Radioaktīvā sabrukšana. Ievads
Apskatīt video Khan Academy platformā: 
Intro to radioactive decay
Transkripts:
00:00
- [Lektors] Kas tev nāk prātā,
00:00
dzirdot vārdu "radioaktīvs"?
00:02
Nu, man prātā nāca šis. Briesmas, vai ne?
00:06
Bet šajā video
00:07
mēs mēģināsim saprast, kas tieši ir radioaktīvs
00:09
jeb ko tas nozīmē un kāpēc tas ir tik bīstami?
00:13
Un kā tas var mums būt arī noderīgi?
00:16
To mēs arī izpētīsim. Tātad sāksim.
00:18
Lai izpētītu, kas ir radioaktivitāte,
00:20
sāksim ar kaut ko, kas tev jau ir pazīstams.
00:22
Ķīmiskie procesi, ķīmiskās reakcijas.
00:25
Tev nav jāuztraucas
00:25
par šo konkrēto ķīmisko reakciju,
00:27
bet galvenais ir tas, ka katrā ķīmiskajā reakcijā
00:30
tu redzi, ka elementu skaits labajā pusē
00:33
ir tieši tāds pats kā elementu skaits kreisajā pusē.
00:35
Piemēram, kreisajā pusē ir četri skābekļa atomi,
00:38
arī labajā pusē ir četri skābekļa atomi.
00:40
Labajā pusē ir viens oglekļa atoms,
00:42
arī kreisajā pusē ir viens oglekļa atoms.
00:44
Tas nozīmē, ka tu nekad nevarēsi
00:46
produktos iegūt jaunus elementus.
00:48
Elementi produktu pusē vienmēr būs tie paši,
00:50
kas elementi izejvielu pusē.
00:52
Bet, pretstatā tam, radioaktīvos procesos
00:55
tu iegūsti jaunus elementus.
00:57
Ko? Kā?
00:59
Redzi, ķīmiskajās reakcijās
01:01
iemesls, kāpēc tu neiegūsti jaunus elementus,
01:02
ir tas, ka viss ir saistīts ar elektroniem,
01:04
kas pāriet no viena atoma uz otru.
01:06
Un, ja tu paņem kaut ko, piemēram, oglekli,
01:07
un atņem tam elektronus vai pievieno tam elektronus,
01:10
vai koplieto elektronus, lai arī ko tu nedarītu,
01:13
ogleklis paliek ogleklis.
01:14
Elektroni nenosaka elementa identitāti.
01:18
Tas mūs noved pie jautājuma: kas tad to nosaka?
01:20
Kas padara oglekli par oglekli? Kas padara skābekli par skābekli?
01:24
Lai atbildētu uz šo jautājumu, mums jārok dziļāk.
01:27
Es domāju, burtiski.
01:28
Ja tu ieskatītos, teiksim, oglekļa atomā,
01:31
tu, iespējams, atrastu elektronus, kas riņķo apkārt.
01:33
Bet, ja tu pietuvinātu centru,
01:36
tu ieraudzītu oglekļa kodolu.
01:39
Un tu droši vien jau zini, ka atoma kodols
01:41
satur protonus, kas ir pozitīvi lādētas daļiņas,
01:44
un neitronus, kas ir neitrālas daļiņas.
01:47
Un uzmini nu!
01:48
Izrādās, ka elementa identitāti
01:51
nosaka protonu skaits.
01:53
Piemēram, jebkas, kam ir 6 protoni, ir ogleklis.
01:58
Ogleklis ir ogleklis, jo tam ir 6 protoni.
02:02
Līdzīgi, jebkas, kam ir 7 protoni, būs slāpeklis,
02:06
un tā tālāk, un tā joprojām.
02:07
Identitāti nosaka tieši protonu skaits.
02:11
Bet tu varētu jautāt: "Labi, bet kā ir ar neitronu skaitu?"
02:13
Ak, neitronu skaitam vispār nav nozīmes.
02:16
Piemēram, var būt ogleklis, kuram ir 6 neitroni,
02:21
vai arī var būt ogleklis, kuram ir 8 neitroni.
02:24
Pastāv dažādi oglekļa kodoli.
02:27
Un, starp citu, tādus kodolus,
02:29
kuriem ir vienāds protonu skaits,
02:32
kas nozīmē – viens un tas pats elements,
02:33
bet atšķirīgs neitronu skaits, mēs saucam īpašā vārdā.
02:37
Mēs tos saucam par izotopiem.
02:39
Un, lai tos varētu atšķirt,
02:41
mums ir apzīmējums.
02:42
Apzīmējums, ko mēs izmantojam kodolu apzīmēšanai,
02:45
ir tāds, ka mēs rakstām C,
02:46
un tad šeit, lejā, mēs rakstām protonu skaitu,
02:50
un tad augšā, kreisajā pusē,
02:51
mēs rakstām kopējo daļiņu skaitu,
02:54
nevis neitronu skaitu.
02:54
Tas ir 6 + 6, tātad 12.
