Promieniowanie jonizujące

Podobne dokumenty
Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie

Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie

Zadanie 3. (2 pkt) Uzupełnij zapis, podając liczbę masową i atomową produktu przemiany oraz jego symbol chemiczny. Th... + α

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

Fizyka współczesna. Jądro atomowe podstawy Odkrycie jądra atomowego: 1911, Rutherford Rozpraszanie cząstek alfa na cienkich warstwach metalu

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Reakcje rozszczepienia i energetyka jądrowa

Reakcja rozszczepienia

Promieniowanie jonizujące

CHEMIA LEKCJA 1. Budowa atomu, Izotopy Promieniotwórczość naturalna i sztuczna. Model atomu Bohra

Fizyka jądrowa cz. 2. Reakcje jądrowe. Teraz stałem się Śmiercią, niszczycielem światów. Robert Oppenheimer

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 9 Fizyka neutronów i reakcja łańcuchowa

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego - - zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

ELEKTROWNIE. Czyste energie Energetyka jądrowa. Damazy Laudyn Maciej Pawlik Franciszek Strzelczyk

Energetyka Jądrowa. Wykład 3 14 marca Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

r. akad. 2012/2013 Wykład IX-X Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Fizyka jądrowa Zakład Biofizyki 1

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

Podstawowe własności jąder atomowych

Czyste energie. Energetyka jądrowa. wykład 13. dr inż. Janusz Teneta. Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej

W2. Struktura jądra atomowego

A - liczba nukleonów w jądrze (protonów i neutronów razem) Z liczba protonów A-Z liczba neutronów

CYKL PALIWOWY: OTWARTY CZY ZAMKNIĘTY CZY TO WYSTARCZY?

Promieniowanie w naszych domach. I. Skwira-Chalot

Budowa jądra atomowego - MODEL

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

Rozszczepienie jądra atomowego

Promieniowanie jonizujące

Rozszczepienie (fission)

Promieniotwórczość naturalna. Jądro atomu i jego budowa.

Reakcje rozpadu jądra atomowego

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Budowa atomu, układ okresowy i promieniotwórczość

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia. Izotopy. budowa jądra atomowego przemiany promieniotwórcze reakcje jądrowe. jądra atomowe (nuklidy) dzielimy na:

Elementy fizyki jądrowej

Cykl paliwowy cd. Reakcja rozszczepienia Zjawisko rozszczepienia (własności) Jądrowy cykl paliwowy cd.

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA. Promieniotwórczość

NATURALNY REAKTOR JĄDROWY

Jądro atomowe Wielkości charakteryzujące jądro atomowe

Promieniowanie w środowisku człowieka

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

Promieniowanie jonizujące

Model elektrowni jądrowej

Nukleony. Nukleony cząstki jądra atomowego suma protonów i neutronów.

Fizyka atomowa i jądrowa

1. JĄDROWA BUDOWA ATOMU. A1 - POZIOM PODSTAWOWY.

Podstawowe własności jąder atomowych

KONKURS Z FIZYKI I ASTRONOMII. Fuzja jądrowa. dla uczniów gimnazjum i uczniów klas I i II szkół ponadgimnazjalnych

r. akad. 2012/2013 Wykład IX-X Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Fizyka jądrowa Zakład Biofizyki 1

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Elektron ma ładunek ujemny! ( Według prawa elektrostatyki, aby atom był elektrycznie obojętny jego pozostała część musi mieć ładunek dodatni.

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

I ,11-1, 1, C, , 1, C

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia

Reakcje syntezy lekkich jąder

Opracowała: mgr Agata Wiśniewska PRZYKŁADOWE SPRAWDZIANY WIADOMOŚCI l UMIEJĘTNOŚCI Współczesny model budowy atomu (wersja A)

Widma atomowe. Fizyka atomowa i jądrowa. Dawne modele atomu. Widma atomowe. Linie emisyjne kwantowanie poziomów energetycznych

Zadanie 2. (1 pkt) Jądro izotopu U zawiera A. 235 neutronów. B. 327 nukleonów. C. 143 neutrony. D. 92 nukleony

Rodzaje bomb atomowych

PODSTAWY FIZYCZNE ENERGETYKI JĄDROWEJ

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ. A) równa B) mniejsza C) większa D) nie mniejsza (sumie) od sumy mas protonów i neutronów wchodzących w jego skład.

Co to są jądra superciężkie?

