FIZYKA JĄDROWA

Dział 3

FIZYKA JĄDROWA

Wersja beta

TEMAT: SKŁAD JĄDRA ATOMOWEGO ORAZ IZOTOPY

MODELE BUDOWY ATOMU

model atomu Arystotelesa

MODELE BUDOWY ATOMU

model atomu Thomsona

+++

+

+++

+

+++

++

++

++++

++

++

+

+++

++

++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

++

++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

++

++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

++

++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

+++

+

-

-

- -

-- -

-

-

--

--

MODELE BUDOWY ATOMU

model atomu Bohra

MODELE BUDOWY ATOMU

kwantowy model atomu

przestrzeń, w której z określonym prawdopodobieństwem możemy spotkać elektron

Symbol jądra atomowego oznaczamy podobnie jak symbol pierwiastka.

A – liczba masowa

Z – liczba atomowa (porządkowa)

liczba protonówliczba neutronów

OZNACZENIA

XAZ

Zp ZAn

Ważne

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

Izotopy wodoru:

IZOTOPY - PRZYKŁADY

Izotopy węgla:

H11 - wodór- deuter- tryt

H21

H31

C126 - węgiel C-12- węgiel C-14C146

ZADANIE

Podaj liczbę protonów i neutronów wchodzących w skład jądra atomowego następujących pierwiastków: Cl, Zn, Po.

ROZMIAR JĄDRA ATOMOWEGO

rozmiar atomu

rozmiar jądra

m1010

m1510

ROZMIAR JĄDRA ATOMOWEGO

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

gdzie promień wodoru liczba masowa

30 Arr

mr 150 1023,1

A

TRUDNE

MASA I ENERGIA

Masę jądra atomowego wyraża się w atomowych jednostkach masy

Cglaewizotopuatomumasyu 12612

11

kgu 271066054,11

TRUDNE

MASA I ENERGIA

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

200 cmE

21 1 cuE u J111097,14

Można wyrazić masę w elektronowoltach JeV 19106,11

MeVE u 5,9311 TRUDNE

ZADANIE

Masa jądra uranu 235U wynosi 235,04392u. Jaką wartość ma masa jądra wyrażona w kilogramach, dżulach i elektronowoltach.

TEMAT: PRAWO ROZPADU PROMIENIOTWÓRCZEGO – PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ NATURALNA

PRZEMIANA Cząstka – dwa protony i dwa

neutrony, posiada ładunek +2e.

Przykład rozpadu

42

22890

23292 ThU

Ogólna postać przemiany (rozpadu)42

42

YX AZ

AZ

Ważne

PRZEMIANA Cząstka – elektron.

Przykład rozpadu(rozpadowi towarzyszy emisja antyneutrina)

eeMgNa 2412

2411

Ogólna postać przemiany (rozpadu)

eYX A

ZAZ 1

epn 11

10

Ważne

PRZEMIANA Cząstka – pozyton, antycząstka

elektronu.

Przykład rozpadu(rozpadowi towarzyszy emisja neutrina)

eeSiP 3014

3015

Ogólna postać przemiany (rozpadu)

eYX A

ZAZ 1

enp 10

11

Ważne

PROMIENIOWANIE Promieniowanie to fala

elektromagnetyczna lub inaczej strumień wysokoenergetycznych kwantów.

Ważne

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.

Nt

N~

Nt

N

Współczynnik nazywamy stałą rozpadu.

lub

PRAWO ROZPADU

Po wprowadzeniu czasu połowicznego rozpadu T1/2, czasu po upływie którego w próbce pozostaje połowa liczby atomów izotopu

teNtN 0)(

0N

02

1N

04

1N

08

1N

N

T T2 T3 T4 t0

gdzie

718,2e

2/1

2

1)( 0

T

t

NtN

Ważne

TRUDNE

PRZYKŁADOWE CZASY POŁOWICZNEGO ZANIKU

IzotopRodzaj rozpadu

Czas połowicznego zaniku

212Po – polon

alfa 3*10-7 s

30P – fosfor beta + 130,6 s210Po – polon

alfa 138 dni

234U – uran alfa 248 lat14C– węgiel beta - 5730 lat

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.

238U

234Th

230Th

226Ra

222Rn

218Po

214Pb

214Po

214Pb

210Po

206Pb Z

N

PR

ZYK

ŁAD

OW

Y

SZ

ER

EG

UR

AN

OW

O-R

AD

OW

Y

ZADANIA

Jaki izotop powstaje z jądra uranu 238U w wyniku dwóch przemian alfa i dwóch przemian beta(-).

Oblicz, jaka część pierwotnej masy (100g) izotopu fosforu 30P pozostanie po czasie 34,75min.

TEMAT: DEFICYT MASY

UKŁAD ZŁOŻONY

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

ENERGIA WIĄZANIA

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

PRZYKŁAD 1. ROZWAŻMY UKŁAD ZŁOŻONY Z RAKIETY I ZIEMI

gdy rakieta spoczywa na Ziemi to

wEZ

Z

R

mGM

2

2IImv

kE

JR

mGME

Z

Zw

1010128

czyli dla rakiety o masie 20 ton

ZAPAMIĘTAJ

ENERGIA SPOCZYNKOWA

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

gdzie m0 oznacza masę spoczynkową

ciała.

200 cmE

RÓWNOWAŻNOŚĆ MASY I ENERGII

Masa i energia są równoważnymi wielkościami.

Możemy powiedzieć, że masa stanowi inną formę energii.

DEFICYT MASY

A. układ przed podziałem B. układ po podziale

21 mmM u

uM wE 1m 2m

mMmm u 21

2c

Em w

Przykład 1przyrost masy układu rakieta-Ziemia przy oddalaniu do nieskończoności wynosi kgm 61014

UWAGA

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

ZADANIE

O ile różni się masa jądra helu od łącznej masy jego składników?

mprotonu= 1,6726 · 10-27kg mneutronu= 1,6749 · 10-27kg mjądra helu= 6,6447 · 10-27kg Δm = ?

TRUDNE

TEMAT: ENERGETYKA JĄDROWA

TEMAT: ŻYCIE SŁOŃCA

TEMAT: REAKCJE JĄDROWE.SZTUCZNA PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

SZTUCZNA PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

Reakcja, w której uzyskano proton

Uzyskanie neutronu

pON 11

178

42

147

nCBe 01

126

42

94

SZTUCZNA PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

Uzyskanie pozytonu

gdzie jądro fosforu jest przykładem jądra krótkożyciowego.

eeSiP

nPAl

30

143015

01

3015

42

2713

KONIEC