Pripremio: Varga I štvan HEMIJSKO PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA [email protected]

 Prirodna radioaktivnost predstavlja pojavu spontanog zračenja elementa velike atomske mase, kojom prilikom se atomi razlažu.

(Definicija Marije Kiri 1900. god.) Pjer Kiri (1859 -1906) Marija Sklodovska – Kiri (1867 – 1934)

Pojavu radioaktivnosti otkrio je Bekerel 1896. godine pri eksperimentisanju sa uranovim solima .

Antoan Henri Bekerel (1852 – 1908)

Na početku XX veka znalo se za pet elemenata da imaju radioaktivna svojstva . Ti elementi su bili: Uran (U) Polonijum (Po) Radijum (Ra) Aktinijum (Ac) Torijum (Th) i Pod radioaktivnim svojstvima u to vreme smatralo se: Spontano i neprekidno zračenje, Sposobnost jonizacije gasova, Dejstvo na fotografsku ploču zbog velike prodornosti zraka, Zraci se ne mogu niti usporiti niti ubrzati spoljašnjim faktorima, Emisija toplotne energije.

 Za otkriće radioaktivnosti Bekerel, Pjer i Marija Kiri dobili su Nobelovu nagradu iz fizike 1903.

godine.

RAZLAGANJE SNOPA RADIOAKTIVNIH ZRAKA

Dejstvom električnog ili magnetnog polja jedinstveni snop zračenja može se razložiti u tri odvojena snopa, koji su nazvani:   -zraci   -zraci i   -zraci.



+

Izvor radioaktivnog zračenja

α- čestice (zraci)

elemenata iz jezgara atoma radioaktivnih izleću brzinama koje su reda veličine 1/20 od brzine svetlosti.

Zbog svoje velike mase i brzine u odnosu na druge čestice pretrpe na svom putu veliki broj sudara i brzo gube energiju pa im je domet relativno mali.

Tako npr. na t = 15 °C i pritisku 101,3 kPa domet α čestica u vazduhu iznosi 2,5 - 5,5 cm, zavisno od radioaktivnog elementa (jezgra) koje je izbacilo datu α-česticu.

Preko dometa α-čestice može da se vrši identifikacija elemenata.

Zaustavlja ih list bele hartije.

Radeford je 1909. godine otkrio da su α-čestice jezgra helijuma.

- Masa im je:

4,0039

- Sastoje se od

2

protona (

p +

) i

2

neutrona (

n 0

) - Naelektrisanje je:

2



1,6



10 -19 C



čestica

ili 2 4

He

2  Ernest Radeford (1871 – 1937)

β- čestice (zraci)

izbačene iz jezgara atoma pri radioaktivnim raspadima imaju znatno (od 1 ×10 8 veće brzine m/s do brzine svetlosti u vakuumu, 3 ×10 8 m/s).

Zbog manje mase imaju veći domet od α-zraka.

Zaustavlja ih lim debljine nekoliko mm.

β- zračenje se sastoji od:



negativnih čestica, to su elektroni (e



ili β



) i



pozitivnih čestica, to su pozitroni (e + ili β + ).



-zraci

: Za razliku od (i talas i β − , β + čestica), i α-zraka koji imaju dualnu prirodu 

-zraci

su elektromagnetni talasi velike energije

(~4,5x10

5

eV).

 Gama-zrak je foton velike energije.

 Jedina stvar po kojoj se gama-zrak razlikuje od vidljivog fotona, emitovanog iz sijalice, je njegova talasna dužina.

 T alasna dužina gama-zraka je mnogo kraća, i iznosi: 10 −4 nm < λ < 10 −2 nm

Međusobno upoređivanje prodornosti čestica:

Atomsko jezgro

proton (p + ) neutron (n 0 ) elektron (e ) 1,67262 x 10 -24 g 1,67493 x 10 -24 g 0,00091 x 10 -24 g +1 0 -1

jezgro elektronski omotač 10 -14 m 10 -10 m

RAZVOJ MODELA ATOMA

•Dalton daje atomsku strukturu materije (1805) •J.J. Thompson otkriva elektron (1897) (kanalni zraci) •E. Raderford otkriva atomsko jezgro i daje planetarni model atoma (1910) •Borov model atoma (1913) •Talasno-mehanički model atoma • Hajzenbergov princip neodređenosti (1925) •Šredinger daje “talasnu mehaniku”(1926) •Dirak integriše prethodna dva modela (1926) •Čedvik otkriva neutron (1932)

Maseni broj (A) A= N(p + ) + N(n 0 ) 40

Ca

20 Redni broj (Z) Z= N(p + )= N(e )  Stabilnost atomskog jezgra se objašnjava dejstvom nuklearnih sila koje su privlačnog karaktera  i dejstvuju na vrlo malim rastojanjima.

Privlačne sile između nukleona su nezavisne od naelektrisanja .

Posle kalcijuma broj neutrona raste brže kako bi se jezgro stabilizovalo.

Sa porastom rednog broja (Z) rastu i odbojne Kulonove sile između protona (p + ) što prouzrokuje nestabilnost jezgra.

Npr. Uranov izotop 238 radioaktivno raspada jer ima izuzetno nestabilno jezgro, koje se sastoji od 92 protona i 146 neutrona.

 Zaključak: Prirodno radioaktivno zračenje je osobina nestabilnih atomskih jezgara , tj. jezgara sa velikim rednim brojem.

 -zra čenje se javlja kada jezgro prelazi iz višeg u niže energetsko stanje.

Fizičke veličine kojima se karakteriše radioaktivnost su:

1. Vreme poluraspada

 Vreme poluraspada ( t 1/2 ) , je vreme za koje broj radioaktivnih jezgara N o početni opadne na polovinu:

t

1/ 2 

N

0 2 Vreme poluraspada je karakteristična konstanta svakog radioaktivnog elementa.

Vremena poluraspada variraju od 10 -6 s do 10 20 godina .

 Ako sa

N 0

označimo broj radioaktivnih jezgara u početnom trenutku, a sa

N

broj jezgara u vremenu

t

, zakon radioaktivnog raspada može da se izrazi jednačinom:

N



N

0 

e



t

 Konstanta radioaktivnog raspada i predstavlja verovatnoću da dođe do raspada.

  ln 2

t

1 2

2. Aktivnost (A)-

predstavlja broj raspada u jedinici vremena.

A



N t

Aktivnost je jedinična (1 Bekerel) ako dolazi do jednog raspada u jednoj sekundi.

3.

Specifična aktivnost (A sp )-

aktivnost po jedinici mase.

A sp



A m

  

Bq kg

  

Prirodni radioaktivni nizovi

 Prirodno radioaktivni elementi

broj Z ≥ 83 čiji je redni

smešteni su u tri radioaktivna niza:

1. Uranov (U) niz; 2. Aktinijumov (Ac) niz; 3. Torijumov (Th) niz.

1. Uranov (U) niz

 Počinje sa 238

U

92

............

206

Pb

82

2. Aktinijumov (Ac) niz

235

U

92

............

207

Pb

82

3. Torijumov (Th) niz

 Počinje sa 232 90

Th

............

208

Pb

82

Fajans-Sodijevo pravilo

 Ako neki element emituje  čestice (  -raspad), njegov maseni broj (A) se smanjuje za 4, a redni (Z)  Ako emituje  čestice (  - raspad) maseni broj ostaje isti, a redni broj se povećava za 1.

 Emisijom  -zraka za 2.

ne menja se ni maseni ni redni broj.