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Energetyka Jądrowa. źródło: Wszystko o energetyce jądrowej, AREVA

Energetyka jądrowa. Energetyka jądrowa

ELEKTROWNIA JĄDROWA, TO NIE BOMBA Jerzy Kubowski

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 3 Promieniotwórczość naturalna

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 40 FIZYKA JĄDROWA

Podstawy Fizyki Jądrowej

Wykłady z Geochemii Ogólnej

Ćwiczenie 3. POMIAR ZASIĘGU CZĄSTEK α W POWIETRZU Rozpad α

Budowa atomu. Izotopy

Podstawy bezpieczeństwa energetyki jądrowej, REAKTOR JĄDROWY W STANIE KRYTYCZNYM

Wykłady z Chemii Ogólnej i Biochemii. Dr Sławomir Lis

Po 1 mld lat (temperatura Wszechświata ok. 10 K) powstają pierwsze gwiazdy.

Promieniotwórczość NATURALNA

Substancje radioaktywne w środowisku lądowym

Reakcje syntezy lekkich jąder

Fizyka reaktorów jądrowych i paliwa jądrowe

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Reakcje jądrowe dr inż. Romuald Kędzierski

Energetyka Jądrowa. źródło: Wszystko o energetyce jądrowej, AREVA

INSTYTUT FIZYKI JĄDROWEJ im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

Fizyka atomowa, jądrowa zadania.

Rozpad gamma. Przez konwersję wewnętrzną (emisję wirtualnego kwantu gamma, który przekazuje swą energię elektronom z powłoki atomowej)

Reaktor jądrowy. Schemat. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys

Na drodze do Unii Europejskiej

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2009

Gospodarka wypalonym paliwem jądrowym analiza opcji dla energetyki jądrowej w Polsce

WSTĘP DO FIZYKI JADRA ATOMOWEGOO Wykład 11. IV ROK FIZYKI - semestr zimowy Janusz Braziewicz - Zakład Fizyki Atomowej IF AŚ

Energetyka Jądrowa. Wykład maja Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Promieniowanie jonizujące

Zadanie 2 budowa atomu 1. Opisz budowę atomu wodoru.

Wyższy Urząd Górniczy. Zagrożenie radiacyjne w podziemnych wyrobiskach górniczych

Fizyka jądrowa poziom podstawowy

Ramowy program zajęć dydaktycznych studiów podyplomowych: ENERGETYKA JĄDROWA

Transkrypt:

Promieniowanie jonizujące Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniotwórczość naturalna Uniwersytet Rzeszowski, 22 listopada 2017 Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 1 / 21

Reakcja rozszczepienia jąder W latach trzydziestych XX w. prowadzono badania wychwytu neutronów przez bardzo ciężkie jądra. Produkowano w ten sposób nowe jądra transuranowe, np. neptun i pluton 1 0n + 238 92U 239 92U + γ 239 92 U + γ 239 93Np + e + ν 239 93 Np 239 94Pu + e + ν Bombardowanie uranu neutronami prowadzi też do powstania lżejszych pierwiastków (Otto Hahn, Lisa Meitner, Fritz Strassman- 1938) n + 235 92U 236 92U 89 36Kr + 144 56Ba + 3n + γ Interpretacja - rozszczepienie jądra uranu na dwa jądra o średniej masie Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 2 / 21

Rozkład liczby masowej produktów rozpadu 235 U Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 3 / 21

Model rozszczepienia jądra Model kroplowy jądra Jądro 235 92U absorbuje neutron termiczny o E k 0.04 ev Rozszczepienie uwalnia kilka szybkich neutronów o E k 1 MeV Neutrony szybkie rozszczepiają jądra 238 U, a termiczne 235 U Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 4 / 21

Reakcja łańcuchowa Trzy powstające neutrony mogą zainicjować reakcję łańcuchową. W każdej reakcji uwalniania jest energia około 200 MeV do wykorzystania. Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 5 / 21

Masa krytyczna materiału rozszczepialnego Współczynnik k - stosunek liczby neutronów w kolejnych "pokoleniach". Masa podkrytyczna (k<1) - większość neutronów ucieka i proces zamiera. Masa nadkrytyczna (k>1) - większość neutronów zostaje w materiale i reakcje rozszczepienia narastają lawinowo. Masa krytyczna (k=1) - graniczna wartość masy gdy reakcja jest stabilna. czysty 238 U - 22.8 kg, kula o średnicy 13.5 cm czysty 239 Pu - 5.6 kg, kula o średnicy 8.2 cm Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 6 / 21

Energia jądrowa Reakcja łańcuchowa zachodzi przy wystarczającej ilości izotopu uranu 235 U w paliwie, która przekracza masę krytyczną. W uranie naturalnym 238 U znajduje się 0.72 % uranu 235 U. Paliwo reaktorowe to uran wzbogacony z zawartością 1.8 20 % 235 U. Wzbogacanie w wirówkach poprzez oddzielenie dwóch izotopów uranu. W uranowych bombach jądrowych zawartość 235 U dochodzi do 95 %. Bomby plutonowe z produktu rozpadu paliwa jądrowego, plutonu 239 Pu 238 U + n 239 U β 239 Np β 239 Pu (T 1/2 = 2.4 d) Marzenie ludzkości - kontrolowana energia z syntezy lekkich jąder deuteru 6 2 1H 2 4 2He + 2p + 2n + 43.3 MeV Problem z utrzymaniem zjonizowanej plazmy w ograniczonej objętości w tokamakach lub stellaratorach - projekt ITER realizowany w Cadarache. Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 7 / 21

