KAP. 3 RADIOAKTIVITA A JADERNÉ REAKCE sklo barvené uranem RADIOAKTIVITA =SCHOPNOST NĚKTERÝCH ATOMOVÝCH JADER VYSÍLAT ZÁŘENÍ přírodní nuklidy STABILNÍ NKLIDY RADIONKLIDY = projevují se PŘIROZENO RADIOAKTIVITO (objeveny 896 Antoin Henri Becquerel) snímek záření solí uranu Typy radioaktivního záření -ZÁŘENÍ rychle letící jádra helia He (helion) E k MeV - 8 MeV pohlceno listem papíru či několika centimetry vzduchu snadno se bráníme nebezpečné při vdechnutí zářiče! silně ionizující účinky ( částice vytvoří cca 5 iontů vzduchu) vychyluje se v magnetickém poli β-záření rychle letící elektrony pohlceno tenkým hliníkovým plechem vychyluje se v megnetickém a elektrickém poli uměle vytvořené radionuklidy vyzařují POZITRONY částice e + proto existuje β - a β + radioaktivita γ-záření nejpronikavější (až několik metrů betonu), odstíněno olovem elektromagnetické záření (λ < 3 pm) neodchyluje se v magnetickém poli silně ionizuje atomy uvolňuje v důsledku fotoelektrického jevu částice z látky, vytváří páry elektron-pozitron
NETRONOVÉ ZÁŘENÍ proud rychle letících neutronů reaguje s atomovými jádry (nemá náboj není odchýleno obaly) ochrana materiály obsahujícími lehké atomy (voda) neutronová bomba (977 SA) poškození buněčných stěn, šetrná k budovám ZÁKONY RADIOAKTIVNÍCH PŘEMĚN materiál vysílá záření či β a mění se při tom na stabilní nuklid VELIČINY AKTIVITA (A) počet radioaktivních přeměn za sekundu [A] = Bq (becquerel) Bq je přeměna za sekundu MĚRNÁ AKTIVITA aktivita kg zářiče (stavební kámen pro obytné stavby max. 3 Bq/kg Ra-6) OBJEMOVÁ AKTIVITA aktivita m 3 zářiče (u plynůči kapalin) ( Bq/m 3 Ra-6 u novostaveb a Bq/m 3 u starých) zpět k aktivitě vzorku... plošná aktivita v ČR po spadu z Černobylské havárie (986) 3 kbq.m - dnes jednotky kbq.m - A t = A. e λt AKTIVITA VZORK A = λ. N PŘEMĚNOVÁ KONSTANTA ln λ = T POLOČAS PŘEMĚNY = čas za který aktivita vzorku klesne o /
Prvek Izotop Poločas rozpadu Bismut 9 Bi cca.,9 9 let Thorium ran Plutonium 3 Th 38 39 Pu,5 miliard let,68 miliard let let ZÁKON RADIOAKTIVNÍ PŘEMĚNY hlík C 573 let Radium Cesium Tritium 6 Ra 37 Cs 3 H 6 let 3 let,36 let N t = N e λt Síra 35 S 87,5 dní Radon Rn 3,8 dní Francium 3 Fr minut Thorium 3 Th,9 sekundy Polonium Po,3 µs Beryllium 8 Be 6.7-7 s Radioactive Decay of Bismuth- (T½ = 5 days) T / od zlomků sekundy až po miliardy roků v přírodě existují radionuklidy s dlouhým poločasem rozpadu (srovnatelné s životem hvězd) + raionuklidy, které průběžně vznikají (např. vlivem kosmického záření C-) radioaktivní přeměnou jádra (, β, záření) se nuklidy mění, až vznikne stabilní nuklid 88 Ra 86 R 6 n p + e He + ν antineutrino Izotop Poločas přeměny Pu Am 37 Np 33 Pa 33 9 Th 5 Ra 5 Ac Fr 7 At 3 Bi 3 Po 9 Tl 9 Pb 9 Bi,9 r 3, r, 6 r 6,967 d,59 5 r 73 r,9 d, d,9 min 3,3 3 s 5,59 min 3,65 6 s,6 min 3,53 h stabilní β Přeměna (,9 %) 3
ostřelováním těžkých jader neutrony či těžkými ionty získáy jádra s Z > 9 TRANSRANY plutonium (T / = r) Jde rychlost rozpadu regulovat? NE, ale jde ovlivnit proces pohlcení elektronu p + e n + ν elektron musí být v blízkosti jádra a to lze ovlivnit další způsoby chemické složení, vyšší tlak, jádro Re-87 bez elektronů je velmi stabilní e JADERNÉ REAKCE = jaderná přeměna způsobená srážkou jádra s jinými jádry či částicemi E. Rutheford (99) 7 He+ 7N 8O+ H VSTPJÍCÍČÁSTICE VYSTPJÍCÍČÁSTICE J. D. Cockcroft a E. T. S. Walton (93) na urychlovači 7 H+ 3Li He+ He Zákony zachování při jaderných reakcích ZZ ENERGIE ZZ HYBNOSTI ZZ ELEKTRICKÉHO NÁBOJE ZZ POČT NKLEONŮ 7 5B 3 Li+ He neutrony vznikají v horních vrstvách atmosféry, působením protonů kosmického záření, které rozbíjejí jádra atmosférického dusíku a kyslíku a uvolňují neutrony POMALÉ NETRONY N C H 7 6 + RYCHLÉ NETRONY 3 N 3 He H 7 + C- radiuhlíkové datování zdroj hélia v atmosféře (unikají do kosmu), hélium vzniká přeměnou prvků v zemské kůře Reakce z energetického hlediska ENDOENERGETICKÉ nutno dodávat energii, aby reakce proběhla EXOENERGETICKÉ energie se uvolňuje ve formě kinetické energie či energie fotonů JADERNÁ FÚZE (slučování lehkých jader) JADERNÉ ŠTĚPENÍ (těžká jádra)
pravděpodobnost uskutečnění reakce závisí na: ÚČINNÝ SRÁŽKOVÝ PRŮŘEZ = zachytitelnost letícíčástice ENERGIE ČÁSTICE pomalejší neutrony rozštěpí jádro pravděpodobněji Jaderné slučování slučovat se prvky mohou až po železo koncový stav má nižší energii než počáteční Jaderné štěpení pomalý neutron může rozštěpit jádro uranu-35 na části ke zpomalení se v reaktoru používá MODERÁTOR = grafit (Černobyl), těžká voda 35 89 9 56 Ba+ 36 Kr + 3 35 93 9 55Cs+ 37Kr + 3 n + MeV n po zpomalení mohou štěpit další jádra 5
produkty štěpení uranu podíl z celkové dávky (ve vzduchu) vyzařované různými izotopy po havárii v Černobylu NETRON 35 36 oscilace od fragmentů se odštěpí několik neutronů (záleží na typu fragmentů) část neutronů unikne do okolíči pohltí se bez štěpení k uskutečněnířetězové REAKCE musíme mít k dispozici dostatečné množství štěpného materiálu = KRITICKÉ MNOŽSTVÍ 35 5 kg (koule o poloměru 8 cm) 39 Pl kg 35 se vyskytuje v přírodě (ale jen,7% přírodního uranu je 35 ) 39 Pl vzniká ozářením 38 neutrony 6