Promieniotwórczość Wykonawca: Kamil Wilk ® ™

Spis slajdów: Promieniotwórczość naturalna Promieniowanie ALFA Promieniowanie BETA Promieniowanie GAMMA Szeregi promieniotwórczości Promieniotwórczość sztuczna Reakcje jądrowe Reakcja łańcuchowa Reaktory jądrowe Transuranowce

Promieniotwórczość NATURALNA to zdolność do samorzutnych przemian jądrowych, podczas których następuje uwalnianie energii w postaci promieniowania alfa (α), beta (ß) lub elektromagnetycznego gamma oraz tworzenie się nowego jądra. Ludzie, którzy zasłynęli w tej dziedzinie: Nazywam się Henry Becquerel. To ja w roku 1896 odkryłem zjawisko promieniotwórczości naturalnej. Badając świecenie różnych substancji, zauważyłem, że wszystkie związki uranu wysyłają promieniowanie przenikające przez czarny papier i inne osłony oraz powodują naświetlenie kliszy fotograficznej. Uznałem więc, że to promieniowanie dotychczas nieznane. To ja, Maraia Skłodowska-Curie, fizyczka i chemiczka polska, odkryłam, że w rudzie uranu znajduje się nieznany jeszcze silnie promieniotwórczy pierwiastek. Prowadząc badania, razem ze swym mężem Pierrem Curie, po długiej i mozolnej pracy odkryłam, dwa promieniotwórcze pierwiastki: polon oraz rad, za które otrzymałam Nagrodę Nobla.

α X Y U Th + Promieniowanie ALFA WAŻNE A Z A - 4 Z - 2 4 2 232 92 228 Rozpad jądra atomowego z emisją cząstki alfa. Po tym rozpadzie powstaje jądro atomowe o liczbie masowej (A) mniejszej o 4 i liczbie atomowej (Z) mniejszej o 2 względem tych liczb dla jądra pierwotnego. Rozpadowi alfa ulegają najczęściej ciężkie pierwiastki promieniotwórcze oraz niektóre izotopy promieniotwórcze pierwiastków ziem rzadkich (pierwiastków z rodziny lantanowców). X A Z Y A - 4 Z - 2 + α 4 2 (pierwiastek ulegający rozpadowi) (jądro nowopowstałego pierwiastka) (cząsteczka ALFA) Th U 232 92 228 90 Cząstka alfa przechodząc przez ośrodek silnie oddziaływuje z jego atomami, powodując jego jonizację, dzięki czemu traci swoją energię wystarczy niewielka przeszkoda aby wyhamować całkowicie cząstę alfa WAŻNE Masa nowego jądra i cząstki alfa jest mniejsza od masy jądra, które uległo rozpadowi. Różnica mas jest równoważna wydzielającej się energii, którą przejmuje cząsteczka alfa i nowe utworzone jądro.

p n e v n p e v Y X e+ v Y X e- v Promieniowanie BETA + + + + Jest to rozpad jądra promieniotwórczego, w wyniku którego z jądra emitowany jest (w przypadku rozpadu beta minus) elektron (negaton) i antyneutrino elektronowe lub (w przypadku rozpadu beta plus) pozyton i neutrino elektronowe. Rozpad ß- Rozpad ß+ Z jądra atomu zostaje wyemitowany elektron, który nazywamy czastą ß -. Cząstka ß- powstaje w jądrze na skutek przeistoczenia się neutronu w proton i elektron: Z jądra zostaje wyemitowana cząsteczka ß+ - (pozyton). Cząstka ß+ powstaje podczas przeistoczenia się protonu w neutron. o 1 p n + e v + n o p 1 e -1 v neutron proton elektron Antyneutrina elektronowa Y + X A Z Z-1 e+ o +1 v Rozpad ß- ilustruje poniższa reakcja, będąca zapisem ogólnym tego rodzaju rozpadu: Podczas rozpadu ß+ wydziela się energia, którą otrzymuje nowo powstałe jądro, elektron (lub proton) i antyneutrino (neutrino). Cząstki ß w ośrodku powodują jonizację atomów tracą przy tym swoją energię. o -1 Y A Z X Z+1 + e- v

Promieniowanie GAMMA UWAGA! to fala elektromagnetyczna lub inaczej strumień wysokoenergetycznych fotonów. UWAGA! Towarzyszy ono emisji cząsteczek α lub β, gdy powstające jądro jest w stanie wzbudzonym. Promieniowanie gamma jest bardzo przenikliwe, bardzo szkodliwe i nie ma dość dobrych osłon, które mogłyby je w całości pochłonąć. Promieniowanie to nie jest obdarzone ładunkiem, dlatego nie odchyla się w polu elektrycznym i magnetycznym. Ma małą zdolność do jonizacji. Promieniowanie gamma charakteryzuje się dużą przenikalnością, np. może przenikać przez ołów na głębokości 150 mm.

Szeregi promieniotwórcze To rodziny nuklidów promieniotwórczych kolejno przekształcających się jedne w drugie na drodze sekwencyjnych rozpadów alfa lub beta. SZEREGI NATURALNE SZEREG SZTUCZNY Neptunowy, wywodzący się od plutonu – izotopu ciężkiego od uranu, nie występującego w przyrodzie, lecz otrzymanego sztucznie metodami fizyki jądrowej. URANOWO-AKTYNOWY TOROWY Rozpoczyna się rozpadem alfa 235U, a kończy na stabilnym 207Pb. Łącznie ma 15 nuklidów Rozpoczyna się od rozpadu alfa 232Th, a kończy na stabilnym 208Pb. Łącznie ma 12 nuklidów URANOWO-RADOWY Rozpoczyna się rozpadem alfa 238U, a kończy na stabilnym 206Pb. Łącznie ma 18 nuklidów.

