ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

Transkrypt

1 ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

2 Wilhelm Roentgen 1896

3 Stan wiedzy na rok Elektron masa i ładunek znikomy ułamek masy atomu 2. Niektóre atomy samorzutnie emitują promieniowanie, które zaczernia klisze, jonizuje powietrze itp.. Becquerel, Curie, Skłodowska-Curie badali to promieniowanie. 3.Odkrycie pierwiastków promieniotwórczych: polon, rad.

4 Henri Becquerel

5 Trzech noblistów Cztery nagrody

6 Źródła promieniowania 1. Około 60 pierwiastków promieniotwórczych: Uran, polon, rad, radon, tor, aktyn węgiel, potas 2. Skały, gleba, woda morska, woda pitna, ciało człowieka 3. Kosmos

7

8 Licznik Geigera - Mullera

9 Rodzaje promieniowania Alfa α dodatnio naładowane cząstki (2e+), masa 7000 razy większa od e Jądra helu

10 Rodzaje promieniowania Beta β elektrony o dużej szybkości (bliskiej c), energia kilka MeV, bardziej przenikliwe, mniej pochłaniane przez materię

11 Rodzaje promieniowania Gamma γ elektromagnetyczne, wysyłane przez wzbudzone jadra atomowe lub jako wynik anihilacji, bardzo przenikliwe, przechodzi przez grube warstwy

12 Rodzaje promieniowania

13 Zasięg promieniowania zależy od energii α w powietrzu kilka cm, kartka papieru, skóra człowieka, silnie jonizuje cząstki β mogą przeniknąć przez kilka kartek, deskę γ bardzo przenikliwe, przechodzi przez grube warstwy blachy

14 Jednostka energii Aby opisać skutki trzeba podać rodzaj promieniowania i energię 1 elektronowolt 1 ev 1eV = 1,6 *10^-19 J 1keV = 10^3 ev = 1,6*10^-16 1MeV = 10^3 kev = 1,6*10^-13

15 Dawka pochłonięta Miara promieniowania pochłoniętego przez 1kg materii 1 Gy (grej) - 1J pochłonięty przez 1 kg Im większa dawka pochłonięta tym większe powoduje zmiany

16 Dawka skuteczna Uwzględnia rodzaj promieniowania i rodzaj tkanki 1 Sv - siwert

17

18 Zasady ochrony radiologicznej 1. Przebywać jak najkrócej w pobliżu źródła 2. Przebywać jak najdalej 3.Stosować osłony

19 atom.edu.pl Komitet Naukowy Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Skutków Promieniowania Atomowego (UNSCEAR) ogłosił, iż po pochłonięciu przez ludzi dawek promieniowania jonizującego poniżej 100 msv nie należy spodziewać się zwiększenia zapadalności na nowotwory ponad tą, która występuje naturalnie, również z przyczyn innych niż promieniowanie jonizujące.

20 Ponadto, według wielu poważnych prac naukowych, pochłonięcie kilkunastu czy kilkudziesięciu msv może być dla ludzkiego zdrowia korzystne, co UNSCEAR zauważył już w swoim raporcie z 1994 roku.

21 Odkrycie i budowa jądra atomowego Ernest Rutherford

22 Odkrycie i budowa jądra atomowego Doświadczenie Rutherforda 1911

23 Odkrycie i budowa jądra atomowego Doświadczenie Rutherforda 1911

24 1911 odkrycie jądra atomu Ernest Rutherford

25 BUDOWA ATOMU 1. Model Thomsona ciastko z rodzynkami 2. Model Bohra jądro + elektron 1mm jądro 100m - atom

26 1932 odkrycie neutronu James Chadwick Masa podobna do protonu i brak ładunku Cząstka α 2 protony i 2 neutrony

27 Zapis używany w fizyce jądrowej Liczba porządkowa lub atomowa Z Liczba masowa A

28 Izotopy

29

30 Siły jądrowe Przyciągające Krótkozasięgowe Działają między nukleonami Bardzo silne

31 PRAWO ROZPADU PROMIENIOTWÓRCZEGO

32 Gamma γ Zmiana stanu energetycznego jądra Stan wzbudzony stan podstawowy

33 Alfa α Dla A>83 siły jądrowe nie równoważą odpychania elektrostatycznego Jądra takie są niestabilne

34 Beta β rozpad neutronu Oddziaływanie jądrowe słabe

35 Zadanie 238 U 92 Pb

36 Układ okresowy

37 Rozwiązanie U Th Pa Th Pa Ac

38 214 Rozwiązanie 0 Pb Bi Tl Bi Tl Pb

39 Szeregi promieniotwórcze

40 Aktywność promieniotwórcza Aktywność N A t 1Bq 1rozpad s N ~ N ~ N ~ N m n t t t

41

42 Aktywności substancji promieniotwórczych Prawo rozpadu N t 1 T ( t) N 2 0 T czas połowicznego rozpadu

43 Prawo rozpadu

44 Czas połowicznego rozpadu

45 Datowane metodą radiowęglową izotop 14 6 C R 1,2*10 12

46 Datowane metodą radiowęglową 1 n + 14 N 14 C + 1 H rozchodzi się równomiernie w atmosferze, i pod postacią dwutlenku węgla wchodzi do organicznego obiegu pierwiastków 14C T1/2 wynosi 5720±30 lat

