อะตอมกัมมันตภาพรังสีสามารถป้องกันไม่ให้สลายตัวได้หรือไม่หากอยู่ในพันธะเคมีที่แข็งแกร่งจริง ๆ ?
ดังนั้นจากคำถามนี้โมเลกุลที่มีอะตอมกัมมันตภาพรังสีจะแตกเมื่ออะตอมสลายตัว แต่สมมติว่าคุณต้องการพลังงานมากในการแยกสารประกอบออกจากกันเช่นเดียวกับพลังงานที่มากกว่าการสลายตัวของอะตอมจะปลดปล่อยออกมา (เห็นได้ชัดว่าโมเลกุลที่เสถียรนี้ไม่สามารถทำได้จริง ... ใช่ไหม) อะตอมจะถูกบังคับให้อยู่นิ่งหรือจะมีอะไรเกิดขึ้น?
ฉันคิดวิธีที่จะให้สารประกอบแตกไม่ได้เพราะนั่นอาจจะต้องใช้พลังงานฟรี แต่บางทีสารประกอบสามารถ "ดูดซับ" พลังงานได้ดังนั้นการกระแทกอย่างแรงหรือความร้อนสูงอาจทำให้อะตอมสลายตัวและพันธะแตก?
คำตอบ
โดยหลักการแล้วใช่ หากผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวมีพลังงานสูงกว่าโมเลกุลเดิมการสลายตัวจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้
ในทางปฏิบัติพลังงานที่มีผลผูกพันทางเคมี (โดยทั่วไปจะอยู่ใน $\rm eV$ range) มีขนาดเล็กกว่าพลังงานจากการสลายตัวของนิวเคลียร์มาก (โดยทั่วไปจะอยู่ใน $\rm MeV$range) ดังนั้นสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นในกรณีใด ๆ ที่ฉันทราบ นี่ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ แต่เป็นเพียงผลตามธรรมชาติของความแข็งแรงสัมพัทธ์ของปฏิกิริยานิวเคลียร์และแม่เหล็กไฟฟ้า
ในขณะที่ข้อโต้แย้งในคำตอบอื่น ๆ นั้นถูกต้องตามหลักการ แต่สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่ากระบวนการสลายตัวของนิวเคลียร์ครอบคลุมพื้นที่พารามิเตอร์ขนาดใหญ่ทั้งในพลังงานและครึ่งชีวิต
ดังนั้นเพื่อเป็นตัวอย่างให้เราดูการเปลี่ยนนิวเคลียร์ที่พิเศษที่สุดในเรื่องนี้: ทอเรียม 229 ซึ่งมีสถานะไอโซเมอริกทอเรียม 229m ซึ่งสามารถหาได้เป็นผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของยูเรเนียม 233 พลังงานการเปลี่ยนแปลงของสถานะนี้คือ 8.28 + - 0.17 eV ( แหล่งที่มา ) ใช่eV ! การเปลี่ยนแปลงนี้อยู่ในระบอบแสง
เป็นผลให้ได้รับผลกระทบจากทุกชนิดของกระบวนการอิเล็กทรอนิกส์ตัวอย่างเช่นการแปลงภายใน สภาพแวดล้อมทางเคมีหรือโครงสร้างผลึกก็เกี่ยวข้องด้วย (ตามที่ระบุไว้ที่นี่ ) โปรดทราบว่ามีวรรณกรรมจำนวนมากเกี่ยวกับเรื่องนี้และฉันจะยกตัวอย่างที่นี่เท่านั้นซึ่งไม่ได้เป็นตัวแทนของงานทั้งหมด สำหรับการอ่านเพิ่มเติมโปรดดูสิ่งนี้และการอ้างอิงในนั้น
โปรดทราบว่านี่เป็นการเปลี่ยนแปลงที่แปลกใหม่มาก แต่ก็สำคัญมากเช่นกัน มีการลงทุนความพยายามอย่างมากในการสร้างนาฬิกานิวเคลียร์ที่แม่นยำอย่างยิ่งโดยใช้นิวเคลียสเหล่านี้
ดังนั้นอย่างน้อยคำถามรุ่นที่อ่อนแอกว่าใน OP สามารถตอบได้ในการยืนยัน: มีกระบวนการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีที่ได้รับผลกระทบอย่างมากจากสภาพแวดล้อมทางอิเล็กทรอนิกส์
แก้ไขเพื่อความชัดเจน
ฉันถูกถามในความคิดเห็นเพื่อชี้แจงคำตอบของฉันเกี่ยวกับวิธีการจัดการกับคำถามและประเภทของการเปลี่ยนแปลงนิวเคลียร์ที่เรากำลังพูดถึง
