Radioaktivita - dobrý sluha, zlý pán

Radioaktivita - dobrý sluha, zlý pán

Science Cafe v Písku 2014

S.Valenta & Z.Drásal

Objevy ●

1896 H.Becquerel objevuje radioaktivitu

Objevy ● ●

1896 H.Becquerel objevuje radioaktivitu 1897 J.J.Thomson objevuje elektron a navrhuje “pudinkový model atomu”

Objevy ● ●

●

1896 H.Becquerel objevuje radioaktivitu 1897 J.J.Thomson objevuje elektron a navrhuje “pudinkový model atomu” 1909 E.Rutherford rozptyluje α částice na zlaté fólii a navrhuje “planetární model atomu”

Objevy ● ●

●

●

1896 H.Becquerel objevuje radioaktivitu 1897 J.J.Thomson objevuje elektron a navrhuje “pudinkový model atomu” 1909 E.Rutherford rozptyluje a částice na zlaté fólii a navrhuje “planetární model atomu” 1913 F.Soddy objevuje izotopickou povahu prvků a N.Bohr představuje kvantování energií elektronů v atomech

Objevy ● ●

●

●

●

1896 H.Becquerel objevuje radioaktivitu 1897 J.J.Thomson objevuje elektron a navrhuje “pudinkový model atomu” 1909 E.Rutherford rozptyluje a částice na zlaté fólii a navrhuje “planetární model atomu” 1913 F.Soddy objevuje izotopickou povahu prvků a N.Bohr představuje kvantování energií elektronů v atomech 1917 E.Rutherford 14N+α→17O+p

Objevy ●

●

1917 E.Rutherford 14N+α→17O+p 1932 J.Chadwick objevuje neutron 9 12 Be+α→ C+n

Objevy ●

●

●

1917 E.Rutherford 14N+α→17O+p 1932 J.Chadwick objevuje neutron 9 12 Be+α→ C+n 1938 O.Hahn objevuje štěpení n+92U→56Ba+36Kr

Objevy ●

●

●

●

1917 E.Rutherford 14N+α→17O+p 1932 J.Chadwick objevuje neutron 9 12 Be+α→ C+n 1938 O.Hahn objevuje štěpení n+92U→56Ba+36Kr 1939 tým na Columbia University měří energii produktů a zjišťuje, že se štěpí 235U

Objevy ●

●

●

●

●

1917 E.Rutherford 14N+α→17O+p 1932 J.Chadwick objevuje neutron 9 12 Be+α→ C+n 1938 O.Hahn objevuje štěpení n+92U→56Ba+36Kr 1939 tým na Columbia University měří energii produktů a zjišťuje, že se štěpí 235U Téhož roku F.Joliot-Curie,inspirován Leo Szilárdem, ukazuje uvolnění n ve štěpení

První jaderný reaktor 1942 v Chicagu pod vedením E.Fermiho

První jaderný výbuch 1945 v Novém Mexiku

Periodická tabulka prvků

Periodická tabulka jader

Oblast lehkých prvků

α rozpad: Be → He + He 8

4

4

β rozpad: C → B + e + ν +

11

11

+

β rozpad: H → He + e + ν −

3

3

-

7

6

Emise p nebo n: B → Be + p

14

14

N+n→ C+p

C+n→ C+γ

13

14

C→ N+e +ν

14

14

-

Křemíkové oko do nitra radioaktivity 256x256 = 65 536 pixelů 1 pixel: 55 um x 55 um

14 mm

?

? ?

Tloušťka 300 um

Elektronika Jednoho pixelu

Jaký je princip detekce? ●

Radioaktivní záření α, β, γ → ionizuje materiál, kterým prolétá (principy “ionizace” se liší pro různé typy záření)

●

Co se v detektoru ve skutečnosti děje?

Princip tzv. p-in-n Si stripového detektoru

Jak to vypadá v praxi? ●

●

Co měříme? Polohu průletu + energii + počet částic→ pozičně sensitivní detektor + spektrometr + counter Detektor záření

?

Rad. zdroj

Radioaktivita uranového skla Měřené sklo (barvené Ur 0.1 - 2%)

Co vidíme ...

●

Jaké zdroje radioaktivního záření vidíme? α, β, γ ?

●

Jak se interakce s hmotou vzájemně liší pro různé typy záření?

●

Vidíme efekty speciální teorie relativity?

Kinetická energie absorbovaná v čipu, rychlosti částic ●

Co nám říká speciální teorie relativity o celkové energii částice?