02:57
Tā mēs apzīmējam šo kodolu. Atvainojos, kodolu.
03:02
Līdzīgi, kā tu apzīmētu šo kodolu?
03:04
Mēs to apzīmētu kā C un 6. Tam ir jābūt 6.
03:07
Ja tas nebūtu 6, tas nebūtu ogleklis.
03:09
Un tad augšā kreisajā pusē tu rakstītu 6 + 8.
03:12
Mēs to apzīmētu ar 14.
03:15
Tātad šo mēs sauktu par oglekļa-12 izotopu,
03:18
un šo mēs sauktu par oglekļa-14 izotopu.
03:22
Un tātad tu redzi, ka tieši šis skaitlis,
03:24
kopējais daļiņu skaits,
03:25
ir tas, kas atšķir izotopus.
03:27
Mēs šim skaitlim dodam nosaukumu.
03:29
Mēs to saucam par masas skaitli,
03:31
jo šis skaitlis pārstāv masu tādā ziņā,
03:34
ka šeit, redzi, ir 14 daļiņas,
03:36
tāpēc šim kodolam būs lielāka masa,
03:38
salīdzinot ar šo kodolu,
03:40
kuram ir tikai 12 daļiņas, vai ne?
03:42
Un, runājot par kodoliem,
03:43
masas skaitlim ir nozīme,
03:44
jo ir svarīgi gan protoni, gan neitroni.
03:47
Bet, runājot par ķīmiskajām reakcijām,
03:49
neitronu skaits tevi neinteresē,
03:50
tu runā tikai par oglekli,
03:52
jo abiem ir vienādas ķīmiskās īpašības,
03:54
bet ne vienādas kodolu īpašības.
03:57
Tagad tu varētu teikt: "Maheš, tas viss ir lieliski,
03:59
bet kas tieši ir radioaktivitāte
04:01
un kā tā rada jaunus elementus?
04:03
Un kāpēc tā ir tik bīstama?"
04:04
Īsumā, izrādās, ka noteikti kodoli
04:07
var būt ļoti nestabili,
04:08
un tādos gadījumos, tādi kodoli
04:10
tie vienkārši automātiski, vienkārši spontāni
04:13
izsviež dažas daļiņas.
04:15
Un, to darot, mainās protonu skaits tajos.
04:19
Tā rezultātā mainās elements,
04:21
un tā tu iegūsti jaunus elementus.
04:23
Šo procesu mēs saucam par radioaktivitāti.
04:27
Es zinu, ka te ir daudz, ko izskaidrot, un mēs to tagad darīsim.
04:30
Pirmais jautājums, kas tev varētu rasties, ir:
04:31
"Ko tu domā ar to, ka kodols ir nestabils?"
04:33
Nav īsti vienkārši
04:35
saprast kodola stabilitāti.
04:38
Bet, lai gūtu kādu intuīciju, padomā par ļoti smagiem kodoliem.
04:42
Ja ir ļoti smags kodols, var mēģināt saprast,
04:44
ka tajā ir daudz protonu,
04:46
un visi protoni vēlas atgrūsties viens no otra,
04:48
jo tiem visiem ir pozitīvi lādiņi,
04:50
tāpēc ir tik grūti noturēt kodolu kopā.
04:53
Tātad var redzēt, ka ļoti smagi kodoli
04:55
mēdz būt nestabili.
04:57
Bet ne tik intuitīvi ir tas,
04:59
ka arī viegli kodoli var būt nestabili.
05:02
Piemēram, C-14 ir nestabils kodols,
05:06
pretstatā C-12, kas ir stabils.
05:08
Tagad tu, iespējams, domā: "Kā tas var būt?
05:10
Abiem taču ir vienāds protonu skaits."
05:12
Izrādās, ka stabilitāte ir atkarīga arī no attiecības
05:17
starp protonu un neitronu skaitu.
05:20
Noteiktas attiecības ir stabilākas nekā citas.
05:22
Un, kā jau teicu, tas nav īpaši vienkārši,
05:24
tas nav īpaši intuitīvi.
05:26
Un mums nebūs jāatceras,
05:27
kuri kodoli ir stabili un kuri nav.
05:29
Bet galvenais ir tas, ka ir noteikti
05:31
kodoli, kas ir nestabili.
05:33
Tie var būt smagi vai arī viegli.
05:35
Tagad paskatīsimies, kas notiek ar šiem nestabilajiem kodoliem.
05:37
Apskatīsim piemēru.
05:39
Ja paņemam oglekli-14, izrādās, ka,
05:42
tā kā tas ir nestabils,
05:43
tas izsviež kaut ko, ko sauc par beta daļiņu,
05:46
un rezultātā pārvēršas par slāpekli-14.
05:50
Es zinu, ka tev varētu būt daudz jautājumu, piemēram:
05:52
"Kā tas notiek? Kas īsti ir beta daļiņa?
05:55
Un kā protonu skaits palielinājās
05:57
no 6 līdz 7?
05:58
Kā tas notika?"
