BUDOWA ATOMU.

Prezentacja na temat: "BUDOWA ATOMU."— Zapis prezentacji:

1 BUDOWA ATOMU

2 Doświadczenie Balmera. Widmo liniowe wodoru. Ewolucja modelu atomu.
PLAN WYKŁADU Doświadczenie Balmera. Widmo liniowe wodoru. Ewolucja modelu atomu. Postulaty Bohra. Doświadczenie Francka-Hertza. Skwantowane poziomy energetyczne atomów. Emisja i absorpcja promieniowania przez atomy. Wzbudzania atomów i cząstek. Emisja spontaniczna. Rozkład elektronów w atomie. Liczby kwantowe. Zasada Pauliego.

3 1) Emisja i absorpcja promieniowania przez atomy
WSTĘP Wyróżniamy dwie grupy zjawisk, dzięki którym uzyskujemy informacje o budowie atomu: 1) Emisja i absorpcja promieniowania przez atomy

4 WSTĘP 2) zderzenia atomowe

5 PRZYKAŁDY WIDM

6 widma widzialne (VIS): 4000 Å ≤ l ≤ 8000 Å
PODZIAŁ WIDM Według długości fali λ 1.widma optyczne powstają w wyniku zmiany energii elektronów zewnętrznych (100 Å ≤ l≤ daleka podczerwień) widma widzialne (VIS): 4000 Å ≤ l ≤ 8000 Å widma podczerwone (IR): l ≥ 8000Å widma nadfioletowe (UV): l ≤ 4000Å 2. widma rentgenowskie- powstają w wyniku zmiany energii elektronów wewnętrznych (najbliższych jądra atomowego)

7 Według struktury linii
PODZIAŁ WIDM Według struktury linii a) widma liniowe | | | || | || | : atomy (jony) swobodne b) widma pasmowe ||| |||| ||| |||| – gdy linie są zgrupowane bardzo gęsto obok siebie: drobiny (jony drobin) np. CO2, NH3, CH4,... c) widma ciągłe – są charakterystyczne dla materii skondensowanej: ciała stałe (metale), ciecze i gazy w wysokich ciśnieniach. Nie da się jednoznacznie przypisać konkretnej substancji. a) i b) są charakterystyczne dla danej substancji – określają ją w sposób jednoznaczny Dwie linie blisko siebie w widmie to tzw. dublet (np. widmo sodu).

8 Według sposobu obserwacji
PODZIAŁ WIDM Według sposobu obserwacji a) widma emisyjne – obserwujemy promieniowanie wysyłane b) widma absorbcyjne – powstają gdy widmo ciągłe przepuścimy przez daną substancję (np. gaz), różnica widma ciągłego i liniowego. Na podstawie analizy linii widmowych możemy stwierdzić przez jakie pierwiastki widmo zostało przepuszczone

9 DOŚWIADCZENIE BALMERA
Balmer obliczył, że można te długości fal przedstawić prostym wzorem: b - wielkość stała = 364,56 nm n – kolejne liczby całkowite Wnioski ze wzoru: 1.Widać, że musi być spełniony warunek n  3. Zatem seria przedstawiona tym wzorem nie może zawierać fal o długościach większych od wartości otrzymanej dla n = 3 ( = 656,3 nm ) 2.Istnieje najmniejsza, graniczna długość fali określona warunkiem n i R min=364,56 nm: Jest to tak zwana granica serii. Wzór J. Rydberga: n > m R – stała Rydberga

10

11 Porównanie długości fal dla atomu wodoru

12 Schemat poziomów energetycznych atomu wodoru

13 MODELE ATOMU

14 MODEL ATOMU THOMPSONA Joseph Thomson badając przepływ prądu w rurze częściowo opróżnionej z powietrza stwierdził, że atom musi mieć strukturę złożoną, bo obojętne atomy gazu stają się w rurze (polu elektrycznym) nośnikami ładunku. Stąd wniosek, że atom dzieli się na część naładowaną ujemnie (elektron) i część naładowaną dodatnio (jon dodatni). W roku 1896 Thomson odkrył że promienie katodowe to strumień bardzo lekkich cząstek o ładunku ujemnym. Odchylając te cząstki w polu elektrycznym wyznaczył stosunek e/m. Wyniki badań doprowadziły do modyfikacji modelu atomu jako cząstki niepodzielnej. Według Thomsona: Atom to kula ładunku dodatniego, w której rozmieszczone są elektrony (ładunki ujemne).

