O promieniowaniu w środowisku człowieka – czyli o zjawiskach na poziomie atomów/jąder Promieniowanie Słońca – naturalne (np. światło białe) W reakcjach syntezy atomów lekkich –(gorąca fuzja), naturalne/wymuszone (reakcje na Słońcu, np. reaktory przyszłości) W reakcjach rozszczepienia ciężkich jąder - wymuszone (reaktory elektrowni jądrowych) Promieniowanie z jąder/substancji radioaktywnych – naturalne (terapie nowotworów) Promieniowanie atomów/substancji wzbudzonych – wymuszone (widma spektralne, fluorescencja)

p + p → 2H + e+ + e- (1,442 MeV) 2H + p → 3He + γ (5,494 MeV) 1/2. O promieniowaniu Słońca (w jądrze w temperaturze ok. 15 000 K) – naturalne (np. światło białe) Reakcje na Słońcu - syntezy atomów lekkich (gorąca fuzja). Cykl protonowo-protonowy: p + p → 2H + e+ + e- (1,442 MeV) 2H + p → 3He + γ (5,494 MeV) 3He + 3He → 4He + 2p (12,860 MeV) lub: 3He + 4He  →     7Be +   (1,586 MeV), 7Be + e-  →     7Li + ѵe  (0,862 MeV)  7Li + p  →     2 4He       (17,348 MeV) Może mieć miejsce także cykl Gamowa-Bethego tzw: CNO

Cykl CNO (węglowo-azotowo-tlenowy)

Promieniowanie elektromagnetyczne (światło białe λ - ok Promieniowanie elektromagnetyczne (światło białe λ - ok. 400 nm - 700 nm) docierające ze Słońca do Ziemi Maksimum energii zgodnie z prawem Wiena przypada na długości fali około 0,5 μm. Ok. 50% energii promieniowania słonecznego przypada na zakres widzialny, zaś pozostała na promieniowanie ultrafioletowe i bliską podczerwień. W spektrum promieniowania słonecznego wyróżniamy następujące zakresy: UVC - ultrafiolet C z zakresem fal od 100 do 280 nm UVB - ultrafiolet B z zakresem fal od 280 do 315 nm UVA - ultrafiolet A z zakresem fal od 315 do 400 nm Światło białe - z zakresem fal od 400 do 700 nm Bliska podczerwień z zakresem fal od 700 do 1400 nm

3. Promieniowanie atomów/substancji wzbudzonych - powstawanie widm spektralnych, kwantowy model budowy atomu wodoru- postulaty Bohra Przy zmianie orbity elektron emituje lub pochłania foton o ściśle określonej energii. Widmo emisyjne powstaje, gdy obdarzone ładunkiem elektrycznym elektrony atomów tworzących dane ciało, będąc wzbudzonymi, przechodzą ze stanu o wyższej energii do stanu o niższej energii. Przejściu temu towarzyszy emisja kwantu promieniowania elektromagnetycznego o energii równej różnicy energii poziomów, między którymi przeszła cząstka. Dla gazów atomów prostych widmo emisyjne przyjmuje często formę serii dobrze odseparowanych częstotliwości, które spektrometry rejestrują w formie prążków. Układ tych prążków jednoznacznie wskazuje na obecność określonego pierwiastka w gazie i jest nazywany widmem atomowym.

Przykłady widm

Przykład - widmo helu (emisyjne I oraz absorpcyjne II)

Wzór Balmera dla atomu wodoru - obliczenie liczby falowej (1/λ) prążków widma spektralnego w zakresie widzialnym światła (seria Balmera) gdzie: R – stała Rydberga równa – 1,097 107 [m-1] k – liczba kwantowa równa 2 – dla serii Balmera – orbity na którą elektron przeskakuje; n – liczba kwantowa orbity z której elektron przeskakuje n > 2

Reakcje rozszczepienia ciężkich jąder - 235U Rozszczepienie jąder 235U w atom baru i kryptonu oraz promieniowania γ (ok. 207 MeV) lub w inne produkty (lantan i brom) 1n + 235U →236U→ →141Ba + 92Kr + 31n +γ

Rozszczepienie 235U do atomów lantanu i bromu

4. Promieniowanie z jąder/substancji radioaktywnych – naturalne (terapie nowotworów, reaktory elektrowni jądrowych) 238U ( , ) ; 235U (, ) - uran; 239 Pu - pluton; 226Rd- rad; 222Rn-radon to pierwiastki o dużych liczbach masowych Pierwiastkami promieniotwórczymi (radioaktywnymi) nazywamy pierwiastki ciężkie, w których jądrach zachodzi nieustanny i spontaniczny ich rozpad w wydzieleniem cząstek (α i β) i (lub) fal elektromagnetycznych (γ ).

Prawo rozpadu jąder atomów promieniotwórczych - postać różniczkowa

Po scałkowaniu poprzedniego równania – postać równania:

Wykres prawa rozpadu promieniotwórczego: T1/2 - 28Al = 2,3 min 22Na =2,6 dni; 57Co =267 dni; 226Ra – 1600 lat; 14C -5730 lat; 238U – 5∙109 lat

Prawo rozpadu jąder atomów promieniotwórczych

Zastosowania radioizotopów

Przykłady: Przykład 1. Okres połowicznego rozpadu izotopu radonu – 222 (222Rn) wynosi 4 dni. Oblicz, ile radonu znajduje się po 16 dniach w próbce, która zawierała początkowo 164 mg radonu. 16 dni : 4 = 4 tyle rozpadów nastąpi w ciągu 16 dni 164 :2 = 82 mg (I rozpad) 82:2= 41 mg ( II rozpad) 41:2= 20.5 mg ( III rozpad) 20.2 : 2- 10.25 m (IV rozpad) Odp : Po 16 dniach znajduje się 10.25 mg radonu. lub: m = m0e-λt gdzie λ= -ln2/T1/2