Promieniotwórczość

Promieniotwórczość

sztuczna

sztuczna

1. Rys historyczny

1. Rys historyczny



W 1919r.

W 1919r.

E. Rutherford

E. Rutherford

dokonał

dokonał

pierwszego przekształcenia azotu w

pierwszego przekształcenia azotu w

inny pierwiastek – tlen, jako pierwszy

inny pierwiastek – tlen, jako pierwszy

przeprowadził r. jądrową,

przeprowadził r. jądrową,



Rutherford poddał bombardowaniu

Rutherford poddał bombardowaniu

warstwę azotu strumieniem

warstwę azotu strumieniem

cząsteczek alfa (jądra helu)

cząsteczek alfa (jądra helu)

H

O

He

N

1

1

16

8

4

2

14

7







Cd

Cd



W 1932

W 1932

James Chadwick

James Chadwick

podczas

podczas

bombardowania cząstkami alfa jąder

bombardowania cząstkami alfa jąder

atomu berylu odkrył istnienie

atomu berylu odkrył istnienie

neutronu

neutronu

(

(

n

n

)

)

n

C

He

Be

1

0

12

6

4

2

9

7







Cd

Cd



Odkrycie neutronów umożliwiło

Odkrycie neutronów umożliwiło

przeprowadzenie kolejnych

przeprowadzenie kolejnych

eksperymentów w zakresie reakcji

eksperymentów w zakresie reakcji

jądrowych, ponieważ neutron w

jądrowych, ponieważ neutron w

przeciwieństwie do cząstek alfa nie są

przeciwieństwie do cząstek alfa nie są

obdarzone ładunkiem elektrycznym,

obdarzone ładunkiem elektrycznym,

łatwiej wnikają do jąder atomowych,

łatwiej wnikają do jąder atomowych,



Wynikiem reakcji jądrowych powstają

Wynikiem reakcji jądrowych powstają

często produkty nietrwałe, ulegają

często produkty nietrwałe, ulegają

dalszemu rozpadowi.

dalszemu rozpadowi.

Cd

Cd



Powstawanie sztucznych izotopów

Powstawanie sztucznych izotopów

promieniotwórczych po raz pierwszy

promieniotwórczych po raz pierwszy

zaobserwowali

zaobserwowali

Irena Joliot – Curie

Irena Joliot – Curie

i

i

Frederic Jean – Joliot - Curie

Frederic Jean – Joliot - Curie

naświetlając promieniami alfa jąder

naświetlając promieniami alfa jąder

B, Mg, Al

B, Mg, Al

2. Zapis reakcji jądrowej

2. Zapis reakcji jądrowej



Gdzie:

Gdzie:

-

na początku symbol jądra

na początku symbol jądra

bombardowanego,

bombardowanego,

-

W nawiasie symbol cząstki bombardującej,

W nawiasie symbol cząstki bombardującej,

-

symbol cząstki emitowanej

symbol cząstki emitowanej

-

za nawiasem symbol pierwiastka

za nawiasem symbol pierwiastka

powstającego

powstającego

N

n

B

13

7

10

5

)

,

(



Cd

Cd



Izotop N jest nietrwały i rozpada się,

Izotop N jest nietrwały i rozpada się,

emitując promieniowanie

emitując promieniowanie

β

β

+(pozytony –

+(pozytony –

antycząstki elektronów) i przechodzi

antycząstki elektronów) i przechodzi

w trwały izotop węgla,

w trwały izotop węgla,



Enrico Fermi

Enrico Fermi

udowodnił, że pod wpływem

udowodnił, że pod wpływem

bombardowania n prawie wszystkie

bombardowania n prawie wszystkie

pierwiastki dają

pierwiastki dają

radioizotopy

radioizotopy

(izotopy

(izotopy

promieniotwórcze)

promieniotwórcze)

N

13

7

C

13

6

3. Rozszczepienie jądra

3. Rozszczepienie jądra

atomowego

atomowego



W 1939r. radiochemicy

W 1939r. radiochemicy

Otton Hahn

Otton Hahn

i

i

Fritz Strassmann

Fritz Strassmann

bombardując

bombardując

neutronami jądra uranu,

neutronami jądra uranu,

zaobserwowali rozpad jąder na dwa

zaobserwowali rozpad jąder na dwa

mniejsze, powstałe w reakcji

mniejsze, powstałe w reakcji

neutrony bombardowały następne

neutrony bombardowały następne

jądra uranu i reakcja zachodziła

jądra uranu i reakcja zachodziła

lawinowo –

lawinowo –

reakcja łańcuchowa

reakcja łańcuchowa

.

.

Schemat reakcji

Schemat reakcji

łańcuchowej

łańcuchowej

4. Znaczenie i wykorzystanie

4. Znaczenie i wykorzystanie

reakcji łańcuchowych

reakcji łańcuchowych



Reakcji łańcuchowej towarzyszy

Reakcji łańcuchowej towarzyszy

wydzielenie ogromnej ilości energii,

wydzielenie ogromnej ilości energii,

np. przy rozszczepieniu

np. przy rozszczepieniu

1 g

1 g

uranu

uranu

wydziela się ilość energii równa ilości

wydziela się ilość energii równa ilości

uzyskanej ze spalenia

uzyskanej ze spalenia

2500 ton

2500 ton

węgla

węgla

.

.

