Transcript Promieniotwórczość

Wykonawca: Kamil Wilk® ™
Spis slajdów:
1. Promieniotwórczość naturalna
•
•
•
•
Promieniowanie ALFA
Promieniowanie BETA
Promieniowanie GAMMA
Szeregi promieniotwórczości
2. Promieniotwórczość sztuczna
•
•
•
•
Reakcje jądrowe
Reakcja łańcuchowa
Reaktory jądrowe
Transuranowce
Promieniotwórczość NATURALNA
to zdolność do samorzutnych przemian
jądrowych, podczas których następuje
uwalnianie energii w postaci
promieniowania alfa (α), beta (ß) lub
elektromagnetycznego gamma oraz
tworzenie się nowego jądra.
Badając świecenie różnych substancji, zauważyłem,
że wszystkie związki uranu wysyłają
promieniowanie przenikające przez czarny papier i
inne osłony oraz powodują naświetlenie kliszy
fotograficznej. Uznałem więc, że to promieniowanie
dotychczas nieznane.
Ludzie, którzy zasłynęli w tej
dziedzinie:
Nazywam się Henry Becquerel.
To ja w roku 1896 odkryłem
zjawisko promieniotwórczości
naturalnej.
To ja, Maraia Skłodowska-Curie, fizyczka i
chemiczka polska, odkryłam, że w rudzie uranu
znajduje się nieznany jeszcze silnie
promieniotwórczy pierwiastek.
Prowadząc badania, razem ze swym mężem Pierrem Curie, po długiej i
mozolnej pracy odkryłam, dwa promieniotwórcze pierwiastki: polon oraz
rad, za które otrzymałam Nagrodę Nobla.
Promieniowanie ALFA
Rozpad jądra atomowego z emisją
cząstki alfa.
Po tym rozpadzie powstaje jądro
atomowe o liczbie masowej (A)
Rozpadowi alfa ulegają najczęściej ciężkie
mniejszej o 4 i liczbie atomowej (Z)
mniejszej o 2 względem tych liczb dla pierwiastki promieniotwórcze oraz niektóre
izotopy promieniotwórcze pierwiastków ziem
jądra pierwotnego.
rzadkich (pierwiastków z rodziny
lantanowców).
A
Z
X
U
(pierwiastek ulegający
rozpadowi)
232
92
Cząstka alfa przechodząc przez ośrodek
silnie oddziaływuje z jego atomami,
powodując jego jonizację, dzięki czemu
traci swoją energię wystarczy niewielka
przeszkoda aby wyhamować całkowicie
cząstę alfa
A-4
Y+
Th +
Z-2
(jądro nowopowstałego
pierwiastka)
228
90
α
α
4
2
(cząsteczka ALFA)
4
2
•Masa nowego jądra i cząstki alfa jest mniejsza
od masy jądra, które uległo rozpadowi.
•Różnica mas jest równoważna wydzielającej
się energii, którą przejmuje cząsteczka alfa i
nowe utworzone jądro.
Promieniowanie BETA
Jest to rozpad jądra promieniotwórczego, w wyniku którego z jądra emitowany jest (w
przypadku rozpadu beta minus) elektron (negaton) i antyneutrino elektronowe lub (w
przypadku rozpadu beta plus) pozyton i neutrino elektronowe.
Rozpad ß-
Rozpad ß+
Z jądra atomu zostaje wyemitowany elektron,
który nazywamy czastą ß -.
Z jądra zostaje wyemitowana cząsteczka ß+ (pozyton).
Cząstka ß- powstaje w jądrze na skutek
przeistoczenia się neutronu w proton i elektron:
Cząstka ß+ powstaje podczas przeistoczenia
się protonu w neutron.
o
n
neutron
1
1
o
-1
p + e +v
proton
elektron Antyneutrina
elektronowa
Rozpad ß- ilustruje poniższa reakcja,
będąca zapisem ogólnym tego rodzaju
rozpadu:
A
Z
X
A
Z+1
o
-1 -
Y+ e + v
p
A
ZX
1
1
1
0
1
o
n + e +v
A
o
Z-1Y++1e+ + v
Podczas rozpadu ß+ wydziela się energia, którą
otrzymuje nowo powstałe jądro, elektron (lub proton) i
antyneutrino (neutrino). Cząstki ß w ośrodku powodują
jonizację atomów tracą przy tym swoją energię.
