Jádro a radioaktivita
Transcript of Jádro a radioaktivita
http://www.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/01/graphics/nucleus.jpg
Jádro atomuJádro atomu
ZAXX
Z………….atomové Z………….atomové (protonové číslo)(protonové číslo)
(Nucleus)(Nucleus)
Počet protonů v jádře – druh prvku
A…………nukleonové (hmotnostní číslo)
Počet nukleonů = součet protonů a neutronů v jádře relativní hmotnost jádra
nucleon
www.simopt.cz/.../web/EE/images/03/39_03.
11HH
Lehký (normální) vodíkProtium
12HH 1
3HHTěžký vodíkDeuterium
Supertěžký vodíkTritiumradioaktivní
6000 : 1 : 6000 : 1 : ~~00
Izotopy vodíkuIzotopy vodíku
IzotopyIzotopy atomy lišící se jen počtem neutronůatomy lišící se jen počtem neutronů
IzobaryIzobary Atomy lišící se počtem protonů, počet Atomy lišící se počtem protonů, počet nukleonů mají stejnýnukleonů mají stejný
Prvek Prvek
NuklidNuklid
látka složená z atomů o stejném látka složená z atomů o stejném protonovém čísle. protonovém čísle. Může obsahovat různé izotopy.Může obsahovat různé izotopy.
Látka složená z naprosto stejných atomů. Látka složená z naprosto stejných atomů. Všechny atomy v látce mají stejné A i Z.Všechny atomy v látce mají stejné A i Z.
919F
817O
816O
11H
1020Ne
1019Ne
817O
816O
12H
919F
Najděte:Najděte:
•3 dvojice izotopů•Atomy nuklidu kyslíku 16•Atomy prvku kyslíku•Dvojici izobarůDvojici izobarů
816O
artemis.osu.cz/mmfyz/jm/img/small/37_a.jpgwww.simopt.cz
Hmotnostní úbytekHmotnostní úbytekjádrajádra
SílySíly
InterakceInterakce Relativní Relativní intenzita(*)intenzita(*)
Dosah Dosah (m)(m) ČásticeČástice
Silná – mezi nukleony
1 10-15 gluony
Elektromagnetická 1/137 nekon. fotony
Slabá –při radioakt přeměně p-n
3.10-12 10-18 bosony
Gravitační 10-38 nekon. ?gravitony
pdf.uhk.cz/kch/images/Image50.gif
Modely jádra• kapkovýJádro se chová jako kapka, může se rozpadnout po
rozkmitání (dodání E), vysvětluje radioaktivitu, syntézu
• slupkovýČástice v jádře jsou uspořádány podobně jako elektrony v
obalu, některé počty nukleonů jsou stabilnější než jiné„magická čísla“ 2, 8, 20, 28, 50, 126
artemis.osu.cz/mmfyz/jm/img/small/39.jpg
IzotopyIzotopy důležitých prvků a jejich procentuální zastoupení
Element Isotope % Abundance
Carbon 12C 98.89
13C 1.11
Nitrogen 14N 99.63
15N 0.37
Oxygen 16O 99.759
17O 0.037
18O 0.204
Hydrogen 1H 99.985
2H 0.015
Magická čísla stability jsou 2, 8, 20, 28, 50, 82 a 126.