- (ตามคำขอของ @ Helen) คำตอบของฉันชี้ให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียร์โดยเฉพาะที่ได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมทางอิเล็กทรอนิกส์ การเปลี่ยนแปลงอาจถือได้ว่าแปลกใหม่กระบวนการสลายตัวของนิวเคลียร์อื่น ๆ ส่วนใหญ่ (โดยเฉพาะการสลายตัวของอัลฟาและเบต้า) จะไม่ได้รับผลกระทบในลักษณะนี้ดังที่ระบุไว้ในคำตอบที่ยอมรับในปัจจุบัน สิ่งนี้ถือเป็นการตอบคำถาม "ใช่" หรือไม่สามารถถกเถียงกันได้
- (เพื่อตอบสนองต่อคำขอของ @Emilio Pisanty) การเปลี่ยนทอเรียมเป็นการเปลี่ยนแกมมาที่พิเศษมากของสถานะไอโซเมอริกที่มีพลังงานการเปลี่ยนแปลงต่ำโดยไม่ปกติ (ดูรูปที่ 3 ในเอกสารการเข้าถึงแบบเปิดนี้เพื่อให้ได้ภาพที่ดี) อันที่จริงมันเป็นการเปลี่ยนแปลงที่โกหกน้อยที่สุด สถานะตื่นเต้นอาจสลายตัวผ่านช่องทางการสลายตัวอื่น ๆ เช่นการแปลงภายในซึ่งเชลล์ - อิเล็กตรอนจะถูกขับออกมาแทนที่จะปล่อยโฟตอนแกมมา มวลและประจุของนิวเคลียสจะไม่เปลี่ยนแปลงในสิ่งเหล่านี้ตามปกติสำหรับการเปลี่ยนแกมมา
ตรวจสอบคำตอบของ @ BCSสำหรับตัวอย่างที่ดีอีกตัวอย่างหนึ่งที่ทำงานผ่านการจับอิเล็กตรอน
คำตอบตามปกติคือปฏิกิริยาเคมีไม่สามารถส่งผลกระทบต่อกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในนิวเคลียสเนื่องจากกระบวนการทางเคมีเกี่ยวข้องกับวงโคจรของอิเล็กตรอนวงนอกสุดในอะตอมหรือโมเลกุลที่เกี่ยวข้องเท่านั้นและนิวเคลียสมีขนาดเล็กกว่านั้นตามลำดับ ~ 10 ^ -5 ซึ่ง หมายความว่ามันไม่อยู่ในภาพอย่างสมบูรณ์เท่าที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางเคมี
ข้อยกเว้นที่เป็นไปได้เพียงอย่างเดียวคือกระบวนการนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับการดักจับอิเล็กตรอนดังที่ผู้อื่นระบุไว้ที่นี่ในส่วนความคิดเห็น
2s อิเล็กตรอนของเบริลเลียมอาจมีส่วนทำให้เกิดพันธะเคมี ดังนั้นเมื่อ 7Be สลายตัวโดยการจับ L-electron มันจะทำเช่นนั้นโดยรับอิเล็กตรอนจากออร์บิทัลอะตอมที่อาจมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะ สิ่งนี้ทำให้อัตราการสลายตัวขึ้นอยู่กับระดับที่วัดได้จากสภาพแวดล้อมทางเคมีซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยากในการสลายตัวของนิวเคลียร์
ลิงค์
โดยหลักการแล้วคำตอบคือใช่เพราะเรามีตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบจากสาขาที่เกี่ยวข้อง - ฟิสิกส์นิวเคลียร์ นิวตรอนเปล่าไม่เสถียร มันจะสลายตัวด้วยกัมมันตภาพรังสี (การสลายตัวของเบต้า) ไปยังโปรตอนอิเล็กตรอนและนิวตริโนและปล่อยพลังงานออกมาเล็กน้อยโดยมีครึ่งชีวิตประมาณ 1,000 วินาที เอกภพมีอายุมากกว่า 1,000 วินาทีแล้วเหตุใดจึงเหลือนิวตรอนไว้? เนื่องจากพันธะที่แข็งแกร่งระหว่างนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียส (โดยใช้แรงที่แข็งแกร่งไม่ใช่แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนในพันธะเคมี) ในนิวเคลียสส่วนใหญ่ในชีวิตประจำวันมันไม่เอื้ออำนวยต่อการสลายตัวและทำให้นิวเคลียสมีเสถียรภาพน้อยลงโดยมีโปรตอนมากเกินไปและนิวตรอนไม่เพียงพอ นิวเคลียสสองสามอันที่ไม่เป็นความจริงคือนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสีซึ่งผ่านการสลายตัวของเบต้า