Reaktor jądrowy Paliwo jądrowe w moderatorze (woda, grafit) spowalniającym neutrony. Liczba neutronów regulowana przez kontrolne pręty kadmowych. Wyprodukowane ciepło odprowadza chłodziwo (woda, hel, ciekły sód). Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 8 / 21

Rdzeń reaktora jądrowego Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 9 / 21

Wady i zalety energetyki jądrowej Radioaktywne odpady i konieczność ich zabezpieczenia. Reaktor wodny o mocy 1 GW wytwarza 21 ton zużytego paliwa na rok. 20 ton 238 U z 0.9% 235 U 200 kg plutonu 21 kg lżejszych aktynowców (neptun, ameryk, kiur) 760 kg produktów rozszczepienia zawierających izotopy promieniotwórcze (np. 9 kg cezu-135, 3 kg jodu 129). Pluton daje 50% promieniowania na początku i 90% po kilku tysiącach lat. We Francji 96% odpadów jest recyklingowana i ponownie użyta (U,Pu). Tylko 1% odpadów po recyklingu stanowi zagrożenie. Problem transmutacji odpadów przy pomocy silnych wiązek neutronowych. Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 10 / 21

Emisja uranu i toru z elektrowni weglowych Ilość uranu i toru emitowanych w elektrowni węglowych znacznie przekracza ilość paliwa zużywanego w w elektrowniach jądrowych. Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 11 / 21

Promieniotwórczość naturalna Na Ziemi istnieją szeregi promieniotwórcze ciężkich jąder z rozpadów supernowych o liczbach A zmieniających się co 4 ze względu na rozpady α. Nazwa szeregu A Izotop począt. Izotop końc. T 1/2, lat torowy 4n neptunowy 4n+1 uranowo-radowy 4n+2 uranowo-aktynowy 4n+3 232 90 Th 237 93 Np 238 92 U 235 92 U 208 82 Pb 1.4 10 10 209 83 Bi 2.2 10 6 206 82 Pb 4.5 10 9 207 82 Pb 7.2 10 8 Szeregi rozpadów alfa i beta, kończące się na jądrze stabilnym. Produkty rozpadów są izotopami pierwiastków o liczbie atomowej 81 Z 92. W przyrodzie nie występują już naturalne izotopy szeregu neptunowego, gdyż czas jego połowicznego rozpadu T 1/2 4.5 10 9 lat (wiek Ziemi). Energia cieplna wnętrza Ziemi pochodzi z naturalnych rozpadów promieniotwórczych. Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 12 / 21

Szereg promieniotwórczy torowy Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 13 / 21

Szereg promieniotwórczy uranowo-radowy Niebezpieczny jest najcięższy gaz radon i produkty jego rozpadu. Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 14 / 21

Szereg promieniotwórczy uranowo-aktynowy Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 15 / 21

Sztuczna promieniotwórczość Lżejsze jądra promieniotwórcze powstają w zderzeniach promieni kosmicznych ze składnikami atmosfery - N, O, Ar. Najlżejszym jądrem promieniotwórczm jest tryt 3 1H 3 2He + e + γ e, (T 1/2 = 12.5 y) Promieniotwórcze nuklidy wytwarza się też sztucznie naświetlając stabilne izotopy cząstkami α lub neutronami w reaktorach n + 59 27Co 60 27Co 60 28Ni + e + + γ e + γ, (T 1/2 = 5.3 y) Sztuczna promieniotwórczość została odkryta przez Irenę Joliot-Curie (córkę Marii Curie) i Fryderyka Joliot w 1937 roku. Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 16 / 21

Podsumowanie Reakcja rozszczepienia uranu 235 U jest źródłem energii w elektrowniach jądrowych i bombach atomowych. W naszym otoczeniu występuje promieniotwórczość naturalna - szeregi promieniotwórcze. Radionuklidy wytwarza się też sztucznie. Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 17 / 21

Materiały do ćwiczeń Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 18 / 21

Radionuklidy wytwarzane w NCBJ w Świerku Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 19 / 21

Wytwarzanie energii 1 toe = 42 GJ = 11.67 MWh Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 20 / 21

Problemy do rozwiązania 1. Oblicz energię wydzieloną w reakcji rozszczepienia uranu 235 U. 2. Ile energii (w MWh) dostarczają elektrownie jądrowe na świecie? 3. Izotopy jakich pierwiastków są produktami rozpadu szeregów promieniotwórczych? Wykład IV Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 21 / 21