Radioaktivita

Schopnost některých atomových jader samovolně se rozpadat a přitom vysílat záření Radioaktivita přirozená Radioaktivita umělá

Wilhelm Conrad Röntgen

Wilhelm Conrad Röntgen V roce 1895 při pokusech s katodovými paprsky objevil nový druh záření - paprsky X (Později nazvány rentgenovými paprsky) Zkoumal jejich vlastnosti. Zhotovil první rentgenové snímky kovových předmětů a kostí ruky V roce 1901 mu za objev rentgenových paprsků byla udělena Nobelova cena

Röntgenova lampa - vakuovaná skleněná baňka Röntgenova lampa - vakuovaná skleněná baňka s kladnou a zápornou elektrodou W.C.Röntgen experimentoval s elektrickými výboji ve vakuových trubicích a všiml si, že kus papíru natřený tetrakyanoplatnatanem barnatým v blízkosti trubice začíná zářit. Zdánlivě zcela bez příčiny. Tušil, že objevil neviditelný paprsek, který má schopnost pronikat předměty

Několik měsíců po Röntgenově objevu prováděl fran Několik měsíců po Röntgenově objevu prováděl fran. fyzik Henri Becquerel experiment, ve kterém kladl různé látky na zakryté fotografické desky, aby prověřil, zda tyto látky po osvícení světlem nevyzařují paprsky X. Ke svému velkému překvapení zjistil, že určité látky - sloučeniny uranu - vydávají energetické záření, aniž by se jim předem dodala jakákoli energie.

Význam Becquerelových experimentů spočívá v tom, že odhalily existenci přirozeného procesu, jehož působením určité prvky samovolně vysílají pronikavé energetické záření. Ukázalo se tedy, že některé prvky jsou nestabilní a spontánně uvolňují různé formy energie. Toto vyzařování energetických částic samovolným rozpadem jader dostalo název radioaktivita.

Antoine Henri Becquerel Objevitel přirozené radioaktivity 1896

K probádání základů radioaktivity zásadním způsobem přispěli francouzští fyzikové Pierre a Marie Curierovi Při zkoumání smolince zjistili, že tento minerál je více radioaktivní než samotný čistý uran, který je v něm obsažený Tak objevili další radioaktivní prvky přítomné ve smolinci polonium radium

a (alfa) b (beta) g (gama) Po několika letech bádání zjistili, že existuje několik typů částic uvolňujících se při radioaktivních procesech Tři odlišné typy radiace byly pojmenovány prvními třemi písmeny řecké abecedy a (alfa) b (beta) g (gama)

α Radioaktivní záření : 2He (a) Částice alfa jsou jádra helia (2p, 2n) Proud letících jader atomů helia dosahující 7% rychlosti světla 4

α Radioaktivní záření : Pronikavost malá - proniká vrstvou vzduchu silnou jen několik cm a velmi tenkými kovovými foliemi Silné ionizační účinky

α Radioaktivní záření : Vzniká nuklid, který má nukleonové číslo o 4 jednotky a protonové o 2 jednotky nižší Z X 2He + Z-2Y A 4 A-4

Radioaktivní záření : α Př. 88 Ra 2He + 226 4 Rn 222 86

Radioaktivní záření : β- e- ( b- ) proud elektronů Vznikají v jádře při přeměně neutronu na proton  jejich původ je jaderný, ne z obalu! 0 n 1 p + -1e 1 1

Radioaktivní záření : β- Jejich rychlost může dosáhnout až 99% rychlosti světla 100 x pronikavější než a-záření Menší ionizační účinky

Radioaktivní záření : β- Př. 15 P -1 e + 32 S 32 16

Radioaktivní záření : β- Př. 91 Pa + 234 e U 234 92 -1

Radioaktivní záření: g g (hn) Záření gama je tvořeno proudem fotonů  elektromagnetické vlnění

Radioaktivní záření: g (hn) (Také rentgenové záření, viditelné světlo a radiové vlny se skládají z fotonů - navzájem se odlišují energií. Záření gama jsou fotony nejvyšších enegií)

Radioaktivní záření: g g (hn) Nejpronikavější Provází záření b, někdy a

Srovnání pronikavosti: Částice alfa neproletí ani listem papíru a částici beta zastaví hliníková folie, avšak záření gama odstíní až silná vrstva olova. Záření gama proniká hluboko do každé látky, může měnit a narušovat chemické vazby a představuje tedy při práci s radioaktivními materiály největší nebezpečí (vědcům bohužel trvalo mnoho let, než plně pochopili, jakou hrozbu radioaktivita představuje, a mnozí za to zaplatili vysokou cenu...).

Jednotka pro počet jaderných přeměn…..Bq

Poločas rozpadu: t1/2 Pro každý radioaktivní prvek je stálá rychlost jejich rozpadu Tuto rychlost nelze zjistit, ani ovlivnit

Poločas rozpadu: t1/2 Známe však dobu, za kterou se rozpadne právě polovina jader z původního množství Závisí jen na čase!!!

