jm_2_2

Chemikové si často nevěděli rady s určením přítomnosti některých prvků v látkách. Bylo to dáno tím, že tyto prvky mají velmi podobné chování v chemických reakcích, a tak je běžné analytické postupy nedokáží odhalit. Pokud vzorek takové látky vystavíme působení vhodně zvoleného radioaktivního záření (můžeme ji bombardovat protony, neutrony, částicemi alfa apod.), mohou se původně stabilní nuklidy detekovaného prvku přeměnit jadernou reakcí na známé radionuklidy. Tomuto procesu se říká aktivace vzorku. Vzniklé radionuklidy se přeměňují některým typem radioaktivní přeměny. Jejich aktivita, tudíž i intenzita emitovaného radioaktivního záření, je úměrná počtu vzniklých radionuklidů, a ten zase počtu původních nuklidů detekovaného prvku. Tak je možné v principu určit počet atomů daného prvku ve vzorku látky. Nejčastěji se používá metoda jako srovnávací, tzn. nejdříve aktivujeme srovnávací vzorek látky se známým zastoupením detekovaného prvku, poté totéž provedeme s měřeným vzorkem. Intenzity záření (měřené vždy po uplynutí stejné doby od aktivace) jsou ve stejném poměru jako množství detekovaného prvku v obou vzorcích. Odtud určíme množství tohoto prvku v měřené látce.

Hevesy a Levi v r. 1936 poprvé určovali aktivační analýzou obsah dysprosia a europia ve vzácných zeminách, které byly ostřelovány neutrony. Seaborg a Livingood na jejich experimenty navázali a změřili obsah galia v oceli, k jejíž aktivaci použili deuterony.

Často bychom rádi zjistili, jakým způsobem se šíří nebo kde se usazuje vybraná chemická látka v rámci určitého systému, což může živý organismus, ekosystém nebo nějaký průmyslový provoz. Jednou z možností je využít skutečnosti, že chemické vlastnosti prvku závisí především na stavbě jeho elektronového obalu. Migrace prvku se tudíž neovlivní, pokud místo stabilního jádra bude obsahovat jádro nestabilní. Ve sledované látce nahradíme některý vybraný prvek – stabilní izotop – (většinou opět aktivací připraveným) izotopem radioaktivním (radioizotopem). Radioaktivní záření vzniklé jeho přeměnou můžeme detekovat a z naměřené aktivity určit s použitím zákona radioaktivní přeměny její množství v příslušné části zkoumaného systému.

Zajímavou aplikací je přibližné určení původu oběti vraždy podle obsahu ²²⁶Ra, které se dostává do těla s pitnou vodou. Obsah tohoto nuklidu ve zdrojích pitné vody v různých oblastech se liší.

Při radioaktivní přeměně se uvolňuje (separační) energie ve formě kinetické energie produktů přeměny. Uvnitř látky se mění tato energie na teplo. Ve fyzice pevných látek jsou známy termočlánky, které dovedou rozdílu teplot využít k výrobě elektrické energie. Kombinací obého můžeme vyrobit dlouhodobě fungující zdroj elektrické energie nezávislý na dodávkách energie zvenčí. Využívá se energie radioaktivní přeměny. Pozor, nezaměňujte takovýto postup s výrobou elektrické energie v jaderné elektrárně, která využívá štěpnou jadernou reakci.

U kosmických sond směřujících do vnějších oblastí sluneční soustavy není vzhledem k nízkému toku slunečního záření vhodné použít sluneční články jako zdroje elektrické energie pro palubní přístroje a počítač. Proto jsou zde používány právě radioizotopové generátory na slunečním záření nezávislé. Kosmickou sondu Pioneer 10, která je nejvzdálenějším tělesem, které bylo vyrobeno lidmi, vydržel radioizotopový generátor zásobovat energií více než 30 let.

Podle zákona radioaktivní přeměny závisí počet nepřeměněných jader vybraného radionuklidu (a také jeho aktivita) exponenciálně na čase. Tuto závislost je možné využít k určování stáří hornin nebo archeologických nálezů. Je třeba ovšem zvolit vhodný radionuklid obsažený ve vzorku. Dále musí být jisté, že od určitého počátečního okamžiku nedochází k jiným změnám počtu atomů tohoto radionuklidu, než k jejich úbytku radioaktivní přeměnou. V této souvislosti je třeba také definovat pojem stáří vzorku a tedy zvolit onen počátečního okamžik. Změřit počet nepřeměněných atomů nebo jejich aktivitu v současném okamžiku nečiní problém. Pro určení stáří ale potřebujeme zjistit příslušné hodnoty v počátečním okamžiku. Podle volby radionuklidu a určení počátečního množství jeho atomů rozlišujeme různé metody určování stáří.

Jde o metodu, která využívá radioaktivní izotop uhlíku – ¹⁴C, který vzniká v ovzduší vlivem kosmického záření. Ve formě CO₂ jej přijímají rostliny i živočichové, takže se vytvoří určitá rovnováha mezi jeho zastoupením v ovzduší a v živých organismech. Předpokládá se, že v historické době se jeho koncentrace v ovzduší a tudíž ani jeho rovnovážná hodnota v živých organismech nemění, tím je známa počáteční koncentrace radionuklidu. Měřením jeho aktivity (jde o zářič beta) určíme jeho okamžitou koncentraci. Používá se především k určování archeologických nálezů. Stáří nálezu je počítáno od doby, kdy ustala výměna CO₂ zajišťující ustavení rovnováhy, tedy od doby úmrtí živého organismu. Uvedený popis je zjednodušený a praktické použití metody může narazit na řadu problémů.