uabooks.top » Fizika » 40. Radioaktivitás. A radioaktív hasadás alaptörvénye
Інформація про новину
  • Переглядів: 30
  • Дата: 2-07-2020, 04:58
2-07-2020, 04:58

40. Radioaktivitás. A radioaktív hasadás alaptörvénye

Категорія: Fizika




Már a középkori alkimisták is álmodoztak a bölcsek kövéről, ami mindent arannyá változtatott volna. Modem alkímia - ezt a címet adta Rutherford az atommagok átalakulásáról szóló könyvének. Ebben a paragrafusban a radioaktív sugárzás során az atommaggal végbemenő változásokról olvashattok.

Felidézzük a radioaktivitás felfedezésének történetét

A radioaktivitás története a röntgensugarak felfedezésével kezdődött. A kutatásokat nagyban előre mozdította az az elképzelés, hogy a napsugárzás hatására természetes körülmények között világító anyagok is kibocsátanak röntgensugarakat. Ilyen anyagot alkalmazott Henri Antoine Becquerel (1852-1908) francia fizikus 1896 februárjában. Kutatásaihoz véletlenül az akkor kevésbé ismert uránsót használta fel.

Tudva, hogy a napsugarakkal ellentétben, a röntgensugarak áthatolnak a fekete papíron, a tudós a fekete papírba csomagolt fényképlemezre egy csipet uránsót helyezett, és kitette a napra. Előhívás után a fényképlemezen az uránsó helyén sötét foltok jelentek meg. így derült ki, hogy az uránsó valóban nagy áthatolóképességű sugárzást bocsát ki.

Mivel Becquerel a felhős idő miatt nem tudta folytatni a kísérletet, az előkészített fényképpapírt, rajta az uránsóval és egy rézkereszttel a fiókba rakta el. Három nap múlva a tudós úgy döntött, hogy előhívja az üres fényképlemezt. Megdöbbentő eredményt kapott: a lemezen tisztán kirajzolódott a kereszt. A napsugárnak semmi köze sem volt az eredményhez: az uránsó külső tényezők hatása nélkül láthatatlan sugárzást bocsát ki.

Később ezt a sugárzás radioaktív sugárzásnak nevezik el; az anyagok radioaktív sugárzás kibocsátására való hajlamát pedig radioaktivitásnak; azok a nuklidok, amelyek atomjai ilyen képességgel rendelkeznek, a radionukli-dok nevet kapták.

A rádium felfedezése

A radioaktivitás fogalmat a tudományba Maria Sklodowska-Curie (1867—1934) vezette be. „Vajon csak az urán bocsát ki Becquerel-sugarakat?” — erre a kérdésre kereste a választ a radioaktivitás tanulmányozásával. 1898-ban Maria Sklodowska-Curie férjével, Pierre Cu-rie-vel (1859-1906) két új elemet fedezett fel - a rádiumot és a polóniumot.

A rádiumról kiderült, hogy milliószor aktívabb az uránnál, viszont a kísérletekhez szükséges mennyiségben történő előállítása nagyon nehéz feladat volt.

Négyévnyi kemény munkára volt szükségük ahhoz, hogy egy kémcsőnyi rádiumot állítsanak elő (szinte puszta kézzel dolgoztak fel 11 tonna ércet).

A radioaktivitás tanulmányozásáért 1903-ban a Curie házaspár Becquerellel közösen megkapta a fizikai Nobel-díjat. Maria Sklodowska-Curie később a kémiai Nobel-díjat is megkapta. A díj történetében csak négy személy érdemelte ki kétszer a Nobel-díjat.

A radioaktív sugárzás természete

A radioaktív sugárzás természetének tanulmányozása során kiderült, hogy a különböző radio-nuklidok háromféle sugarat képesek kibocsátani:

A 40.1 ábrán egy ilyen kísérlet vázlata látható: a radioaktív sugárnyaláb először állandó mágnes erős mágneses terén halad át, majd a fényképlemezre kerül. A fényképlemezen az előhívás után három sötét folt látszott, ami arról tanúskodik, hogy az uránminta háromféle sugarat bocsát ki.

A radioaktív sugárzást az ember érzékszervei nem érzékelik, viszont rendkívül romboló hatása lehet. A legegyszerűbb az a és β sugarak elleni védekezés: az α-részecskék megállítására egy vékony (0,1 mm) papírlap is elegendő'; a β-sugárzást például egy 1 mm vastagságú alumíniumlap teljes egészében elnyeli. Az ember számára a γ-sugárzás a legveszélyesebb.

Milyen módjait ismeritek a radioaktív sugárzás elleni védelemnek?

