FIZYKA JĄDROWA

(1)

FIZYKA JĄDROWA

(2)

TEMAT:

SKŁAD JĄDRA ATOMOWEGO

ORAZ IZOTOPY

(3)

MODELE BUDOWY ATOMU

model atomu Arystotelesa

(4)

MODELE BUDOWY ATOMU

model atomu Thomsona

+++ +

+++ + +++

+

+++ + +

++ ++

++ +

+++ + +

++ +

+++ + +++ + +++ +

+++ +

+++ ++

++ +

+++ +

+++ + +++ + +

++ +

+++ +

+++ + +

++ +

+++ +

-

- -

-

- -

(5)

MODELE BUDOWY ATOMU

model atomu Bohra

(6)

MODELE BUDOWY ATOMU

kwantowy model atomu

przestrzeń,

w której z określonym prawdopodobieństwem możemy spotkać

elektron

(7)

 Symbol jądra atomowego oznaczamy podobnie jak symbol pierwiastka.

A

– liczba masowa

Z

– liczba atomowa (porządkowa)

liczba protonów liczba neutronów

OZNACZENIA

A X

Z

Z p 

Z A

n  

(8)

 Atomy tego samego pierwiastka występują w kilku odmianach zwanych izotopami.

 Wszystkie izotopy tego samego pierwiastka mają identyczną liczbę (p) protonów w jądrze, ale różnią się liczbą (n) neutronów .

IZOTOPY

(9)

 Izotopy wodoru:

IZOTOPY - PRZYKŁADY

 Izotopy węgla:

1H

1 - wodór - deuter - tryt

2H

1 3H

1

12C

6 - węgiel C-12 - węgiel C-14

14C

6

(10)

ROZMIAR JĄDRA ATOMOWEGO

 rozmiar atomu

 rozmiar jądra

10

m 10

^



15

m 10

^



(11)

ROZMIAR JĄDRA ATOMOWEGO

 rozmiar jądra atomowego, przy założeniu, że jest kulą, wynosi:

 gdzie

 promień wodoru

 liczba masowa

3

0

A

r r 

m

r

₀

 1 , 23  10

^¹⁵

A

(12)

MASA I ENERGIA

 Masę jądra atomowego wyraża się w atomowych jednostkach masy

C gla

e w izotopu

atomu masy

u

¹²₆

12 1  1

kg u 1 , 66054 10

²⁷

1  

^

(13)

MASA I ENERGIA

 Masę jądra podaję się w jednostkach energii (zgodnie ze wzorem Einsteina)

2 0

0

m c

E 

2

1

1 u c

E

_u

   14 , 97  10

^¹¹

J

 Można wyrazić masę w elektronowoltach

J eV 1 , 6 10

¹⁹

1  

^

MeV

E

₁_u

 931 , 5

(14)

TEMAT:

PRAWO ROZPADU

PROMIENIOTWÓRCZEGO

– PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

NATURALNA

(15)

PRZEMIANA

 Cząstka – dwa protony i dwa neutrony, posiada ładunek +2e.



 Przykład rozpadu



4 2 228

90 232

92

U  Th 

 Ogólna postać przemiany (rozpadu)



4 2 4

2





^_

Y X

^A_Z

A Z

(16)

PRZEMIANA

 Cząstka – elektron.





(rozpadowi towarzyszy emisja antyneutrina)

e

Mg

Na 

₁₂²⁴



^

 

24 11



^















_

Y e

^

X

_Z ^A

A

Z 1





 p e

^

n

₁¹

1 0

(17)

PRZEMIANA

 Cząstka – pozyton, antycząstka elektronu.





(rozpadowi towarzyszy emisja neutrina)

e

Si

P 

₁₄³⁰



^

 

30 15



^















_

Y e

^

X

_Z ^A

A

Z 1





 n e

^

p

₀¹

1 1

(18)

PROMIENIOWANIE

 Promieniowanie to fala elektromagnetyczna lub inaczej strumień wysokoenergetycznych

kwantów.



