odkrycie jądra atomowego - doświadczenie rutherforda 1909...
Post on 06-Mar-2021
8 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.
2
Budowa jądra atomowego
A=Z+N
Liczba masowa
Liczba atomowa
Liczba neutronów
Izotopy Jądra o jednakowej liczbie protonów, różniące się liczbą neutronów
3
Mapa nuklidów
Fragment mapy nuklidów w obszarze otrzymywanych sztucznie ciężkich jąder o krótkim czasie życia
Energia wiązania
( )∑ −=∆ 22 McmcEW
masa jądra
masy nukleonów
AEE W
WN∆
=∆
Energia wiązania nukleonu
Siły jądrowe są konsekwencjąoddziaływania silnego
4
Stabilność jąder atomowych
Najsilniej związane (a zatem STABILNE) są jądra atomowe o dużym odchyleniu (defekcie) masy (m-A)c2,gdzie m - masa atomu w atomowych jednostkach masy u, A – liczba masowa, kwadrat prędkości światła - c2=931,5 MeV/u
Rozpad promieniotwórczy
Rozpad ma charakter statystyczny –prawdopodobieństwo jest takie samo dla każdego z jąder znajdujących się w próbce
NdtdNR λ=−=
Aktywność promieniotwórcza
Liczba jąder
Początkowa liczba jąderStała rozpadu [1/s]
Średni czas życia
Czas połowicznego rozpadu (zaniku)
Liczba jąder N i aktywność R malejądo połowy wartości początkowej
5
Oddziaływanie cząstek naładowanych z materią
Strata energii cząstki naładowanej na jednostkowejdrodze w ośrodku w zależności od energii cząstki Zasięg protonów w powietrzu
w zależności od ich energii
Strata energii na jednostkowej drodze cząstki αo energii początkowej 5.3 MeV w zależności od odległości przebytej w powietrzu
Zależność liczby zliczeń cząstek naładowanych od grubości warstwy pochłaniającej
Oddziaływanie z materią kwantów γ − fotonów o dużej energii
Liniowy współczynnik absorpcji promieniowania γ w ołowiu w zależności od energii fotonów
µ – całkowity współczynnik absorpcjiµf – wkład od efektu fotoelektrycznegoµc – wkład od efektu Comptonaµp – tworzenie par elektron-pozyton
6
Ochrona przed promieniowaniem - dawkiDawka pochłonięta D - stosunek energii pochłoniętej przez daną masę ciała do wartości tej masy.
1 grej [Gy=1J·kg-1]Równoważnik dawki uwzględnia skutek biologiczny danego rodzaju promieniowania
Efektywny równoważnik dawki
1 sivert [Sv=1J·kg-1]
Ochrona przed promieniowaniem – osłony radiacyjneGrubość warstwy pochłaniającej promieniowanie βo danej energii maksymalnej
7
Rozpad α
α42
42 +→ −
− YX AZ
AZ
Energia rozpadu 4,25 MeV
Masa produktów rozpadu < M238U
T1/2=4,5·109 lat
8
Rozpad alfaEnergia potencjalna cząstki α w jądrze atomowym. Cząstka α może opuścićjądro tylko na drodze tunelowania przez barierę potencjału utworzonąprzez przyciąganie elektrostatyczne między jądrem a cząstką α.
Zdjęcie w komorze mgłowej śladów cząstek α z rozpadu jąder polonu 214Po. Cząstki mają ten sam zasięg w gazie, czyli mają równe energie (jeden dłuższy ślad odpowiada rozpadowi jądra wzbudzonego – większa energia).
Związek między czasem połowicznego rozpadu T1/2 a energią cząstek αemitowanych przez jądra radioaktywne. Czas półrozpadu T1/2 szybko maleje ze wzrostem energii cząstek α, bo prawdopodobieństwo tunelowania przez barierę potencjału szybko rośnie, gdy zmniejsza się bariera potencjału.
