Předmět:
Ročník:
Vytvořil:
Datum:
CHEMIE
PRVNÍ
Mgr. Tomáš MAŇÁK
20. říjen 2012
Název zpracovaného celku:
RADIOAKTIVITA
RADIOAKTIVITA Přirozená radioaktivita: Atomová jádra některých nuklidů (zejména těžká jádra, která mají značný počet neutronů) jsou nestálá ⇒ samovolně se rozpadají na jiná a vyzařují přitom neviditelné záření. Samovolný rozpad jader a jejich přeměna na jiná, stálejší jádra, který je spojený s uvolňováním neviditelného radioaktivního záření = radioaktivita. Přeměna trvá tak dlouho, až je vzniklý prvek stabilní, dále se nerozpadá a nevysílá žádné záření.
radioaktivita - Starý a nový symbol zdroje: http://zpravy.idnes.cz/foto.aspx?r=zahranicni&foto1=MBB19423d_radiace.gif http://astronuklfyzika.cz/JadRadFyzika2.htm
Poznámka: Nové logo má doplňující charakter. Trojlístek na žlutém pozadí je sice zavedený, ale málo srozumitelný. Oběťmi ozáření jsou ve většinou chudí lidé z rozvojových zemí, kteří neumí číst, a tak neumí rozluštit doprovodné nápisy. Nové logo tento problém odstraňuje - je více vysvětlující. Umisťuje se na zařízení spadající do kategorie "nebezpečných zdrojů schopných způsobit smrt či vážné zranění". Patří sem např. stroje na ozařování potravin či léčbu rakoviny. Radioaktivita byla poprvé pozorována fr. fyzikem H. Becquerelem v roce 1896 u sloučenin uranu. Název radioaktivita pochází od objevitelů radionuklidů radia a polonia – manželů Curieových z roku 1898. V přírodě existuje asi 50 radionuklidů (přirozená radioaktivita) – jsou to hlavně nuklidy těžkých prvků s protonovým číslem 82 < Z < 92 (v PSP se nachází mezi olovem a uranem), u kterých byly pozorovány 3 druhy jaderného záření (E. Rutherford).
1
záření α zdroj: http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=1&ee_chapter=3.5.2
– – –
4
proud rychle letících jader atomů helia ( 2 He,
4 2
α ); je vyzařováno jádry prvků jako je např. uran,
thorium, radium dosahuje 10% rychlosti světla (c = 3.108 m.s-1 = 300 000 km.s-1) lze jej pohltit například listem papíru nebo tenkou vrstvou naší pokožky (pokud se materiály emitující záření alfa dostanou do těla např. při vdechnutí, s jídlem, pitím, pak mohou ozářit vnitřní tkáně a způsobit biologická poškození A Z
např.:
X →24He+ AZ−−42Y
226 88
Ra→24He+ 222 86 Rn
záření β zdroj: http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=1&ee_chapter=3.5.2 0
0 +1
–
proud elektronů nebo pozitronů ( −1 e,
– – –
rozlišujeme záření a dosahuje až 99% rychlosti světla pronikavější než α; dokáže proniknout např. milimetrovou vrstvou hliníku lze jej pohltit hliníkovým plechem o tloušťce několika milimetrů až centimetrů β-
e ); provází přeměny radioaktivních prvků ⇒
β+
β − : n → p + e− např.:
32 15 14 6
P →−10 e+1632S C →−10 e+147N
β + : p → n + e+ např.:
11 6 22 11
C →+10 e+115B Na→+10 e+1022Ne
záření γ zdroj: http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=1&ee_chapter=3.5.2
– – – –
elektromagnetické vlnění (podobá se rentgenovým paprskům, má však kratší vlnovou délku) je to proud fotonů o rychlosti světla doprovází záření β, výjimečně také α záření nemění složení jádra a nezpůsobí jeho přeměnu v jiné jádro
2
– –
nejpronikavější (proniká i několik centimetrů silnou vrstvou olova); lze jej pohltit tlustou stěnou olova, betonu nebo železobetonu používá se například při radiační asanaci předmětů ze dřeva, textilu, papíru; po radiačním ošetření zářením se předmět nestává radioaktivním Pronikavost jaderného záření
zdroj: http://www.energyweb.cz/web/index.php?display_page=2&subitem=1&ee_chapter=3.5.2
Poločas rozpadu – doba, za kterou se rozpadne polovina původního počtu jader např.:
238
U má poločas rozpadu 4,5.109 let Pu má poločas rozpadu 2,41.104 let 226 Ra má poločas rozpadu 1620 let 234 Th má poločas rozpadu 24,1 dne 131 I má poločas rozpadu 8 dní 219 Rn má poločas rozpadu 3,96 sekundy 239
Kromě přírodních radionuklidů existují i radionuklidy umělé, získané působením jaderného záření na stálé nuklidy.
