RADIOAKTIVITA

Vypracoval:Ján Jančík

Radioaktivita a její objev• Až do konce 19. století se vědci domnívali, že

atomy jsou neměnné a věčné.

• Za objevitele radioaktivity je považován Henry Becquerel.

• Další významnou osobností je Marie Curie-Sklodowská, která obdržela Nobelovu cenu za chemii a za fyziku.

Radioaktivita je schopnost těžkých prvků vyzářením určité částice se měnit v prvek

jiný. Jedná se o prvky s větším protonovým číslem než 83 (prvky za Bi).

Radioaktivita je jev, kdy dochází k samovolné vnitřní přeměně atomových

jader, přičemž je emitováno vysokoenergetické záření.

Jádra vykazující tuto vlastnost se nazývají radionuklidy.

• Rozlišujeme radioaktivitu přirozenou a umělou.– Přirozená: vlastnost nestabilních nuklidů

vyskytujících se v přírodě

– Umělá: samovolný rozpadu uměle připravených nuklidů, které se v přírodě nevyskytují

• Důležitým faktorem, který rozhoduje o tom, zda bude daný nuklid stabilní nebo nestabilní, je poměr počtu neutronů N k počtu protonů Z.

• U prvků Z < 20 jsou nejstabilnější jádra, jejichž N : Z = 1.

• Se zvyšujícím se Z roste poměr až do hodnoty 1,5.

• Závislost vyjadřuje graf (někdy označován jako řeka stability).

Řeka stabilit

y

• http://ojs.ujf.cas.cz/~krizek/halo_jadra/IMAGES/VAL1.PNG

Druhy jaderného záření• Záření α• Záření ß• Záření γ• Neutrina

• http://www.simopt.cz/energyweb/web/EE/images/03/35_01.gif

• http://www.pise.cz/blog/img/fyzmatik/110177.gif

Záření α

• Vyskytuje se pouze u nejtěžších jader.

• Je tvořeno jádry helia, která mají velkou rychlost a energii, je složeno se dvou protonů a dvou neutronů.

• Záření má velmi malou pronikavost. Je zachytitelné papírem nebo tenkou hliníkovou fólií.

• V magnetickém poli se toto záření odchyluje na opačnou stranu než záření ß. Zároveň má menší zakřivení trajektorie.

Záření ß

• Jedná se o proud elektronů vyletujících z jádra atomu částice záření ß mají záporný náboj a malou hmotnost.

• V magnetickém poli se odchylují na opačnou stranu a mají větší zakřivení trajektorie.

• Dělí se na:– Záření ß-: proud záporně nabitých elektronů

– Záření ß+: proud kladně nabitých pozitronů

Záření γ

• Jedná se o elektromagnetické vlnění o velmi malé vlnové délce a vysoké energii. (Podobá se rentgenovému záření.)

• Magnetické pole na něj nepůsobí.

• Neexistuje samostatně, provází jaderné děje, při nichž vzniká záření α nebo ß.

• Je nejpronikavější (vrstva silná 1,3 cm olova pohltí přibližně 50 % záření).

Neutrina

• Jedná se o elementární částice (velmi nepatrné částečky).

• Nemají elektrický náboj.• Jejich emise doprovází vznik elektronů při

rozpadech pionů a mionů, vzájemnou přeměnu protonů a neutronů (např. při radioaktivitě ß), zároveň i řadu procesů při srážkách elementárních částic při vysokých energiích.

• Neutrina patří spolu s fotony mezi nejhojnější částice ve vesmíru.

Zajímavosti o neutrinech:

• Každou sekundu proletí naším tělem mnoho milionů neutrin.

• Odhaduje se, že zde na Zemi každým cm2 prolétá každou sekundu cca 5 miliónů neutrin, pocházejících především z termonukleárních reakcí v nitru Slunce.

• Nemusíme se obávat jejich škodlivých účinků na naše zdraví, za celý život se zachytí snad jen jedno či dvě tato neutrina.