●

Einstenův vztah:

●

Etotal = Eklid + Ekin

Označme Eklid: E0 a Ekin: Ek → rychlost částice pak vypadá takto:

v = c 1−

1  Ek   1 +  E0  

2

●

E0 (α) = 3.735 x 106 keV ; E0 (β) = 511 keV

●

Jsou částice relativistické?

Radioaktivita wolframové svářecí elektrody s příměsí thoria WT-40 WT-20 Co vidíme ...

●

Jaké zdroje radioaktivního záření vidíme? α, β, γ ?

Americium – zdroj α záření

Co vidíme ...

●

Jaké vlastnosti má α záření?

Alfa rozpad americia:

Draslík K – zdroj β záření 40

Co vidíme ...

●

Jaké vlastnosti má β záření?

Beta mínus rozpad:

K-záchyt:

Ukažme si jednu z možných aplikací γ defektoskopie ●

Použijme zdroj γ záření k nedestruktivní analýze vzorku...

●

Otázka zní, co je skryto ve vzorku?

+

Ukažme si jednu z možných aplikací γ defektoskopie - výsledek ●

Maska

versus

výsledek

●

Proč nevidíme čistý obraz? Limity metody + zpracování obrazu ...

●

Jak tuto metodu “vylepšit”, abychom viděli 3D obraz?

Přirozená radioaktivita ●

●

●

●

●

14

C, lze použít k datování!

Rozpadové řady thoria a uranu (měření radonu ve vzduchu) Kosmické záření 40

K v biosféře (4000 rozpadů/s/osobu)

A další...

(Ne)přirozená radioaktivita – dávky

Oblast aktinidů

Oblast aktinidů

Thoriová a Uranové řady







Radon je plyn! Vysávejme!

















Hahn: Uran je štěpitelný neutrony ●

●

●

●

H.L.Anderson, E.T.Booth, J.R. Dunning, E.Fermi, G.N.Glasoe, a F.G.Slack upřesňuje, že jde o 235U a uvolňuje se E F.Joliot-Curie, H. von Halban a L.Kowarski ukazují uvolnění ~3 neutronů na štěpení 2.2.1942 běží na 28 minut první jaderný reaktor na univerzitě v Chicagu 16.7.1945 vybuchuje první jaderná puma – Trinity test

235

Uran je štěpitelný neutrony

Štěpení je žádoucí proces

Vznikají izotopy v okolí A=95 a 140

238

Uran není štěpitelný

A tak dá vznikat dalším aktinidům




239

Plutonium je fajn!

240

Plutonium už moc ne...

Ale...

241

Plutonium opět ano!!

Výsledkem je jaderný odpad

Výsledkem je jaderný odpad

Co s tím? ●

Jaderný odpad uložme a počkejme.

●

Jaderný odpad použijme – ADS.

●

A začněmě používat “bezodpadní” zdroje!

●

- na stejném principu – Thoriový cyklus

●

- na principu fúze – tokamak a jiné.

Thoriový cyklus

Dostaneme se ke štěpení?

Protaktinium nám radost nedělá

Ani

234

Thorium ne...

Ale!

233

Uran se štěpí!

A jak už víme ...

A jak už víme ...

A jak už víme ...

...

235

Uran též!

No a ty sudé urany?!

234

Uran se ...

… štěpí také, sláva!

… štěpí také, sláva!

(a přinejhorším se dostaneme na 235Uran)

Na další aktinidy se nedostane.

Thoriový cyklus a odpad ●

iniciální aktivita 100x menší!

●

v předkonečném období srovnatelná

Thoriový cyklus a odpad ●

iniciální aktivita 100x menší!

●

v předkonečném období srovnatelná

Urychlovačem řízený systém ADS

Urychlovačem řízený systém ADS ●

urychlíme protony


urychlíme protony

●

střelíme do olova


urychlíme protony

●

střelíme do olova

●

neutrony nepotřebujeme ze štěpení uranu,plutonia


urychlíme protony

●

střelíme do olova

●

●

neutrony nepotřebujeme ze štěpení uranu/plutonia vypneme urychlovač ⇒ vypne se reaktor

●

ale reaktor je “otevřený”

●

Project MYRRHA

Kam s ním? aneb perspektivy štěpení ●

●

●

Reakce Th cyklu intenzivně studovány – CERN, LANL, JIRN, ... Reaktory na bázi Th-U mixu fungují V SCK Mol v Belgii se staví prototyp ADS MYRRHA

Radioaktivita - dobrý sluha, zlý pán

Recommend Documents