I Liceum Ogólnokształc

ące w Rzeszowie

im. ks. Stanisława Konarskiego

Promieniotwórczość

Promieniotwórczość naturalna (inaczej promieniowanie naturalne) - promieniowanie jonizujące pochodzące wyłącznie ze źródeł naturalnych:

• Z naturalnych pierwiastków radioaktywnych obecnych w minerałach, przyswajanych przez rośliny i zwierzęta, a także używanych jako materiały konstrukcyjne,

• Z naturalnych pierwiastków radioaktywnych syntezowanych w atmosferze (i przenikających do hydrosfery) wskutek reakcji składników atmosfery z promieniowaniem kosmicznym,

• promieniowanie przenika też do środowiska wskutek działalności przemysłowej człowieka (wydobycie rud uranu, spalanie węgla zawierającego pierwiastki promieniotwórcze).

Źródeł tego promieniowania nie da się uniknąć – są obecne m.in. w ścianach domów, w których mieszkamy, w pokarmie, który spożywamy, wodzie, którą pijemy i w powietrzu, którym oddychamy. Promieniowanie może stwarzać zagrożenia dla zdrowia, lecz może stwarzać też korzyści

Przemiana, którą jest promieniotwórczość naturalna, polega na przekształceniu jądra pierwiastka, któremu to przekształceniu towarzyszy promieniowanie , , .

Rozpady samorzutne

Wszystkie jadra o Z>82 są nietrwałe i ulegają rozpadowi (co jakiś czas) bez udziału czynników zewnętrznych. Istotą rozpadu jest wyrzucenie jądra cząstki elementarnej lub cząstki składającej się z niewielkiej liczby nukleonów.

Rozpad

Jest to reakcja jądrowa rozpadu, w której emitowana jest cząstka α (jądro helu 4 He). Strumień 2

emitowanych cząstek alfa przez rozpadające się jądra to promieniowanie alfa.

W wyniku tej reakcji powstające jądro ma liczbę atomową mniejszą o 2, a liczbę masową o 4 od rozpadającego się jądra. Emitowane cząstki mają zazwyczaj energię kinetyczną około 5 MeV, co odpowiada prędkości 15,000 km/s. Jest to promieniowanie mało przenikliwe (jego zasięg w powietrzu to 4-6cm). Zjawisko rozpadu α jest między innymi wykorzystywane w konstrukcji czujników dymu, w których rozpadające się jądra pierwiastka Ameryk-241, emitują cząstki α, które są pochłaniane przez dym.

α

A

4

−4

E

A

− > α+ E

Z

1

2

Z −2

2

Gdzie ଵ i ଶ to dowolne pierwiastki.

α

226

222

4

Np.

Ra− >

Rn+ He

88

86

2

Materiały wewnątrzszkolne – wszystkie prawa zastrzeżone || autorzy: Aleksandra Kopacz i Agnieszka Ciąpała || Strona 1 z 4

I Liceum Ogólnokształc

ące w Rzeszowie

im. ks. Stanisława Konarskiego

Rozpad ି

Jest to reakcja jądrowa, w której emitowany jest elektron e- (promieniowanie beta) oraz antyneutrino elektronowe. Promieniowanie ି to strumień szybkich elektronów poruszających się

௞௠

z prędkością 90tys. – 297tys

. Jest to promieniowanie dość przenikliwe.

௦

−

β

A

0

E → e

A

+ E

Z

1

1

−

Z 1

+

2

−

β

Np. 227 Ac

0

→ e A 22

− +

T

7

h

89

1

90

Rozpad ା

Jest to reakcja jądrowa, w której emitowany jest pozyton oraz neutrino elektronowe.

+

β

A

0

E → p+

E

A

Z

1

1

Z 1

−

2

+

β

235

0

235

Np.

U → p+ Pa

92

1

91

Cechą charakterystyczną każdego radionuklidu jest szybkość rozpadu samorzutnego, którego miarą jest

t

okres półtrwania (okres połowicznego zaniku). Oznacza się go jako 1/ 2 .

Czas połowicznego zaniku to czas, w którym połowa jąder w atomie danego pierwiastka ulegnie rozpadowi. Jest to cecha charakterystyczna każdego radionuklidu i może wynosić od ułamków sekundy do miliardów lat.

Promieniowanie gamma – wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń jąder lub cząstek subatomowych. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem jonizującym i przenikliwym. Promienie gamma mogą służyć do sterylizacji sprzętu medycznego, jak również produktów spożywczych. W medycynie używa się ich w radioterapii (tzw. bomba kobaltowa) do leczenia raka, oraz w diagnostyce. Ponadto promieniowanie gamma ma zastosowanie w przemyśle oraz nauce, np. pomiar grubości gorących blach stalowych, pomiar grubości papieru, wysokości ciekłego szkła w wannach hutniczych, w geologii otworowej (poszukiwania ropy i gazu ziemnego), w badaniach procesów przemysłowych (np. przepływu mieszanin wielofazowych, przeróbki rudy miedzi).

Promieniowanie γ ma zastosowanie w badaniach z dziedziny chemii radiacyjnej.