Rozpad β
ν++→ −+ eYX AZ
AZ
011
ν++→ +− eYX AZ
AZ
011
9
Przemiana γ
Jądro wzbudzone emituje kwant promieniowania elektromagnetycznego –foton o dużej energii ( rzędu 1 MeV) –kwant gamma
Łańcuch promieniotwórczy uranowo-radowy A=4k+2, 16 nuklidówT1/2=4,5x109 lat
10
Łańcuch promieniotwórczy uranowo-aktynowy, A=4k+3, 14 nuklidówT1/2=7,0x108 lat
Łańcuch promieniotwórczy torowy, A=4k, 12 nuklidów
T1/2=1,4x1010 lat
11
Łańcuch promieniotwórczy neptunowy, A=4k+1, 11 nuklidów
T1/2=2,14x106 lat
Datowanie szczątków organicznych izotopem 14CRadioaktywny izotop węgla 14C jest wytwarzany w górnych warstwach atmosfery Ziemi przez neutrony z promieniowania kosmicznego n+14N→ 14C+1H i ulega rozpadowi β-
14C→14N+e-+ν z czasem połowicznego rozpadu T1/2=5730 lat. Obecnie w atmosferze ziemskiej stosunek liczby atomów 14C do wszystkich atomów węgla (12C i 13C) jest 1,35×10-12. Rośliny przyswajają węgiel z CO2 w atmosferze z takązawartością 14C. Po ustaniu wymiany węgla z atmosferą zawartość izotopu 14C w szczątkach organicznych maleje zgodnie z prawem rozpadu promieniotwórczego. Wyznaczenie stosunku 14C/12C w próbce pozwala określić czas, jaki upłynął od śmierci organizmu.Metodę opracował Willard Libby w 1949 roku, otrzymał nagrodę Nobla z chemii w 1960 roku.Współcześnie do oznaczania stosunku zawartości izotopów 14C/12C w próbce stosuje sięspektroskopię masową z wykorzystaniem akceleratorów.
12
Krzywa kalibracji datowania radiowęglowego
Stosunek zawartości 14C/12C w atmosferze ziemskiej nie jest stały, wpływają nań:aktywność Słońca, wybuchy supernowych, rozbłyski gamma, etc.
Oznaczanie wieku skał metodami izotopowymiDatowanie rubidowo-strontowenaturalny izotop promieniotwórczy 87Rb ulega rozpadowi β- do trwałego izotopu87Sr z czasem połowicznego rozpadu T1/2=4,75×1010 lat.Izotop 87Sr pochodzi nie tylko z rozpadu 87Rb ale również z syntezy jądrowej w gwiazdach. Zawartość rubidu jest różna w ziarnach różnych minerałów w skale. Bezwzględne datowanie jest możliwe na podstawie pomiaru stosunku zawartości dwu izotopów strontu 87Sr/86Sr=y oraz zawartości rubidu względem strontu 87Rb/86Sr=x. Na wykresie y(x) tych dwu wielkości, które zmierzono dla różnych ziaren krystalicznych minerałów tworzących skałę, punkty układają się na prostej zwanej izochromą, której współczynnik kierunkowy pozwala obliczyć wiek skały.
13
Znaczniki radioaktywne
W odpowiedzi na „atak” roślina wycofuje zasoby odżywcze do korzenia – użyty znacznik 11CBrookhaven National Laboratory
Wykorzystanie znacznika do badania aktywności mózgu – znacznik 11C
Model kroplowy jądra atomowego( ) ( ) ( )AZBmZAZmAZM np ,, −−+=
( ) ( ) 2/1123/123/2 2, −−− +−−−−= AaAZaaAZaAaAaAZB PACSV
MeV 2,23MeV 72,0MeV 5,17MeV 7,15
====
A
C
S
V
aaaa
enieparzyst-onieparzyst MeV 5,11enieparzyst - parzysto 0
parzyste-parzysto MeV 5,11
−==
+=
P
P
P
aaa
top related