JADERNÉ PŘEMĚNYJADERNÉ PŘEMĚNY
Radioaktivní rozpad (radioaktivita)
Transmutace
Jaderné štěpení
Jaderná fúze (slučování jader)
Samovolný rozpad nestabilních izotopů provázený uvolněním záření Samovolný rozpad nestabilních izotopů provázený uvolněním záření αα, , ββ, , γγLehká i těžká jádraLehká i těžká jádra
Přeměna jader vyvolaná urychlenou částicí (n, p, e, Přeměna jader vyvolaná urychlenou částicí (n, p, e, αα) )
Rozpad těžkého jádra na dvě přibližně poloviční jádra, vyvolaný částicí Rozpad těžkého jádra na dvě přibližně poloviční jádra, vyvolaný částicí
Přeměna lehkých jader na těžšíPřeměna lehkých jader na těžší
Přirozený rozpad nestabilních jader atomů doprovázený uvolněním pronikavého zářenÍ
RadioaktivitaRadioaktivita
1896Henry Becquerel
http://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k22.htm
Mlžná komoraMlžná komora
MagnetMagnet
Detekce a dělení zářeníDetekce a dělení záření
ββ-- rozpad rozpad
+
•Jádra s relativním přebytkem neutronů
+ E
Vzniklé jádro je o…..místa..………..-v PT1 vpravo
?
http://www.kernenergie.de/r2/de/Gut_zu_wissen/Lexikon/b/beta_minus_zerfall.php?navanchor=1210056
ββ++ rozpad rozpad pouze u uměle připravených radioizotopůpouze u uměle připravených radioizotopů
•Jádra s relativním přebytkem protonů
vlevoVzniklé jádro je o…..místa..………..-v PT1
εε rozpad rozpad záchyt K-elektronuzáchyt K-elektronu
•Jádra s relativním přebytkem protonů
+ E
Vzniklé jádro je o…..místa..………..-v PT1 vlevo
0-1e
11p
10n
1940K 18
40Ar
γγ rozpad rozpad
•Jádra excitovaná•Doprovod α,β rozpadů
+γ + E
Vzniklé jádro je o…..místa..………..v PT0
Poločas rozpaduPoločas rozpadu
Λ = rozpadová konstantaN = počet jader
N = N0 · 2-t/T
N .... počet dosud nerozpadlých jaderN0 ... počet původních nerozpadlých
jadert .... časT .... poločas rozpadu
URL: http://www.walter-fendt.de/ph14cz/lawdecay_cz.htm
Měření radioaktivityMěření radioaktivity
• A = N/A = N/ΔΔtt• A…..aktivita
• N…..počet rozpadlých jader
• Δt….časový úsek
• Jednotka:
1 Bq1 Bq (bequerel)= 1 rozpad /sekundu
6C
7N
8O
9F
10Ne
11Na
12 Mg
13Al
16 0,74 s 18 0,63s 20 13,6s 24 3,4m 28 21,2h
15 2,25s 17 4,15s 19 29,1s 22 4,0s 23 37,6s 26 1,04s 27 9,4m 30 3,27s
14 5000r 16 7,1s 18 0,20% 21 4,35s
228,80% 25 60,0s
26
11,30% 29 6,56m
13 1,10% 15 0,40% 17 0,04% 20 11,56s 21 0% 2414,97
h 25 10,10% 28 2,3m
1298,80
% 1499,60
% 1699,76
% 19100
% 20 90,70% 23100
% 24 78,60% 27100
%
11 20,4m 13 10,1m 15 124s 18 110m 19 17,43s 22 2,58r 23 12,1s 2670000
r
10 19,5s 12 10-5s 14 71s 17 64s 18 1,46s 21 23s 22 4s 25 7,24s
13 10-5s 17 0,1s 20 0,4s 21 0,12s 24 2,1s
20 0,6s 23 0,13s
Nukleon.číslo Stabilní izotopy Stabilní izotopy Beta - rozpad Beta + rozpad
Izotopy a typ rozpadu lehkých jader:Izotopy a typ rozpadu lehkých jader:
JADERNÉ PŘEMĚNYJADERNÉ PŘEMĚNY
Radioaktivní rozpad (radioaktivita)Radioaktivní rozpad (radioaktivita)
TransmutaceTransmutace
Jaderné štěpeníJaderné štěpení
Jaderná fúze (slučování jader)Jaderná fúze (slučování jader)
Samovolný rozpad nestabilních izotopů provázený uvolněním záření Samovolný rozpad nestabilních izotopů provázený uvolněním záření αα, , ββ, , γγLehká i těžká jádraLehká i těžká jádra
Přeměna jader vyvolaná urychlenou částicí (n, p, e, Přeměna jader vyvolaná urychlenou částicí (n, p, e, αα) )
Rozpad těžkého jádra na dvě přibližně poloviční jádra, vyvolaný částicí Rozpad těžkého jádra na dvě přibližně poloviční jádra, vyvolaný částicí
Přeměna lehkých jader na těžšíPřeměna lehkých jader na těžší
TransmutaceTransmutace
www.osel.cz/_popisky/1166403258.jpg
Přeměna jader vyvolaná Přeměna jader vyvolaná urychlenou částicí (n, p, e, urychlenou částicí (n, p, e, αα) )
Rutherford 1919Rutherford 1919
714N + 2
4He 918F* 8
17O* + 11p
I. + F. Joliot-Curie, záměrná přípravaI. + F. Joliot-Curie, záměrná příprava
13 27 Al + 24He
1530P* + 0
1n
1430Si* + +1
0eV přírodě:V přírodě:
714N + 0
1n 11H + 6
14C*
14N(α,-) 18F*
27Al(α,n)30P
14N(n,p)14C?(?,?)?