15 MODEL ATOMU RUTHEFORDA
Ernest Rutheford fizyk brytyjski, w 1911 r. wraz ze współpracownikami Masdenem i Geigerem badali rozpraszanie cząstek α (jąder helu) przy przechodzeniu przez cienkie (rzędu kilku mikrometrów) folie złota. Wyniki badań wykazały, że niektóre cząstki α przechodzą przez folię bez zmiany kierunku, ale są i takie, które ulegają rozproszeniu. Niektóre nawet pod bardzo dużymi kątami. Tak duże kąty rozpraszania wskazywały na to, że ładunek nie może być w atomie rozłożony równomiernie. Z obliczeń wynikało, że: prawie cała masa atomu i ładunek dodatni skupione są w bardzo małym obszarze (10-15m) - jądrze, a elektrony, jak planety w układzie słonecznym krążą wokół niego. Model ten nazwano modelem planetarnym. Promień toru elektronu jest rzędu 10-10m. Jeśli cząsteczka α przebiega blisko jądra to jej tor ulega dużemu odchyleniu, a jeśli daleko to tor odchyla się słabo.

16 MODEL ATOMU BOHRA Postulaty Bohra (1913): 1) Dozwolone są tylko te tory elektronu krążącego wokół jądra, na których moment pędu elektronu jest całkowitą wielokrotnością stałej Plancka h dzielonej przez 2p. 2) Elektron krążący po takim torze (orbicie stacjonarnej) nie promieniuje; emisja i absorpcja promieniowania są związane z przejściem elektronu z jednego stanu stacjonarnego do innego (z orbity o energii Ei na orbitę o energii Ej). 3) Ładunek jądra wynosi +Ze, gdzie Z jest numerem porządkowym pierwiastka w układzie okresowym Mendelejewa.

17 Rolę siły dośrodkowej pełni siła Culomba.
PROMIEŃ ORBITY I ENERGIA ELEKTRONU W MODELU BOHRA Rolę siły dośrodkowej pełni siła Culomba.

18 Aby obliczyć energię n-tego stanu potrzebujemy znać promień orbity
PROMIEŃ ORBITY I ENERGIA ELEKTRONU W MODELU BOHRA Aby obliczyć energię n-tego stanu potrzebujemy znać promień orbity Wstawiając to do 1-go wzoru otrzymujemy: Energia całkowita wyniesie:

19 PROMIEŃ ORBITY I ENERGIA ELEKTRONU W MODELU BOHRA
Do przeniesienia atomu z jednej orbity na drugą potrzebna jest energia: Stała Rydberga

20 Niech w chwili t liczba atomów w stanie wzbudzonym wynosi N.
EMISJA SPONTANICZNA Przejście atomów ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego z emisją fotonu opisuje prawo statystyczne. Niech w chwili t liczba atomów w stanie wzbudzonym wynosi N. Oznaczymy: -dN – ubytek atomów w stanie wzbudzonym N – aktualna liczba w stanie wzbudzonym dt – czas, w którym ubyło dN atomów Możemy zapisać: ~ gdzie: A – współczynnik proporcjonalności

21 Całkując stronami otrzymujemy:
EMISJA SPONTANICZNA Całkując stronami otrzymujemy: C wyznaczamy z warunków początkowych – jeśli t = 0, to N = N0  lnN0 = C Zatem: Liczba atomów w stanie wzbudzonym maleje wykładniczo.

22 n – będziemy nazywać główną liczbą kwantową.
ZASADY KWANTOWANIA SOMMERFELDA Reguły kwantowania Wilsona – Sommerfelda dotyczą dowolnej wielkości fizycznej, która jest periodyczną funkcją czasu (jeżeli funkcje opisujące jakiś układ są funkcjami periodycznymi to układ jest kwantowalny). Sommerfeld uogólnił model Bohra i pokazał że elektron na danej orbicie może poruszać się po orbicie eliptycznej (kołowa jest jej szczególnym przypadkiem), przy czym liczba orbit zależy od n i jest dokładnie jej równa. n – będziemy nazywać główną liczbą kwantową.