Hogyan védekezzünk a radioaktív sugárzás ellen?

Miután tudomást szereztetek a radioaktív sugárzás terjedéséről, a következőket kell tenni.

1. Épületbe rejtőzni: a tégla és betonfalak teljes egészében megvédenék az a- és β-sugárzástól, nagymértékben elnyelik a γ-sugárzást.

2. Bezárni az összes ajtót, ablakot, szellőzőnyílást.

3. Levenni az utcai ruházatot, műanyag tasakba csomagolni és lezuhanyozni.

4. Hermetikusan elzárni az ivóvíz- és élelmiszerkészletet.

5. Lehetőség szerint minél több jódtartalmú (diót, tengeri növényeket) és rostokban gazdag élelmiszert fogyasztani.

Eltolódási szabály

A radioaktív sugárzás tanulmányozása azt mutatta, hogy a radioaktív sugárzás az atommagok átalakulásainak következménye. Ezek az átalakulások külső tényezők hatása nélkül mennek végbe, azokat nem lehet meggyorsítani vagy lelassítani, nem hat rájuk a nyomás- és hómérsékletváltozás, az elektromágneses és elektromos terek, kémiai reakciók, megvilágítottság változása.

Radioaktivitás - a radionuklidok magjainak más elemek atommagjaivá történő, mikrorészecskék sugárzásával kísért szabad (spontán) átalakulásának képessége.

Az a- és β-részecskéket kibocsátva a kezdeti mag (anyamag) más elem atommagjává (leánymaggá) alakul át; az a- és β-bomlást γ-sugárzás kísérheti. Számos kísérlet elvégzése eredményeként felállították az ilyen átalakulások általános szabályait — az eltolódási szabályokat:

1. α-bomláskor az atommag nukleonjainak száma néggyel, a protonok száma pedig kettővel csökken, ezért olyan új atommag keletkezik, amelynek rendszáma kettővel kisebb, mint a kiindulási elem rendszáma (40.2. ábra):

2. β_-0οπιΜ8 esetén a nukleonok száma változatlan marad, a protonok száma viszont 1-gyel megnő, ezért olyan elem atommagja keletkezik, amelynek rendszáma egy-gyel nagyobb a kiindulási elem rendszámánál (40.3. ábra):

3. β+-bomlás esetén a nukleonok száma változatlan marad, a protonok száma pedig 1-gyel csökken, ezért olyan új atommag keletkezik, amelynek rendszáma eggyel kisebb a kiindulási elem rendszámánál (40.4. ábra):

Milyen elem magja jön létre a radon

Jegyezzétek meg! β-bomlás esetén az elektronon (vagy pozitronon) kívül a magot még egy részecske hagyja el - az antine-utrínó vagy neutrínó. Csekély tömegük és töltéshiányuk miatt gyenge a részecskék és az anyag közötti kölcsönhatás, ezért nagyon nehéz őket kimutatni a kísérlet során (lásd a 43.§-t).

A radioaktív bomlás alaptörvénye

Vegyünk egy radon-220 elemet tartalmazó üveglombikot. A radon-220 radioaktív, magjai spontán α-részecskék sugárzásával bomlanak el. Meg lehet-e állapítani, hogy pontosan melyik atommag bomlik el elsőnek? Melyik atommag lesz „hosszú életű” és bomlik el utolsónak? Nem, ez nem határozható meg: az egyik vagy másik radionuklid atommagjának bomlása véletlen esemény. Ezzel együtt a radioaktív anyag mennyisége szigorú törvények szerint változik: a radio-nuklidok mindegyike saját felezési idővel rendelkezik (lásd a táblázatot). A felhozott példában 55,6 másodperc múlva az edényben csak az eredeti mennyiség felét találjuk, újabb 55,6 másodperc múlva a mennyiség újból megfeleződik, stb. Ezért az 55,6 másodperces időintervallumot a radon felezési idejének nevezik.

A Ty2 felezési idő a radioaktív anyagokat jellemző fizikai mennyiség, amely azzal az idővel egyenlő, amely alatt a radioaktív atommagok mennyisége a felére csökken.

A felezési idő mértékegysége a Sí rendszerben — másodperc:

Tételezzük fel, hogy a kezdeti pillanatban a radioaktív minta N0 meny-nyiségű radionuklid atomot tartalmaz. A radioaktív bomlás eredményeként az atomok mennyisége idővel csökkenni fog. t\ felezési idő múlva

az

egyben maradt magok mennyisége a felére csökken:

újabb

felezési idő múlva

az atomok mennyisége újból a felére csökken:

ahol N — a t idő múlva a mintában maradt radionuklid magok száma; N0 — a magok kezdeti mennyisége; Тц2 — felezési idő; t — a feleződés ideje.

