za konečný stabilní izotop neptuniové řady byl dlouho považován bismut ²⁰⁹Bi, než bylo v r. 2003 objeveno, že se přeměnou alfa přeměňuje s poločasem rozpadu 1,9×10¹⁹ let (miliardkrát delší než předpokládaný věk vesmíru) na stabilní thallium ²⁰⁵Tl.

Rozšíření řad

Na základě objevů těžších izotopů prvků, které se již na Zemi přirozeně nevyskytují, učiněných ve 20. a 21. století je možné základní řady rozšířit. Thoriová řada tak může začínat např. kaliforniem ²⁵²Cf, neptuniová kaliforniem ²⁴⁹Cf atd. Těžší izotopy prvků však podléhají i spontánnímu štěpení na dva lehčí izotopy, které narušují příslušnost těchto izotopů k rozpadové řadě.

Uměle vytvořené nuklidy vzdálené od dna údolí stability (tj. s větším přebytkem či nedostatkem neutronů oproti optimu údolí stability, než mají členy základních řad) pak většinou přecházejí jedinou či celou kaskádou radioaktivních přeměn β⁻ resp. β⁺ buď na stabilní nuklidy s nukleonovým číslem menším než poslední člen základní rozpadové řady^{[pozn. 2]}, nebo se na jednu ze základních rozpadových řad napojují. U velmi nestabilních umělých nuklidů jsou pak možné i jiné srovnatelně pravděpodobné kanály přeměny (dvojitý rozpad beta, emise neutronu či dvou neutronů, emise protonu či dvou protonů, u vysokých nukleonových čísel spontánní štěpení), takže o rozpadové řadě (kaskádě rozpadů se stejným pořadím nuklidů) již nelze hovořit ani v širším smyslu.

Poznámky

↑ tento termín jaderné fyziky vychází z podoby třírozměrného grafu, kde vodorovnými souřadnicemi jsou počet protonů a počet neutronů a svislou souřadnicí vazebná potenciální energie, s tvarem zemského povrchu
↑ toto je i případ některých přirozeně se vyskytujících nuklidů na Zemi, jako hořčík-28 či chlor-39, vzniklých jadernými reakcemi kosmického záření, i když o rozpadové řadě nemůže být v tomto případě řeč, protože se přeměňují přímo ve stabilní nuklidy