Promieniotwórczość sztuczna Definicja Promieniotwórczość pierwiastków wywołana w sposób sztuczny przez napromieniowanie ich neutronami w reaktorze jądrowym lub prze zbombardowanie ich cząsteczkami α, β lub innymi. Okazało się przy tym, że prawie wszystkie pierwiastki mogą tworzyć nowe sztuczne izotopy promieniotwórcze. W stosunkowo krótkim okresie czasu liczba takich sztucznych źródeł promieniowania doszła do tysiąca i z każdym rokiem wciąż wzrasta. Rutherford bombardował warstwę azotu strumieniem rozpędzonych cząstek α i w wyniku tego zaszła przemiana jądrowa prowadząca do powstania atomów tlenu: Przebieg reakcji jądrowych zapisuje się w sposób skrótowy następująco: N 14 7 + He 4 2 O 17 8 H 1 W roku 1932 Sir James Chadwick podczas bombardowania cząstkami α jąder atomu berylu odkrył powstawanie nowej cząstki- netronu. 5 B 10 (α, n) N 13 7 + He 4 2 Be 9 C 12 6 n 1 Promieniotwórczość sztuczną odkryła córka Marii Skłodowskiej, Irena Joliot- Curie i jej mąż Fryderyk Joliot.

Reakcje jądrowe – co to oznacza? Są reakcjami, w których jądra jednego pierwiastka zmieniają się w jądra drugiego pierwiastka. Wyzwala się przy tym energia. Reakcją jądrową nazywamy taką reakcję w czasie, której bombardujemy jądro atomowe cząstką o dużej energii i wywołujemy zmianę jego właściwości, bądź rodzaju. Często zmienia się liczba masowa. REAKCJA SYNTEZY – jest to proces przeciwny do rozszczepiania. Z dwóch lekkich jąder po zderzeniu powstają jądra cięższe. Reakcja ta dokonuje się w bardzo wysokiej temperaturze. Podczas tego procesu wyzwala się bardzo duża energia w postaci promieniowania elektromagnetycznego i energii kinetycznej jąder oraz cząsteczek biorących udział w reakcji. Reakcje jądrowe rozpad alfa rozpad beta emisja gamma REAKCJA ROZSZCZEPIENIA – jest to bardzo skomplikowany rozpad ciężkiego jądra (na skutek wniknięcia do niego neutronu termicznego - spowolnionego), na jądra lżejszych pierwiastków. W tej reakcji emitowane są także neutrony, które są szybkie i nie powodują kolejnych reakcji rozszczepienia. Wydziela się ogromna ilość energii. Największą jej część odnajduje się w energii kinetycznej nowo powstałych jąder. Pozostała część energii pozostaje wyemitowana w postaci promieniowania elektromagnetycznego.

Reakcje łańcuchowe Jeśli przynajmniej jeden z neutronów uwolnionych w reakcji rozszczepienia trafi w jądro rozszczepialne, być może spowoduje zajście następnej reakcji, w której znów wydzielą się neutrony mogące wywołać następne rozszczepienia itd. Stan taki nosi nazwę reakcji łańcuchowej. Podtrzymuje się ona samorzutnie aż do wyczerpania się zapasów paliwa, czyli jąder rozszczepialnych, lub aż warunki przestaną być sprzyjające temu procesowi. Może też zdarzyć się tak, że średnio więcej niż jeden neutron z jednego rozpadu wywoła następną reakcję. Wtedy ilość rozszczepień będzie rosnąć wykładniczo i może być to proces bardzo szybki, wręcz błyskawiczny.

Reaktory jądrowe i bomba atomowa BUM! Aby reakcja jądrowa była użyteczna, powinna być egzoenergetyczna, tzn. generować energię, którą można później spożytkować albo w celach pokojowych, jak to ma miejsce w elektrowniach atomowych, albo w celach militarnych konstruując głowice jądrowe. Należy przy tym zaznaczyć, że mniej więcej na tym kończą się podobieństwa pomiędzy bombami a reaktorami, gdyż reakcje łańcuchowe, które w obu zachodzą, przebiegają w zupełnie innych warunkach i w zupełnie inny sposób. Reaktor to urządzenie służące do wytwarzanie kontrolowanej reakcji łańcuchowej, tj. ciągłego pozyskiwania energii z rozszczepienia jąder atomowych. Bomba o ładunku jądrowym należąca do broni masowego rażenia Dąży się w nich do maksymalnego wyzwolenia energii w jednym krótkim (mikrosekundowym) impulsie niszczącym wszystko wokół i wymagającym wywołania go sztucznie przez dostarczenie energii z wybuchu klasycznych materiałów wybuchowych. Betonowa obudowa Prądnica woda reaktor pręty uranowe kadmowe turbina Wydzielone ciepło jest ciągle odprowadzane i wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej.

Można je zobaczyć tylko Transuranowce Można je zobaczyć tylko pod mikroskopem. Pierwiastki promieniotwórcze położone za uranem noszą nazwę pierwiastków transuranowych lub transuranów, które są jednocześnie aktynowcami (aktynowce mają liczbę atomową od 89 do 103, transuranowce mają liczbę atomową większą niż 92, aktynowce o liczbie atomowej mniejszej niż 92 są nazywane cisuranowcami, a o liczbie większej od 95 – kiurowcami). Z pierwiastków radioaktywnych występujących w przyrodzie tylko uran U, tor Th i protaktyn Pa, mają izotopy o długim czasie życia, porównywalnym z geologicznym wiekiem Ziemi (wskutek czego nie zdążyły się rozpaść) – są więc jedynymi pierwotnymi pierwiastkami promieniotwórczymi, to znaczy takimi, które istnieją na Ziemi od chwili jej powstania.

Koniec