Poločas rozpadu: t1/2 Př: t1/2 ( 92 U) = 4,5 mld.let t1/2 ( 84 Po) = 3∙10-7 s 238 212

Umělá radioaktivita Poprvé byl v laboratoři uměle připraven radionuklid roku 1934 I + F Joliot - Curie Irena curierová (dcera objevitelů přirozené radioaktivity) a jejím manželem Fredericem

Umělá radioaktivita def.: samovolný rozpad uměle připravených nuklidů, které se v přírodě nevyskytují, doprovázený vyzářením radioaktivího záření Umělé radionuklidy lze získat působením r.záření na stálé nuklidy

Radioaktivní záření : β+ e+ ( b+ ) Některé uměle připravené nuklidy Proton se rozpadá na neutron a pozitron 1 p 0 n + +1 e 1 1

Radioaktivní záření : β+ Pozitron opouští jádro a rekombinací s elektronem zaniká za vzniku fotonů Vzniká nuklid, který je v periodické tabulce o jedno místo vlevo Z X +1 e + A A Z-1Y

Průběh experimentu: Ozařovala hliník zářením a Po ukončení ozařování zjistila, že Al samovolně vyzařuje záření Jádro ozařovaného prvku se stává radionuklidem 27Al13 + 4a2  30P15 + 1n0 Dcera Currie

Radioaktivní záření : β+ Př. 15 P +1 e + 30 30 Si 14

Jaderné reakce

Jaderné reakce k přeměně nemusí dojít pouze samovolným rozpadem Přeměny prosté = transmutace Štěpné reakce

a) Transmutace Bombardované jádro uvolňuje jednu nebo několik lehkých částic (protonů, elektronů, neutronů) 7 N + 2He + p 4 14 17 O 1 8 1

b) Štěpné jaderné reakce: Jádro zasažené neutronem se rozštěpí na dvě poměrně velká jádra za uvolnění většího počtu neutronů, než kolik se na štěpení spotřebovalo Tuto vlastnost mají: 235U, 233U, 232Th Pro jaderné reakce platí: zákon zachování elektrického náboje

b) Štěpné jaderné reakce: 92U + 1 n  143Ba + 90Kr + 3 1n Uvolněné neutrony mohou narazit na další jádra atomů a dojde k další štěpné reakci řetězová reakce b) Štěpné jaderné reakce: 235 56 36 Pro jaderné reakce platí: zákon zachování elektrického náboje

Radioaktivní rozpadové řady: Řada radionuklidů, ve které každý radionuklid s výjimkou prvního vzniká přeměnou předešlého radionuklidu v řadě, se nazývá radioaktivní rozpadová řada Radionuklidy řady se postupně přeměňují přeměnami α a β Rozpadová řada končí vždy stabilním nuklidem

Radioaktivní rozpadové řady: 3 přírodní rozpadové řady: uranová aktinuranová Thoriová 4.řada je umělá= neptuniová začíná plutoniem a končí stabilním izotopem bismutu jsou zakončeny stabilními nuklidy olova

Radiouhlíková metoda: Určování stáří archeologických nálezů

Radiouhlíková metoda: ve formě dvou stabilních izotopů: 12C, který tvoří 98,9% a 13C s průměrným výskytem 1,1% Reakcí atomů dusíku 14N, přítomných v atmosféře s kosmickým zářením vzniká nestabilní izotop 14C

Radiouhlíková metoda: 14C je radioaktivní (t1/2=5730 let) poměr 14C/12C zůstává v průběhu života daného organizmu konstantní

Radiouhlíková metoda: Pokud organismus odumře, přísun uhlíku se zastaví a 14C se rozpadá  poměr mezi ním a stabilními izotopy se zvětšuje Po odumření jakékoliv biologické tkáně se výměna uhlíku mezi organizmem a prostředím zastaví. Zároveň nedochází ani ke vzniku 14C reakcí s kosmickými paprsky, protože ty jsou pohlceny atmosférou Radiokarbonová metoda datování využívá zmíněného jevu tím způsobem, že v archeologickém či jiném nálezu pozůstatku živé hmoty (zbytky tkání, kosti, popel…) je analyzován poměr 14C/12C. Zjištěný poměr pak poměrně přesně ukazuje na dobu zániku dané živé hmoty. Vzhledem k uvedenému poločasu rozpadu uhlíku 14C je metoda optimálně použitelná pro objekty o stáří 2 – 100 tisíc let. Při hodnocení naměřených výsledků je třeba vzít v úvahu i možnost působení radioaktivních zářičů na zkoumaný materiál v průběhu jeho depozice na místě nálezu, protože tak může dojít k významnému zkreslení dat.

Jaderné odpady Jedním z hlavních problémů současné jaderné energetiky je vyhořelé jaderné palivo S těmito nebezpečnými radioaktivními odpady je možno nakládat v zásadě dvojím způsobem. 1. Ukládání těchto odpadů na bezpečné úložiště, které by mělo zajistit, aby se dlouhodobé radioizotopy obsažené ve vyhořelém palivu nedostaly po dobu několika tisíc let do biosféry

Jaderné odpady 2. Přepracování vyhořelého jaderného paliva, při němž je jednak možno některé složky vyhořelého jaderného paliva znovu využít, jednak převážnou část dlouhožijících radionuklidů přeměnit na jiné izotopy, které by byly buď stabilní, nebo měly podstatně kratší poločasy rozpadu.