Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

TROCH Ę HISTORII WPROWADZENIE PROMIENIOWANIE JONIZUJ Ą CE IZOTOPY ROZPADY PROMIENIOTWÓRCZE 1111 Zjawisko promieniotwórczo ś ci.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "TROCH Ę HISTORII WPROWADZENIE PROMIENIOWANIE JONIZUJ Ą CE IZOTOPY ROZPADY PROMIENIOTWÓRCZE 1111 Zjawisko promieniotwórczo ś ci."— Zapis prezentacji:

1

2 TROCH Ę HISTORII WPROWADZENIE PROMIENIOWANIE JONIZUJ Ą CE IZOTOPY ROZPADY PROMIENIOTWÓRCZE 1111 Zjawisko promieniotwórczo ś ci

3 Naturalna promieniotwórczo ść jest cz ęś ci ą Wszech ś wiata od momentu jego powstania. Jest obecna na Ziemi, wewn ą trz materii nieo ż ywionej i ż ywych organizmów. Atomy wielu pierwiastków ulegaj ą przemianom, którym towarzyszy promieniowanie. O tym czy atom jest promieniotwórczy decyduje mi ę dzy innymi liczba neutronów. W stabilnym j ą drze protony i neutrony powi ą zane s ą ze sob ą przez si ł y j ą drowe tak mocno, ż e ż adna z cz ą stek nie zdo ł a si ę od łą czy ć, a j ą dro pozostanie zrównowa ż one i spokojne. Je ś li jednak liczba neutronów nie jest zrównowa ż ona, to j ą dro ma nadmiar energii, któr ą wcze ś niej czy pó ź niej wyemituje. Takie atomy samorzutnie (niezale ż nie od jakichkolwiek czynników zewn ę trznych) rozpadaj ą si ę uwalniaj ą c energi ę w postaci fal elektromagnetycznych i/lub strumieni cz ą stek, któr ą nazywamy promieniowaniem. Samo zjawisko nazywamy promieniotwórczo ś ci ą (radioaktywno ś ci ą ). ZJAWISKO PROMIENIOTWÓRCZO Ś CI - WPROWADZENIE 2222

4 TROCH Ę HISTORII Antoine Henri Becquerel ( ) Wilhelm Roentgen ( ) Za badania zjawiska promieniotwórczo ś ci otrzyma ł w 1903 r. wraz ze swoimi wspó ł pracownikami Piotrem Curie i Mari ą Sk ł odowsk ą -Curie Nagrod ę Nobla. W 1895 roku Roentgen zaobserwowa ł, ż e lampa katodowa powoduje na odleg ł o ść ś wiecenie papieru pokrytego zwi ą zkiem baru. Lampa wysy ł a ł a nieznane wówczas promieniowanie, które by ł o przyczyn ą ś wiecenia. Roentgen nazwa ł "promieniami X". Jego odkrycie, za które zosta ł wyró ż niony w 1901 roku Nagrod ą Nobla, zrewolucjonizowa ł o medycyn ę, umo ż liwiaj ą c "spojrzenie" do wn ę trza ludzkiego cia ł a W roku 1896 francuski fizyk Henri Becquerel zauwa ż y ł, ż e próbka soli uranylowej wysy ł a niewidzialne promieniowanie dzia ł aj ą ce na klisze fotograficzne podobnie jak ś wiat ł o. Okaza ł o si ę wkrótce, ż e równie ż uran metaliczny jest ź ród ł em takiego promieniowania. Odkrycie to nie wywo ł a ł o jednak wi ę kszego zainteresowania w ś ród fizyków zafascynowanych wówczas promieniami X odkrytymi w 1895 r. przez niemieckiego fizyka Wilhelma Konrada Roentgena.