Materiały wewnątrzszkolne – wszystkie prawa zastrzeżone || autorzy: Aleksandra Kopacz i Agnieszka Ciąpała || Strona 2 z 4

I Liceum Ogólnokształc

ące w Rzeszowie

im. ks. Stanisława Konarskiego

Reakcje jądrowe

Są to procesy zachodzące w jądrach atomowych. W ich wyniku powstają jądra atomowe innych pierwiastków, innych izotopów tego samego pierwiastka lub jądra tego samego izotopu w innym stanie energetycznym.

Reakcje jądrowe można ogólnie podzielić na

• reakcje syntezy, w których powstają jądra o większej liczbie atomowej

• reakcje rozpadu, gdy liczba atomowa produktów reakcji jest mniejsza; do reakcji tych zalicza się również rozpad gamma, w którym liczba atomowa pozostaje stała, natomiast zmniejsza się energia jądra.

Cząstka + jądro nowe jadro + nowa cząstka

Np. 4 He 238

+ V 238

→ Pu 1

+ n

2

92

92

0

24 Mg 1

+ n 24

→ Na+ H

1

12

0

11

1

Reakcje jądrowe są nazywane sztucznymi rozpadami (czyli nie zachodzą samoistnie tylko są np. wywoływane przez człowieka).

Znanych jest dziś ok. 1000 reakcji jądrowych. Każdej z nich towarzyszy wydzielanie lub pochłanianie energii.

Rozszczepienie jądrowe

Jest to przemiana jądrowa polegająca na rozpadzie jądra na dwa (rzadziej na więcej) fragmenty o zbliżonych masach. Zjawisku towarzyszy emisja neutronów, a także kwantów gamma, które unoszą znaczne ilości energii. Ponieważ jądra ulegające rozszczepieniu zwykle są jądrami ciężkimi, które posiadają więcej neutronów niż protonów, obydwa fragmenty powstałe w rozszczepieniu są jądrami neutrono-nadmiarowymi. Nadmiar neutronów jest z nich emitowany podczas aktu rozszczepienia (neutrony natychmiastowe) lub z pewnym opóźnieniem (neutrony opóźnione).

Jądra atomowe ulegają rozszczepieniu zarówno w sposób samoistny, jak i w wymuszony.

W tym drugim przypadku rozszczepiają się w wyniku zderzenia z neutronami, protonami, kwantami gamma lub innymi cząstkami.

Np. 23 U

5

3

92

+ 1 n

0

→141 Ba

56

+ 92 Kr

36

+ 1 n

0

+ E

Gdzie E to w tym przypadku energia.

Pojedynczy akt rozszczepienia jądra atomowego może w sprzyjających warunkach indukować (poprzez emitowane neutrony) dalsze rozszczepienia, prowadząc do reakcji łańcuchowej, czyli takiej która po zainicjowaniu rozwija się lawinowo bez potrzeby udziału zewnętrznego czynnika inicjującego.

Materiały wewnątrzszkolne – wszystkie prawa zastrzeżone || autorzy: Aleksandra Kopacz i Agnieszka Ciąpała || Strona 3 z 4

I Liceum Ogólnokształc

ące w Rzeszowie

im. ks. Stanisława Konarskiego

Fuzje jądrowe (reakcje termojądrowe)

Są to zjawiska polegające na złączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe, w wyniku fuzji mogą powstawać obok nowych jąder też wolne neutrony, protony, cząstki elementarne i cząstki alfa.

W wyniku reakcji egzotermicznej wydzielona energia (w postaci energii kinetycznej produktów i promieniowania gamma), zostaje rozproszona na otaczających atomach i przekształca się na energię cieplną. Energię wydzielającą się podczas reakcji można wyznaczyć bez przeprowadzania reakcji na podstawie deficytu masy, czyli różnicy mas składników i produktów reakcji.

Jądra atomowe mają dodatni ładunek elektryczny i dlatego się odpychają – aby doszło do ich połączenia muszą zbliżyć się na tyle, aby siły oddziaływań jądrowych pokonały odpychanie elektrostatyczne. Niezbędnym warunkiem do tego jest prędkość (energia kinetyczna) jąder.

Wysoką energię jąder uzyskuje się w bardzo wysokich temperaturach lub rozpędzając jądra w akceleratorach cząstek.

Reakcja termojądrowa jest głównym, poza energią grawitacyjną, źródłem energii gwiazd.

Np. 2 H

1

+3 H

1

→ 4 He

2

+ 1 n

0

+ E

Gdzie E to w tym przypadku energia.

Reakcje jądrowe podlegają tzw. zasadom zachowania:

• Zasada zachowania ładunku elektrycznego – sumaryczny ładunek wszystkich jąder przed przemianą jest równy sumarycznemu ładunkowi wszystkich jąder po przemianie.

• Zasada zachowania liczby nukleonów – łączna ilość nukleonów w substratach jest równa łącznej ilości nukleonów w produktach.

Materiały wewnątrzszkolne – wszystkie prawa zastrzeżone || autorzy: Aleksandra Kopacz i Agnieszka Ciąpała || Strona 4 z 4