23 ZASADY KWANTOWANIA SOMMERFELDA

24 LICZBY KWANTOWE Rozwiązaniem równania Schrödingera są pewne funkcje własne, które można scharakteryzować przy pomocy zestawu czterech liczb kwantowych n, l, m i ms Liczby kwantowe nie mogą być dowolne, muszą przyjmować jedynie pewne wartości. Główna liczba kwantowa (n) - przyjmuje wartości kolejnych liczb naturalnych 1, 2, 3, ... (wg Bhora K, L, M, ...); - od niej zależy energia danego elektronu; - decyduje o rozmiarach orbitali - im większa wartość n, tym większy jest orbital; - maksymalna ilośc elektronów w powłoce wynosi 2m2 n  1 = K 2 = L 3 = M 4 = N 5 = O 6 = P 7 = Q

25 LICZBY KWANTOWE Poboczna liczba kwantowa (l) - przyjmuje wartości liczb całkowitych od 0 do n-1 włącznie; - precyzuje dokładniej stan energetyczny danej powłoki; - liczba stanów kwantowych wyraża się wzorem 4l + 2 l 0 = s 1 = p 2 = d 3 = f 4 = g 5 = h 6 = i

26 LICZBY KWANTOWE Magnetyczna liczba kwantowa (ml) - przyjmuje wartości liczb całkowitych takich, że -1 jest mniejsze bądz równe n, które jest mniejsze badz równe +1; - określa rzut momentu pędu na wyróżniony kierunek; - decyduje o wzajemnych ułożeniu orbitali w przestrzeni Magnetyczna spinowa liczba kwantowa (ms) - charakteryzuje rut spinu na wyróżniony kierunek w przestrzeni; - może przyjmowac tylko dwie wartości +1/2 lub -1/2

27 LICZBY KWANTOWE

28 ( n,l,ml,ms) = (2,0,0,± ½), (2,1,1,± ½), (2,1,0,± ½), (2,1,-1,± ½).
REGUŁA ( ZAKAZ ) PAULIEGO W atomach wieloelektronowych obowiązuje zakaz Pauliego, zgodnie z którym w atomie żadne dwa elektrony nie mogą znajdować się w stanie opisanym przez te same liczby kwantowe. Dwa elektrony muszą różnić się wartością co najmniej jednej liczby kwantowej. Zgodnie z tą zasada na orbicie pierwszej n = 1 mogą znajdować się tylko dwa elektrony, bo dla n = 1 odpowiednie liczby kwantowe wynoszą : ( n,l,ml,ms) = (1,0,0,± ½) Dla n = 2 mamy: ( n,l,ml,ms) = (2,0,0,± ½), (2,1,1,± ½), (2,1,0,± ½), (2,1,-1,± ½). Stąd wynika, że w stanie n = 2 może być 8 elektronów.

29 Doświadczenie Francka-Hertza (1914 r.)
WZBUDZENIA ATOMÓW, ENERGIA PROGOWA Doświadczenie Francka-Hertza (1914 r.) W rurce z parami rtęci pod niewielkim ciśnieniem umieszczono trzy elektrody (katoda, anoda, siatka). Elektrony emitowane są z katody (zjawisko termoemisji) i przyspieszane są napięciem Up (regulowanym) i hamowane napięciem Uh (słabe pole elektryczne). W doświadczeniu badano zależność natężenia prądu I w obwodzie anody od napięcia przyspieszającego.

30 WZBUDZENIA ATOMÓW, ENERGIA PROGOWA
Otrzymany wynik

31 Badano również widmo emitowane przez pary rtęci podczas
WZBUDZENIA ATOMÓW, ENERGIA PROGOWA Wraz ze wzrostem Up natężenie rośnie aż do momentu, kiedy U = 4,86 eV, potem gwałtownie spada. Związane jest to ze zderzeniami elektronów z parami rtęci. Przy energii 4,86 eV (pierwszy stan wzbudzony rtęci ma energię o 4,86 eV wyższą od stanu podstawowego) elektrony przekazują w czasie zderzenia swą energię atomom rtęci kosztem swej energii kinetycznej i dlatego zmniejsza się liczba elektronów docierających do anody. Atomy rtęci po pochłonięciu energii przechodzą w stan wzbudzony, z którego po upływie (10-8s wracają do stanu podstawowego emitując foton o częstości . Jeżeli napięcie przewyższa 9,8 eV, elektron na drodze katoda-anoda może dwukrotnie przekazać energię atomom rtęci, co powoduje spadek natężenia prądu. Badano również widmo emitowane przez pary rtęci podczas bombardowania jej elektronami i okazało się, że minimalna energia elektronu potrzebna do wzbudzenia linii 2536 Â wynosi 4,86 eV i tyle wynosi energia kwantów o tej długości fali.

