Promieniowanie jonizujące-jego rodzaje i źródła
Promieniowanie jest procesem emitowania energii, w postaci fal elektromagnetycznych lub cząstek, przez dany układ fizyczny.
Promieniowanie można podzielić na:
-jonizujące
-niejonizujące
Jonizacja(uzyskanie ładunku)jest procesem oderwania elektronu od obojętnego atomu lub cząsteczki, dzięki dostarczeniu odpowiedniej ilości energii w wyniku procesu jonizacji z obojętnego elektrycznie atomu lub cząstki powstaje naładowany dodatnio jon i swobodne elektrony.
Promieniowanie jonizujące określić można jako promieniowanie niosące energię wystarczającą do bezpośredniej lub pośredniej jonizacji atomów i cząstek ośrodka, przez które przenika.
Budowa atomu
Prawie cała masa atomu skupiona jest w jądrze.
Jądro atomowe jest zbudowane z nukleonów: protonów i neuronów:
-protony-nukleony obdarzone ładunkiem dodatnim
-neurony: obojętne elektrycznie
Protony(+)znajdujące się w jądrze przyciągają ujemnie naładowane cząstki zwane elektronami(-). Liczba protonów i elektronów jest sobie równa-ładunki elektryczne znoszą się. Atom jest elektrycznie obojętny.
Atom-jądro oraz krążące wokół niego elektrony.
Elektrony wykazują właściwości zarówno cząstek, jak i fal.
Elektrony krążą wokół jądra atomu w określonych przestrzeniach zwanych chmurami elektronowymi(orbitale).
Chmura elektronowa/orbital- ta część przestrzeni atomu, w której istnieje największe prawdopodobieństwo znalezienia elektronu.
Orbital/chmura elektronowa- przestrzeń, w której może przemieszczać się elektron. Orbitale różnią się kształtem, wielkością i sposobem rozmieszczenia wokół jądra.
-orbital odpowiadający najniższemu poziomowi elektrycznemu-1s. Ma kształt kuli, w której środku znajduje się jądro.
-na następnym, wyższym poziomie znajduje się orbital 2s. Ma również kształt kuli(większej od 1s)
-większa energia(mniejsza trwałość)wynika z większej średniej odległości od jądra, co jest przyczyną zmniejszenia przyciągania elektrostatycznego między elektronem i jądrem
Powłoki elektronowe
Elektrony leżące na ostatniej powłoce atomowej to tzw. elektrony walencyjne.
Reguła obsadzania poszczególnych powłok przez elektrony
Stan wzbudzenia atomu
Elektron znajdujący się w większej odległości od jądra ma większą energię potencjalną elektryczną. Znajduje się na wyższym poziomie energetycznym. Jeśli elektron w atomie(1)zostanie w jakiś sposób(przez dostarczenie energii)przeniesiony na wyższy poziom energetyczny to stan atomu nazywamy stanem wzbudzenia(2). Elektron przebywa w tym stanie bardzo krótko i powraca do stanu o niższej energii emitując nadwyżkę energii w postaci fotonu(kwantu światła) (3). Atom powraca do stanu podstawowego.
(1)-stan podstawowy; (2)-stan wzbudzenia; (3)-powrót do stanu podstawowego
Pierwiastek-substancja chemiczna, która składa się wyłącznie z atomów:
liczba masowa(liczba nukleonów w jądrze) + liczba atomowa(liczba protonów w jądrze) = liczba elektronów krążących wokół jądra
Izotopy
Zasada: liczba protonów i elektronów w atomie jest zawsze taka sama. Liczba neutronów w jądrach atomowych danego pierwiastka może być różna.
Atomy danego pierwiastka różniącego się liczbą neutronów(oraz masą jądra)w jądrze nazywamy izotopami.
W przyrodzie niektóre pierwiastki występują jako mieszanina dwóch lub więcej izotopów.
W zależności od ilości neutronów w jądrze poszczególne izotopy danego pierwiastka mogą być trwałe i nietrwałe. Pierwiastki charakteryzujące się A>209 są generalnie niestabilne.