5 Maria Sk ł odowska-Curie ( ) Piotr Curie ( ) 4444 Promieniotwórczo ść naturalna Nie wiadomo, jak by si ę dalej potoczy ł a historia fizyki, gdyby nie Maria Sk ł odowska- Curie i jej m ąż Piotr Curie, którzy rozpocz ę li systematyczne badania nad promieniotwórczo ś ci ą uranu. W 1898 r. odkryli dwa inne pierwiastki emituj ą ce podobne promieniowanie, które nazwali polonem i radem. Opisali oni zjawisko powstawania promieniowania i nazwali je radioaktywno ś ci ą (promieniotwórczo ś ci ą ). Podobne badania rozpocz ął w Anglii fizyk nowozelandzki Ernest Rutherford. Maria Sk ł odowska – Curie urodzi ł a si ę w Warszawie. Studiowa ł a na Sorbonie, gdzie w 1906r. obj ęł a po swoim m ęż u, katedr ę. By ł a pierwsz ą kobiet ą, która otrzyma ł a tytu ł profesora. Prowadzi ł a szerokie badania zjawiska promieniotwórczo ś ci - bada ł a i mierzy ł a promieniowanie uranu, przebada ł a wszystkie znane wówczas pierwiastki ze wzgl ę du na promieniotwórczo ść, odkry ł a i wydzieli ł a polon i rad. Otrzyma ł a Nagrod ę Nobla w dziedzinie fizyki w 1903r. i w dziedzinie chemii w 1911r. Zmar ł a na bia ł aczk ę spowodowan ą nadmiernym napromieniowaniem. Fizyk francuski. M ąż Marii Sk ł odowskiej-Curie. Od 1904 r. profesor Sorbony. Od 1905 r. cz ł onek Francuskiej Akademii Nauk. Prowadzi ł badania dotycz ą ce fizyki kryszta ł ów, magnetyzmu, promieniotwórczo ś ci. piezoelektrryczne. Bada ł zale ż no ść magnetycznych w ł asno ś ci cia ł od temperatury (prawo Curie, podatno ść magnetyczna; punkt Curie). Od 1897 r. Curie zajmowa ł si ę badaniem promieniotwórczo ś ci: w 1898 r., wraz z ż on ą, odkry ł dwa nowe pierwiastki promieniotwórcze - polon i rad. Wprowadzi ł poj ę cie okresu po ł owicznego rozpadu, bada ł dzia ł anie promieniowania na organizmy ż ywe. Za prace nad promieniotwórczo ś ci ą w 1903 r. wraz z ż on ą otrzyma ł Nagrod ę Nobla.

6 Sztuczna promieniotwórczo ść W 1934 r. Frederic Joliot i Irene Joliot-Curie zaobserwowali, ż e w wyniku bombardowania cz ą stkami α folii aluminiowej zaczyna ona emitowa ć cz ą stki wtórnie jonizuj ą ce powietrze. Strumie ń tych cz ą stek nie zanika ł od razu, lecz zmniejsza ł si ę wyk ł adniczo, z okresem po ł owicznego rozpadu. Wkrótce potem stwierdzono, ż e by ł to strumie ń pozytonów odkrytych dwa lata wcze ś niej w promieniowaniu kosmicznym przez Carla D. Andersona. Fakty te ś wiadczy ł y, ż e w glinie, bombardowanym cz ą stkami α, tworzy si ę izotop promieniotwórczy. Jean Frederic Joliot ( ) Irene Joliot-Curie ( ) 5555

7 PROMIENIOWANIE JONIZUJ Ą CE Promieniowanie jonizuj ą ce jest szczególnym rodzajem promieniowania. Mo ż e mie ć ono posta ć promieniowania korpuskularnego (cz ą stki α, β, neutrony) albo elektromagnetycznego (promieniowanie X i γ ). Promieniowanie jonizuj ą ce nie oddzia ł uje na nasze zmys ł y, natomiast przenikaj ą c przez materi ę wywo ł uje w oboj ę tnych elektrycznie atomach i cz ą stkach – zmiany ich ł adunków elektrycznych, czyli tzw. jonizacj ę. Kwant promieniowania γ przekazuje swoj ą energi ę elektronowi. Je ż eli ilo ść przekazanej energii jest wi ę ksza ni ż si ł a oddzia ł ywa ń j ą dro-elektron, nast ę puje oderwanie elektronu od j ą dra atomu i rozdzielenie ł adunków elektrycznych, czyli jonizacja. 6666

