Vores læser Troels Balmer Christensen har spurgt:
Jeg har sammen med sønnike kigget lidt på det periodiske system. Blikket falder på grundstof nr. 43, technetium, som er radioaktivt.
Alle andre radioaktive stoffer starter ved grundstof nr. 84, så hvorfor mon technetium har den egenskab, når de stoffer, den er omgivet af, er helt almindelige stabile stoffer?
Læs også: Spørg Scientariet: Hvordan får man protoner til at støde sammen?
Jens Ramskov
Det er rigtigt, at alle isotoper af atomer med nr. 84 og højere er ustabile - jeg minder lige om, at isotoper af samme atom kun adskiller sig fra hinanden med antallet af neutroner i deres kerne. Selv den meste stabile isotop af bismuth med 83 protoner og 126 neutroner, bismuth-209, er dog også radioaktiv. Men da halveringstiden er opgjort til at være mere end en milliard gange Universets nuværende alder, så kan man godt i praksis betragte den som stabil.
Blandt de 82 første grundstoffer i det periodiske system er der to, som ikke har nogle stabile isotoper overhovedet. Det ene er, som du skriver, technetium, nr. 43. Det andet er promethium, nr. 61. Det er da også ved første øjekast ganske besynderligt.
For at komme frem til en forklaring må vi se på kræfterne i atomkernen. Der er kræfter, der vil splitte kernen i form af den elektriske frastødning mellem protonerne. De skal opvejes af den stærke kernekraft, der holder kernepartiklerne (nukleonerne) i form af protoner og neutroner sammen.
For at heliumkernen med to protoner skal være stabil, er de to protoner nødt til at have følgeskab af en eller to neutroner, så den samlede sammenhængskraft kan opveje frastødningskraften. Både helium-3 og den mere almindelige helium-4 er stabile. Helium-2 med kun to protoner er derimod ekstremt ustabilt med en halveringstid langt under et nanosekund.
Læs også: Spørg Fagfolket: Hvordan kan vand forekomme andre steder end på Jorden?
Det er naboens skyld
Hydrogen er det eneste grundstof, der er stabilt uden at få hjælp fra mindst én neutron, men her er jo heller ingen frastødningskraft i kernen. Alle andre grundstoffer behøver et vist antal neutroner for at holde kernen sammen.
Alt for mange neutroner er dog også et problem. Det kan man indse, når man regner mere nøjagtigt på bindingsenergien for nukleonerne. Der findes en såkaldt ‘dal for betastabilitet’, hvor kernen ikke er udsat for betahenfald, dvs. udsendelse af enten elektroner eller positroner ved omdannelse af henholdsvis en neutron til proton plus en elektron eller en proton til en neutron plus en positron. Det er i denne dal, vi finder de stabile isotoper.
For technetium kan man beregne, at dalen for betastabilitet er centreret omkring 98 nukleoner (43 protoner og 55 neutroner). Men det følger af Mattauch’ isobarregel, at to nabogrundstoffer med samme antal nukleoner ikke begge kan være stabile. For alle isotoper med massenummer fra 94 til 102 findes der enten en stabil isotop af molybdæn (nr. 42) eller ruthenium (nr.44) - og derfor kan der ikke også være en stabil isotop af technetium. Tilsvarende betragtninger gælder for promethium.
Technetium-97 og technetium-98, der ligger i bunden af dalen for betastabilitet, har dog begge lange halveringstid omkring 4 mio år. Technetium-99 dannes i begrænset omfang i naturen ved spontan fission, men stoffet produceres først og fremmest kunstigt til anvendelser inden for nuklear medicin. Navnet kommer da også fra græsk og betyder syntetisk eller kunstigt.
Så når alle technetiumisotoper er ustabile, er det kort sagt naboatomernes skyld, og netop fordi disse er stabile.