(19)

STAŁA ROZPADU

 W próbce zawierającej N atomów niestabilnego izotopu promieniotwórczego stwierdzono, że

liczba rozpadów ΔN następujących w jednostce czasu zależy tylko od liczby atomów i jest do

niej proporcjonalna.

t N N ~



 N

t

N  



 Współczynnik nazywamy stałą rozpadu.

lub



(20)

PRAWO ROZPADU

 Po wprowadzeniu czasu połowicznego rozpadu T_1/2, czasu po upływie

którego w próbce pozostaje połowa liczby atomów izotopu

e

t

N t

N ( ) 

₀



^^

N0

2 0

1 N

4 0

1 N

8 0

1 N

N

T 2T 3T 4T t 0

gdzie

e  2 , 718

2 / 1

2 ) 1

(

₀ ^T

t

N t

N 



 



 



(21)

PRZYKŁADOWE CZASY POŁOWICZNEGO ZANIKU

Izotop Rodzaj rozpadu

Czas

połowicznego zaniku

212Po – polon alfa 3*10^-7s

30P – fosfor beta + 130,6 s

210Po – polon alfa 138 dni

234U – uran alfa 248 lat

14C– węgiel beta - 5730 lat

(22)

SZEREGI PROMIENIOTWÓRCZE

 Szeregi promieniotwórcze to rodziny nuklidów promieniotwórczych kolejno przekształcających się jedne w drugie na drodze sekwencyjnych

rozpadów alfa lub beta.

 Wyróżnia się ich cztery, a każdy

zapoczątkowywany jest rozpadem innego bardzo długożyciowego izotopu

promieniotwórczego.

(23)

238U

234Th

230Th

226Ra

222Rn

218Po

214Pb

214Po

214Pb

210Po

206Pb Z

N

 

^

PRZYKŁADOWY SZEREG URANOWO-RADOWY

(24)

TEMAT:

DEFICYT MASY

(25)

UKŁAD ZŁOŻONY

 to ciała oddziałujące siłami grawitacji lub ciała posiadające ładunki różnoimienne oddziałujące siłami elektrycznymi.

(26)

ENERGIA WIĄZANIA

 to najmniejsza energia, jaką należy dostarczyć układowi związanemu, aby jego składniki mogły stać się swobodne (nie oddziaływały ze sobą).

(27)

PRZYKŁAD 1.

ROZWAŻMY UKŁAD ZŁOŻONY Z RAKIETY I ZIEMI

 gdy rakieta spoczywa na Ziemi to

w  E

Z Z

R

m

 GM 2

2

mvII k 

E

R J

m E GM

Z Z w

1010

128 



 czyli dla rakiety o masie 20 ton

(28)

ENERGIA SPOCZYNKOWA

 to energia jaką posiada ciało w spoczynku (tylko w związku ze swoją masą)

gdzie

m

₀ oznacza masę spoczynkową ciała.

2 0

0

m c

E 

(29)

RÓWNOWAŻNOŚĆ MASY I ENERGII

 Masa i energia są równoważnymi wielkościami.

 Możemy powiedzieć, że masa stanowi inną formę energii.

(30)

DEFICYT MASY

A. układ przed podziałem B. układ po podziale

2

1 m

m M_u  

Mu  E_w m₁ m₂

m M

m

m₁  ₂  _u   c2

m  E^w



Przykład 1

przyrost masy układu rakieta-Ziemia przy oddalaniu do nieskończoności wynosi m 14 10^⁶ kg

(31)

PRZYKŁAD 2.

ENERGIA Z MASY

 1 g substancji odpowiada energii około 9·10¹³J

 energia ta równa jest ciepłu otrzymanemu ze spalania około 3,5 tysięcy ton węgla

 energia ta pozwoliłaby zasilić jedną przeciętną świetlówkę przez około 150tys lat

(32)

TEMAT:

REAKCJE JĄDROWE.

SZTUCZNA

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

(33)

SZTUCZNA PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

 Reakcja, w której uzyskano proton

 Uzyskanie neutronu

p O

N

₂⁴ ¹⁷₈ ₁¹

14

7

   

n C

Be

₂⁴ ¹²₆ ₁⁰

9

4

   

(34)

SZTUCZNA PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

 Uzyskanie pozytonu

gdzie jądro fosforu jest przykładem jądra krótkożyciowego.

e

Si P

n P

Al















 30

14 30

15

0 1 30

15 4

2 27

13