8 Izotopy Wszystkie atomy, których j ą dra maj ą jednakow ą liczb ę protonów tworz ą okre ś lony pierwiastek chemiczny. Atomy tego samego pierwiastka maj ą tak ą sam ą liczb ę protonów i elektronów, ale mog ą si ę ró ż ni ć liczb ą neutronów. Mówimy wtedy o ró ż nych izotopach tego samego pierwiastka. A wi ę c izotop danego pierwiastka jest okre ś lony przez ca ł kowit ą liczb ę jego nukleonów, tj. sum ę protonów i neutronów. Przyk ł ad izotopów wodoru 7777

9 Przenikliwo ść promieniowania jonizuj ą cego Promieniowanie wykazuje ró ż ny stopie ń przenikliwo ś ci przez materi ę. Do poch ł oni ę cia promieniowania α wystarczy cienka warstwa materia ł u np. kartka papieru, poniewa ż cz ą stki α s ą du ż o ci ęż sze ni ż pozosta ł e no ś niki promieniowania i du ż o bardziej energetyczne. Te w ł asno ś ci pozwalaj ą cz ą stkom α silnie oddzia ł ywa ć z napotkan ą materi ą, nawet z powietrzem, wywo ł uj ą c jonizacj ę na bardzo ma ł ych dystansach. Cz ą stki α przebywaj ą w powietrzu drog ę nie d ł u ż sz ą ni ż kilka centymetrów. Promieniowanie β poch ł aniaj ą grubsze materia ł y np. folia aluminiowa, a do poch ł oni ę cia promieniowania γ nale ż y u ż y ć grubszych os ł on z o ł owiu. Do ich poch ł oni ę cia neutronów stosuje si ę natomiast os ł ony wodne tak jak w przypadku reaktorów j ą drowych. Najbardziej przenikliwe s ą neutrina, poniewa ż przenikaj ą przez ka ż d ą materi ę i niezmiernie rzadko oddzia ł uj ą z materi ą. Powoduje to bardzo powa ż ne problemy przy próbach ich detekcji. Przenikliwo ść promieniowania jonizuj ą cego 8888

10 Rozpady promieniotwórcze J ą dro atomowe mo ż e znajdowa ć si ę w stanie podstawowym tj. w stanie, w którym ma najni ż sz ą energi ę ca ł kowit ą (a wi ę c i najmniejsz ą mas ę ), lub w stanie wzbudzonym. Moment wyemitowania przez niestabilny atom nadmiaru energii nazywany jest rozpadem promieniotwórczym. J ą dra lekkie, posiadaj ą ce kilka protonów i neutronów, staj ą si ę stabilne po jednym rozpadzie. Kiedy ci ęż kie j ą dro, takie jak rad lub uran ulegnie rozpadowi, mo ż e by ć nadal niestabilne, a stan równowagi osi ą gnie dopiero po wielu rozpadach. Na przyk ł ad uran-238, który ma 92 protony i 146 neutronów podczas ka ż dego rozpadu traci 2 protony i 2 neutrony. Liczba protonów pozostaj ą ca w j ą drze po rozpadzie uranu-238 wynosi 90. J ą dro z 90 protonami to pierwiastek tor. Oznacza to, ż e z j ą dra uranowego powsta ł o j ą dro toru-234, które równie ż jest niestabilne i zmieni si ę w protaktyn przy kolejnym rozpadzie. Stabilne j ą dro - o ł ów - powstaje dopiero po czternastu rozpadach U Th + He U Th He 4 2

