1. Oznaczanie okresów półtrwania (połowicznego rozpadu) T_1/2

Dla czystego izotopu

1. logA = logA₀ - $\frac{0,693*t}{2,3*T1/2}\ $= logA0 - $\frac{0,301}{T1/2}$*t

T_1/2 = 1minut-20dni – nuklidy o takim czasie rozpadu

2. Metoda bezwzględna dN/dt = 0,693*N/T_1/2 (duży T_1/2, cząstki α, [pomiar aktywności])

3. Dla mieszaniny niezależnie rozkładających się nuklidów:

Mieszaniny substancji radioaktywnych rozpadają się niezależnie. Całkowita aktywność mieszaniny jest sumą poszczególnych aktywności składników.

A=A₁+A₂+…=c₁λ₁N₁+c₂λ₂N₂+…

Po czasie składniki o najdłuższym czasie życia nabierają większego znaczenia. Okres półrozpadu składników długożyciowych może być odczytany z dalszego odcinka krzywej rozpadu, która przechodzi w tym miejscu w prostą. Ekstrapolując do t=0 prostoliniowy odcinek krzywej i odejmując rzędne tej prostej od krzywej zasadniczej otrzymujemy nową krzywą, która odpowiada rozpadowi innych składników poza substancjami o najdłuższym okresie życia. Te krzywą można z kolei rozłożyć na inne w ten sam sposób. (W.Szymański str. 81-82)

1. Samorzutne przemiany jądrowe α

$_{Z}^{A}X \rightarrow_{Z - 2}^{A - 4}{Y +_{2}^{4}\text{He}}$

gdzie X – jądro przed przemianą, Y – jądro po przemianie, A – liczba masowa, Z - liczba atomowa

Przemiana α jest połączona z emisją jądra helu, jest to więc przemiana jądrowa, w której liczba masowa zmienia się o 4, zaś liczba atomowa o 2

Charakter samorzutnej przemiany jądrowej jest związany z wielkością i znakiem efektu energetycznego przemiany. Jeżeli napiszemy przemianę α w następujący sposób:

X →₂ ⁴He + ΔE

To łatwo wyliczyć bilans energetyczny przemiany:

ΔE = (Mx- My –Mα)*c² (>0 kryterium)

ΔE = (Mx- My –Mα)*931,5

Teoretycznie wszystkie jądra o liczbie masowej większej od 150 (Z większe od 70) są nietrwałe ze względu na przemianę α (ΔE większe niż 0). Jeżeli jednak wartości ΔE, mimo że dodatnie, są niewielkie, szybkość przemiany bywa tak mała, że nie da się ona zaobserwować. Jądra takie, mimo że energetycznie nietrwałe, są trwałe kinetycznie. W rzeczywistości α rozpady zachodzą zwykle dla A większego od 200.

$_{84}^{218}{Pb \rightarrow}_{82}^{214}{Pb +_{2}^{4}\text{He}}$ (Eα=6MeV, T_1/2=3,05min)

Przemianą α ulegają głównie jądra ciężkie o Z >79 np.: ²²²Rn, ²¹⁸Po, ²¹⁰Po. Jądra przecodzą ze stanu podstawowego do wzbudzonego. Energia cząstek α rzędu 6,05-6,09MeV. (W. Szymański str. 101-116)

1. Reaktory jądrowe

Wykład

Obecnie znanych jest bardzo wiele typów reaktorów i ich klasyfikacja jest dość skomplikowana. Klasyfikuje się je na ogół na podstawie następujących czynników:

1. W zależności od szybkości neutronów na reaktory prędkie, średnie, termiczne

2. W zależności od moderatora na reaktory grafitowe, lekkowodne (H₂O) i ciężkowodne (D₂O)

3. W zależności od chłodziwa na reaktory wodne, gazowe i ciekło metaliczne (Na)

25% reaktory termiczne chłodzone wrzącą wodą (BWR)

75% reaktory termiczne ciśnieniowe chłodzone wodą (PWR)

(W.Szymański str. 333)

4. W zależności od paliwa: naturalny uran, wzbogacony uran (zawierający ponad 0,72% ²³⁵U), ²³⁹Pu, ²³⁸U+²³⁹Pu, ²³³U, ²³²Th+²³³U, mieszanina izotopów plutonu i inne

5. W zależności od układu jaki tworzy paliwo z moderatorem niejednorodny (np. pręty uranowe w D₂O lub graficie), jednorodny (np. wzbogacony uran w postaci soli uranowej rozpuszczonej w wodzie)

6. W zależności od przeznaczenia: cele badawcze, produkcja izotopów, wytwarzanie materiałów rozszczepiających, wytwarzanie mocy (niektóre z tych zastosowań mogą iść z sobą w parze

1. Reakcje jądrowe powodowane przez neutrony

Neutrony są szczególnie korzystne dla przeprowadzenia reakcji jądrowych. Jako cząstki pozbawione ładunku mają ułatwiony dostęp do jąder. Skuteczne są zarówno neutrony szybkie, jak i powolne (termiczne). W reakcjach pomiędzy neutronami a jądrami powstają cząstki α, protony, kwanty ɣ i wreszcie pary neutronów (n, 2n).