Promieniowanie GAMMA
to fala elektromagnetyczna
lub inaczej strumień
Towarzyszy ono emisji
wysokoenergetycznych
cząsteczek α lub β, gdy
fotonów.
Promieniowanie
gamma jest bardzo
przenikliwe, bardzo
szkodliwe i nie ma
dość dobrych osłon,
które mogłyby je w
całości pochłonąć.
powstające jądro jest w
stanie wzbudzonym. Promieniowanie to nie jest
obdarzone ładunkiem, dlatego
nie odchyla się w polu
elektrycznym i magnetycznym.
Ma małą
zdolność do
jonizacji.
Promieniowanie gamma
charakteryzuje się dużą
przenikalnością, np. może
przenikać przez ołów na
głębokości 150 mm.
To rodziny nuklidów promieniotwórczych
kolejno przekształcających się jedne w
drugie na drodze sekwencyjnych rozpadów
alfa lub beta.
SZEREGI
NATURALNE
URANOWOAKTYNOWY
Rozpoczyna się
rozpadem alfa 235U,
a kończy na stabilnym
207Pb. Łącznie ma 15
nuklidów
TOROWY
Rozpoczyna się od rozpadu
alfa 232Th, a kończy na
stabilnym 208Pb. Łącznie ma
12 nuklidów
URANOWORADOWY
Rozpoczyna się rozpadem alfa
238U, a kończy na stabilnym 206Pb.
Łącznie ma 18 nuklidów.
SZEREG
SZTUCZNY
Neptunowy, wywodzący się od
plutonu – izotopu ciężkiego od
uranu, nie występującego w
przyrodzie, lecz otrzymanego
sztucznie metodami fizyki jądrowej.
Promieniotwórczość sztuczna
Promieniotwórczość pierwiastków wywołana w
sposób sztuczny przez napromieniowanie ich
neutronami w reaktorze jądrowym lub prze
zbombardowanie ich cząsteczkami α, β lub innymi.
Okazało się przy tym, że prawie
wszystkie pierwiastki mogą
tworzyć nowe sztuczne izotopy
promieniotwórcze. W
stosunkowo krótkim okresie
czasu liczba takich sztucznych
źródeł promieniowania doszła
do tysiąca i z każdym rokiem
wciąż wzrasta.
Rutherford bombardował warstwę azotu strumieniem rozpędzonych
cząstek α i w wyniku tego zaszła przemiana jądrowa prowadząca do
powstania atomów tlenu:
14
7
4
2
N + He
17
8
1
+1
O H
W roku 1932 Sir James Chadwick podczas bombardowania
cząstkami α jąder atomu berylu odkrył powstawanie nowej
cząstki- netronu.
9
4
Przebieg reakcji
jądrowych zapisuje się w
sposób skrótowy
następująco:
10
5
Be
+ 4
2
He
12
6
C
+ 1
0
n
13
B (α, n) 7 N
Promieniotwórczość sztuczną odkryła
córka Marii Skłodowskiej, Irena JoliotCurie i jej mąż Fryderyk Joliot.
Reakcje jądrowe – co to oznacza?
Są reakcjami, w których jądra jednego pierwiastka zmieniają się w jądra drugiego
pierwiastka. Wyzwala się przy tym energia.
Reakcją jądrową nazywamy taką reakcję w czasie, której bombardujemy jądro
atomowe cząstką o dużej energii i wywołujemy zmianę jego właściwości, bądź
rodzaju. Często zmienia się liczba masowa.
REAKCJA SYNTEZY – jest to
proces przeciwny do rozszczepiania.
rozpad alfa
Reakcje jądrowe
rozpad beta
emisja gamma
•Z dwóch lekkich jąder po zderzeniu
powstają jądra cięższe.
