Becquerel, Henri (1852-1908)

1. Becquerel, Henri (1852-1908) • Legfontosabb eredményeit a fluoreszencia, a foszforeszencia, az infravörös sugárzás és a radioaktivitás területén érte el. • 1901-ben észlelte a radioaktív sugárzás élettani hatását. • 1903-ban (megosztott) Nobel-díjat kapott a spontán radioaktivitás felfedezéséért.

2. Curie, Marie (1867-1934) • A polóniumnak és a rádiumnak a felfedezője. • Kétszer kapott Nobel-díjat: először 1903-ban fizikait (megosztva) a radioaktív sugárzás tanulmányozásáért, majd 1911-ben kémiait a két új elem felfedezéséért.

3. Curie, Pierre (1859-1906) Nobel-díj, 1903 (Becquerel-lel és feleségével megosztva) Foglalkozott kristályfizikával és az anyagok mágneses tulajdonságaival.

4. Joliot-Curie, Irène (1897-1956)Joliot-Curie, Fréderic (1900-1958) 1935-ben kaptak kémiai Nobel-díjat az „új elemek előállí-tásának radioaktív kémiája területén végzett munkájukért”. Jelentős szerepük volt a maghasadás természetének megértésében.

5. Radioaktív sugárzások

6. Az a-bomlás során a tömegszám néggyel, a rendszám kettővel csökken

7. Az a-sugárzás Az a-részecskék sebessége 13000-21000 km/s,energiája pedig 2-10 MeV. Hatótávolsága a levegőben néhány cm, de már egy papírlap is képes elnyelni. Levegőbeli útjuk során az a -részecskék kb. 20 - 40000 iont állítanak elő. A szervezetben lévő, sugárzó anyagok által kibocsátott a-sugárzás igen veszélyes lehet (pl. a tüdőre).

8. Negatív béta-bomlásnál a magban egy neutron protonná alakul egy elektron kilépése mellett.

9. A b-sugárzás Az elektronok sebessége a fénysebesség 99,8%-a is lehet. Az elektronok nem a héjból származnak, hanem a magból. Levegőbeli hatótávolsága pár méter, az elektronok útjuk minden cm-én 50-100 iont hoznak létre. A testbe csak néhány mm-re hatol be, így főként a bőrt és a szemet károsítja. A testbe került b-sugárzó anyag természetesen veszélyes.

10. Pozitív béta-bomlásnál egy neutron keletkezik egy protonból, pozitron létrejötte mellett.

11. A b –bomlások áttekintése • Rendszámnövelő vagy negatív b –bomlás • Rendszámcsökkentő vagy pozitív b–bomlás • Rendszámcsökkentés elektronbefogással

12. Neutrínó • Elektromosan semleges • Tömege kisebb, mint az elektron tömegének 100-ad része • Nagy áthatolóképességű • Létezését már a kísérleti felfedezése előtt feltételezték. (b-bomlás során, az energia és a lendület-megmaradás törvénye alapján)

13. A g-sugárzás A gamma-sugárzás a látható fényhez hasonló elektromágneses sugárzás, csak jóval nagyobb az energiája. Gamma-sugárzás akkor jön létre, amikor az atom valamilyen bomlás után még gerjesztett állapotban van

14. A g-sugárzás Nagyenergiájú fotonokból áll, amelyek fénysebességgel haladnak. A természetes radioaktív sugárzások közül a g-sugárzás a legveszélyesebb, mert ennek van a legnagyobb áthatolóképessége. Az emberi szervezeten könnyedén áthatol és csak 3,3 cm vastag ólomlemezzel fékezhető le. Háromféle módon gyengülhet ill. szűnhet meg a g-sugárzás:

15. A g-sugárzás gyengülése ill. megszűnése • Fotoeffektus során teljesen felemésztődik az energiája. • Compton-effektus során szóródva lecsökken az energiája • Párképződés alkalmával elektron-pozitron párrá alakul (nagy energiájú g-foton esetén)

16. Párkeltés és szétsugárzás Párkeltés: az atommag közelébe jutó g-foton eltűnik, s helyette elektron-pozitron pár keletkezik. Teljesül az energia-, töltés- és lendület megmaradásának törvénye. (a lendületet az atommag veszi át) Szétsugárzás: elektron és pozitron találkozásakor mindkettő eltűnik, a keletkező sugárzás két, ellenkező irányban szétrepülő g-fotonból áll.

