Sönderfallsprocessen

Sönderfallsprocessen avser de naturliga transformationer som gör att instabila kärnor omvandlas till nya kärnor eller partiklar genom emission av strålning eller andra partiklar. Varje kärna har en bestämd sannolikhet att sönderfalla per tidsenhet, vilket gör att mängden återstående material minskar enligt en exponentiell lag. Denna sannolikhet sammanfattas i sönderfallskonstanten λ och i halveringstiden T1/2, som är tiden då hälften av kärnorna har sönderfallit.

Matematiskt följer antalet kvarvarande kärnor N(t) enligt N(t) = N0 e^(−λt). Halveringstiden är relationen T1/2 = ln 2 / λ. Aktiviteten A, antal sönderfall per tidsenhet, är A = −dN/dt = λN och minskar därmed över tid i takt med att N växlar till mer stabila produkter.

De viktigaste sönderfallstyperna är alfa-, beta- och gamma-sönderfall. Alfa-sönderfall innebär emission av en heliumkärna (alfapartikel); beta-sönderfall omfattar β− där neutron omvandlas till proton och elektron samt antineutrino, samt β+ där proton omvandlas till neutron och positron samt neutrino. Elektroninfångning och gamma-sönderfall är andra vägar för kärnor att nå stabilitet. Spontan klyvning (fission) förekommer också i mycket tunga kärnor och är ett särskilt fall av sönderfallsprocessen.

Sönderfall bildar ofta kedjor där en produktkärna är instabil och sönderfaller vidare tills en stabil kärna uppnås. Mätningar av sönderfall används inom radiometrisk datering (t.ex. kol-14), medicinsk diagnostik och behandling (t. ex. jod-131, technetium-99m) samt säkerhetsövervakning. Enheten becquerel beskriver antalet sönderfall per sekund. För samhällsviktig förståelse berör sönderfallsprocessen även grundläggande krafter som svag och elektromagnetisk interaktion som driver de olika sönderfallstyperna.