32 JĄDRO ATOMOWE - TERMINOLOGIA
Jądra dzielimy na dwie grupy: jądra trwałe (stabilne) oraz jądra nietrwałe (promieniotwórcze). Proton – cząstka wchodząca w skład jądra atomowego, obdarzona elementarnym ładunkiem elektrycznym. Neutron – cząstka wchodząca w skład jądra atomowego, nie posiadająca ładunku elektrycznego. Nuklid – atom o określonej liczbie masowej (A) i ładunku elektrycznym (Ze). Liczba Z określa jednocześnie liczbę protonów w jądrze atomowym, zaś liczba A sumę protonów i neutronów. Izotopy – nuklidy o tym Z lecz o różnej liczbie masowej (A), czyli różnej liczbie neutronów w jądrze atomowym. Izotony – nuklidy o tym N lecz o różnej liczbie masowej (A), czyli różnej liczbie protonów w jądrze atomowym.

33 Liczba neutronów N w miarę wzrostu liczby atomowej Z coraz bardziej przewyższa liczbę protonów w jądrach kolejnych pierwiastków. Znanych jest 114 pierwiastków chemicznych, z których przeważająca większość posiada izotopy. Istnieje około 300 izotopów trwałych i powyżej 1000 nietrwałych (promieniotwórczych).

34 ENERGIA WIĄZANIA JĄDRA ATOMOWEGO A NIEDOBÓR MASY
Jądro można traktować jako kulę zawierającą neutrony i protony. Odpychającym siłom kulombowskim między protonami przeciwdziałają silne, specyficzne siły jądrowe, które działają między wszystkimi nukleonami. Związana jest z nimi energia wiązania jądra. Energią wiązania nukleonu nazywamy wielkość równą pracy potrzebnej na usunięcie danego nukleonu z jądra bez nadania mu energii kinetycznej. Całkowita energia wiązania jądra jest określona jako praca potrzebna na rozłożenie jądra na jego składowe nukleony bez nadania im energii kinetycznej. Energię wiązania jądra określimy za pomocą ”niedoboru masy” (defektu masy) jądra. Suma mas atomowych poszczególnych nukleonów jest zawsze większa o kilka dziesiątych procent od masy jądra utworzonego z tych nukleonów. DM jest defektem masy, czyli różnicą między sumą mas swobodnych nukleonów i masą jądra.

35 ENERGIA WIĄZANIA JĄDRA ATOMOWEGO
Krzywa osiąga maksimum energii przy 8.7 MeV w pobliżu A = 60. Spadek dla malejących A nie jest monotoniczny, lecz wykazuje ostre maksimum dla liczb masowych będących wielokrotnościami 4 (4,12, 16, ....). Wzrosty energii wiązania występują dla magicznych liczbach nukleonów: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 152 (Z lub N).

36 MODELE STRUKTURY JĄDRA ATOMOWEGO
Modele stanowią uproszczone teorie o ograniczonym zakresie stosowalności: model kroplowy, model powłokowy, model kolektywny. Każdy z tych modeli jest w stanie wyjaśnić pewne właściwości, nie odwołując się do wszystkich szczegółowych właściwości sił jądrowych.