17. A radioaktív bomlástörvény Ha a t=0 időpillanatban a radioaktív magok száma N0, akkor t idő elteltével N(t) = N0•2-t/T olyan atommag van, ami még nem bomlott el. T: a felezési idő

18. A 238-as U bomlási sora

19. Sugárkárosodás Környezetünk által állandó sugárzásnak vagyunk kitéve. (kozmikus sugárzás, földkéreg) A levegőben lévő radioizotópok gáz vagy porhoz tapadt részecskék formájában vannak jelen.    A legveszélyesebb a szervezetbe kerülő sugárzó anyag, hiszen sejtjeinket közvetlen közelről roncsolja. A legnagyobb mértékben a stroncium-90 és a cézium-137 található meg szervezetünkben. A legveszélyesebb, ha a radioizotópok egy szervben felhalmozódnak fel.

20. Sugárkárosodás A jód-131 pl. a pajzsmirigyben, a rádium, a plutónium és a stroncium a csontokban rakódik le, ahonnan már nem tud kiürülni, és a csontvelő károsodását okozza. A szervezetbe belégzés vagy táplálkozás során kerülhetnek radioizotópok. A levegőből lehulló sugárzó anyagok előbb-utóbb növények vagy állatok szervezetébe jutnak. Ezeken keresztül pedig a mi szervezetünkbe is eljuthat. Ha nagyobb sugárzás éri az embert, elsőként vérképző szerveit károsítja, majd az emésztőrendszert, végül pedig a központi idegrendszert. A kisebb sugárzásdózis is igen veszélyes lehet, hiszen lehet hogy csak évtizedek múlva fejti ki hatását pl. rák formájában. A génekben maradandó károsodást okozhat.

21. Alapfogalmak • Aktivitás (A, Becquerel): az egységnyi idő alatt bekövetkező bomlások száma: 1 Bq = 1 bomlás/s. • Elnyelt sugárdózis (D, Gray): 1 Gy = 1 J/kg • Dózisegyenérték (H, Sievert): H = D•Q [Sv] röntgen és g-sugárzásra, gyors elektronokra: Q = 1 neutronokra: Q = 2,4 – 10,5 a-részecskékre: Q = 10-20

22. GM-cső Egy üveg vagy fémcsőben hosszirányban egy vékony huzal, az anód fut végig. Katódként a cső belső falán lévő fémbevonat szolgál. Köztük 1000-1500 V feszültség van. A csőbe kerülő radioaktív részecske ionizálja a benne lévő gázt és így pályája mentén az "ioncsatornában" elektronok árama indul meg a katódról az anódra. Az így létrejött áramlökést egy ellenálláson átvezetve, ott feszültségesés jön létre, amely felerősíthető, detektálható.

23. A Wilson-féle ködkamra Átlátszó üveggel fedett kamrában a telítettségi állapotához közeli víz- vagy alkoholgőz van. Ha a kamrában hirtelen lecsökkentjük a nyomást, akkor a gőz túltelítetté válik és a felesleges pára kicsapódik az ún. kondenzációs magokon. Ilyen magot jelentenek a különböző sugárzások által a kamrában keltett ionok. Ezáltal a beérkező részecskék pályája pár tized másodpercig látható.

24. Kormeghatározás C-14-es szénizotóppal (A C-14 izotóp felezési ideje 5736 év) A növények a levegőben lévő C-14 atomokat beépítik szervezetükbe a stabil C-12-vel együtt. A növények elpusztulása után az előbbi atomok magjai az idők során elbomlanak béta-bomlással nitrogénné, míg az utóbbi atomok száma az elhalt növényben nem változik. Így megváltozik az elhalt növényben a C-14 és a C-12 atomok számának aránya. Feltéve, hogy az utóbbi pár ezer évben a levegőbeli arányuk állandó volt, következtetni lehet a növény korára (hisz abban az arány az idő függvényében a C-14 rovására folyamatosan csökken)

