Elementy fizyki jądrowej
Promieniotwórczość naturalna
Promieniotwórczość naturalna, to promieniowanie jonizujące pochodzące wyłącznie ze źródeł naturalnych- naturalnych pierwiastków radioaktywnych obecnych w glebie, skałach, powietrzu i wodzie. Badając odchylanie emitowanego promieniowania w polu magnetycznym stwierdzono, że można rozróżnić trzy jego rodzaje: (alfa)(beta)(gamma)
Promieniowanie alfa
Promieniowanie alfa, to rodzaj promieniowania jonizującego cechującego się małą przenikalnością. Jest to strumień cząstek składających się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Ma ładunek dodatni i jest identyczna z jądrem atomu izotopu 4He. Cząsteczki alfa są wytwarzane przez jądra pierwiastków promieniotwórczych, na przykład uran, rad. Proces ten określa się jako rozpad alfa. Jądro, które wyemituje cząstkę alfa pozostaje zwykle w stanie wzbudzonym, co wiąże się z dodatkową emisją kwantu gamma. Promieniowanie alfa mają najmniejsza przenikliwość- nie przechodzi przez kartkę papieru.Promieniowanie beta
Promieniowanie beta, to jeden z rodzajów promieniowania jonizującego wysyłanego przez promieniotwórcze jądra atomowe podczas przemiany jądrowej. Promieniowanie beta powstaje podczas rozpadu jądra atomowego typu beta i jest strumieniem elektronów lub pozytonów. Promieniowanie beta jest silnie pochłaniane przez materię, przez którą przechodzi. Promieniowanie to jest zatrzymywane już przez aluminiową blachę grubości kilku milimetrów.Promieniowanie gamma
Promieniowanie gamma, to wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. Za promieniowanie gamma uznaje się promieniowanie o energii kwantu większej od 10 keV. Zakres ten częściowo pokrywa się z zakresem promieniowania rentgenowskiego. Rozróżnienie promieniowania gamma oraz promieniowania X opiera się na ich źródłach, a nie na długości fali. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych lub zderzeń jąder, a promieniowanie rentgenowskie, w wyniku zderzeń elektronów z atomami. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem jonizującym i najbardziej przenikliwym- przechodzi łatwo przez grube warstwy ołowiu.Grej (Gy)
Grej, to jednostka miary pochłaniania promieniowania (dawki pochłaniania); dawka pochłonięta wynosi jeden grej, gdy jeden kilogram materii pochłania energię jednego dżula.
Sivert (Sv)
Sivert, jest to jednostka dawki pochłoniętej promieniowania jonizującego. Wielkość ta uwzględnia szkodliwość biologiczną rodzaju promieniowania.
gdzie Q jest to współczynnik szkodliwości biologicznej dla danego rodzaju promieniowania.
Rozpad promieniotwórczy
Rozpad promieniotwórczy, to zjawisko spontanicznej przemiany jądra atomowego danego izotopu w inne jądro. Rozróżniamy rozpad alfa, rozpad beta (minus) i rozpad beta (plus).
W rozpadzie alfa produktem jest nowe jądro i cząstka alfa (jądro helu).
W rozpadzie beta minus produktem jest nowe jądro i elektron.
W rozpadzie beta plus produktem jest nowe jądro i pozyton. Rozpadami rządzi reguła Soddy'ego i Fajansa.
Reguła Soddy'ego i Fajansa
Reguła Soddy'ego i Fajansa, to reguła określająca położenie pierwiastka powstałego po emisji cząstki alfa lub beta z jądra macierzystego pierwiastka.Emisja cząstki alfa powoduje zmniejszenie masy jądra o cztery jednostki masy atomowej, a ładunku o dwa ładunki elementarne, wskutek czego powstały pierwiastek znajduje się o dwa miejsca na lewo w układzie okresowym w stosunku do pierwiastka macierzystego (liczba masowa maleje o 4, atomowa maleje o 2).
Emisja beta minus powoduje przesunięcie położenia pierwiastka o jedno miejsce na prawo (liczba atomowa wzrasta o 1, masowa bez zmian).
Emisja beta plus (przesunięcie o jedno miejsce na lewo w układzie okresowym - liczba atomowa maleje o 1, masowa bez zmian).
Promień jądra atomowego
Izotopy
Izotopy, to nuklidy(jądra atomowe), które mają ten sam ładunek (taka samą liczbę protonów), czyli ta sama liczba atomowa Z, ale różnią się liczbą neutronów.Izobary
Izobary, to nuklidy (jądra atomowe), które mają takie same liczby masowe A, a różne liczby atomowe.Izotony
Izotony, to nuklidy( jądra atomowe), które mają różną liczbę protonów przy jednakowej liczbie neutronów.Niedobór masy
Niedobór masy, jest to różnica sumy mas części składowych nuklidu (jądra atomowego) a j masą jądra.
Energia wiązania
Energia wiązania jądra atomowego określa energię potrzebną do rozdzielenia jądra atomowego na protony i neutrony. Jest ważnym kryterium decydującym o trwałości jądra atomowego.
Aktywność źródła promieniotwórczego
Aktywność źródła promieniotwórczego, jest to całkowita liczba rozpadów promieniotwórczych jąder źródła w jednostce czasu, Jednostką aktywności źródła promieniowania w układzie SI jest bekerel (Bq)
Prawo rozpadu promieniotwórczego
Prawo rozpadu promieniotwórczego, to zależność określająca szybkość ubywania pierwotnej masy substancji zbudowanej z jednego rodzaju cząstek, która ulega naturalnemu, spontanicznemu rozpadowi.
Czas połowicznego rozpadu
Czas połowicznego rozpadu, jest to czas charakterystyczny dla danego źródła promieniotwórczego, po którym liczba jąder promieniotwórczych maleje dwukrotnie. Jego wartość powiązana jest ze stała rozpadu poniższą zależnością
Krzywa rozpadu
Krzywa rozpadu, to graficzne przedstawienie prawa rozpadu
