JADERNÁ FYZIKA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník
Základní pojmy Jaderná síla - drží u sebe nukleony, velmi krátký dosah, nasycení
(
)
Vazebná energie jádra: EV = Z ⋅ mp + N ⋅ m n −m j ⋅ c EV Vazebná energie na jeden nukleon: ε V = A
2
Radioaktivita Schopnost některých jader vysílat záření Mění se struktura jádra Radionuklidy - přirozená radioaktivita Objevitel: H. Becquerel ( 1895 ) Opak: umělá radioaktivita ( Currie )
Záření alfa Svazek rychle letících jader helia He ( helionů ) 4 2
Snadno stínitelné ( list papíru ) Reaguje na elektrické i magnetické pole Nebezpečí při vdechnutí 226 88
Ra →
222 86
Rn + α 4 2
Záření beta Svazek rychle letících elektronů eStínitelné ( plech ) Reaguje na elektrické i magnetické pole Nebezpečí při dlouhodobém vystavení 234 91 1 0
Pa →
234 92
U + −10 e
n → p + e + νe 1 1
0 −1
Záření beta U umělých radionuklidů může místo elektronu vznikat pozitron e+ pozitron je antičástice 30 15 1 1
30 P → 14 Si + 01 e
p → n + e + νe 1 0
0 1
Záření gama Svazek rychle letících fotonů ( záření s λ < 300 pm ) Těžko stínitelné ( silná vrstva olova) Nereaguje na elektrické ani magnetické pole Nebezpečné 60 27
Co →
60 28
Ni + e + ν e
60 28
Ni* →
*
0 −1
60 28
Ni + γ
Neutronové záření Svazek rychle letících neutronů Stínitelné lehkými prvky Nereaguje na elektrické ani magnetické pole Zásluhy: M. Currie Sklodowská, P. Currie rychlost samovolného radioaktivního záření nelze fyzikálně nijak ovlivnit
Ionizující záření
Rozpadový zákon Platí: N = N 0 ⋅ e
− λt
λ - rozpadová konstanta Zavedení poločasu rozpadu N = N0 ⋅ e
− ln 2
t T
Aktivita Počet radioaktivních přeměn za 1 s Značka: A Základní jednotka: Bq (Becquerel) Definice: A = λ ⋅ N Platí: A = A0 ⋅ e
− ln 2
t T
Rozpadové řady Uranová řada Aktinuranová řada Thoriová řada Neptuniová řada
Příklad 1
Radionuklid uhlíku C ve starém kousku dřeva představuje 0,0416 hmotnosti tohoto radionuklidu v živé dřevině. Určete přibližně stáří dřeva, jestliže poločas přeměny radionuklidu je 5570 roků. 14 6
Příklad 2
Aktivita radionuklidu poklesla za 8 dní na čtvrtinu. Určete poločas přeměny radionuklidu a jeho přeměnovou konstantu.
Příklad 3
Po je alfa zářič. Poločas jeho rozpadu je 140 dní. Za jak 26 dlouho bude vzorek obsahovat tři čtvrtiny olova 82 Pb? 210 84
Příklad 4
Radionuklid Bi vyzařuje záření alfa. Měřením na vzorku 0,05 g bylo za 7 s zaregistrováno 1,89∙1017 přeměn. Určete: 212 83
aktivitu vzorku, přeměnovou konstantu a poločas přeměny radionuklidu.
Příklad 5
Jádro uranu U je počátečním radionuklidem přeměnové řady, 206 jejímž posledním nuklidem stabilní jádro olova 82 Pb . Kolik přeměn alfa a beta postupně proběhne? 238 92
Příklad 6
Jádro thoria Th je počátečním radionuklidem přeměnové 208 řady, jejímž posledním nuklidem stabilní jádro olova 82 Pb . Kolik přeměn alfa a beta postupně proběhne? 232 90
Příklad 7
Určete složení izotopu prvku, který vzniká z radionuklidu 238 uranu 92 U po 4 alfa a 2 beta přeměnách?
Jaderné reakce jaderné přeměny vyvolané srážkou jádra s částicí musí být splněny zákony zachování ( ZZE, ZZH, ZZEN, ZZPN ) Průkopník: Rutherford / Chadwick Cíl: získání energie
Jaderná fúze Významný zdroj energie ( fáze příprav ) Slunce: H + H → H + e + ν e 1 1
1 1
2 1
0 1
3 4 1 H + H → He + Fúzní reaktory: 1 2 0n 2 1
Problém: špatná udržitelnost, vysoké teploty ( 108 K ) Nutnost aktivační energie Tokamak
Jaderné štěpení O. Hahn, F. Strassmann, L. Meitnerová: 1 0
144 * 89 1 n + 235 U → Ba + Kr + 3 92 56 36 0n
Aby došlo ke srážce, musí být neutrony pomalé - moderátor Pro spuštění řetězové reakce je třeba kritické množství Je možná jen pro 4 nuklidy
Jaderné štěpení
Příklad 8 Doplňte následující jaderné reakce: Ni+ ? → O + p
27 13
Al+ γ →
14 7
Ni+ ? → O
12 6
C+ p → C + ?
14 7
Ni+ ? → 115 B + 24α
? + 11 p → 24α + 22 11 Na
14 7
6 3
17 8
1 1
15 8
Li+ p → α + ?
27 13
1 1
4 2
Al+ n → α + ? 1 0
4 2
1 1
26 12
Mg + ?
13 6
55 25
Mn + ? →
26 12
Mg + α → 4 2
26
1 0
?+ n 29 13
Al + ?
JETE
Využití radionuklidů Defektoskopie Lékařská diagnostika Léčba ozařováním Měření stáří materiálů
Ochrana před zářením Zkoušky jaderných zbraní Uložení radioaktivních odpadů Jaderné havárie: Černobyl ( 1986 / INES 7 ) Fukušima ( 2011 / INES 7 ) Three Mile Island ( 1979 / INES 6 )
Dozimetrie Dávka = účinek záření na organizmus ( Gy ) Dávkový ekvivalent = přepočítáno na druh záření ( Sv ) limit 1 mSv / rok smrt: 7000 mSv ( Černobyl ve špičce 50 Sv )
Dozimetrie
Vlastní dávka