Nietrwałe izotopy ulegają spontanicznym przemianom(np. rozpadowi), czemu towarzyszy emisja energii w postaci promieniowania. Proces ten nazywamy promieniotwórczością naturalną. Proces ten jest niezależny od czynników zewnętrznych.
Liczba rozpadających się jąder zależy od:
-rodzaju izotopu
-ilości jąder ulegających rozpadowi
Pierwiastki promieniotwórcze:
-naturalne(o znaczącej promieniotwórczości)znajdują się w 6 i7 okresie układu okresowego(głównie aktynowce)
-sztuczne-nie występują w przyrodzie; wytwarzane są w specjalnych warunkach w reaktorach atomowych
Spontaniczny rozpad jąder atomów jest związany z emisją energii w postaci promieniowania alfa, beta, gamma.
Aktywność źródła promieniotwórczego jest to ilość rozpadów zachodzących w jednostce czasu.
W układzie SI jednostką aktywności jest bekerel (Bq)
1Bq=rozpad/sekundę
Zgodnie z prawem rozpadu promieniotwórczego aktywność źródła z czasem maleje i można opisać ją jako:
A= λ * N0 * e- λt
Gdzie A-aktywność; N0 -początkowa ilość atomów; λ- stała rozpadu promieniotwórczego
Promieniowanie alfa(α)
Emitowanie cząstek alfa podczas rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Cząstka α to 2protony i 2neutrony uwolnione z jądra.
Ogólny schemat tzw. rozpadu alfa
Masa nowego jądra jest mniejsza od masy jądra, które uległo rozpadowi.
Różnica mas jest równoważna wydzielającej się energii, którą przejmuje cząsteczka alfa i nowoutworzone jądro.
Promieniowanie alfa:
-ma charakter korpuskularny(cząsteczkowy)
-posiada podwójny elementarny ładunek dodatni(2protony)
-silnie oddziałuje z materią(jest silnie przez nią pochłaniane)
-cząstki alfa są obdarzone dużą energią kinetyczną
-krótkozasięgowe
Promieniowanie beta(β)
Emitowanie cząstek β(elektronów)podczas rozpadu pierwiastków promieniotwórczych.
W wyniku rozpadu z jądra emitowany jest elektron i neutrino elektronowe. Elektrony te nie pochodzą z orbit atomowych lecz z rozpadu neutronów w jądrze(neutron= proton + elektron /to pewna kombinacja tych składników)
Istnieją dwa rodzaje promieniowania beta:
-β-
Z jądra atomu zostaje wyemitowany elektron, który nazywamy cząstką β- (negaton) oraz antyneutrinoelektronowy. Neutron zostaje zastąpiony protonem.
Z jądra atomu zostaje wyemitowany elektron o ładunku dodatnim, który nazywamy cząstką β+(pozyton)oraz neutrino elektronowe. Proton zostaje zastąpiony neutronem.
Przemiana jądrowa z emisją cząstki β:
-ma charakter korpuskularny(cząsteczkowy)
-posiada ładunek elementarny
-słabiej oddziałuje z materią niż promieniowanie alfa-wolniej „oddaje/traci” energię, ma większy zasięg
Promieniowanie gamma(γ)
To fala elektromagnetyczna(strumień fotonów).
Jądra powstające w wyniku przemian α lub β znajdują się zwykle w stanie wzbudzonym(*). Oznacza to, że posiadają one nadmiar energii, której muszą się pozbyć.
Przechodząc do stanu podstawowego emitują kwant promieniowania γ, czyli foton.
Wzbudzające jądro atomowe „emituje” elektron(konwersja wewnętrzna).
Obie liczby atomowa i masowa pozostają niezmienione, zmienia się natomiast energia jądra.
Promieniowania gamma:
-nie posiada ani masy, ani ładunku
-ma charakter falowy(fale elektromagnetyczne)
-nie jest odchylane w polu elektrycznym i magnetycznym(nie ma ładunku)
-jest znacznie bardziej przenikliwe niż promieniowanie α i β
-jądro wysyłając kwant gamma nie zmienia swojej pozycji w układzie okresowym, ponieważ nie dochodzi w nim do zmiany ilości protonów