Umělá radioaktivita: – – – –
existuje u radionuklidů připravených uměle v laboratoři pomocí jaderných reakcí jaderné reakce jsou děje, které probíhají při srážkách atomových jader s mikročásticemi (ostřelování jader atomů nabitými částicemi z urychlovačů nebo neutrony z jaderných reaktorů) lze získat radionuklidy, které v přírodě existují, ale i takové, které v přírodě nejsou (zejména prvky se Z > 92, tzv. TRANSURANY) umělých radionuklidů existuje více než 1 000; jsou vyráběny cíleně (medicína, experimenty…), ale vznikají i jako nežádoucí (vyhořelé jaderné palivo)
První umělou jadernou přeměnu (jadernou reakci) uskutečnil E. Rutherford v roce 1919: 14 7
N + 24He→178O +11H
Umělá radioaktivita byla objevena roku 1934 dcerou manželů Curieových Irenou Joliot-Curie a jejím manželem Frédericem Joliotem-Curie. Získali Nobelovu cenu za chemii v roce1935. Tato radioaktivita byla objevena při ozařování hliníku částicemi α: 27 13
Al + 24He→1530P + 01n
Vzniklý radioaktivní fosfor v přírodě neexistuje a dále se rozpadá za vzniku stabilního křemíku: 30 15
P →1430Si + +10e …pozitron (antičástice elektronu) 3
Pokud jei atomové jádro, které vzniklo radioaktivní přeměnou, málo stálé, podléhá další radioaktivní přeměně. Vzniklé přírodní radionuklidy a izotopy vytvářejí rozpadové řady (nazývané podle izotopu s nejdelším poločasem rozpadu): uranová, thoriová, aktiniová. Všechny tři řady končí stabilními nuklidy olova. Čtvrtá řada – neptuniová – obsahuje pouze umělé radionuklidy. Řada končí stabilním nuklidem Rozpadová řada
Výchozí prvek
Konečný prvek
Thoriová
232 90
208 82
Neptuniová Uranová Aktiniová
Th 237 93 Np 238 92 U 235 92 U
209
Bi .
Pb 209 83 Bi 206 82 Pb 207 82 Pb
Přirozené nebo umělé radionuklidy mají své využití v různých oblastech lidské činnosti: KLADY –
v lékařství: • sledování průtoku krve: technecium 99, sodík 24 • zjišťování činnosti štítné žlázy: jód 132 • léčení zhoubných nádorů: nádory jsou tvořeny mladými buňkami, které se velmi rychle dělí a jsou mnohokrát citlivější vůči záření než zdravá tkáň; radioaktivní záření tyto buňky ničí; nejčastěji se používá rentgenové nebo gama záření radionuklidů 60Co, 137Cs a 226Ra • diagnostika: do organismu jsou zavedeny vhodné radioizotopy a měří se stupeň jejich absorbování různými tkáněmi a orgány • radiofarmaka: radionuklidy se používají ke značení látek určených k aplikaci; mohou se aplikovat i přímo, např. při léčení zhoubných nádorů štítné žlázy se zářič dostane přímo do ložiska nádoru a jeho účinek se omezuje prakticky jen na ozařovaný nádor • léčba revmatických chorob • sterilizace lékařských nástrojů - ionizující záření ničí choroboplodné zárodky bez nutnosti zahřívání materiálu na vysokou teplotu • radiochirurgie: Leksellův gama nůž se používá k operacím mozku • balneologie: radioaktivní koupele (lázně Jáchymov) – léčba nemocí pohybového ústrojí
–
v průmyslu: • zjišťování skrytých vad materiálů (defektoskopie) • opotřebení strojních součástí • určení tloušťky tělesa (intenzita záření ß se při průchodu látkou zeslabuje) • odstraňování elektrostatického náboje z povrchu materiálů • hlásiče kouře a požáru (čidlo obsahuje radioaktivní zářič alfa) • barvení skla
–
v zemědělství: • ochrana skladovaných potravin: ozářením potravin radiokobaltem se zničí mikroorganismy způsobující hnilobu (prodloužení doby skladovatelnosti) • šlechtitelství: ozařováním semen dochází k mutacím - lze získat plodiny s pozměněnými vlastnostmi nebo vytvářet odrůdy zcela nové • ozářením se také zničí nežádoucí klíčivost například brambor
4
–
radiouhlíková metoda určování stáří organických materiálů: •
využívá radioaktivní izotop
14 6
C , který není stálý, vydává β-záření a má poločas
rozpadu 5730 let; tento izotop je složkou CO2 (zastoupen v 1,2.10-10 %), dostává se do rostlin a pak i do těl živočichů, kde stejně jako jinde, dochází k jeho
přeměňuje, čímž se poměr stabilních izotopů
12 6
14 6
C klesá a postupně se C , 136C a radionuklidu 146C
rozpadu; po smrti se jeho přísun zastaví a obsah
zmenšuje; změřením tohoto poměru lze určit dobu, kdy organismus zemřel ZÁPORY – – – –
poškození kostní dřeně, buněk (nemoc z ozáření) jaderné havárie ukládání jaderného odpadu intenzivní jaderné záření vzniká při použití jaderných zbraní (zákaz jaderných zbraní je jeden z cílů mírového hnutí)
Všechny druhy jaderného záření mají zhoubný vliv na živé organismy! Použitá literatura a internetové zdroje: J. Blažek, J. Fabini: Chemie pro studijní obory SOŠ a SOU nechemického zaměření, SPN 2005 M. Benešová, H. Satrapová: Odmaturuj z chemie, Didaktis 2002 J. Banýr, P. Beneš a kol.: Chemie pro střední školy, SPN 2001 J. Vlček: Základy středoškolské chemie, J. Vlček 2003 V. Flemr, B. Dušek: Chemie (obecná a anorganická) I pro gymnázia, SPN 2001 T. Kovalčíková: Obecná a anorganická chemie, Pavel Klouda 2004 J. Vacík a kol.: Přehled středoškolské chemie, SPN 1990 Výukové materiály jsou autorsky vytvořeny pro učební materiál. http://zpravy.idnes.cz http://astronuklfyzika.cz http://www.energyweb.cz
5