•Reakcja ta dokonuje się w bardzo
wysokiej temperaturze.
•Podczas tego procesu wyzwala się
bardzo duża energia w postaci
promieniowania elektromagnetycznego
i energii kinetycznej jąder oraz
cząsteczek biorących udział w reakcji.
REAKCJA ROZSZCZEPIENIA – jest to bardzo skomplikowany rozpad
ciężkiego jądra (na skutek wniknięcia do niego neutronu termicznego spowolnionego), na jądra lżejszych pierwiastków.
W tej reakcji emitowane są także neutrony, które są szybkie i nie powodują
kolejnych reakcji rozszczepienia.
Wydziela się ogromna ilość energii. Największą jej część odnajduje się w
energii kinetycznej nowo powstałych jąder. Pozostała część energii pozostaje
wyemitowana w postaci promieniowania elektromagnetycznego.
Reakcje łańcuchowe
Jeśli przynajmniej jeden z neutronów uwolnionych w reakcji
rozszczepienia trafi w jądro rozszczepialne, być może spowoduje
zajście następnej reakcji, w której znów wydzielą się neutrony
mogące wywołać następne rozszczepienia itd. Stan taki nosi
nazwę reakcji łańcuchowej. Podtrzymuje się ona samorzutnie aż
do wyczerpania się zapasów paliwa, czyli jąder
rozszczepialnych, lub aż warunki przestaną być sprzyjające temu
procesowi.
Może też zdarzyć się tak, że średnio
więcej niż jeden neutron z jednego
rozpadu wywoła następną reakcję.
Wtedy ilość rozszczepień będzie
rosnąć wykładniczo i może być to
proces bardzo szybki, wręcz
błyskawiczny.
Reaktory jądrowe i bomba atomowa
Aby reakcja jądrowa była użyteczna, powinna być
egzoenergetyczna, tzn. generować energię, którą można
później spożytkować albo w celach pokojowych, jak to
ma miejsce w elektrowniach atomowych, albo w celach
militarnych konstruując głowice jądrowe. Należy przy tym zaznaczyć, że mniej więcej
Reaktor to urządzenie służące do
wytwarzanie kontrolowanej reakcji
łańcuchowej, tj. ciągłego
pozyskiwania energii z
rozszczepienia jąder atomowych.
pręty
kadmowe
na tym kończą się podobieństwa pomiędzy
bombami a reaktorami, gdyż reakcje
łańcuchowe, które w obu zachodzą,
przebiegają w zupełnie innych warunkach i w
zupełnie inny sposób.
Betonowa obudowa
pręty
uranowe
turbina
Prądnica
reaktor
woda
Bomba o ładunku jądrowym należąca do broni
masowego rażenia Dąży się w nich do
maksymalnego wyzwolenia energii w jednym
krótkim (mikrosekundowym) impulsie
niszczącym wszystko wokół i wymagającym
wywołania go sztucznie przez dostarczenie
energii z wybuchu klasycznych materiałów
wybuchowych.
Wydzielone ciepło jest
ciągle odprowadzane i
wykorzystywane do
produkcji energii
elektrycznej.
Transuranowce
Pierwiastki promieniotwórcze położone za uranem
noszą nazwę pierwiastków transuranowych lub
transuranów, które są jednocześnie aktynowcami
(aktynowce mają liczbę atomową od 89 do 103,
transuranowce mają liczbę atomową większą niż
92, aktynowce o liczbie atomowej mniejszej niż 92
są nazywane cisuranowcami, a o liczbie większej
od 95 – kiurowcami).
Można je zobaczyć tylko
pod mikroskopem.
Z pierwiastków radioaktywnych
występujących w przyrodzie
tylko uran U, tor Th i protaktyn
Pa, mają izotopy o długim
czasie życia, porównywalnym z
geologicznym wiekiem Ziemi
(wskutek czego nie zdążyły się
rozpaść) – są więc jedynymi
pierwotnymi pierwiastkami
promieniotwórczymi, to znaczy
takimi, które istnieją na Ziemi
od chwili jej powstania.