1. Neutron – α

Ogólnie: $_{Z}^{A}{X +_{0}^{1}n \rightarrow}$(_Z^A + 1Jz)$\rightarrow_{Z - 2}^{A - 3}{Y +_{2}^{4}\text{He}}$

Przykłady: ₃⁶Li(n, α)₁³H,  ₅¹⁰B(n, α)₃⁷Li,  ₁₃²⁷Al(n, α)₁₁²⁴Na

1. Neutron – proton

Ogólnie: $_{Z}^{A}{X +_{0}^{1}{n \rightarrow (_{Z}^{A + 1}J}}$z)$\rightarrow_{Z - 1}^{A}{Y +_{1}^{1}H}$

Jako produkt otrzymujemy izobary jąder tarczy.

Przykłady: ₇¹⁴N(n, p)₆¹⁴C,  ₁₃²⁷Al(n, p)₁₂²⁷Mg,  ₃₀⁶⁴Zn(n,p)₂₉⁶⁴Cu

1. Neutron – gamma

Ogólnie: $_{Z}^{A}{X +_{0}^{1}n \rightarrow (_{Z}^{A + 1}J}$z)$\rightarrow_{Z}^{A + 1}Y$+ɣ

Wychwyt radiacyjny, proces wynikający z pochłaniania neutronu, obserwowany na wszystkich praktycznie pierwiastkach z wyjątkiem ₂⁴He. Wartości ciepła są zawsze dodatnie, nadmiar ciepła zostaje wydzielony w postaci promieniowania gamma. W wyniku wychwytu promieniotwórczego otrzymujemy zawsze izotopy tarczy, przy czym bardzo często jądro-produkt jest promieniotwórcze. W konsekwencji reakcja ta jest najpowszechniejszym źródłem otrzymywania sztucznych izotopów promieniotwórczych.

Przykładowo: ₅₃¹²⁷I(n, γ)₅₃¹²⁸I,  ₁₃²⁷Al(n, γ)₁₃²⁸Al,₄₉¹¹⁵In(n, γ)₄₉¹¹⁶In,  ₉₂²³⁸U(n, γ)₉₂²³⁹U

1. Neutron – rozczepienie

Ogólnie: $_{92}^{235}{U \rightarrow_{Z1}^{A1}{A1 +_{Z2}^{A2}{A2 + dn}}}$ d=2±3 Z1+Z2=92 A1+A2=235

Przykładowo: ₉₂²³⁶U+₀¹n→₃₆⁹⁷Kr+₅₆²⁴¹Ba + 3n + energia (wydaje mi się, że w tym równaniu jest błąd, ale tak było w zeszycie, a nie znalazłam tego w książce )

(W.Szymański str. 182-185, 191-195)

1. Neutron – dwa neutrony

_Z^AX+₀¹n→_Z^A + 1Jz→_z^A − 1Y+₀¹n+₀¹n

Jako produkt otrzymujemy izotopy jąder tarczy. Wartość ciepła w tych reakcjach jest ujemna – do wywołania procesu potrzebne są neutrony prędkie.

5. Modele jądrowe (W. Szymański 46-70)

Modele jądrowe można podzielić na różne grupy. Podział modelu jądrowego pod kątem oddziaływania siły nukleonów w jądrze:

1. Modele z silnym oddziaływaniem (lub z silnym sprzężeniem)

Zakładające zespół silnie związanych cząstek oddziałujących na siebie siłami jądrowymi o krótkim zasięgu:

1. Model kropkowy lub hydrodynamiczny

2. Model jądra złożonego

3. Model cząstki α

1. Modele ze słabym sprzężeniem

Zwane modelami cząstek niezależnych, zakładające poruszanie się nukleonów prawie niezależnie od siebie w uśrednionym polu jądra:

1. Model gazowy Fermiego (tzw. Materii jądrowej)

2. Model studni potencjału

3. Model optyczny (tzw. Zespolonej studni potencjału)

4. Model powłokowy (występują tu warianty – jednocząstkowy, wielocząstkowy, ze sprzężeniem j-j)

1. Modele uogólnione

Zajmujące pośrednie stanowisko:

1. Model kolektywny

2. Model obrotowy (rotacyjny) z silnym sprzężeniem

3. Model sferoidalnego rdzenia