11 Ź ród ł a promieniowania jonizuj ą cego dzieli si ę na naturalne i sztuczne \ Promieniowanie jonizuj ą ce pochodz ą ce ze ź róde ł naturalnych stale oddzia ł uje na cz ł owieka i jego ś rodowisko. Przenika na Ziemi ę z kosmosu. Jego ź ród ł em s ą tak ż e naturalne substancje promieniotwórcze znajduj ą ce si ę w skorupie ziemskiej, materia ł ach budowlanych, wodzie, powietrzu, ż ywno ś ci, a tak ż e w naszym organizmie. Na cz ł owieka oddzia ł uje równie ż promieniowanie jonizuj ą ce ze ź róde ł sztucznych. Nale żą do nich aparaty rentgenowskie (promieniowanie X), tzw. bomby kobaltowe (promieniowanie γ ), reaktory j ą drowe (promieniowanie X, γ, neutrony), akceleratory i sztuczne izotopy promieniotwórcze (promieniowanie α, β, γ ) wykorzystywane w medycynie i gospodarce lub uwalniane do ś rodowiska w wyniku prób j ą drowych albo awarii j ą drowych. ROZPAD J Ą DRA spowodowany bombardowaniem neutronami. 10

12 Wyró ż nia si ę kilka rodzajów promieniowania jonizuj ą cego: - Promieniowanie gamma ( ) - emisja kwantu γ ze wzbudzonego j ą dra: Ten typ promieniowania jest fal ą elektromagnetyczn ą tak jak ś wiat ł o tylko, o znacznie wy ż szej energii. Podobnie jak kwanty promieniowania widzialnego kwanty γ nie posiadaj ą masy ani ł adunku. Podczas tej przemiany jest emitowany kwant γ ze wzbudzonego j ą dra. Liczba protonów i neutronów pozostaje niezmieniona. - Promieniowanie beta ( ) - emisja elektronu ( β - ), pozytonu ( β + ), lub wychwyt elektronu ( wychwyt K ) Rozpad β jest procesem, podczas którego z j ą dra radioaktywnego atomu nast ę puje emisja elektronu (β - ) lub pozytonu (β + ) w raz z jednoczesn ą emisj ą cz ą stki zwanej antyneutrinem elektronowym lub neutrinem elektronowym. Neutrino i antyneutrino s ą cz ą stkami praktycznie nie posiadaj ą cymi masy, ale podczas emisji unosz ą ze sob ą cz ęść energii wyzwolonej podczas procesu rozpadu. Poniewa ż emitowany elektron powstaje z przemiany j ą drowej, nazywamy go cz ą stk ą β dla odró ż nienia go od elektronu orbituj ą cego wokó ł j ą dra. 11 Przemiana ( β - ): Przemiana ( β + ): Wychwyt K: 11

13 - Promieniowanie alfa ( ) - emisja cz ą stki alfa: Podczas rozpadu α nast ę puje emisja strumienia j ą der atomów helu; cz ą stka α to stabilna struktura sk ł adaj ą ca si ę z 2 protonów i 2 neutronów. Promieniowanie α towarzyszy jedynie przemianom j ą der ci ęż kich, takich jak: ( U ), ( Th ) i ( Ra ). J ą dra tych atomów s ą niezmiernie bogate w neutrony (posiadaj ą ich du ż o wi ę cej ni ż protonów). - Promieniowanie neutronowe - polega na uwolnieniu energii z atomu w formie neutralnych elektrycznie, cho ć obarczonych wzgl ę dnie spor ą mas ą cz ą stek. Neutrony mog ą by ć emitowane podczas reakcji rozszczepienia j ą der atomowych oraz w procesie rozpadu niektórych radionuklidów. Ogromnym ź ród ł em naturalnego promieniowania neutronowego jest promieniowanie kosmiczne, jak i j ą dra powsta ł e w procesach rozpadu alfa. Sztuczne ź ród ł o emisji neutronów to przede wszystkim reaktory i akceleratory. Akcelerator ko ł owy 12