A radionuklid aktivitása

A radon-220 és a radon-222 is oc-radio-aktív (magjaik spontán α-részecskékre és új magra bomolhatnak szét). Viszont ha a ra-don-220 és radon-222 atomjainak a száma azonos, vajon melyik mintából repül ki több α-részecske 1 s alatt?

Az adott radioaktív forrás A aktivitásának azt a fizikai mennyiséget nevezzük, amely számbelileg egyenlő a forrásban 1 s alatt bekövetkezett bomlások számával.

Az aktivitás mértékegysége a Sí rendszerben — becquerel:

1 Bq annak a forrásnak az aktivitása, amelyben másodpercenként egy bomlási esemény történik:

Ha a minta csupán egy radionuklid atomjait tartalmazza, akkor a minta aktivitása a következő képlettel határozható meg:

ahol N — a mintában az adott pillanatban lévő radionuklid atommagjainak száma; λ -radioaktív bomlási együttható - a radi-onuklidot jellemző fizikai mennyiség, amelynek összefüggését a felezési idővel a következő képlet adja meg:

Jegyezzétek meg!

Az 1 Bq igen kis aktivitás, ezért használják még az aktivitás mértékegységen kívüli egységét - a curie-t (Ci):

Idővel a radioaktív mintában a még el nem bomlott atomok száma csökken, ezért csökken a minta aktivitása is (40.5. ábra).

Gyakoroljuk a feladatok megoldását!

Feladat. Határozzátok meg az urán

tömegét, ha ismeretes, hogy

aktivitása megegyezik 2 mg cézium

aktivitásával!

Összegezés

A természetben előforduló nuklidok többsége radioaktív: magjaik spontán felbomlanak, miközben mikrorészecskéket sugároznak ki és más magokká alakulnak át. Ha a mag α-részecskéket sugároz (hélium-atommag), az atommag nukleonjainak száma néggyel, a protonok száma pedig kettővel csökken; ha a mag P“-részecskéket (elektron) bocsát ki, a protonok száma a magban 1-gyel megnő; β+-részecske (pozitron) sugárzása esetén a protonok száma pedig 1-gyel csökken. Az a- és β-bomlást is magasfrekvenciájú elektromágneses γ-sugárzás kísérheti.

• A Tm felezési idő a radionuklidokat jellemző fizikai mennyiség, amely megegyezik azzal az időtartammal, amely alatt a radioaktív atommagok meny-nyisége a felére csökken.

• A mintában t idő múlva maradt magok N számát a radioaktív bomlás alaptörvénye határozza meg:

Ellenőrző kérdések

1. Hogyan fedezték fel a radioaktivitás jelenségét? 2. Soroljatok fel természetes radioaktív elemeket! 3. írjátok le a radioaktív sugárzás természetének tanulmányozására végzett kísérletet! 4. Definiáljátok a radioaktivitás fogalmát! 5. A radioaktív sugárzás milyen fajtáit ismeritek? Milyen azok fizikai természete?

6. Hogyan védekezhetünk a radioaktív sugárzás ellen? 7. Mi történik az atommaggal α-részecskék kisugárzása esetén? β-részecskék esetén? 8. Mit nevezünk felezési időnek? 9. Mi a radioaktív forrás aktivitása? Idővel megváltozik?

40. gyakorlat

1. Radioaktív bomlás esetén az urán

magja α-részecskéket bocsát ki. Mi

lyen elem atomjává alakul át eközben az urán-238 magja? 2. A nátrium

magja bomlás közben elektront sugároz. Milyen típusú radioaktív bomlás megy végbe? Milyen elem magja jön létre eközben?

A rádium-226 felezési ideje 1600 év. Hány atommag bomlik el 4800 év alatt, ha az atommagok kezdeti mennyisége 109?

A cézium-137 felezési ideje 30 év. Az izotóp atomjainak hány százaléka bomlik el 120 év alatt?

5. Testünk tömegének 0,19%-a kálium. A radioaktív kálium

izotóp a természetes kálium 0,012%-át teszi ki. Hány kálium-izotóp atommagja bomlik el a 100 kg tömegű ember szervezetében 1 s alatt?

6. A külsó' sugárzáson kívül a belső' sugárzás is nagy veszélyt jelent: a radio-nuklidok élelemmel vagy vízzel bekerülhetnek az emberi szervezetbe. Tudjatok meg minél többet az ilyen típusú sugárzás veszélyeiró'l és az ellenük történő' védekezési módokról!

 

Fizika tankönyv 11. osztályosok szerzők Dovgy, Baryakhtar, Loktev

 




^