Cd

Cd



Reakcja łańcuchowa może

Reakcja łańcuchowa może

przebiegać w sposób kontrolowany

przebiegać w sposób kontrolowany

(reaktory jądrowe w elektrowniach)

(reaktory jądrowe w elektrowniach)

lub w sposób spontaniczny –

lub w sposób spontaniczny –

niekontrolowany (w bombach

niekontrolowany (w bombach

atomowych),

atomowych),



W obu przypadkach paliwem

W obu przypadkach paliwem

jądrowym jest

jądrowym jest

235

235

U,

U,

233

233

U,

U,

239

239

Pu

Pu

cd

cd



Badawczy reaktor jądrowy –

Badawczy reaktor jądrowy –

powstał

powstał

w w 1942 na uniwersytecie w

w w 1942 na uniwersytecie w

Chigago pod kierunkiem Enrica

Chigago pod kierunkiem Enrica

Formiego, badawczy reaktor jądrowy

Formiego, badawczy reaktor jądrowy

jako źródło cząstek elementarnych

jako źródło cząstek elementarnych

służył do badań w chemii radiacyjnej

służył do badań w chemii radiacyjnej

i analitycznej oraz biologii.

i analitycznej oraz biologii.

Cd

Cd



Produkcyjne reaktory jądrowe

Produkcyjne reaktory jądrowe

stosowane są do wytwarzania

stosowane są do wytwarzania

239

239

Pu

Pu

i innych radioizotopów z naturalnego

i innych radioizotopów z naturalnego

izotopu

izotopu

238

238

U

U



Energetyczne reaktory jądrowe

Energetyczne reaktory jądrowe

służą

służą

do produkcji pary wodnej, która

do produkcji pary wodnej, która

napędza turbiny parowe, te z kolei

napędza turbiny parowe, te z kolei

wytwarzają prąd elektryczny

wytwarzają prąd elektryczny

5. Budowa i działanie reaktora

5. Budowa i działanie reaktora

jądrowego

jądrowego



Reaktor jest urządzeniem do

Reaktor jest urządzeniem do

przeprowadzenia kontrolowanej reakcji

przeprowadzenia kontrolowanej reakcji

łańcuchowej,

łańcuchowej,



W

W

rdzeniu

rdzeniu

znajduje się paliwo jądrowe

znajduje się paliwo jądrowe

235

235

U,

U,

233

233

U,

U,

239

239

Pu

Pu

,

,



Przebieg reakcji kontrolują

Przebieg reakcji kontrolują

elementy

elementy

sterujące

sterujące

wykonane z materiałów

wykonane z materiałów

pochłaniających neutrony

pochłaniających neutrony

, np.

, np.

10

10

B,

B,

113

113

Cd

Cd

,

,

mają one kształt prętów wsuwanych

mają one kształt prętów wsuwanych

między elementy paliwa mogą zmienić

między elementy paliwa mogą zmienić

liczbę neutronów uczestniczących w

liczbę neutronów uczestniczących w

reakcji, czyli kontrolować przebieg reakcji.

reakcji, czyli kontrolować przebieg reakcji.

Cd

Cd



W rdzeniu reaktora znajduje się moderator

W rdzeniu reaktora znajduje się moderator

– spowalniacz neutronów, jest to

– spowalniacz neutronów, jest to

woda H

woda H

2

2

O

O

lub

lub

woda ciężka

woda ciężka

D

D

2

2

O

O

,

,

beryl

beryl

,

,

węgiel

węgiel

w

w

postaci

postaci

grafitu

grafitu

.

.



Produkcja energii elektrycznej nie

Produkcja energii elektrycznej nie

powoduje takiego zanieczyszczenia

powoduje takiego zanieczyszczenia

środowiska jak elektrownie

środowiska jak elektrownie

konwencjonalne (problem z zużytym

konwencjonalne (problem z zużytym

paliwem jądrowym i elementami reaktora)

paliwem jądrowym i elementami reaktora)

5. Reakcja łańcuchowa

5. Reakcja łańcuchowa

niekontrolowana – bomba

niekontrolowana – bomba

atomowa

atomowa



W bombach reakcja łańcuchowa przebiega

W bombach reakcja łańcuchowa przebiega

gwałtownie w sposób niekontrolowany,

gwałtownie w sposób niekontrolowany,

wynikiem jest powstanie olbrzymiej ilości

wynikiem jest powstanie olbrzymiej ilości

energii i rozszczepienie wszystkich jąder

energii i rozszczepienie wszystkich jąder

materiału rozszczepialnego.

materiału rozszczepialnego.



Masa materiału rozszczepialnego jest na

Masa materiału rozszczepialnego jest na

tyle duża, że większość uwolnionych

tyle duża, że większość uwolnionych

neutronów trafia w nowe jądra,

neutronów trafia w nowe jądra,



Reakcja łańcuchowa może się rozwinąć,

Reakcja łańcuchowa może się rozwinąć,

gdy ilość materiału rozszczepialnego

gdy ilość materiału rozszczepialnego

przekroczy masę krytyczną (dla

przekroczy masę krytyczną (dla

235

235

U

U

,

,

wynosi ona kilka – kilkanaście kg).

wynosi ona kilka – kilkanaście kg).

Cd

Cd



W wyniku dalszych badań otrzymano

W wyniku dalszych badań otrzymano

pierwiastek cięższy od uranu

pierwiastek cięższy od uranu

239

239

Np

Np

, o

, o

okresie półtrwania t

okresie półtrwania t

1/2

1/2

=2,3 dnia.

=2,3 dnia.



Neptun ulega rozpadowi do cięższego

Neptun ulega rozpadowi do cięższego

pierwiastka

pierwiastka

239

239

Pu

Pu

wg równania

wg równania

e

Pu

Np

0

1

239

94

239

93







Cd

Cd



W następnych latach, poprzez

W następnych latach, poprzez

zderzenia jąder atomowych (tzw.

zderzenia jąder atomowych (tzw.

fuzję

fuzję

) otrzymano superciężkie

) otrzymano superciężkie

pierwiastki –

pierwiastki –

transuranowce

transuranowce

.

.