JADERNÁ FYZIKA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník
Základní pojmy Jaderná síla - drží u sebe nukleony, velmi krátký dosah, nasycení Vazebná energie jádra: E V = ( Z m p + N m n m j ) c 2 Vazebná energie na jeden nukleon: ε V = E V A
Radioaktivita Schopnost některých jader vysílat záření Mění se struktura jádra Radionuklidy - přirozená radioaktivita Objevitel: H. Becquerel ( 1895 ) Opak: umělá radioaktivita ( Currie )
Záření alfa Svazek rychle letících jader helia 4 He ( helionů ) Snadno stínitelné ( list papíru ) Reaguje na elektrické i magnetické pole Nebezpečí při vdechnutí 226 88Ra 222 86 Rn + 4 2 α 2
Záření beta Svazek rychle letících elektronů e - Stínitelné ( plech ) Reaguje na elektrické i magnetické pole Nebezpečí při dlouhodobém vystavení 234 91Pa 234 92 U + 0 1 e 1 0n 1 1 p + 0 1 e +ν e
Záření beta U umělých radionuklidů může místo elektronu vznikat pozitron e + pozitron je antičástice 30 15P 30 14 Si + 0 1 e 1 1 p 1 0 n + 0 1 e +ν e
Záření gama Svazek rychle letících fotonů ( záření s λ < 300 pm ) Těžko stínitelné ( silná vrstva olova) Nereaguje na elektrické ani magnetické pole Nebezpečné 60 27Co 60 28 Ni * + 0 1 e +ν e 60 28Ni * 60 28 Ni + γ
Neutronové záření Svazek rychle letících neutronů Stínitelné lehkými prvky Nereaguje na elektrické ani magnetické pole Zásluhy: M. Currie Sklodowská, P. Currie rychlost samovolného radioaktivního záření nelze fyzikálně nijak ovlivnit
Ionizující záření
Rozpadový zákon Platí: N = N 0 e λt λ - rozpadová konstanta Zavedení poločasu rozpadu N = N 0 e ln2 t T
Aktivita Počet radioaktivních přeměn za 1 s Značka: A Základní jednotka: Bq (Becquerel) Definice: A= λ N Platí: A= A 0 e ln2 t T
Rozpadové řady Uranová řada Aktinuranová řada Thoriová řada Neptuniová řada
Příklad 1 Radionuklid uhlíku 6 ve starém kousku dřeva představuje 0,0416 hmotnosti tohoto radionuklidu v živé dřevině. Určete přibližně stáří dřeva, jestliže poločas přeměny radionuklidu je 5570 roků. 14 C
Příklad 2 Aktivita radionuklidu poklesla za 8 dní na čtvrtinu. Určete poločas přeměny radionuklidu a jeho přeměnovou konstantu.
Příklad 3 je alfa zářič. Poločas jeho rozpadu je 140 dní. Za jak dlouho bude vzorek obsahovat tři čtvrtiny olova 26 Pb? 210 84 Po 82
Příklad 4 Radionuklid vyzařuje záření alfa. Měřením na vzorku 0,05 g bylo za 7 s zaregistrováno 1,89 10 17 přeměn. Určete: 212 83Bi aktivitu vzorku, přeměnovou konstantu a poločas přeměny radionuklidu.
Příklad 5 Jádro uranu 92 je počátečním radionuklidem přeměnové řady, jejímž posledním nuklidem stabilní jádro olova 206 82Pb. Kolik přeměn alfa a beta postupně proběhne? 238 U
Příklad 6 Jádro thoria je počátečním radionuklidem přeměnové řady, jejímž posledním nuklidem stabilní jádro olova 208 82Pb. Kolik přeměn alfa a beta postupně proběhne? 232 90Th
Příklad 7 Určete složení izotopu prvku, který vzniká z radionuklidu uranu 238 U po 4 alfa a 2 beta přeměnách? 92
Jaderné reakce jaderné přeměny vyvolané srážkou jádra s částicí musí být splněny zákony zachování ( ZZE, ZZH, ZZEN, ZZPN ) Průkopník: Rutherford / Chadwick Cíl: získání energie
Jaderná fúze Významný zdroj energie ( fáze příprav ) Slunce: 1 1H + 1 1 H 2 1 H + 0 1 e +ν e Fúzní reaktory: Problém: špatná udržitelnost, vysoké teploty ( 10 8 K ) Nutnost aktivační energie Tokamak 2 1H + 3 1 H 4 2 He + 1 0 n
Jaderné štěpení O. Hahn, F. Strassmann, L. Meitnerová: 1 0n + 235 92 U 144 56 Ba * + 89 36 Kr + 3 1 0 n Aby došlo ke srážce, musí být neutrony pomalé - moderátor Pro spuštění řetězové reakce je třeba kritické množství Je možná jen pro 4 nuklidy
Jaderné štěpení
Příklad 8 Doplňte následující jaderné reakce: 14 7Ni+? 17 8 O + 1 1 p 14 7Ni+? 15 8 O 14 7Ni+? 11 5 B+ 4 2 α 6 3Li+ 1 1 p 4 2 α +? 27 13Al+ 1 0 n 4 2 α +? 27 13Al+γ 26 12 Mg +? 12 6C+ 1 1 p 13 6 C +?? + 1 1 p 4 2 α + 22 11 Na 55 25Mn+? 26?+ 1 0 n 26 12Mg+ 4 2 α 29 13 Al +?
JETE
Využití radionuklidů Defektoskopie Lékařská diagnostika Léčba ozařováním Měření stáří materiálů
Ochrana před zářením Zkoušky jaderných zbraní Uložení radioaktivních odpadů Jaderné havárie: Černobyl ( 1986 / INES 7 ) Fukušima ( 2011 / INES 7 ) Three Mile Island ( 1979 / INES 6 )
Dozimetrie Dávka = účinek záření na organizmus ( Gy ) Dávkový ekvivalent = přepočítáno na druh záření ( Sv ) limit 1 msv / rok smrt: 7000 msv ( Černobyl ve špičce 50 Sv )
Dozimetrie
Vlastní dávka