25. Fontos atommag-reakciók • A proton felfedezése (Rutherford, 1919) • A neutron felfedezése (Chadwick, 1932) • A mesterséges radioaktivitás felfedezése (Joliot-Curie, 1932)

26. Chadwick, James(1891-1947) • Elsősorban radioaktivitással és magfizikával foglalkozott. • Felfedezte a neutront, amiért 1935-ben Nobel-díjat kapott. • Igazolta, hogy a magtöltésszám azonos a rendszámmal. • Az elsők között számolta ki az U-235 kritikus tömegét.

27. A nukleáris kölcsönhatás: Az atommag alkotórészei között ható erős kölcsönhatás (más szavakkal: magerő). Tulajdonságai: - az elektromos töltéstől függetlenül vonzó: a p-p n-n és a p-n párok nukleáris kölcsönhatása ugyanolyan - nagyon erős (legyőzi az egymáshoz igen közeli protonok közti taszítóerőt - rövid hatótávolságú (egy nukleonra csak a szomszédos nukleonok hatnak)

28. A (fajlagos) kötési energia Az A tömegszámú atommag kötési ener- giáján értjük azt az energiát, amennyivel az A számú nukleon együttes energiája mé-lyebb az atommagban, mint egymástól távol állva.

29. Einstein, Albert (1879-1955) Főbb eredményei: • a Brown-mozgás matematikai megfogalmazása. • A fényelektromos jelenség törvényének felfedezése. (1921: Nobel-díj) • A speciális és az általános relativitáselmélet kidolgozása.

30. Atommagok p-n aránya

31. Maghasadás

32. Maghasadás

33. Ködkamra-felvétel a maghasadásról

34. Az első atomreaktor tervezői

35. Az atombomba

36. Oppenheimer, Robert (1904-1967) • Irányítása alatt született meg az első atombomba. • A hidrogénbomba elkészítése ellen már felemelte szavát. • Az atomfizika mellett maradandót alkotott a kvantummechanika, a relativitáselmélet, a kozmikus sugárzás és az elméleti asztrofizika terén

37. Szilárd Leó (1898-1964) • Fizikus, feltaláló, biológus • Felfedezte és Fermivel közösen megvalósította a magfizikai láncreakciót. • Biológiai kutatásai olyan jelentősek, hogy a biofizika atyjának tekintik.

38. Wigner Jenő Pál (1902-1995) • 1963-ban kapott Nobel-díjat az atommagok és elemi részek elméleté-nek fejlesztéséért. • Megalkotta a neutron-láncreakció elméletét. • Megtervezte a vízhűtéses nagy teljesítményű nukleáris reaktort.

39. Teller Ede (1908-2003) • A b-bomlás elméletének egyik kidolgozója • Részt vett az atombomba előállításában. • A hidrogénbomba „atyja”.

40. A hidrogénbomba

41. Magfúzió

42. Fúzió a csillagokban (p-p ciklus)

43. Atomhatalmak USA Oroszország illetve a Szovjetunió Nagy-Britannia Franciaország Kína India Pakisztán.

44. A hagyományos hőerőmű és az atomerőmű összehasonlító blokkvázlata

45. A nyomottvizes reaktor blokkvázlata

46. A nyomottvizes reaktor részei

47. Fermi, Enrico (1901-1954) • 1938-ban Nobel-díjat kapott a mesterséges radioaktivitással kapcsolatos kísérleteiért. • Az elsők között vette észre a láncreakció lehetőségét. • Részt vett az első atommáglya és az atombomba előállításában. • Kidolgozta a béta-bomlás elméletét.

48. A kozmikus sugárzás

49. Primer kozmikus sugárzás • Proton: 77,5 % • He-atommagok: 20 % • Li, Be, B atommagok: 1 % • C, N, O atommagok: 1 % • Z > 9 atommagok: 0,5 % • g-sugárzás

50. Másodlagos kozmikus sugárzás • A primer sugárzás hozza létre a légkörrel való kölcsönhatás során. • mezonok • neutronok • elektronok, pozitronok • g-fotonok