Fizyka jądra atomowego

F. Soddy zaproponowal pojecie izotopii, to jest

istnienia atomów tego samego pierwiastka w róznych odmianach rózniacych sie

miedzy soba masa atomowa.

- jądro atomowe

Podsumuje podane wyzej wiadomosci o jadrach atomowych. W prostym modelu

przyjmujemy planetarny model atomu z kwantowymi poprawkami

zaproponowanymi przez Bohra. Mamy wiec krazace wokól jadra elektrony,

które zapelniaja kolejne dozwolone stany zgodnie z zakazem Pauliego.

W centrum ukladu mamy jadro atomowe skladajace sie z ciasno upakowanych,

dodatnio naladowanych protonów i elektrycznie obojetnych neutronów

(skladniki jadra atomowego nazywamy nukleonami).

Niektóre jadra atomowe sa nietrwale i samoczynnie rozpadaja sie w dwóch

procesach rozpadu: Rozpad alfa, polega na wyrzuceniu jadra atomu helu 4 2 He.

W wyniku tego rozpadu liczba masowa jadra zmniejsza sie o 4, a liczba

atomowa zmniejsza sie o dwa

Rozpad beta, nastepuje w wyniku przemiany jednego z neutronów w proton i

elektron. Ten ostatni zostaje wyrzucony z jadra. W wyniku przemiany beta liczba

masowa jadra nie ulega zmianie, a liczba atomowa zwieksza sie o jeden.

Dwa jądra tej samej liczbie protonów ale mogace sie róznic liczba neutronów

nazywamy izotopami. Izotopy tego samego pierwiastka maja takie same

wlasnosci chemiczne róznia sie jednak wlasnosciami fizycznymi. I nie ma w

tym nic dziwnego, wszak za wlasnosci chemiczne odpowiadaja prawie w 100%

elektrony a nie nukleony.

Dwa jadra o tej samej

liczbie neutronów, ale rózniace sie liczba protonów nazywamy izotonami.

Chyba najbardziej znanym urzadzeniem do pomiaru promieniowania

jonizacyjnego jest licznik Geigera-Müllera.

- relacje jądrowe

Reakcja syntezy to reakcja laczenia lekkich jader w ciezsze. Z wykresu

przedstawiajacego energie przypadajaca na nukleon w zaleznosci od liczby

atomowej wynika, ze reakcja syntezy jader lekkich przebiega z wydzieleniem

energii.

- reakcje rozszczepiania

Oboje uczeniu zbudowali

pierwszy uzyteczny model rozszczepienia jadra uranu pod wplywem neutronów

oraz oszacowali energie rozszczepienia. Szybko zdano sobie sprawe, ze jezeli

przy rozszczepieniu jader uranu powstaja dodatkowe neutrony mozliwa jest

reakcja lancuchowa, gdzie powstajace neutrony rozszczepiaja kolejne jadra

uranu i tak dalej.

- materiały rozszczepialne

Kazda bryla materialu rozszczepialnego jest ograniczona

powierzchnia graniczna przez która neutrony moga „wyciekac” na

zewnatrz. Cialo o masie m uformowane w kule bedzie mialo

najmniejsza powierzchnie graniczna. Im wiekszy masa materialu tym

kula z niej uformowana ma mniejszy stosunek powierzchni do masy.

Oznacza to mniejszy procent traconych neutronów. Gdy kula jest za

mala procent traconych neutronów jest zbyt duzy aby mozliwa byla

reakcja lancuchowa.

- broń atomowa

Bomba z boosterem wykorzystuje reakcje syntezy do

produkcji dodatkowych neutronów. Dzieki temu reakcja

lancuchowa zachodzi szybciej i wiecej uranu spala sie podczas

wybuchu zwiekszajac moc ladunku.

Do drugiej generacji naleza równiez bomby termojadrowe,

w których glównym zródlem energii jest reakcja syntezy.

Pominalem jeszcze jeden bardzo istotny

szczegól konstrukcji reaktora, czyli prety sterujace. Prety te wykonane sa z

materialu o wysokim przekroju czynnym na pochlanianie neutronów (czesto

wykorzystywanym materialem jest tu kadm). W konstrukcji stosu sa kanaly w

które takie prety mozna wlozyc i zatrzymac lub spowolnic przebieg reakcji.

- ciężka woda

Wiemy juz, ze wodór ma trzy naturalnie wystepujace izotopy,

które maja wlasne nazwy: wodór, deuter, tryr.

Dodam, ze wlasne nazwy i symbole chemiczne maja tylko

izotopy wodoru. Wlasnosci chemiczne izotopów tego samego

pierwiastka sa takie same. Scislej rzecz biorac wlasnosci te sa

tak do siebie zblizone, ze wykrycie róznic wymaga albo

bardzo wyrafinowanych metod badawczych albo jest wrecz

niewykonalne. Jedynym wyjatkiem jest tu wodór. Niektóre

wlasnosci chemiczne zaleza od masy pierwiastków, które

w nich uczestnicza. Masa deuteru jest dwukrotnie wyzsza od

masy wodoru, a trytu az trzykrotnie wyzsza.

- izotopy

Same izotopy wodoru maja

szczególna pozycje, gdyz ze wzgledu na duze róznice

w zauwazalny sposób róznia sie miedzy soba wlasnosciami

chemicznymi. Dla chemików sa to jakby trzy nieco inne

atomy wodoru. Stad miedzy innymi izotopy wodoru

„zasluzyly” sobie na swoje symbole chemiczne H, D, T

- promieniowanie a zdrowie

W ukladzie SI jednostka aktywnosci promieniotwórczej jest

jeden bekerel [Bq]. Zródlo ma aktywnosc jednego Bq gdy

zachodzi w nim jeden rozpad na jedna sekunde.

Jednostka dawki ekspozycyjnej okresla ilosc promieniowania

jonizujacego, które wytwarza jony 1cm

3

suchego powietrza

przenoszace ladunek elektryczny 1esu. Nazwa jednostki

rentgen [R].

Dawka, która powoduje zauwazalne w krótki czasie skutki

medyczne to ok. 200mSv na cale cialo.

Choroba popromienna ok. 1Sv na cale cialo

Dawka smiertelna ok. 5Sv w ciagu godziny na cale cialo

Lokalnie deponowana dawka przy naswietlaniu nowotworów

ok. 100Sv w czasie 5/7 tygodni.

- pierwiastki promieniotwórcze

odkryli go w produktach reakcji jadrowych.