PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

Wszystkie jądra nietrwałe, a także wszystkie jądra znajdujące się w stanie wzbudzonym ulegają samorzutnej spontanicznej przemianie, prowadzącej do zmiany składu i energii jądra. Przemiany tego rodzaju, zachodzące samorzutnie, nazywają się przemianami promieniotworczymi (radioaktywnymi).

JEDNOSTKA RADIOAKTYWNOŚCI w układzie SI jest bekerel(Bq) 1 Bq = 1 rozpad na sekundę. Dawniej używaną, obecnie nie zalecaną jednostką był Kiur (Ci), 1 Ci = 3,7* 1010 Bq.

ŹRÓDŁA PROMINIOTWÓRCZOŚCI Źródłami radioaktywności są niestabilne, zarówno występujących w naturze izotopy pierwiatków, jak i wytworzonych przez człowieka. Do najbardziej znaczących należą: ³H, wytwarzany m.in. w wyniku eksperymentów termojądrowych, a także w wyniku reakcji jądrowych zachodzących w atmosferze 14C, stale produkowany przez promieniowanie kosmiczne w górnych warstwach atmosfery, obecny we wszystkich organizmach żywych, w tym w ciele człowieka

40K, obecny m.in. w minerałach i kościach, stanowiący 0,0117% całej zawartości potasu Rn, krótko żyjący element tzw. szeregów promieniotwórczych; jest gazem, więc może uwalniać się z miejsca powstania, np. z gleby, materiałów budowlanych itp.; największe znaczenie ma 222Rn, pochodzący z szeregu 238U, jego okres połowicznego zaniku wynosi 3,8 dnia Ra, także pierwiastek występujący w szeregach promieniotwórczych; największe znaczenie ma izotop 226Ra z szeregu 238U, którego okres połowicznego zaniku wynosi 1599 lat

232Th, długo żyjący izotop obecny w niektórych minerałach i w glebie U, występujący w minerałach i w glebie; największe znaczenie mają: 238U, mniej obfity izotop 235U oraz sztucznie uzyskany 233U – dzięki podatności na rozszczepienie są wykorzystywane w reaktorach i bombach jądrowych Pu, uzyskiwany sztucznie z uranu; izotop 239Pu, także podatny na rozszczepienie, stosowany jest podobnie jak uran.

Rozrożniamy trzy głowne rodzaje promieniotworczości jądrowej: alfa, beta gamma

ROZPAD ALFA reakcja jądrowa rozpadu, w której emitowana jest cząstka α(jądro helu 42He). Strumień emitowanych cząstek alfa przez rozpadające się jądra to promieniowanie alfa.Ma silne właściowści jonizujące.

Przykład rozpadu alfa 23892 U→ 23490 Th+ 42 He Ogólnie dla rozpadu α można napisać:                             

ROZPAD BETA Promieniowanie β to strumień swobodnych elektronów, emitowanych przez pierwiastki promieniotwórcze. Promieniowanie β może przenikać przez osłony metalowe o kilkumilimetrowej grubości.

PRZYKŁAD ROZKŁADU BETA Ogólnie dla rozpadu β można napisać:                                         

SZEREGI PROMIENIOTWÓRCZE Systematyczne badania pierwiastkow promieniotworczych występujących w przyrodzie wykazały, że pierwiastki te można ustawić w łańcuchy - zwane rodzinami lub szeregami promieniotworczymi. Znane są 4 szeregi promieniotwórcze

1 szereg to szereg URANOWY

2 TO SZEREG AKTYNOWY

3 TO SZEREG TOROWY

CZAS POŁOWICZNEGO ZANIKU Inaczej okres półtrwania t1/2 to czas po upływie którego połowa atomów w próbce ulega rozpadowi Jest zróżnicowany dla różnych atomów Wielkość która charakteryzuje izotopy pierwiastków promieniotworczych

ZADANIE Próbka zawiera 10 g izotopu 60Co. Okres jego półtrwania wynosi 5 lat.oblicz ile gramów pozostanie izotopu po 10 latach. Masa próbki 10g 5g 2,5 g czas 0 lat 5 lat 10 lat

BOMBA ATOMOWA Bomba atomowa czerpie swoją energię z reakcji rozszczepienia ciężkich jąder atomowych(np. Uranu lub plutonu) na lżejsze pod wpływem bombardowania neutronami. Rozpadające się jądra emitują kolejne neutrony, które bombardują inne jądra, wywołując reakcję łańcuchową.

Schemat dwóch metod detonowania ładunku jądrowego

wybuch bomby w Nagasaki w 1945 roku

Nagasaki 24 IX 1945 - 6 tygodni po eksplozji

BOMBA WODOROWA Zwana jest też bombą termojądrową. Zasada działania bomby wodorowej opiera się na wykorzystaniu reakcji termojądrowej, czyli łączenia się lekkich jąder atomowych (np. wodoru lub helu) w cięższe, czemu towarzyszy wydzielanie ogromnej ilości energii.

Zawiera ładunek rozszczepialny(pierwszy stopień), którego detonacja powoduje fuzję ładunku z drugiego stopnia. Ładunki drugiego stopnia mogą być łączone w prawie dowolnej ilości i wielkości (jedna reakcja fuzji inicjuje następną) W wodorowo-helowym paliwie rozpoczyna się niezwykle szybki i gwałtowny proces fuzji jąder, dzięki czemu w bardzo krótkim czasie emitowana jest energia wielokrotnie przekraczająca tę uzyskaną z pierwszego stopnia.

BUDOWA BOMBY WODOROWEJ Schemat budowy ładunku termojądrowego A - Stopień rozszczepienia (ładunek pierwotny) B - Stopień fuzji (ładunek właściwy (wtórny)) 1 - chemiczny materiał wybuchowy 2 - osłona z uranu238 3 - próżnia 4 - pluton lub uran zawierający tryt w stanie gazowym 5 - styropian 6 - osłona uranu238 7 - deuterek litu-6 (paliwo fuzji) 8 - pluton 9 - reflektor

Eksplozja bomby Ivy Mike, test bomby wodorowej, 1 listopada 1952, na atolu Eniwetok siła szacowanego wybuchu wynosiła 10,4 MT(ok.700 bomb atomowych zrzuconych na Hiroszimę)

Amerykańska bomba wodorowa B53 o równoważniku trotylowym 9 MT (megaton)