Význam transmutacíVýznam transmutací
• Vznik prvků těžších než železoVznik prvků těžších než železo
• Příprava nových prvkůPříprava nových prvků– Transurany, A Transurany, A >>9292
• Radiouhlíková metoda určení stáří Radiouhlíková metoda určení stáří organické hmotyorganické hmoty– http://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/zaj7.htmhttp://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/zaj7.htm
• Příprava radioizotopů proPříprava radioizotopů pro– lékařstvílékařství– defektoskopiidefektoskopii– značení sloučeninznačení sloučenin– sterilizacisterilizaci– konzervárenství konzervárenství – atd.atd.
Jaderné štěpení Rozpad Rozpad těžkého jádratěžkého jádra na na
dvě přibližně dvě přibližně poloviční jádrapoloviční jádra, , vyvolaný vyvolaný částicí, částicí, doprovázeno i doprovázeno i γγ- zářením- zářením
9292235235UU
0011nn++
0011nn3636
8989KrKr5656
144144BaBa ++++EE ++ 33
5959101101YY
5353131131II++ 33 00
11nn++++EE9292235235UU
0011nn++
Řízeně:Řízeně: v jaderných elektrárnách v jaderných elektrárnách
NeřízeněNeřízeně:: v jaderných zbraníchv jaderných zbraních
Význam jaderné syntézyVýznam jaderné syntézy
•Dodává nám energii ze Slunce
•Naděje lidstva na levnou energii
VyzkoušejteVyzkoušejte se:se:
• 1. V souvislosti s radioaktivitou v prostředí se mluví o „podzemním radonu“. Kde se tento plynný prvek v zemi bere? Jaké má účinky a jaké jsou opatření k jeho odstranění?
• 2. Poločas rozpadu radonu 222 je 3,8 dne. Odhadněte, jakým typem rozpadu radon září a úsudkem nebo z grafického znázornění určete, po jak dlouhé době se rozpadne 75% Rn.
• 3.Protactinium 229 se rozpadá 3 typy rozpadu:alfa, beta mínus a epsilon. Napište příslušné jaderné reakce a určete vzniklý nuklid.
• 4. Doplňte jaderné rovnice a určete typ jaderné reakce:– 9Be(?;n)10Be– 235U(n; 2n,gama) 57
147La, ?, – 41
1H→24He + 2 e+,
– jak se jmenuje částice e+ ?
• 5. Napište alespoň 6 způsobů využití radionuklidů• 6. Radiouhlík 14C má poločas rozpadu 5730 let. Určete, z kterých období můžeme datovat
materiály touto metodou:– A)5 miliard let– B)1 000 000 let– C) 50 000 let– D) 10 000 let– E) 5000 let– F) 1000 let– G) 500 let– H) 100 let