37 stała gęstość materii jądrowej i energii wiązania na jeden nukleon,
MODELE KROPLOWY JĄDRA ATOMOWEGO Zaproponowany przez N. Bohra w 1939 r., powstał na gruncie podobieństw między jądrem atomowym a kroplą cieczy, takich jak: stała gęstość materii jądrowej i energii wiązania na jeden nukleon, stała gęstość cieczy nieściśliwej i stała jej energia wiązania na jednostkę objętości. Model ten pozwolił na opisanie szeregu właściwości jąder, takich jak masa i energia wiązania oraz zawiązanych z tym zagadnień stabilności, a ponadto pewnych faktów z fizyki rozszczepienia jądra. W modelu kroplowym przyjmuje się, że jądro w przybliżeniu jest kulą, której gęstość jest wewnątrz stała i raptownie spada do zera przy przekraczaniu powierzchni. Promień kuli jest proporcjonalny do A 1/3, pole powierzchni do A 2/3, a objętość kuli zaś do A.

38 MODEL POWŁOKOWY JĄDRA ATOMOWEGO
Model powłokowy powstał w analogii do istniejących powłok elektronowych atomu. Wśród jąder atomowych szczególną trwałością wyróżniają się jądra o pewnych, ściśle określonych liczbach protonów i neutronów, nazywanych liczbami magicznymi. W związku z tym wysunięto hipotezę, że pod względem energetycznym budowa jądra podobna jest do budowy atomu. nukleony w jądrze zachowują się tak, że ich stany o danej energii tworzą poszczególne powłoki. Stwierdzono, ze powłoki energetyczne jądra obsadzone są przez protony i neutrony w sposób niezależny. Ze względu na większą trwałość, izotopy o magicznych liczbach nukleonów występują w przyrodzie w szczególnie dużych ilościach. Zaliczamy do nich m. in. takie pierwiastki jak:

39 MODEL KOLEKTYWNY JĄDRA ATOMOWEGO
W modelu powłokowym poszczególne składniki jądra poruszają się niezależnie od siebie. Model kroplowy sugeruje coś wręcz przeciwnego, gdyż w kropli cieczy nieściśliwej ruch każdej cząstki składowej jest ściśle skorelowany z ruchami sąsiadujących z nią cząstek. W celu usunięcia sprzeczności między tymi modelami wprowadzono doskonalszy model, o szerszym zakresie stosowalności. Jest nim kolektywny model jądra zaproponowany w 1953 r. przez A. Bohra (syna twórcy modelu atomu) i B. Mottelsona. W modelu kolektywnym nukleony poruszają się niezależnie (jak w modelu powłokowym) w polu sił jądrowych. Jednak potencjał związany z tymi siłami nie jest potencjałem statycznym (jak w modelu powłokowym), lecz jest potencjałem o zmiennym kształcie. Deformacje tego potencjału odzwierciedlają pewne skorelowane ruchy nukleonów w jądrze.

40 siły jądrowe są przyciągające,
Trwałe wiązania między nukleonami w jądrze wskazują na istnienie w jądrach atomowych specyficznych sił, tzw. sił jądrowych (oddziaływania silne): oddziaływania te nie możemy wyjaśnić za pomocą klasycznych oddziaływań grawitacyjnych czy elektromagnetycznych (są zbyt słabe), siły jądrowe są przyciągające, są krótkozasięgowe. Zanikają na odległości około 2´10–15 m, są niezależne od ładunku. Oznacza to, że nie rozróżniają one protonów od neutronów. Biorąc pod uwagę oddziaływanie protonu z protonem, należy oczywiście uwzględnić dodatkowo kulombowskie odpychanie między nimi, wysycają się, co wskazuje że każdy nukleon oddziałuje z najbliższymi sąsiednimi nukleonami, zależą od orientacji spinów oddziałujących nukleonów i nie są siłami centralnymi, są siłami wymiennymi; istnieje cząstka wymieniana między nukleonami. Jest nią cząstka zwana mezonem p (pion). Istnienie takiej cząstki zostało potwierdzone eksperymentalnie.

41 HIPOTEZA YUKAWY Mezonową teorię sił jądrowych przedstawił H. Yukawa w 1935 r. Siły jądrowe między protonem i neutronem możemy wyjaśnić przez wirtualną wymianę pionu naładowanego natomiast siły między dwoma neutronami lub między dwoma protonami, przez wymianę pionu neutralnego W 1947 r. odkryto mezony w promieniowaniu kosmicznym i stwierdzono, że ich masa wynosi 274me.

