Jądro atomowe

Odkrycie zjawiska promieniotwórczości

• !896 r. Henry Becquerel – odkrywa dziwne promieniowanie

emitowane przez związki uranu, powodujące prześwietlanie

szczelnie opakowanych klisz fotograficznych

• Maria Skłodowska – Curie stwierdza że uran i niektóre inne

pierwiastki emitują promieniowanie niezależnie od tego czy

znajdują się w stanie wolnym czy też związanym chemicznie.

Wniosek – promieniowanie jest charakterystyczne dla atomów

tych pierwiastków.

• 1908 r. Ernest Rutherford odkrywa jądro atomowe – staje się jasne

że promieniowanie odkryte przez Becquerela emitowane jest przez

jądra atomów

Doświadczenia Rutherforda

Jądro helu

Siły działające w jądrze

Reakcja chemiczna a reakcja jądrowa

• Izotopy danego pierwiastka wykazują niemal identyczne

właściwości chemiczne, lecz ulegają różnym reakcjom jądrowym

• Reakcja jądrowa prowadzi z reguły do powstania nowego

pierwiastka. Nie zachodzi to nigdy w czasie reakcji chemicznej

• Efekty energetyczne reakcji jądrowych są znacznie wyższe niż

reakcji chemicznych

spalenie 1 g metanu daje ok. 50 kJ (w postaci ciepła)

1 g uranu-235 w wyniku reakcji jądrowej daje ok. 10

9

kJ energii

Typy promieniowania emitowanego w wyniku reakcji

jądrowych

Przemiany jądrowe

Zapisywanie reakcji jądrowych (przykłady)

neutronu

emisja

n

Se

Se

protonu

emisja

p

Cu

Zn

pozytonu

emisja

e

Sc

Ti

elektronu

wychwyt

Sc

e

Ti

przemiana

e

Mg

Na

przemiana

Ra

Th

1

0

90

34

91

34

1

1

56

29

57

30

0

1

43

21

43

22

44

21

0

1

44

22

0

1

24

12

24

11

4

2

228

88

232

90





































Trwałość jąder

Reguły rządzące rozpadami nietrwałych jąder

• Jądra bogate w neutrony mogą osiągnąć trwałość poprzez emisję elektronu

lub (bardzo rzadko

• Jądra bogate w protony mogą osiągnąć trwałość poprzez emisję

pozytonu, emisję protonu lub wychwyt elektronu

• Wszystkie jądra o Z > 83 są nietrwałe i promieniotwórcze.

Rozpadają się one głównie emitując cząstki Produkty rozpadu
są zwykle także nietrwałe i ulegają dalszym rozpadom. Proces jest

więc wieloetapowy i kończy się trwałym jądrem. Trzy szeregi

promieniotwórcze rozpoczynają się od nuklidów występujących w

przyrodzie

– Szereg uranowo – radowy

(uran-238 → ołów-206)

– Szereg uranowo – aktynowy

(uran-235 → ołów-207)

– Szereg torowy

(tor-232 → ołów-208)



Naturalny szereg promieniotwórczy uranowo - radowy

Sztuczne przemiany promieniotwórcze

Zastosowanie izotopów promieniotwórczych

• Medycyna nuklearna

– Diagnostyka

– Leczenie

– Cele badawcze

• Oznaczanie wieku obiektów archeologicznych

• Określanie wieku skał

• Wykrywacze dymu

• Sterylizacja żywności

Samorzutne rozczepienie jądra atomowego

Rozpad jądra po zderzeniu z cząstką

Energia jaką można otrzymać z rozpadu 1 g uranu-235

n

Kr

Ba

n

U

1

0

92

36

142

56

1

0

235

92

2









• Zmiana masy towarzysząca rozczepieniu 1 jądra:

m = 3.15*10

-28

kg

• Energia wydzielona podczas rozczepienia 1 jądra:

E = m*c

2

= 2.8*10

-11

J

• Całkowita energia:

E = 7.4*10

10

J

Samopotrzymująca się reakcja łańcuchowa

Pokojowe wykorzystanie energii jądrowej

• Schemat reaktora wodnego PMK

Energia termojądrowa

p

n

He

D

sumaryczna

reakcja

p

He

He

D

n

He

T

D

p

T

D

D

n

He

D

D

2

2

2

6

:

4

2

4

2

3

2

4

2

3

2

































• Efekt energetyczny na 1 g zużytego deuteru: 3*10

8

kJ

Narażenie na promieniowanie