Budowa jądra atomowego
kg
m
kg
m
kg
m
e
n
p
31
27
27
10
10939
.
0
10
674929
.
1
10
672623
.
1
Budowa jądra atomowego
kg
m
kg
m
kg
m
e
n
p
31
27
27
10
10939
.
0
10
674929
.
1
10
672623
.
1
Nuklidy
Jądra składają się z neutronów i protonów
Liczba protonów w jądrze- liczba atomowa-
Z
Liczba neutronów -
N
A=Z+N
Łączna liczba protonów i neutronów w jądrze – liczba masowa
A
Terminologia
nukleon
X
A
Z
U
H
238
92
1
1
,
Izotopy
Izotopy to takie pierwiastki których jądra
mają takie same liczby protonów (Z),
lecz różne liczby neutronów (A-Z)
Izotopy uranu: U-234, U-235, U-238 – (liczba protonów - 92)
Energia wiązania jądra
Masa M jądra jest mniejsza niż suma mas
S
m tworzących
je protonów i neutronów. Energia spoczynkowa jądra Mc
2
jest mniejsza niż suma energii spoczynkowych
poszczególnych protonów i neutronów
S
(mc
2
).
Różnica pomiędzy obydwiema energiami jest nazywana
energią wiązania
:
2
2
)
(
Mc
mc
E
W
A
E
E
w
wn
Energia wiązania nukleonu
Energia wiązania nukleonu
Żelazo (Fe) oraz nikiel (Ni) mają najwyższą wartość energii
wiązania na jeden nukleon (około8.8 MeV/nukleon)
Ener
gi
a
wi
ązani
a
[
MeV/n
uc
leo
n
]
92
238
U
10
UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Pierwiastki transuranowe
nazwa
symb.
Z
A
Liczba
izotopów
Rok
wykrycia
neptun
Np.
93
231-241
11
1940
pluton
Pu
94
232-246
15
1940
ameryk
Am
95
237-246
10
1944
kiur
Cm
96
238-250
13
1944
berkel
Bk
97
243-250
8
1949
kaliforn
Cf
98
244-254
11
1950
einstein
Es
99
246-256
11
1953
ferm
Fm
100
250-256
7
1953
mendelew
Md
101
255-256
2
1957
nobel
No
102
255-256
2
1958
lorens
Lw
103
257
1
1961
Promieniotwórczość
• Odkrycie naturalnej promieniotwórczości
przez Bequerela (1896) i małżonków Curie
• Promieniotwórczość to zdolność do
emitowania promieniowania
• Trzy rodzaje promieniowania:
a
-jądra helu
b
- elektrony
g
- fale elektromagnetyczne
U-238 Rozpad
Po
Rn
Rn
Ra
Ra
Th
Th
U
U
Pa
Pa
Th
Th
U
218
80
222
84
222
84
226
88
226
88
230
90
230
90
234
92
234
92
234
91
234
91
234
90
234
90
238
92
a
a
a
a
b
b
a
Mapa nuklidów
3000 znanych izotopów ale jedynie
266 stabilnych
!
jądra o Z > 83 nie są stabilne!
Wyjątkowa stabilność dla „liczb magicznych”
Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126,
•
l
= stała rozpadu
t
= 1/
l
= czas życia
,
•
t
1/2
= czas połowicznego rozpadu
0
ln
N
t
No
dN
N
dt
dN
dt
N
N
t
No
l
l
l
t
N
N
l
Prawa rozpadu nuklidów
.
2
ln
2
ln
2
/
1
t
l
t
t
e
N
N
l
0
Aktywność materiału – jedn.bekerel Bq
(Jednostka-czas połowicznego zaniku)
Nowe produkty rozpadu
Jądra promienio-
twórcze początkowe
Pr
ocen
towa
zawartość
jąder
pr
om
ie
nio
twór
czy
ch
,
któ
re
nie
uległy
ro
zpad
ow
i
nazwa
radioizotop
Czas połowicznego
rozpadu
Typ
promieniowania
węgiel
14
C
5730 lat
b
potas
40
K
b,g
rad
226
Ra
1600 lat
a,g
uran
238
U
a,g
lat
9
10
3
.
1
lat
9
10
5
.
4
Naturalnie występujące radioizotopy.
Datowanie
b
-
rozpad
14
C
14
C
14
N + e
–
+
n
e
Promienie kosmiczne generują
14
C
w
górnych warstwach atmosfery . W
gazowym CO
2
stosunek
14
C/
12
C jest
stały
14
C /
12
C = 1.2×10
–12
W organizmach nieżywych
14
C
nie jest dalej absorbowane i
stosunek
14
C/
12
C maleje z czasem
.