42 CZĄSTKI ELEMENTARNE Nukleony oraz mezony (poza pionami są jeszcze inne mezony) to cząstki silnie oddziałujące – hadrony. Obecnie przyjmuje się, że hadrony są podzielne – składają się z mniejszych cząstek, kwarków. Przyjmuje się, że istnieje sześć kwarków i sześć antykwarków, chociaż dotychczas nikt nie wykazał doświadczalnie istnienia swobodnego kwarku. Być może, że istnieją tylko w postaci związanej jako składniki, np. protonu czy innego hadronu. Przyjmuje się, że cząstką wymienną w oddziaływaniu kwarków jest gluon.

43 Istnieją cztery rodziny promieniotwórcze:
coś W przypadku gdy jądro pochodne rozpadu promieniotwórczego jest również jądrem promieniotwórczym, wówczas powstaje cały łańcuch przemian promieniotwórczych, zwany rodziną promieniotwórczą Istnieją cztery rodziny promieniotwórcze: Rodzina toru 232Th, rodzina uranu 238U, rodzina aktynu 235Ac, rodzina neptunu 237Np Przejścia pomiędzy poszczególnymi członami rodzin promieniotwórczych odbywa się poprzez kolejne rozpady a, b i kończą się na trwałych izotopach ołowiu (trzy rodziny).

44 Ponieważ liczba masowa zmienia się tylko w przejściach a, liczby atomowe wszystkich pośrednich członków szeregów promieniotwórczych można opisać wzorem A = 4n + m gdzie n jest liczną całkowitą, a m = 0, 2 i 3, odpowiednio dla szeregu toru, uranu i aktynu. Rodzina neptunu (m = 1) kończy się na jądrze bizmutu (charakteryzuje się najkrótszym czasem połowicznego zaniku). Ponieważ wiek Ziemi ocenia się na 5´109 lat, dlatego rodzina neptunu w stanie naturalnym już nie istnieje.

45 Szybkość rozpadu zależy od liczby jąder w próbce:
ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY Szybkość rozpadu zależy od liczby jąder w próbce:

46 ROZPAD PROMIENIOTWÓRCZY
Aktywność próbki:

47 CZAS ŻYCIA Średni czas życia: Stała rozpadu  jest odwrotnością średniego czasu życia danego pierwiastka promieniotwórczego, a więc czasu, w którym liczba jąder promieniotwórczych, która nie uległa rozpadowi maleje e-krotnie. Czas połowicznego zaniku T1/2 jest definiowany jako wartość t, dla której A=A0/2

48 Krzywa rozpadu promieniotwórczego
Krzywa rozpadu promieniotwórczego. Wykres obejmuje przedział czasu odpowiadający czterem okresom połowicznego zaniku.

49 Promieniowanie a stanowi strumień jąder helu ( ),
PRZEMIANY JĄDROWE Jądra atomowe niektórych pierwiastków są nietrwałe i samorzutnie przekształcają się w jądra innych pierwiastków, czemu towarzyszy wysyłanie różnego rodzaju promieniowania. Przemiany (rozpady) te noszą historyczne nazwy przemian a, b i g, a towarzyszące im promieniowania – odpowiednio promieniowań a, b i g. Promieniowanie a stanowi strumień jąder helu ( ), promieniowanie b – strumień elektronów, promieniowanie g – strumień kwantów promieniowania elektromagnetycznego o dużej energii. Radioaktywność naturalna obserwowana jest w przypadku jąder ciężkich, które w układzie okresowym pierwiastków zajmują miejsca za ołowiem. Istnieją także jądra o mniejszej liczbie masowej wykazujące naturalną radioaktywność. Są to izotopy potasu ,węgla ,rubidu i pierwiastków ziem rzadkich lantanu, samaru, lutetu, a także indu i renu.

