Transcript promieniotwórczość - INF-WLF

informatyka +
1
TYTUŁ:
Promieniotwórczość
AUTOR:
Agata Pallasch
2
RIADIOAKTYWNOŚĆ (promieniotwórczość)
zdolność jąder atomowych do
rozpadu promieniotwórczego,
który najczęściej
jest związany z emisją cząstek alfa,
cząstek beta oraz promieniowania gamma
3
PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ
JONIZUJĄCE
(naturalne)
następuje w czasie przemian
jądrowych izotopów
radioaktywnych
występujących w
środowisku naturalnym
NIEJONIZUJĄCE
(sztuczne)
zachodzi w jądrach atomów
pierwiastków
radioaktywnych
otrzymywanych sztucznie.
4
Promieniowanie
α
jest charakterystyczny przeważnie
dla jąder ciężkich, u których wraz ze
wzrostem liczby masowej maleje
energia wiązania pojedynczego
nukleonu.
Rozpad ten polega na
emisji z jądra cząstki α, czyli jądra
helu-4, składającego się z dwóch
protonów i dwóch neutronów.
Dzięki temu liczba masowa jądra
zmniejsza się o 4.
Obecnie znanych jest ok. 400 jąder
ulegających rozpadowi α,
w tym ok. 280, dla których jest to
rozpad główny.
ŹRÓDŁO: http://www.hpwt.de/Kern2e.htm
Polecenia dla ucznia
zapisz równanie przemiany α dla izotopu
226
Ra
88
Promieniowanie
jest to rozpad jądra promieniotwórczego, w wyniku którego
z jądra emitowany jest
β
elektron (negaton) i
antyneutrino elektronowe
+
β
pozyton i neutrino
elektronowe
Promieniowanie
β
polega na emisji z jądra atomowego
elektronu, czyli cząsteczki β- oraz
antyneutrina elektronowego.
Równanie tej reakcji można zapisać
następująco
ŹRÓDŁO: http://www.hpwt.de/Kern2e.htm
Polecenia dla ucznia
zapisz równanie przemiany β- dla izotopu
210
Po
82
Promieniowanie
+
β
polega na emisji z jądra atomowego
pozytonu (antyelektronu), czyli cząsteczki
β+ oraz neutrina elektronowego.
Równanie tej reakcji można zapisać
następująco
ŹRÓDŁO: http://www.hpwt.de/Kern2e.htm
Polecenia dla ucznia
zapisz równanie przemiany β+ dla izotopu
50
Cr
24
Promieniowanie
γ
polega na emisji przez jądro
wysokoenergetycznej fali
elektromagnetycznej, zwanej także
fotonem bądź kwantem gamma. Zjawisko
to następuje w sytuacji, gdy jądro
przechodzi ze stanu wzbudzonego do
stanu o energii niższej, podczas którego
różnica w energii emitowana jest właśnie
w postaci fotonu.
Taki rozpad nie zmienia liczby masowej
ani atomowej jądra.
ŹRÓDŁO: http://www.hpwt.de/Kern2e.htm
Przenikalność promieniowania
ŹRÓDŁO: http://neutrino.fuw.edu.pl/pl/odkrywanie_neutrin/historia/promieniowanie
SZEREGI PROMIENIOTWÓRCZE
zwane również rodzinami promieniotwórczymi, są grupami pierwiastków,
które w wyniku następujących kolejno po sobie przemian α i β
przekształcają się w jądra nowych pierwiastków. Ponieważ w wyniku
przemiany α liczba masowa pierwiastka zmniejsza się o 4, a rozpad β nie
zmienia liczby nukleonów, to w przyrodzie mogą istnieć tylko cztery różne
rodziny promieniotwórcze.
Są to:
1. Rodzina torowa
2. Rodzina neptunowa
3. Rodzina uranowo radowa
4. Rodzina uranowo-aktynowa
Rodzina
torowa
wszystkie pierwiastki tej rodziny mają
liczbę masową równą A = 4n (gdzie n
= 1, 2, 3, ….).
Pierwszym pierwiastkiem tej rodziny jest
izotop toru (232Th), a ostatnim ołów
(208Pb).
Okres połowicznego rozpadu pierwiastka
macierzystego wynosi 14 miliardów lat.
Rodzina
neptunowa
pierwiastki należące do tej rodziny
opisane są przez liczbę masową A = 4n +
1.
Macierzystym jądrem jest tu izotop
neptunu (237Np), a końcowym izotop
bizmutu (209Bi).
Czas połowicznego zaniku pierwotnego
jądra wynosi tylko 2,2 miliona lat
Szereg
uranoworadowy
wszystkie jądra są tu opisane przez liczbę
masową A = 4n + 2.
Początkowym jądrem jest izotop uranu
(238U), jądrem końcowym natomiast ołów
(206Pb).
Jądra pierwotne ulega połowicznemu
rozpadowi po czasie 4,5 miliarda lat.
Szereg
uranowoaktynowy
jądra wszystkich pierwiastków tej rodziny
mają w swoim składzie A = 4n + 3
nukleonów.
Macierzystym pierwiastkiem jest izotop
uranu (235U), a końcowym izotop
ołowiu (207Pb).
Czas połowicznego rozpadu uranu wynosi
w tym przypadku 720 milionów lat.
Szeregi
promieniotwórcze
naturalne
torowy
uranowoaktynowy
sztuczne
uranowo-radowy
neptunowy
Prawo rozpadu promieniotwórczego
Wszystkie rozpady promieniotwórcze zachodzą w sposób spontaniczny i nie da się przewidzieć kiedy
dana przemiana jądrowa nastąpi. Powoduje to, że przy opisie zjawisk promieniotwórczych należy
posługiwać się metodami statystycznymi, które przy dostatecznie dużej ilości jąder pierwiastków
promieniotwórczych pozwalają przewidzieć jaka ich część ulegnie rozpadowi w danym przedziale czasu.
Wszystkie pierwiastki promieniotwórcze charakteryzują się określoną aktywnością promieniotwórczą (A), która
informuje o ilości rozpadów (ΔN) w jednostce czasu (Δt). Aktywność promieniotwórcza wyraża się więc wzorem:
Jednostką aktywności promieniotwórczej jest bekerel (1Bq), który jest równy jednemu rozpadowi na sekundę.
Liczne eksperymenty wykazały, że aktywność źródła promieniotwórczego jest proporcjonalna do początkowej liczby jąder
oraz maleje wraz z upływem czasu. Relację tą można wyrazić równaniem w postaci:
gdzie: A0 – aktywność początkowa, A – aktywność po czasie t, e – podstawa logarytmu naturalnego, λ – stała rozpadu.
Ponieważ aktywność promieniotwórcza jest proporcjonalna do ilości jąder, to ostatnie równanie można również
zapisać w postaci:
gdzie: N- liczba jąder po czasie t