Fizyka kurs podstawowy LO

Podstawa fizyki w klasie pierwszej LO

Promieniotwórczość naturalna

Promieniotwórczość

Promieniotwórczość naturalna polega na samoistnej emisji promieniowania jonizującego przez różne substancje, o których mówimy, że są promieniotwórcze. Nazwa jonizujące bierze się stąd, że ma ono tak dużą energię, że jest w stanie po uderzeniu w atom oderwać elektron na orbitę i zamieniać atomy gazu w jony. Szybko zorientowano się, że energia ta jest zbyt duża, aby powstawała w wyniku przeskakiwania elektronów między orbitami. Energia ta pochodzi z przemian jakie zachodzą w jądrach atomowych.

Pierwiastki wytwarzające promieniowanie jonizujące są z natury niestabilne i zmieniają się w inne pierwiastki lub izotopy, a nadmiar energii wypromieniowują.

Maria Curie-Skłodowska

Urodzona i mieszkająca do 23 roku życia w Polsce wybitna uczona otrzymała dwukrotnie nagrodę Nobla. Pierwszy raz w 1904 roku wspólnie z mężem Piotrem Curie oraz Becquerelem oraz drugi raz już samodzielnie w 1911 roku. Była pionierką w odkryciach zjawisk promieniotwórczości, opracowaniu nowych metod badawczych oraz odkrywaniu nowych pierwiastków. Odkryła polon i rad. Była też pionierką w stosowaniu metod radiologicznych w medycynie, które to rozpowszechniły się szczególnie w czasie I wojny światowej.

Skłodowska odkryła, że niektóre lżejsze pierwiastki i prawie wszystkie cięższe (od bizmutu) są nietrwałe i spontanicznie ulegają przemianie.

Aktywność promieniotwórcza

Aktywność promieniotwórcza to ilość promieniowania lub rozpadów powstających w jednostce czasu.

$A = {N \over t}$

gdzie A - aktywność, N - ilość rozpadów, t - czas rozpadów

Podstawową jednostką aktywności jest Bq - bekerel

$1 \,Bq = {1 \, rozpad \over s}$

Wymiar Bq jest podobny do Hz

Inną popularną jednostką nie SI jest kiur: 1 Ci = 3,7 · 10¹⁰ Bq

1 Ci został zdefiniowany jako aktywność jednego grama radu-226.

Przemiany jądrowe

Przemiany jądrowe to zmiany zachodzące w jądrze polegające na zmianie liczb atomowych i masowych oraz wypromieniowaniu nadmiaru energii.

Szczególnie charakterystyczne przemiany to:

przemiana alfa (α)
przemiana beta plus i beta minus (β)
przemiana gamma (γ)

Przemiana alfa

Przemiana alfa to wyrzucenie z wnętrza jądra pierwiastka innego lżejszego jądra helu (dwa neutrony i dwa protony). Promieniowanie to może mieć dużą energię jednak duże naładowane cząstki nie są bardzo przenikliwe, zatrzymują się na cienkich warstwach substancji stałej.

$_{92}^{238} U \to_{90}^{234} T h +_{2}^{4} α$

Suma liczb atomowych i masowych składników przed reakcję i po reakcji nie może się zmienić. Po reakcji powstaje jądro Helu (α możemy zapisać jako He), a dotychczasowe traci cztery nukleony w tym dwa protony.

Przemiana beta

Rozpad beta bierze się z przemiany protonu w neutron (beta plus β⁺) lub neutrony w proton (beta minus β^-) zachodzącej w jądrze atomu. Przy rozpadzie beta minus z jądra wyrzucany jest elektron, a przy beta plus pozyton. Pozyton jest antycząstką elektronu. Ma identyczną masę i wartość ładunku tyle, że dodatnią

${}^{137}_{55} Cs \to {}^{137}_{56} Ba + {}^{\;\,0}_{-1} e + \overline \nu_e$

${}^{11}_{6} C \to {}^{11}_{5} B + {}^{0}_{1} e + \nu_e$

Atom nie zmienia liczby masowej, natomiast w beta minus rośnie liczba atomowa (beta można też zapisać jako e), zaś w beta plus maleje liczba atomowa. W przemianach tych powstają dodatkowe cząstki antyneutrino i neutrino elektronowe.

Przemiana gamma

Przemiana gamma nie zmienia tożsamości pierwiastka, ani masy atomowej. Jest to wypromieniowanie nadmiaru energii jądra poprzez falę elektromagnetyczną o częstotliwości dużo większej niż fale rentgenowskie. Tak więc foton promieniowania gamma ma bardzo dużo większą energię od promieniowania rentgenowskiego przez co jego działanie jest dużo groźniejsze dla organizmów żywych. Również jego możliwości przenikania przez materię są dość duże. Promieniowanie to powstaje zawsze przy okazji innych rodzajów przemian jądrowych.

Przenikliwość promieniowania

Inne przemiany - emisje

Najczęściej występujące inne przemiany to:

emisja neutronu

$_{2}^{5} H e \to_{2}^{4} H e +_{0}^{1} n$

emisja protonu

$_{71}^{151} L u \to_{70}^{150} Y b +_{1}^{1} p$

emisja dużego jonu (C, N itp.)

Szeregi promieniotwórcze

Jak odkryto i zbadano promieniotwórczość – Eureka

Rozpad promieniotórczy

khanAcademyPolska

Promieniowanie jądrowe – lekcje zdalne

Zadanie 8

izotop $_{93}^{237} N p$ ulega 8 przemianom alfa i 4 beta minus. Oblicz jaki izotop powstaje na końcu tych przemian.

Zadanie 9

Izotop polonu $_{84}^{218} P o$ zamienia się w szeregu przemian w beta minus i alfa zamienia się w ołów $_{82}^{206} P b$ . Ile przemian α i β następuje w tym szeregu promieniotwórczym?

Do domu:

1. Dokończ reakcję przemian wpisując liczby masowe i atomowe oraz ilość przmiemian alfa:

$_{95}^{234} A m +_{...}^{...} n \to_{82}^{206} P b +_{6}^{12} C + . ._{...}^{...} H e +_{...}^{...} β^{-}$

2. W szeregu promieniotwórczym pewen pierwiastek ulega 4 przemianom beta minus, jednej beta plus i 6 przmianom alfa. W wyniku tych przemian powstaje izotop ołowiu $_{82}^{206} P b$ . Jaki izotop był na początku?

Lista tematów:

Fizyka kurs podstawowy LO

Temat: Promieniowanie jądrowe

Promieniotwórczość naturalna