Izotopy promieniotwórcze

Izotopy to odmiany pierwiastka chemicznego różnią się miedzy sobą ilością neutronów w jądrze atomu, maja inna masę.

Promieniotwórczość to zjawisko samorzutnego rozpadu jąder połączone z emisja cząstek alfa, beta i promieniowania gamma. Odkryła ją francuski fizyk Bacquerel w 1896r. Dokładniej badali Maria Sklodowska-Curie i Piotr Curie.

A.H. Bacquerel odkrył, że cząsteczki beta są elektronami.

E. Rutherford i T. Royds stwierdzili, ze promieniowanie alfa to podwójnie zjonizowane atomy helu.

P. Villard odkrył promieniowanie gamma i stwierdził, ze jest to promieniowanie elektromagnetyczne.

Izotopy promieniotwórcze (radioizotopy)-są izotopami nietrwałymi, ulęgającymi samorzutnym przemianom jąder. W wyniku tej przemiany powstają inne atomy, uwalniana jest energia (promieniowanie gamma i energia kinetyczna produktów przemiany). Jest ich ok.2000, o różnych czasach połowicznego zaniku i rozpadu promieniotwórczego. Łatwo je i określić ich ilość wykryć dzięki ich właściwością promieniowania. Aby odróżnić je od innych izotopów można wykorzystać niewielką różnice masy, którą powoduje dodatkowy neuron w jądrze. Służy do tego urządzenie zwane spektrometrem masowym.

Izotopy promieniotwórcze dzielimy na:

-naturalne- syntezowane w gwiazdach, szczególnie podczas wybuchu supernowych, np.: uran.

-pozyskiwane sztucznie- wytwarzana są w reaktorach jądrowych lub akceleratorach.

W reaktorach jądrowych powstają poprzez oddziaływanie neutronów na elementy reaktora, np.: 201tal.

W akceleratorach cząstki poruszają się bardzo szybko i zderzają się z innymi pierwiastkami tworząc specjalne (np.: 18fluor emitujący pozytony) lub nowe, nieznane jeszcze izotopy.

W przypadku dostania się do środowiska naturalnego pierwiastków promieniotwórczych może dojść do skarżenia promieniotwórczego, które niszczy wszystkie formy życia na danym terenie. Tak na przykład było w Czarnobylu. Może uszkodzić sprzęt elektryczny i elektroniczny.

Zastosowanie:

-badanie położenia i rozległości rod metali,

-określanie zużycia elementów silnika poprzez rejestrowanie zmiany aktywności izotopów w oleju silnikowym,

-paliwo w reaktorach,

-zasilaczach izotopowych, np. w: rozrusznikach serca, sondach kosmicznych,

-datowanie radiowęglowe-badanie ile izotopu węgla ¹⁴C jest w danym materiale. Im przedmiot jest starszy tym go mniej.

-znaczniki promieniotwórcze pozwalają obserwować zachodzenie etapów pośrednich w reakcjach chemicznych,

-powstawanie folii, żeli,

-medycyna: w diagnostyce, niszczenie komórek rakowych.

Przykłady zastosowania wybranych pierwiastków:

Cez- 137Cs- bomba cezowa, radiografia przemysłowa, pomiary grubości.

Fosfor- 32P- diagnostyka nowotworów, znakowanie czerwonych krwinek, wskaźnik promieniotwórczy, źródło promieni β.

Kobalt- 60Co- leczenie nowotworów, sterylizowanie lekarstw, narzędzi chirurgicznych (bomba kobaltowa), urządzenia radiacyjne, sprzęt do pomiaru grubości, poziomu cieczy w zbiornikach.

Pluton- 238Pu- stymulatory serca, czujniki dymu; 239Pu- czujniki dymu.

Polon- stosowany w chemii radiacyjnej jako źródło cząstek, zmieszany z berylem jako źródło neutronów.

Rad- cele lecznicze, naukowe.

Uran- w reaktorach jądrowych do pozyskiwania energii jądrowej

Wodór- 3H- farby święcące.

Okres połowicznego rozpadu wybranych izotopów promieniotwórczych:

Radioaureole- powstają w wyniku rozpadu cząstek promieniotwórczych we wnętrzu kryształu. Jedynie cząstki alfa są w stanie zostawić po sobie ślad (cząstki beta są zbyt lekkie by radioaureole stworzyć). Cząstki wyrzucone z jądra przebywają pewien krotki dystans wytrącając energie kinetyczna. Na swojej drodze powodują jonizację cząstek wchodzących w skład sieci krystalicznej (jedna cząstka a może zjonizować nawet 100.000 cząstek wchodzących w skład sieci krystalicznej minerału). Powoduje to miejscową zmianę koloru minerału. Odbarwianie ma rozkład przestrzenny synkretyczny, więc powoduje powstanie barwnej aureoli. Pojedyncza radioaureola nie jest dostrzegalna pod mikroskopem. Pierwszym badaczem radioaureoli był Handerson. Dokonał on klasyfikacji radioaureoli.

Schemat radioaureoli (²³⁸U), (²¹⁸Po), (²¹⁴Po), (²¹⁰Po):

Pojedyncza radioaureola eliptyczna:

Zdarza się, ze radioaureole są podwójne, jedna w kształcie koła, a druga elipsy.