14 Szeregi promieniotwórcze Szeregi promieniotwórcze - grupy pierwiastków, z których kolejne rozpady alfa i beta "przeprowadzaj ą " jeden pierwiastek w drugi. Przemiana β nie zmienia liczby masowej j ą dra a przemiana α zmienia t ę liczb ę o 4. Mog ą istnie ć cztery ró ż ne rodziny promieniotwórcze, których j ą dra maj ą liczby masowe odpowiednio równe: 4n (szereg torowy), 4n+1 (szereg neptunowy), 4n +2 (szereg uranowo-radowy) i 4n+3 (szereg uranowo-aktynowy), gdzie n jest liczb ą ca ł kowit ą. Produktami ko ń cowymi ł a ń cucha przemian w szeregach promieniotwórczych s ą pierwiastki trwa ł e izotopy o ł owiu oraz - dla szeregu neptunowego izotop bizmutu. W ł a ś nie z tymi przemianami wi ąż e si ę obfite wyst ę powanie o ł owiu w niektórych z ł o ż ach i rudach, w których stwierdzono promieniotwórczo ść. 13

15 Reaktory, akceleratory Wytworzone sztucznie przez cz ł owieka promieniowanie jest identyczne z tym pochodz ą cym ze ź róde ł naturalnych. Ró ż nica polega na tym, ż e j ą dra emituj ą ce promieniowanie powstaj ą, m.in. w reaktorach i akceleratorach. Reaktory W Polsce pracuje jeden reaktor badawczy Maria w Instytucie Energii Atomowej w Ś wierku. Moc maksymalna tego reaktora wynosi 33 MW. Wykorzystywany jest do bada ń naukowych, produkcji izotopów na potrzeby przemys ł u i medycyny. Reaktor Maria 14

16 Akceleratory Sztucznymi ź ród ł ami promieniowania s ą m.in. akceleratory. Wytwarzaj ą one wi ą zk ę promieniowania np. elektronów, poprzez przyspieszanie na ł adowanych cz ą stek w polu elektromagnetycznym. W Polsce akceleratory stosuje si ę w szpitalach do leczenia nowotworów. Do celów naukowych wykorzystywany jest cyklotron (rodzaj akceleratora), który znajduje si ę w Ś rodowiskowym Laboratorium Ci ęż kich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego. Jest to najlepsze tego typu urz ą dzenie w Europie Ś rodkowowschodniej. Cyklotron ma ś rednic ę dwóch metrów i mo ż e przyspiesza ć jony w ę gla do energii 10 MeV na jeden nukleon. Umo ż liwia to badanie reakcji j ą drowych przy ś rednich energiach. Mo ż e by ć równie ż wykorzystywany do produkcji izotopów niezb ę dnych w medycynie i przemy ś le. Jak s ą dzisz w jakiej odleg ł o ś ci od Ciebie znajduje si ę do najbli ż szy akcelerator? Odpowied ź : oko ł o centymetrów! Tak, Twój monitor ma wbudowany akcelerator elektronów, które przyspieszane napi ę ciem ok woltów uderzaj ą w luminofor i w ten sposób tworz ą obraz. Oczywi ś cie dotyczy to monitorów i telewizorów klasycznych tzn. nie LCD (ciek ł okrystalicznych). 15

17 αΒ-Β- Β-Β- 16 ZADANIA: 1.Oblicz po ile protonów, neutronów i elektronów znajduje się w atomach następujących pierwiastków: 10 B, 14 N, 40 Ca. 2.Oblicz średnią masę atomową tlenu, jeżeli wiesz, że pierwiastek ten zawiera trzy izotopy o liczbach masowych 16, 17 i 18, przy czym zawartość 16 O wynosi 99,76%, 17 O – 0,048%, a 18 O – 0,2%. 3. W miejsce liter X, Y, Z wpisz konkretne nuklidy: a) U X Y b) 14 6 C Z 4. Okres półtrwania promieniotwórczego izotopu platyny 193 Pt wynosi 50 lat. Oblicz masę tego izotopu, która pozostanie po 200 latach, jeżeli masa początkowa próbki wyniosła 4 g. 5. Przedstaw w formie kilku zdań najważniejsze wydarzenia z życia Marii Skłodowskiej – Curie.


Pobierz ppt "TROCH Ę HISTORII WPROWADZENIE PROMIENIOWANIE JONIZUJ Ą CE IZOTOPY ROZPADY PROMIENIOTWÓRCZE 1111 Zjawisko promieniotwórczo ś ci."

Podobne prezentacje


Reklamy Google