Czas połowicznego zaniku
14
C
t
1/2
= 5730 lat.
Niektóre radioizotopy używane w medycynie
nazwa
radioizotop
Czas połowicznego
rozpadu
Typ
promieniowania
jod
131
I
8 dni
b,g
jod
125
I
60 dni
g
potas
42
K
12 godzin
b,g
sód
24
Na
15 godzin
a,g
technet
99
Tc
6 godzin
a,g
Kamera scyntylacyjna
Pomiar prędkości krążenia krwi
Określenie położenia nowotworu
Medycyna - diagnostyka
Inne zastosowania
Otto Hahn
Lise Meitner
Stwierdzili, że jądro uranu absorbując neutrony rozpada się na dwie
w przybliżeniu równe części emitując przy tym kilka neutronów
i dużą ilość energii.
1
0
n +
235
92
U →
142
56
Ba +
91
36
Kr + 3
1
0
n
Fritz Strassman
Rozszczepieni jąder uranu
Q
n
Kr
Ba
U
n
3
91
36
142
56
235
92
Rozszczepieni jąder uranu
Q
n
Sr
Xe
U
n
2
94
38
140
54
235
92
Q
n
Kr
Ba
U
n
3
91
36
142
56
235
92
MeV
Q 200
URAN
Leo Szilard
i
Albert
Einstein
• Szilard napisał list do do prezydenta
Stanów Zjednoczonych Franklina Roosvelta.
Einstein podpisał list 2 września 1939.
• Manhattan Projekt 1942.
Manhattan Projekt 1942
Niels Bohr
Glenn Seaborg
Enrico Fermi
Gen Leslie Groves
J. Robert Oppenheimer
J. Robert Oppenheimer,
Glenn Seaborg, Enrico
Fermi, Richards P. Feynman, Niels Bohr,
Hans Bethe,......
238
92
U +
1
0
n →
239
92
U
239
92
U →
239
93
Np +
0
-1
β
239
93
Np →
239
94
Pu +
0
-1
β
Produkcja
plutonu
Hanford
Najczęściej spotykane procesy
wzbogacania uranu.
U-238
U-235
pręty sterujące i pręty bezpieczeństwa
paliwowo
moderator
Reaktor atomowy
• paliwo –
wzbogacony
235
U.
• Moderator –
materiał
spowalniający
neutrony zwykle
grafit,
• Pręty kontrolne–
absorbent
neutronów: bor,
kadm.
Pierwszy stos atomowy
University of Chicago
Enrico Fermi
2 grudnia 1942
Little Boy – bomba uranowa
Ilustrowany Leksykon Lotniczy-
Uzbrojenie
Fat Man – bomba
plutonowa
• Wykorzystano materiał
240
Pu
Początek ery
nuklearnej
• Pierwsza nuklearna
eksplozja
• 16 lipiec 1945r.
•
the Jornado del Muerto
Valley koło Alamogordo
New Mexico
• Trinity
Hiroshima
• 6 sierpnia 1945, bomba Little Boy została zrzucona z
samolotu Enola Gay przez pilota Paula Tibbets’a.
• odpowiednik 12-15 kiloton TNT.
• 70,000 osób zginęło, 140,000 zmarło do końca roku.
Nagasaki
• 9 sierpnia 1945, bomba Fat Man została zrzucona z
samolotu Bocks Car przez pilota Charlesa Sweeney’a.
• odpowiednik 21 kiloton TNT.
• 40.000 osób zginęło, 70.000 zmarło do końca roku.
Główne czynniki rażące w bombie atomowej:
•Fala uderzeniowa,
•Promieniowanie cieplne,
•Promieniowanie,
•Skażenie radioaktywne
Dawki promieniowania a skutki biologiczne
Miarą ilości pochłanianego promieniowania jest
dawka
promieniowania
, która definiujemy jako stosunek energii
pochłoniętej przez daną masę ciała do wartości tej masy.
m
E
D
kg
J
Gy
1
1
Jeden
grej
(1rad=0,01J/kg)
Dawka pochłonięta – jest to energia przekazywana przez
promieniowanie jonizujące jednostce masy dowolnej materii
•
Ssaki - dawka 10Gy jest dla nich śmiertelna.
• Owady – dawka śmiertelna 100Gy
• Bakterie – dawka śmiertelna 10000Gy