50 ROZPAD  Rozpad  jest charakterystyczny tylko dla jąder ciężkich o A > 200, dla których ze wzrostem liczby masowej maleje energia wiązania pojedynczego nukleonu. Wyzwalana energia, przy zmniejszeniu liczby nukleonów A w jądrze o jeden nukleon, jest znacznie mniejsza od energii wiązania pojedynczego nukleonu w jądrze. Rozpad a jest możliwy, jeżeli suma energii wiązania jądra otrzymanego po rozpadzie i cząstki a jest większa od energii wiązania jądra macierzystego. Emisja jądra helu jest energetycznie możliwa, ponieważ energia wiązania przypadająca na jeden nukleon w tym jądrze wynosi około 7.1 MeV. Energie rozpadu a zmieniają się w granicach od 4 do 9 MeV i praktycznie cała energia rozpadu unoszona jest przez cząstkę . Cząstki a oddziałują z materią (jonizacja, wzbudzanie, dysocjacja cząsteczek). Cząstki te, spośród cząstek , i , odznaczają się największym stopniem jonizacji; na drodze 1 mm wytwarzają około 3x103 par jonów w powietrzu w warunkach normalnych. Ponieważ ich strata energii jest duża, stąd mały ich zasięg, np. w powietrzu do około 10 cm, w Al zasięg jest znikomy.

51 W rozpadach b rozróżniamy emisję b– (elektron ) i b+ (pozyton ).
ROZPAD b W rozpadach b rozróżniamy emisję b– (elektron ) i b+ (pozyton ). W pierwszym przypadku jądro pochodne ma liczbę protonów zwiększoną o 1 (DZ = +1) w stosunku do jądra macierzystego, a w drugim zmniejszoną o 1 (DZ = –1). W obydwu przypadkach liczba masowa nie ulega zmianie. Elektrony i pozytony powstają w procesie przejścia kwantowego, np. z neutronowego w protonowy z wyemitowaniem elektronu. Pomiary eksperymentalne wykazały ciągłe widmo energetyczne rozpadu b. Fakt ten trudno jest wytłumaczyć biorąc pod uwagę dyskretność poziomów energetycznych jądra. Elektron emitowany przez jądro ma spin połówkowy (h / 2). Wynikałoby stąd, że przy rozpadzie b powinien ulegać zmianie spin jądra. Jednakże taka zmiana nie następuje.

52 W rozpadzie b+ proton zmienia się w neutron
ROZPAD b Trudności w wyjaśnieniu rozpadu b (ciągły charakter widma energetycznego i spin) zostały usunięte przez Pauliego w 1931 r. Założył on, że podczas każdego aktu rozpadu b jądro emituje dwie cząstki: elektron i cząstkę obojętną elektrycznie o zerowej masie spoczynkowej i spinie połówkowym h / 2. Cząstkę tę nazwano neutrinem ( ) lub antyneutrinem ( ). Rozpad b– wyjaśnia się następująco: neutron zamienia się na proton, powstające przy tym elektron i antyneutrino są emitowane z jądra. Proton pozostaje w jądrze pochodnym i dlatego liczba masowa A nie ulega zmianie. W rozpadzie b+ proton zmienia się w neutron Cząstki b oddziałują na materię głównie w procesach jonizacji oraz powstawania promieniowania hamowania. Charakteryzują się mniejszym stopniem jonizacji w porównaniu z cząstkami a, stąd ich zasięg w powietrzu dochodzi do kilkunastu metrów, a w Al do 4 mm.

53 Promieniowanie g oddziałuje na materię poprzez trzy zjawiska:
ROZPAD g Promieniowanie g jest emitowane przez wzbudzone jądra pierwiastka pochodnego, powstającego z rozpadu a, bądź b. Podobnie jak widmo energetyczne cząstek a, widmo promieniowania g jest widmem liniowym. Emisji promieniowania g może towarzyszyć emisja promieniowania X. Promieniowanie g oddziałuje na materię poprzez trzy zjawiska: zjawisko fotoelektryczne, efekt Comptona, zjawisko powstawania par.

54 ROZPAD g W zjawisku tworzenia pary elektronowej (ogólniej pary cząstka-antycząstka) kwant promieniowania g ulega całkowitej absorpcji, a pojawia się para cząstek; elektron i pozyton. Z prawa zachowania energii wynika, że minimalna energia padającego fotonu musi być równa 2moc2 = 1.02 MeV. Te trzy zjawiska są przyczyną pochłaniania wiązki promieniowania g w materii. Natężenie wiązki zmienia się z wzorem: Gdzie: I0 – początkowe natężenie wiązki, I – natężenie po przejściu warstwy absorbenta o grubości x, m – całkowity współczynnik pochłaniania. Zależność współczynników absorpcji promieniowania g od energii dla zjawiska fotoelektrycznego, efektu Comptona i tworzenia par.