PRIRODNA RADIOAKTIVNOST I OSOBINE RADIOAKTIVNIH ZRAKA

1. PRIRODNA RADIOAKTIVNOST I OSOBINE RADIOAKTIVNIH ZRAKA Pripremio: Varga Ištvan HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA varga.i@neobee.net

2. Prirodna radioaktivnost predstavlja pojavu spontanog zračenja elementa velike atomske mase, kojom prilikom se atomi razlažu. (Definicija Marije Kiri 1900. god.) Pjer Kiri (1859 -1906) Marija Sklodovska – Kiri (1867 – 1934)

3. Pojavu radioaktivnosti otkrio je Bekerel 1896. godine pri eksperimentisanju sa uranovim solima. Antoan Henri Bekerel (1852 – 1908)

4. Na početku XX veka znalo se za pet elemenata da imaju radioaktivna svojstva. Ti elementi su bili: Uran (U) Aktinijum (Ac) Polonijum (Po) Torijum (Th) i Radijum (Ra) • Pod radioaktivnim svojstvima u to vreme smatralo se: • Spontano i neprekidno zračenje, • Sposobnost jonizacije gasova, • Dejstvo na fotografsku ploču zbog velike prodornosti zraka, • Zraci se ne mogu niti usporiti niti ubrzati spoljašnjim faktorima, • Emisija toplotne energije.

5. Za otkriće radioaktivnosti Bekerel, Pjer i Marija Kiri dobili su Nobelovu nagradu iz fizike 1903. godine. RAZLAGANJE SNOPA RADIOAKTIVNIH ZRAKA Dejstvom električnog ili magnetnog polja jedinstveni snop zračenja može se razložiti u tri odvojena snopa, koji su nazvani: • -zraci • -zraci i • -zraci.

6.  + Izvor radioaktivnog zračenja

7. α-čestice (zraci)iz jezgara atoma radioaktivnih elemenata izleću brzinama koje su reda veličine 1/20 od brzine svetlosti. Zbog svoje velike mase i brzine u odnosu na druge čestice pretrpe na svom putu veliki broj sudara i brzo gube energiju pa im je domet relativno mali. Tako npr. na t = 15°C i pritisku 101,3 kPa domet α-čestica u vazduhu iznosi 2,5 - 5,5 cm, zavisno od radioaktivnog elementa (jezgra) koje je izbacilo datu α-česticu. Preko dometa α-čestice može da se vrši identifikacija elemenata. Zaustavlja ih list bele hartije.

8. Radeford je 1909. godine otkrio da su α-čestice jezgra helijuma. - Masa im je: 4,0039 - Sastoje se od 2protona (p+) i 2 neutrona (n0) - Naelektrisanje je: 21,610-19 C -česticaili Ernest Radeford (1871 – 1937)

9. β-čestice (zraci) izbačene iz jezgara atoma pri radioaktivnim raspadima imaju znatno veće brzine (od 1×108 m/s do brzine svetlosti u vakuumu, 3×108 m/s). Zbog manje mase imaju veći domet od α-zraka.Zaustavlja ih lim debljine nekoliko mm. • β- zračenje se sastoji od: • negativnih čestica, to su elektroni (e ili β) i • pozitivnih čestica, to su pozitroni (e+ ili β+).

10. -zraci: Za razliku od β−, β+ i α-zraka koji imaju dualnu prirodu (i talas i čestica),-zracisu elektromagnetni talasi velike energije (~4,5x105 eV). • Gama-zrak je foton velike energije. • Jedina stvar po kojoj se gama-zrak razlikuje od vidljivog fotona, emitovanog iz sijalice, je njegova talasna dužina. • Talasna dužina gama-zraka je mnogo kraća, i iznosi: • 10−4 nm < λ < 10−2 nm

11. Međusobno upoređivanje prodornosti čestica:

13. Atomsko jezgro

14. jezgro elektronski omotač 10-14 m 10-10 m

15. RAZVOJ MODELA ATOMA •Dalton daje atomsku strukturu materije (1805) •J.J. Thompson otkrivaelektron (1897) (kanalnizraci) •E. Raderfordotkrivaatomskojezgroidajeplanetarni model atoma (1910) •Borov model atoma (1913) •Talasno-mehanički model atoma • Hajzenbergov princip neodređenosti (1925) •Šredinger daje “talasnu mehaniku”(1926) •Dirakintegrišeprethodnadvamodela (1926) •Čedvikotkriva neutron (1932)

16. Maseni broj (A) A= N(p+) + N(n0) Redni broj (Z) Z= N(p+)= N(e-)  Stabilnost atomskog jezgra se objašnjava dejstvom nuklearnih sila koje su privlačnog karaktera i dejstvuju na vrlo malim rastojanjima.  Privlačne sile između nukleona su nezavisne od naelektrisanja.

17. Posle kalcijuma broj neutrona raste brže kako bi se jezgro stabilizovalo. Sa porastom rednog broja (Z) rastu i odbojne Kulonove sile između protona (p+) što prouzrokuje nestabilnost jezgra. Npr. Uranov izotop 238 radioaktivno raspada jer ima izuzetno nestabilno jezgro, koje se sastoji od 92 protona i 146 neutrona.

18. Zaključak: Prirodno radioaktivno zračenje je osobina nestabilnih atomskih jezgara, tj. jezgara sa velikim rednim brojem. -zračenjese javlja kada jezgro prelazi iz višeg u niže energetsko stanje. Fizičke veličine kojima se karakteriše radioaktivnost su:

19. 1. Vreme poluraspada • Vremepoluraspada (t1/2) , je vremezakojepočetnibrojradioaktivnihjezgaraNoopadnenapolovinu: Vreme poluraspada je karakteristična konstanta svakog radioaktivnog elementa. Vremena poluraspada variraju od 10-6 s do 1020 godina.

20. Ako sa N0označimo broj radioaktivnih jezgara u početnom trenutku, a sa N broj jezgara u vremenu t, zakon radioaktivnog raspada može da se izrazi jednačinom: Konstanta radioaktivnog raspada i predstavlja verovatnoću da dođe do raspada.

21. 2.Aktivnost (A)-predstavlja broj raspada u jedinici vremena. Aktivnost je jedinična (1 Bekerel) ako dolazi do jednog raspada u jednoj sekundi.

22. 3.Specifična aktivnost (Asp)-aktivnost po jedinici mase.

23. Prirodni radioaktivni nizovi • Prirodnoradioaktivnielementičijijeredni • brojZ ≥ 83smeštenisu u triradioaktivnaniza: • 1. Uranov (U) niz; • 2. Aktinijumov (Ac) niz; • 3. Torijumov (Th) niz.

24. 1. Uranov (U) niz • Počinje sa 2. Aktinijumov (Ac) niz

25. 3. Torijumov (Th) niz • Počinje sa

26. Fajans-Sodijevo pravilo • Ako neki element emituje -čestice (-raspad), njegov maseni broj (A) se smanjuje za 4, a redni (Z) za 2. • Ako emituje-čestice(- raspad) maseni broj ostaje isti, a redni broj se povećava za 1. • Emisijom-zraka ne menja se ni maseni ni redni broj.