• Naprostá většina neutrin je schopna volně proletět i skrz celou naši zeměkouli.

• Odhaduje se, že neutrina by mohla úplně zachytit až vrstva olova tloušťky 1000 světelných let!

Radioaktivní rozpady

• Rozpad (přeměna) α

• Rozpad (přeměna) ß-

• Rozpad (přeměna) ß+

• Elektronový záchyt

Rozpad (přeměna) α

• Typický pro přeměny jader těžších prvků.

• Z jádra je vymrštěna částice 2 4He

• Rozpadem vzniklý nuklid je v periodické soustavě prvků posunut vzhledem k původnímu jádru o dvě místa vlevo.

Rozpad (přeměna) ß-

• Pří tomto rozpadu zůstává proton v jádře, zatímco elektron ho opouští.

• Vzniklý nuklid je v periodické tabulce posunut vůči původnímu prvku o jedno místo vpravo.

Rozpad (přeměna) ß+

• Zde dochází k přeměně některého z protonů na neutron a pozitron.

• Vzniká nuklid, který je v periodické tabulce posunut o jedno místo vlevo.

Elektronový záchyt

• Přebytek protonů může být odstraněn tak, že proton, který je součástí jádra, zachytí některý elektron z elektronového obalu.

• Vzniká nuklid, který je v periodické tabulce, vzhledem k původnímu prvku, posunut o jedno místo vlevo.

Jednotky radioaktivity• Veličina, která charakterizuje radioaktivitu, se

nazývá aktivita (zářiče, preparátu či obecně množiny jader) a je definována jako počet jader, který se přeměňuje za jednotku času.

• Jelikož radioaktivita je jev, kdy se nám v čase přeměňují atomová jádra jednoho prvku na jádra jiného prvku, přičemž čas měříme v sekundách, je přirozenou jednotkou aktivity 1 rozpad za 1 sekundu.

• Tato jednotka byla na počest francouzského průkopníka v oblasti radioaktivity Henri Becquerela nazvána 1 Becquerel: 1 Bq = 1rozpad/1sekundu.

• Čím větší je radioaktivita dané látky (vzorku) v Bq, tím více jader za sekundu se nám přeměňuje a tím intenzívnější záření látka do svého okolí vysílá.

Poločas přeměny (rozpadu) T

• Poločas rozpadu (τ ½) je doba (časový interval), za kterou se rozpadne polovina přítomných jader radioaktivního nuklidu.

• Je nezávislý na původním množství radioaktivní látky, je neovlivnitelný změnou vnějších faktorů (př. teplota,…).

• Využívá ho např. radiouhlíková metoda na určování stáří některých archeologických nálezů.

http://www.tretipol.cz/img/pic/0/2010/01/rozpad1.gif

• Poločasy rozpadů jednotlivých nuklidů jsou rozdílné.

• Př.:– 84212Po – 3.10-7 s

– 90232Th – 13,9 miliard let

Jaderná energie• Jedná se o energii, která vzniká uvolněním z

jaderných reakcí v atomovém jádře.

• Prostřednictvím speciálních zařízení je využívaná pro výrobu elektrické energie. Jedná se o tzv. jaderné reaktory (v jaderných elektrárnách), které využívají štěpných reakcích.

• V jaderných reaktorech se využívá nuklidu uranu 92235U.

• Štěpení nastává, když jádro zachytí neutron, čímž se poruší stabilita a jádro se přeměňuje na dva nuklidy prvků ležících uprostřed periodické soustavy prvků (př. baryum – krypton nebo stroncium – xenon), které mají značnou pohybovou energii.

Štěpná reakcehttp://artemis.osu.cz/mmfyz/jm/jm_2_3_3.htm

http://artemis.osu.cz/mmfyz/jm/img/small/28.jpg

Řetězová štěpná reakce

Jaderný reaktor• Používá se obohacený uran 92235U, který je

uzavřen ve vhodném kovovém obalu, jež zadržuje produkty štěpení a zabraňuje reakci mezi štěpným materiálem a látkou, kterou se z reaktoru odvádí teplo (obvykle je to voda).

