Transcript Pobierz
Promieniotwórczość
sztuczna
1. Rys historyczny
W 1919r. E. Rutherford dokonał
pierwszego przekształcenia azotu w
inny pierwiastek – tlen, jako
pierwszy przeprowadził r. jądrową,
Rutherford poddał bombardowaniu
warstwę azotu strumieniem
cząsteczek alfa (jądra helu)
14
7
N He O H
4
2
16
8
1
1
Cd
W 1932 James Chadwick podczas
bombardowania cząstkami alfa jąder
atomu berylu odkrył istnienie
neutronu (n)
9
7
Be He C n
4
2
12
6
1
0
Cd
Odkrycie neutronów umożliwiło
przeprowadzenie kolejnych
eksperymentów w zakresie reakcji
jądrowych, ponieważ neutron w
przeciwieństwie do cząstek alfa nie są
obdarzone ładunkiem elektrycznym,
łatwiej wnikają do jąder atomowych,
Wynikiem reakcji jądrowych powstają
często produkty nietrwałe, ulegają
dalszemu rozpadowi.
Cd
Powstawanie sztucznych izotopów
promieniotwórczych po raz pierwszy
zaobserwowali Irena Joliot – Curie i
Frederic Jean – Joliot - Curie
naświetlając promieniami alfa jąder
B, Mg, Al
2. Zapis reakcji jądrowej
10
5
-
-
B( , n) N
13
7
Gdzie:
na początku symbol jądra
bombardowanego,
W nawiasie symbol cząstki bombardującej,
symbol cząstki emitowanej
za nawiasem symbol pierwiastka
powstającego
Cd
13
7
Izotop N N jest nietrwały i rozpada się,
emitując promieniowanie β+(pozytony –
antycząstki elektronów) i przechodzi
w trwały izotop węgla, 136C
Enrico Fermi udowodnił, że pod wpływem
bombardowania n prawie wszystkie
pierwiastki dają radioizotopy (izotopy
promieniotwórcze)
3. Rozszczepienie jądra
atomowego
W 1939r. radiochemicy Otton Hahn i
Fritz Strassmann bombardując
neutronami jądra uranu,
zaobserwowali rozpad jąder na dwa
mniejsze, powstałe w reakcji
neutrony bombardowały następne
jądra uranu i reakcja zachodziła
lawinowo – reakcja łańcuchowa.
Schemat reakcji łańcuchowej
4. Znaczenie i wykorzystanie
reakcji łańcuchowych
Reakcji łańcuchowej towarzyszy
wydzielenie ogromnej ilości energii,
np. przy rozszczepieniu 1 g uranu
wydziela się ilość energii równa ilości
uzyskanej ze spalenia 2500 ton
węgla.
Cd
Reakcja łańcuchowa może
przebiegać w sposób kontrolowany
(reaktory jądrowe w elektrowniach)
lub w sposób spontaniczny –
niekontrolowany (w bombach
atomowych),
W obu przypadkach paliwem
jądrowym jest 235U, 233U, 239Pu
cd
Badawczy reaktor jądrowy –
powstał w w 1942 na uniwersytecie
w Chigago pod kierunkiem Enrica
Formiego, badawczy reaktor jądrowy
jako źródło cząstek elementarnych
służył do badań w chemii radiacyjnej
i analitycznej oraz biologii.
Cd
Produkcyjne reaktory jądrowe
stosowane są do wytwarzania 239Pu
i innych radioizotopów z naturalnego
izotopu 238U
Energetyczne reaktory jądrowe służą
do produkcji pary wodnej, która
napędza turbiny parowe, te z kolei
wytwarzają prąd elektryczny
5. Budowa i działanie reaktora
jądrowego
Reaktor jest urządzeniem do
przeprowadzenia kontrolowanej reakcji
łańcuchowej,
W rdzeniu znajduje się paliwo jądrowe
235U, 233U, 239Pu,
Przebieg reakcji kontrolują elementy
sterujące wykonane z materiałów
pochłaniających neutrony, np. 10B, 113Cd,
mają one kształt prętów wsuwanych
między elementy paliwa mogą zmienić
liczbę neutronów uczestniczących w
reakcji, czyli kontrolować przebieg reakcji.
Cd
W rdzeniu reaktora znajduje się
moderator – spowalniacz neutronów, jest
to woda H2O lub woda ciężka D2O, beryl,
węgiel w postaci grafitu.
Produkcja energii elektrycznej nie
powoduje takiego zanieczyszczenia
środowiska jak elektrownie
konwencjonalne (problem z zużytym
paliwem jądrowym i elementami reaktora)
5. Reakcja łańcuchowa
niekontrolowana – bomba atomowa
W bombach reakcja łańcuchowa przebiega
gwałtownie w sposób niekontrolowany,
wynikiem jest powstanie olbrzymiej ilości
energii i rozszczepienie wszystkich jąder
materiału rozszczepialnego.
Masa materiału rozszczepialnego jest na
tyle duża, że większość uwolnionych
neutronów trafia w nowe jądra,
Reakcja łańcuchowa może się rozwinąć,
gdy ilość materiału rozszczepialnego
przekroczy masę krytyczną (dla 235U,
wynosi ona kilka – kilkanaście kg).
Cd
W wyniku dalszych badań otrzymano
pierwiastek cięższy od uranu 239Np, o
okresie półtrwania t1/2=2,3 dnia.
Neptun ulega rozpadowi do cięższego
pierwiastka 239Pu wg równania
239
93
Np Pu e
239
94
0
1
Cd
W następnych latach, poprzez
zderzenia jąder atomowych (tzw.
fuzję) otrzymano superciężkie
pierwiastki – transuranowce.