Radioaktivita

Již na přelomu 20.stol.bylo pozorováno,, že některé prvky mají schopnost vysílat záření, které proniká papírem a kovovými fóliemi. vlastnost = radioaktivita záření = jaderné/radioaktivní (vznik při přeměně jádra) Samovolný rozpad (přeměna) jader - radioaktivní rozpad = samovolná přeměna atomových jader na jádra stálejší - vlastnost jader bez vlivu vnějšího prostředí (tlak, teplota, forma vázání ve sloučenině) Přeměny β β- vyzáření rychlého elektronu - u nuklidů s přebytkem neutronů dojde v jádře k rozpadu na proton a elektron - elektron se vyzáří jako tzv. β- částice, proton zůstane v jádře - protonové číslo se zvýší o jednotku β+ vyzáření rychlého pozitronu - u uměle připravených nuklidů s nadbytkem protonů dojde k přeměně protonu na neutron - vzniklý pozitron se vyzáří jako β+ částice - protonové číslo poklesne o jednotku

2. Přeměna α - vyzáření rychlého jádra helia 4He2+ - u nejtěžších nuklidů (relativní přebytek protonů v jádře) dochází především k samovolnému vyzařování velice stabilních α – částic, tvořených 2 protony a 2 neutrony, tedy jader helia 4He2+ - rozpadem vzniká nuklid s nukleonovým číslem A o 4 jednotky nižším a protonovým číslem Z o 2 jednotky nižší než rozpadající se nuklid 238U 234Th + 4He 3. Záchyt elektronu do jádra - relativní nadbytek protonů v jádře může být upraven tak, že proton pohltí elektron z jiné hladiny elektronového obalu jádra. Místo po zachyceném elektronu se rychle doplní elektronem z vyššího elektronového orbitalu, přičemž dojde k vyzáření elektromagnetického záření. Záchyt elektronu je svým účinkem srovnatelný s emisí pozitronu, jelikož oba vedou ke stejné jaderné přeměně. 4. Záření γ (gama) - jádra, která se tvoří některým ze čtyř uvedených radioaktivních rozpadů, nemusí vznikat v základním, energeticky nejvýhodnějším stavu. Tohoto stavu mohou dosáhnout po vyzáření přebytečné energie ve formě fotonů velice energetického záření - nemění složení jádra a nezpůsobí tedy jeho přeměnu v jádro kvalitativně jiné 2 2 92 90 2

U radioaktivních látek je zapotřebí znát rychlost přeměny radioaktivních atomů. Obsahuje-li vzorek radioaktivní látky N dosud nerozpadlých jader, je rychlost rozpadu -dN/dt úměrná okamžitému počtu částic N ve vzorku: -dN/dt = kN - konstanta úměrnosti se nazývá rozpadová konstanta Rozpadová konstanta - pravděpodobnost rozpadu daného jádra za jednotku času Poločas rozpadu T1/2 - veličina k popisu rychlosti rozpadu radioaktivních jader - čas potřebný k poklesu počtu radioaktivních jader (tj. aktivity vzorku) na polovinu Rozpadová konstanta a poločas rozpadu jsou veličiny, charakteristické pro každou radioaktivní látku! Jednotka radioaktivity = 1 Curie (1 Ci), definovaný jako aktivita 1 g čistého radia – vzorek o aktivitě 1 Curie představuje 3,7.1010 rozpadů za sekundu. Novější jednotkou = 1 Beckquerel, rovna jednomu rozpadu za sekundu 1 Ci = 3,7.1010 Becquerel

Radioaktivní záření představuje proud vysokoenergetických částic nebo záření v případě γ - radiace! Rychlost částic: α dosahuje nejvýše 1/15 rychlosti světla a je pro daný zdroj celkem jednotná - procházejí podle své rychlosti jen tenkými kovovými fóliemi a zabrzdí se již vrstvou vzduchu o tloušťce několika centimetrů, příp. listem papíru - částice α mají velmi značnou ionizační schopnost β dosahuje 40 až 90% rychlosti světla, není však pro daný zdroj jednotná a rychlosti tvoří zpravidla souvislé pásmo - schopnost částic β pronikat vrstvami látek je poměrně značná a závisí na jejich rychlosti - projdou např. snadno vrstvou hliníku 1 mm silnou a dají se odfiltrovat od paprsků α, které se zcela zabrzdí – ionizační schopnost částic β je nižší než α γ šíří se rychlostí světla a je nejpronikavější vlivem relativně krátké vlnové délky (kratší než u Rentgenových paprsků) - ionizační energie je nejnižší

Vliv radioaktivního záření na živé organismy při zásahu makromolekuly může ionizace způsobit poškození či destrukci buňky α vlivem ionizačních účinků a prostupností hmotou nebezpečné v bezprostředním kontaktu (potrava, inhalace) - kumulace v kostech (krvetvorba), mutace β ionizační schopnost nižší, ale záření pronikavější, ohrožuje povrchové tkáně (kůže, oči) γ nejnebezpečnější, ionizační účinky nejnižší, vysoká prostupnost hmotou - pro ochranu možno použít pouze silné olověné desky či betonové bloky (desítky cm) - kumulace poškození - pozitivní přínos při léčbě (úzký paprsek) Na základě známých hodnot poločasů rozpadu radioaktivních látek byla vypracována řada metod pro určování stáří objektů živ. i neživ. původu – např. uhlíková metoda využívající radioaktivního nuklidu 14C

lavinová reakce (výbuch) X stacionární reakce v atomových reaktorech Jaderné reakce přeměna atomového jádra vyvolaná zasažením jádra částicí buď z přirozeného zdroje (radioaktivního zářiče) nebo zdroje umělého (urychlovače částic) Přeměny prosté - tzv. transmutace, bombardované jádro uvolňuje jednu nebo několik lehkých částic (protonů, neutronů, elektronů) a vzniká nové jádro s protonovým a nukleonovým číslem jen málo odlišným od původního jádra - první umělou přeměnu jádra Rutherford (1919) - umělá radioaktivita – při studiu transmutací se ukázalo, že v mnohých případech je transmutací vzniklý nuklid nestálý a samovolně se rozpadá, tento jev byl nazván umělou radioaktivitou – objev manželů Joliot-Curieovi Štěpné reakce - Hahn (1939) – objev rozštěpení jádra při ostřelování uranu neutrony (izotop uranu na baryum a krypton) lavinová reakce (výbuch) X stacionární reakce v atomových reaktorech Zásoby štěpitelných paliv (uranu a thoria) jsou odhadovány na několik milionů let při spotřebě energie 10krát větší než činí spotřeba dnešní.