47 DEFICYT MASY W FIZYCE JĄDROWEJ ENERGIA WIĄZANIA

48 Deficyt masy - m Masa układu związanego jest mniejsza od sumy mas nieoddziaływujących składników. m m m 1 2 M u

49 Energia spoczynkowa mc 2 0 E Dla dowolnych oddziaływań energia spoczynkowa układu związanego jest mniejsza od sumy energii spoczynkowych nieoddziaływujących składników. Różnica ta to energia wiązania.

50 Energia wiązania mc 2 0 E E m c 2 2 E w mc w

51 Energia wiązania, a energia spoczynkowa Ziemia Słońce Ew razy mniejsza od Eo Cząsteczki i atomy Ew razy mniejsza od Eo (ev) Jądra atomowe Ew 100 razy mniejsza od Eo (MeV)

52 Energia wiązania

53 Najważniejszy wykres świata energia wiązania na nukleon E w A rozszczepienie synteza

54 Reakcje jądrowe Samorzutne rozpady promieniotwórcze Przemiany jader następujące w wyniku zderzeń Zasady zachowania - liczby nukleonów - ładunku elektrycznego - pędu - energii

55 Historyczne przykłady 1919 Rutherford N O H Irene i Frederic Juliot-Curie Be O 4? 1932 Chedwick odkrył cząstkę Be O n

56 Promieniotwórczość sztuczna trwałe w nietrwałe Al P n P S 0 e 1 Inne przykłady sztucznych izotopów 238 Ne Pu 240 Am 285 Cn

57 Reakcja rozszczepienia U n Kr Ba n

58 Reakcja rozszczepienia

59 Reakcja rozszczepienia U n Kr Ba n Jest to reakcja egzoenergetyczna

60 Reakcja łańcuchowa W zależności na co rozpadnie się jądro uranu powstaje od 0 do 8 neutronów Średnio 2,5 Jeśli n>1 zainicjuje nowa reakcję to ilość reakcji będzie rosła

61 Reakcja łańcuchowa

62 Reakcja łańcuchowa Warunki reakcji łańcuchowej: -liczba jąder rozpadających się musi być dostatecznie duża -masa próbki musi być większa od tzw. masy krytycznej

63 Bomba jądrowa

64 Bomba jądrowa

65 ENERGETYKA JĄDROWA

66 Kontrolowana reakcja rozszczepienia

67 235U 240Pu musimy użyć neutronów termicznych E= 6,5MeV ruda uranu zawiera 0,7% izotopu 235U, pozostałe to 238U Ruda uranowa

68 Wzbogacanie KONWERSJA Najpierw uran łączy się z fluorem w sześciofluorek uranu UF 6, który jest gazem WZBOGACANIE Następnie przeprowadza się właściwy proces wzbogacania, najczęściej metodą dyfuzyjną lub wirówkową 235U

69 Paliwo jądrowe 235U

70 Energia i liczba neutronów powstające neutrony mają zbyt dużą energię aby podtrzymać reakcje dlatego używamy tzw. moderatora który spowalnia neutrony, ale nie pochłania ich. Stosowane są: Woda, ciężka woda, beryl, węgiel(grafit) Moderator oddziela pręty lub pastylki z paliwem jądrowym

71 Energia i liczba neutronów Do pochłaniania neutronów czyli do sterowania ilością reakcji jądrowych służą pręty sterujące wykonywane z kadmu lub boru Są one wsuwane lub wysuwane w rdzeniu reaktora

72

73 Reaktor jądrowy

74 Rdzeń reaktora

75 RMBK - Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj

76 PWR wodno-ciśnieniowy

77 BWR wodny wrzący

78 Paliwo jądrowe 235U

79 Odpady - produkty rozszczepienia - ciężkie jądra jak pluton, ameryk

80 Naturalny reaktor jądrowy Gabon Afryka Zach. Zawartość 235U 0,44% T ½ = 700 mln lat 238U T ½ = mln lat Czyli przed 2mld lat Zawartość 235U 3,8%

81 Energetyka jądrowa w Europie

82 Energetyka jądrowa w Europie

83 Energetyka jądrowa w Polsce

84 SYNTEZA JĄDROWA Temperatura powierzchni 5800 K Temperatura we wnętrzu 15,7 mln K

85 p + p = 2 H + e + +ν e (1,442 MeV)

86 2 H + p = 3 He + γ (5,494 MeV)

87 3 He + 3 He = 4 He + 2p + γ (12,860 MeV)

88