05:59
Mēs to visu apskatīsim nākamajos video.
06:01
Patiesībā to sauc par beta sabrukšanu.
06:03
Ir arī alfa sabrukšana un gamma sabrukšana.
06:06
Bet mēs pievērsīsimies visām šīm interesantajām lietām vēlāk.
06:08
Bet šeit ir svarīgi redzēt, kas notika.
06:11
Mēs sākām ar nestabilu kodolu,
06:15
ko mēs saucam par vecākkodolu,
06:16
kas ir nestabils.
06:17
Tas spontāni,
06:19
kas nozīmē, bez mūsu iejaukšanās,
06:21
vienkārši notika pats no sevis, jo tas ir nestabils,
06:24
spontāni pārvērtās par stabilāku kodolu,
06:28
ko mēs saucam par meitkodolu, labi?
06:30
Un to darot, ko tas ir izdarījis?
06:33
Tas ir izsviedis augstas enerģijas daļiņu.
06:37
Patiesībā, tā kļūst stabils, vai ne?
06:38
Tā kā atbrīvojoties no kaut kā,
06:40
atbrīvojas enerģija, un zini ko?
06:42
Tieši šī augstas enerģijas daļiņa
06:45
padara radioaktivitāti tik bīstamu.
06:47
Tagad tu varētu teikt:
06:48
"Maheš, ko tu domā ar augstu enerģiju?
06:50
Piemēram, kustīgai galda tenisa bumbiņai
06:52
burtiski būtu par miljardiem džoulu vairāk enerģijas, vai ne?
06:55
Tātad, ko tu domā ar enerģiju?"
06:57
Tev ir taisnība, bet atšķirībā no galda tenisa bumbiņas,
06:59
šīs daļiņas faktiski var iekļūt tavu šūnu atomos
07:03
un izsist elektronus,
07:05
iznīcinot saites, un tas varētu bojāt šūnas,
07:08
un varētu izraisīt mutācijas tavā DNS.
07:10
Tas ir tas, kas padara tās tik bīstamas.
07:13
Kad es saku – augstas enerģijas daļiņas,
07:15
ar to mēs domājam, ka tās ir jonizējošas daļiņas.
07:19
Mēs to saucam par jonizējošo starojumu.
07:20
Jonizējošs nozīmē, ka tām ir spēja izsist elektronus.
07:25
Bet te ir āķis – tas pats var mums būt arī noderīgs.
07:28
Piemēram, mēs varam tās mērķēt uz vēža šūnām
07:31
un mēģināt tās iznīcināt.
07:32
Tā ir staru terapijas būtība.
07:35
Ja mēs saprotam radioaktivitāti, mēs varam to kontrolēt
07:38
un mēs varam to izmantot dažiem pārsteidzošiem pielietojumiem.
07:42
Jebkurā gadījumā, šajā video tas ir viss.
07:43
Īsumā, kas ir radioaktivitāte
07:45
jeb kas ir radioaktīvā sabrukšana?
07:47
Tas ir process, kurā nestabils kodols
07:51
spontāni pārvēršas par jaunu, stabilāku kodolu,
07:56
un, to darot,
07:56
tas izdala augstas enerģijas jonizējošo starojumu.
Eksperta komentārs
Šajā video tiek ieviests jēdziens radioaktivitāte un skaidrots, kāpēc tā var būt gan bīstama, gan noderīga. Aktualizācijas daļā tiek uzdots, kas nosaka ķīmiskā elementa stabilitāti un ar ko radioaktīvie procesi būtiski atšķiras no parastām ķīmiskajām reakcijām.
Tiek uzsvērts, ka ķīmiskajās reakcijās elementi nemainās, bet radioaktīvās sabrukšanas laikā viena elementa kodols pārvēršas cita elementa kodolā. Elementa “identitāti” nosaka protonu skaits kodolā, savukārt atomi ar vienādu protonu skaitu, bet atšķirīgu neitronu skaitu ir izotopi. Tieši noteiktu izotopu nestabilitāte ir radioaktīvās sabrukšanas cēlonis.
Video skaidrots, ka kodols var būt nestabils dažādu iemeslu dēļ: tas var būt pārāk liels, lai kodolspēki noturētu protonus kopā, vai arī konkrētā protonu–neitronu konfigurācija ir enerģētiski neizdevīga. Sabrukšanas laikā kodols izstaro daļiņas vai elektromagnētisko starojumu ar lielu enerģiju.
Īpaši uzsvērts, ka radioaktīvā starojuma kopējā enerģija var būt ļoti maza ikdienas mērogā, taču tas ir bīstams bioloģiskajiem audiem, jo spēj jonizēt atomus un izraisīt nevēlamas ķīmiskas reakcijas cilvēka organismā. Vienlaikus video parāda, ka šīs pašas īpašības padara radioaktivitāti arī noderīgu, piemēram, vēža ārstēšanā.
Jēdzieni: atoms, ķīmiskais elements, izotopi, elektrons, kodols, protoni, neitroni, augstās enerģijas daļiņas, radiācija.