• Moderátor zpomaluje neutrony - snižuje jejich energii, která je velká.

• Aktivní zónu reaktoru tvoří palivové články a moderátor, je obklopena reflektorem a vrstvou materiálu, které mají zpomalit a zachytit neutrony a zároveň absorbovat záření γ.

• Regulační tyče (většinou z boru, kadmia) řídí výkon reaktoru. Tyto tyče se podle potřeby zasouvají do aktivní zóny reaktoru a ovlivňují průběh štěpné reakce.

• Teplo z aktivní zóny je přenášeno do výměníku tepla, kde je použito k získání páry, která slouží k pohonu turbogenerátorů (obdobně jako v tepelných elektrárnách.)

http://artemis.osu.cz/mmfyz/jm/jm_2_3_3.htm

Zajímavosti:• Energie získaná z 1 kg uranu odpovídá

přibližně energii, kterou bychom dostali spálením 3 000 000 kg uhlí.

• Emise radioaktivních látek při provozu jaderné elektrárny může být kupodivu menší než v případě tepelných elektráren, které rovněž produkují určité zvýšené množství radioaktivního spádu.

• Hlavními problémy jsou nebezpečí havárie jaderné elektrárny a bezpečné uskladnění či likvidace vyhořelého paliva.

• 26. dubna 1986 havarovala jaderná elektrárna Černobyl, jednalo se o největší jadernou nehodu v historii jaderné energetiky.

Temelínhttp://mm.denik.cz/52/

a6/010201temelin_jaroslav_sybek_denik_clanek_solo.jpg

Dukovanyhttp://www.vyletnik.cz/images/profily/users/1970/jaderna-elektrarna-

dukovany-informacni-centrum-2952b4d341.jpg

Jaderná bomba• Též jaderná puma.• Pod označení jaderná bomba bývá zvykem

zahrnovat jen ty jaderné bomby, které využívají štěpné jaderné reakce.

• Jedná se o jadernou zbraň, která využívá ničivých účinků jaderného výbuchu:

– intenzivní světelný záblesk (zapálení látek, oslepení)

– účinek elektromagnetického impulsu (poškození el. přístrojů)

– tlaková vlna (mechanické demoliční účinky)

– účinek pronikavého ionizující záření vznikajícího při jaderném výbuchu (poškození živého organismu, ať už přímé nebo genetické)

– zamoření radioaktivním spadem (opět poškození živého organismu ionizujícím zářením vzniklým při přeměně radionuklidů)

http://jaderna-zbran.navajo.cz/jaderna-zbran-4.png

• Dne 6. srpna 1945 v 8.16 explodovala nad japonským přístavem Hirošima první atomová puma — Little Boy.

• Nagasaki bylo druhým městem, na které byla v průběhu 9. srpna 1945 svržena atomová bomba.

http://www.2zskolin.cz/jadfyz/ele/Image28.jpghttp://image.tn.nova.cz/media/images/original/May2008/319069.jpg

Použitá literatura:• RNDr. Aleš Mareček, CSc., RNDr. Jaroslav

Honza, CSc., Chemie pro čtyřletá gymnázia, 3. vyd., Olomouc: Nakladatelství Olomouc, 2005, 244 s.

• Doc. RNDr. Oldřich Lepil, CSc., RNDr. Milan Bednařík, CSc., RNDr. Radmila Hýblová, Fyzika pro střední školy, 3. vyd., Praha: Prometheus, 2005, 312 s.

• http://astronuklfyzika.cz/JadRadFyzika2.htm

• http://cs.wikipedia.org/wiki/Jadern%C3%A1_energie

• http://artemis.osu.cz/mmfyz/jm/jm_2_3_3.htm

• http://www.cernobyl.cz/