Podwójne radioaureole w skarboryzowanym drewnie.

Prawdopodobnie drewno złożono w pobliżu miejsc bogatych w uran, którego roztwór przenikał drewno. Musiał zawierać wszystkie pochodna uranu, w tym izotop ołowiu (210Pb) i polonu (210Po). Pierwszy rozpadł się polon tworząc pierwsza aureole, a następnie ołów, tworząc wtórny polon, którego rozpad stworzył drugą aureole.

Bibliografia:

http://pl.wikipedia.org/wiki

http://cygnus.et.put.poznan.pl

www.eszkola.plet.pl

www.kochamyfizyke.net

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

Promieniotwórczość - zjawisko samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w inne. Głównymi procesami odpowiedzialnymi za promieniotwórczość są: rozpad beta, rozpad alfa, wychwyt elektronu, spontaniczne rozszczepienie. Dzieli się na sztuczną i naturalną.

Promieniotwórczość sztuczna to zjawisko promieniotwórczości obserwowane dla izotopów promieniotwórczych innych niż występujące w naturalnym środowisku ziemi, otrzymanych najczęściej w wyniku aktywacji izotopów stabilnych.
Promieniotwórczość naturalna, zjawisko obecności w środowisku naturalnym substancji promieniotwórczych niezależnie od działalności człowieka (w odróżnieniu od skażeń promieniotwórczych). W środowisku można zaobserwować ponad 60 izotopów promieniotwórczych.

D - pierwiastek promieniotwórczy
A - promieniowanie α
B - promieniowanie
C - promieniowanie γ
E - papier
F - aluminium
G - beton
Bomba kobaltowa

Bomba kobaltowa to urządzenie stosowane podczas napromieniowywania przedmiotów, organizmów żywych promieniowaniem emitowanym przez izotop 60Co o aktywności wynoszącej 1013-1014 Bq. Biorąc pod uwagęznaczna przenikliwość tego promieniowania, aktywny kobalt musi byćotoczony warstwą ołowiu, w której występują kanały wyprowadzające wiązkę promieniowania. Bomba kobaltowa czasami jest wyposażona w specjalny mechanizm umożliwiający manipulację badanymi próbkami bez narażania nikogo na promieniowanie. Bomba kobaltowa może byćwykorzystywana w lecznictwie w zwalczaniu chorób nowotworowych, w sterylizacji żywności, w defektoskopii oraz w metodach radiacyjnych, czyli w badaniach procesów fizykochemicznych, które zachodzą w czasie napromieniowywania prostych oraz złożonych różnorodnych układów chemicznych.

Broń jądrowa

Rozpad jąder pierwiastków radioaktywnych jest wykorzystywany do produkcji broni masowego rażenia. Podczas wybuchu uwalniana bardzo duża ilość energii. W czasie II wojny światowej nas Nagasaki oraz Hiroszimę została zrzucona bomba atomowa. Wiele osób poniosłośmierć, wiele miało objawy choroby popromiennej. Procesy produkcyjne nad bombami atomowymi oraz otrzymywanie izotopów musząbyć kontrolowane przez organizacje międzynarodowe.

Możemy wyróżnić następujące typy broni jądrowej:

A) Bomba atomowa (jądrowa), która złożona jest z urządzenia detonującego, materiału wybuchowego, czyli trotylu oraz materiału rozszczepialnego, może to być uran 235U oraz pluton 239Pu, który jest podzielony na 2 części, każda część ma masę mniejszą niżwynosi masa krytyczna. Wybuch tego rodzaju bomby następuje w wyniku odpalenia ładunku prochowego oraz szybkim skupieniu części wchodzących w skład materiału rozszczepialnego. Zainicjowana jest wówczas niekontrolowana reakcja rozszczepienia, która trwa ażmateriał rozszczepialny ulegnie rozproszeniu. Całkowita moc bomby jądrowej może wynieść nawet około kilkaset kt TNT.

B) Bomba termojądrowa to bomba wodorowa, która zbudowana jest z czynnej substancji (mieszanina deuteru oraz trytu, ewentualnie deuterku litu). Substancja ta jest połączona z bombą jądrową oraz pełni funkcje zapalnika. W momencie wybuchu bomby jądrowej temperatura ma wartość około 107 K. Taka temperatura jest niezbędna do rozpoczęcia niekontrolowanej termojądrowe reakcji. Całkowita moc bomby termojądrowej wynosi 100 milionów ton TNT.

C) Bomba kobaltowa to bomba termojądrowa lub jądrowa, która umieszczona jest w płaszczu zbudowanego z metalicznego Co. Podczas wybuchu tego rodzaju bomby powstaje izotop 60Co, który jest w stanie emitować promieniowanie gamma. Powoduje to znaczne skażenie promieniotwórcze terenu. Na szczęście tego rodzaju bomba nie została jeszcze wypróbowana.

D) Bomba neutronowa, czyli bomba termojądrowa. Podstawowa i najważniejszą część energii wybuchu unoszona jest przez strumieńszybkich neutronów. Wykorzystywana jest przede wszystkim w likwidowaniu organizmów żywych.

---