Promieniotwórczość
Promieniotwórczość
sztuczna
sztuczna
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
.
.