50. Jaderná fyzika II.

Prezentace na téma: "50. Jaderná fyzika II."— Transkript prezentace:

1 50. Jaderná fyzika II

2 Zákony zachování při jaderných reakcích
Je-li jaderná přeměna vyvolaná srážkou atomového jádra s jinými jádry nebo částicemi, hovoříme o jaderné reakci. Jaderné reakce zapisujeme podobně jako chemické reakce rovnicemi. U jaderných reakcí musí být splněny zákony zachování. Jsou to experimentálně ověřené obecné vztahy, které odrážejí podstatné vlastnosti a symetrie hmoty, prostoru a času. Jsou to: - zákon zachování energie - zákon zachování hybnosti - zákon zachování elektrického náboje - zákon zachování počtu nukleonů Jaderné reakce rozlišujeme endoenergetické (energii zvnějšku dodáváme) a exoenergetické (energie se uvolňuje)

3 Radioaktivita I. Radioaktivita je schopnost atomových jader vysílat záření a nestabilní atomová jádra se tím postupně mění na stabilní jádra jiných prvků. Radioaktivitu objevil v roce 1896 Henri Becquerel u solí uranu. K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli Pierre Curie a Marie Curie (všichni NC za F 1903, MC ještě NC za Ch 1911). Radioaktivita se běžně rozděluje na radioaktivitu přirozenou a umělou. Přirozená radioaktivita je důsledkem samovolného rozpadu atomového jádra. Přirozeně radioaktivních je mnoho látek v přírodě (takové látky se pak označují jako radioaktivní látky), včetně tkání živých organismů.

4 Radioaktivita II. Umělou radioaktivitu získají prvky transmutací, vlivem řetězové reakce nebo působením urychlených částic. Umělá radioaktivita je podmíněna přeměnou jádra, která je způsobena vnějším vlivem. Takováto jádra v přírodě běžně neexistují, ale byla vytvořena uměle. Zákonitosti rozpadu těchto uměle vytvořených jader jsou shodné se zákony popisujícími rozpad přirozeně radioaktivních jader. Umělá radioaktivita byla objevena v r (Frederic a Irene Joliot-Curie, NC za Ch 1935) při ostřelování hliníku částicemi α:

5 Druhy jaderného záření I.
Záření, které při radioaktivním rozpadu vzniká, je čtyř druhů, které označujeme jako α, β, γ a neutronové záření. α – proud jader atomu He. Částice α mají velkou kinetickou energii (2-8 MeV) a silné ionizační účinky. Vychylují se v el. i mg. poli a jsou pohlcené již listem papíru nebo několika cm vzduchu. Zářič α částic však může být nebezpečný při vdechnutí nebo požití – působí uvnitř organismu. β- proud elektronů o energii až 10 MeV emitovaných z jádra. Pohybují se rychlostí blízkou rychlosti světla. Vychylují se v el. i mg. poli a jsou pohlcované tenkým plechem. Některé radionuklidy vyzařují místo elektronů pozitrony a potom hovoříme o β+ rozpadu

6 Druhy jaderného záření II.
γ – nejpronikavější, lze jej zeslabit olověnou deskou nebo silnou vrstvou železobetonu. Ani v el. ani v mg. poli se neodchyluje – jedná se o elmg vlnění. Má silné ionizační účinky a v důsledku fotoefektu uvolňuje z látek nabité částice. Radioaktivní záření γ samostatně neexistuje, ale doprovází záření α nebo β. Kromě těchto tří druhů záření existuje i další druh – Neutronové záření – vzniká např. v jaderných reaktorech nebo při jaderné explozi. Jedná se o proud rychle letících neutronů o vysoké pronikavosti (nenese el náboj, neztrácí energii ionizací …). Reaguje pouze s atomovými jádry a to pružnými nebo nepružnými srážkami. K ochraně před tímto zářením je třeba použít materiály obsahující jádra vodíku a lehkých prvků – voda, těžká voda, parafín, beton …)

7 Radioaktivní přeměna Radionuklidy vysílají radioaktivní záření a přeměňují se na stabilní nuklidy. Počet radioaktivních přeměn za 1 s udává aktivitu zářiče (jednotka Bq – becquerel) Zákon radioaktivního rozpadu udává počet nerozpadlých jader N radionuklidu v čase t: λ … přeměnová konstanta N0 … počet jader v t=0 s Poločas přeměny (rozpadu) T je doba, za kterou se rozpadne polovina původního počtu jader

8 Zákon radioaktivní přeměny –
Aktivita zářiče Pro aktivitu vzorku můžeme psát A = A0 . e – λ.t resp. A = A0 . 0,5 t/T nebo A = λ . N Zákon radioaktivní přeměny – - časová závislost

9 Přeměnové řady Rozpadová řada (přeměnová řada nebo radioaktivní řada) popisuje postupný radioaktivní rozpad nestabilních jader těžkých prvků. Rozpad v těchto řadách probíhá vždy vyzařováním částic alfa (jader helia) nebo beta (elektronů). S výjimkou neptuniové řady začínají všechny základní řady relativně stabilním, v přírodě se běžně vyskytujícím izotopem (ze skupiny aktinoidů), s poločasem rozpadu nad půl miliardy let. Na konci každé rozpadové řady je stabilní izotop. Známé jsou čtyři základní rozpadové řady: Uranová, začínající uranem 238U a končící olovem 206Pb Aktinuranová, začínající uranem 235U a končící olovem 207Pb Thoriová, začínající thoriem 232Th a končící olovem 208Pb Neptuniová, (umělá) začínající plutoniem 241Pu a končící vismutem 209Bi Poznatky o radioaktivních rozpadech a poločasu rozpadu se využívají např. v archeologii → radiouhlíková metoda. Tělo je tvořeno především C (uhlíkem): 12C 13C 14C - z čehož poslední uhlík je radioaktivní, pokud je organismus "naživu", poměr mezi izotopy je stálý, když organismus uhyne, 14C se začne rozpadat a poměr se začne měnit.

10 Využití radionuklidů Radiouhlíková metoda
Kontrola tloušťky válcovaného materiálu Diagnostické účely Léčení zhoubných nádorů Termočlánky k výrobě elektřiny Metoda značených atomů (botanika, medicína)