Materiały pomocnicze 15 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Materiały pomocnicze 15

do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki

Wodnej

1. Rodzaje promieniowania.

W wyniku badań stwierdzono, że promieniowanie emitowane przez pierwiastki promieniotwórcze można podzielić na 3 rodzaje (α,β,γ ). Każde promieniowanie ma inne własności.

2. Własności promieniowania α, β i γ.

a. Zachowanie w polu elektrycznym:

Wiązka promieniowania α w polu elektrycznym ulega odchyleniu w kierunku płytki naelektryzowanej ujemnie. Wiązka promieniowania β

– w kierunku naelektryzowanej dodatnio. Promieniowanie γ w polu elektrycznym nie ulega odchyleniu.

b. Zachowanie w polu magnetycznym.

Promieniowanie α,β,γ podobnie zachowują się w polu magnetycznym. Z doświadczeń tych wynika, że promienie alfa mają ładunek dodatni, β – ujemny, a γ – są elektrycznie obojętne.

3. Natura promieniowania α, β i γ.

Promieniowanie α to strumień dodatnio naładowanych cząstek

identycznych z jądrami helu; masa cząstki α jest równa masie jądra helu, a dodatni ładunek jest równy podwójnemu ładunkowi elementarnemu.

Promieniowanie β to strumień elektronów.

Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Promieniowanie γ to promieniowanie elektromagnetyczne o bardzo małej (<

10^-10m) długości fali, czyli strumień fotonów o dużej energii (nazywanych również kwantami gamma)

Promieniowanie alfa, beta i gamma jest emitowane z jądra atomowego i stąd nazywane jest również promieniowaniem jądrowym.

4. Budowa atomu.

Liczba protonów w jądrze jest dla każdego pierwiastka inna i równa liczbie elektronów w atomie. Decyduje ona o chemicznych właściwościach atomu.

Nazywamy ją liczbą atomową lub porządkowa i oznaczamy literą Z.

Atomy każdego pierwiastka mogą występować w postaci kilku odmian różniących się między sobą liczbą neutronów w jądrze. Odmiany te nazywamy izotopami. Liczba wszystkich nukleonów tworzących jądro to liczba masowa A, gdyż zawiera ona informację o masie atomu, która w przybliżeniu jest równa A* masa nukleonu.

Liczbę neutronów w jądrze obliczamy odejmując od liczby masowej A (wszystkich nukleonów) liczbę Z (protonów). Wartości liczbowe Z oraz A podajemy wraz z symbolem pierwiastka (_Z^AX ).

5. Rozpad promieniotwórczy.

Emisja promieniowania α,β,γ jest zjawiskiem mającym źródło w jądrze atomowym. Wyemitowanie z jądra cząstki α lub β zmienia jego skład (liczbę protonów i neutronów). Takie spontaniczne przemiany jąder nazywamy rozpadem promieniotwórczym. Jądra które ulegają tym przemianom nazywamy jądrami niestabilnymi. Jądra stabilne to jądra trwałe, które samorzutnie nie podlegają przemianom.

Rozpad α.

Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Gdy jądro atomowe o liczbie masowej A i atomowej Z wysyła na zewnątrz cząstkę α powstaje z niego jądro innego pierwiastka. Proces ten nazywamy rozpadem α. Rozpad ten możemy zapisać następująco:

α

4 2 4

2 +

→ ⁻₋ Y X ^A_Z

A

Z .

Rozpad β, to rozpad promieniotwórczy podczas którego z jądra emitowana jest cząstka β, czyli elektron. Rozpad ten możemy zapisać następująco:

e Y X _Z^A

A Z

0 1

1 −

+ +

→ (₀¹n→₁¹p+₋⁰₁e).

6. Zasada zachowania ładunku i liczby nukleonów w zapisie reakcji jądrowych.

Zarówno całkowity ładunek elektryczny jak i masa musi być zachowana podczas reakcji jądrowej.

7. Prawo rozpadu promieniotwórczego.

Prawo rozpadu promieniotwórczego, mówi iż w miarę upływu czasu liczba N jąder promieniotwórczych w próbce maleje. Czas, po którym z początkowej liczby jąder promieniotwórczych N₀ pozostaje ich połowa nazywamy czasem połowicznego rozpadu (zaniku) i oznaczamy T.

Liczbę jąder w zależności od czasu można przedstawić w postaci: .

( )

N 2

1

0⋅

=

Zadania

1. Ile protonów i ile neutronów znajduje się w jądrze:

a. trytu ₁³H

b. izotopu potasu ₁₉⁴⁰K

2. Który pierwiastek ma jądro o takiej samej budowie jak cząstka α? 3. Ile protonów i ile neutronów znajduje się w jądrze

Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

a. izotopu węgla ¹²₆C

b. izotopu węgla ¹⁴₆C

4. Ile elektronów znajduje się w atomie a. Węgla ¹²₆C

b. Węgla ¹⁴₆C

5. Cząstka alfa uderza w jądro glinu ₁₃²⁷Alzmieniając je w jądro nietrwałego izotopu fosforu i pojedynczy neutron. Podaj liczbę masową i atomową otrzymanego izotopu.

6. Izotop węgla ¹⁴₆C ma czas połowicznego rozpadu około 6 000 lat. Stanowi on niewielki procent węgla zawartego w materii każdego żywego organizmu.

Po śmierci organizmu rozpad tego izotopu powoduje, że jego zawartość w organizmie maleje. Pomiar stosunku zawartości izotopu ¹⁴₆C i ¹²₆C pozwala na wyznaczenie ile czasu upłynęło od śmierci organizmu. Ile wynosi wiek badanego drzewa, jeżeli stosunek tych dwóch izotopów węgla

w badanym drzewie jest czterokrotnie mniejszy niż w rosnącym drzewie.