Promieniotwórczość naturalna

Promieniotwórczość naturalna
Wstęp:
Budowa atomu - atom składa się z jądra, w którym znajduje się proton o ładunku dodatnim i neutron nie
posiadający ładunku. Poza jądrem po krzywych zamkniętych zwanymi orbitalami lub powłokami krąŜą
elektrony posiadające ładunek ujemny. Elektrony na ostatnich powłokach to elektrony walencyjne. Atom w
stanie podstawowym jest elektrycznie obojętny („nie kopie”) tzn. Ŝe posiada tyle samo elektronów co protonów.
Budowa atomu przypomina Układ Słoneczny, w środku jest Słońce (jądro), a poza nim krąŜą planety elektrony.
p - proton - ładunek +
e - elektron - ładunek N - neutron - ładunek 0
masa protonu ≈ masa neutronu
masa protonu ≈ 2000 mas elektronu
ładunek protonu = ładunek elektronu
Nukleony to wspólna nazwa protonów i neutronów.
Liczba nukleonów w jądrze jest nazywana Liczbą Masową i oznaczana literą A
Liczba protonów w jądrze jest nazywana Liczbą Atomową i oznaczana literą Z
Liczba neutronów w jądrze jest w artykule jest oznaczana literą N
Liczba elektronów w atomie jest oznaczana literą e i równa jest liczbie Z
O właściwościach fizyko-chemicznych pierwiastka decyduje liczba protonów w jądrze atomowym. Istnieją
pierwiastki posiadające tę samą liczbę protonów w jądrze (liczba Z) róŜniące się liczbą neutronów – nazywamy
je izotopami. Najbardziej znane izotopy to izotopy wodoru: prot ( 1H), deuter (2H) i tryt (3H).
235
92
U
Zapis
naleŜy rozumieć i odczytywać
o liczbie masowe A = 235
o liczbie atomowej Z = 92
o liczbie neutronów N = 235 – 92 = 143
o liczbie elektronów e = 92 = Z
A
Z
P pierwiastek Uran:
Atomy pierwiastków o liczbie atomowej Z< 83 są z reguły stabilne to znaczy nie ulegają samoistnemu
rozpadowi. Promieniotwórczość naturalna - to zjawisko samorzutnego rozpadu jąder połączone z emisją energii
w postaci promieniowania jądrowego typu: alfa, beta, gamma. Na przemianę (rozpad) jądra nie mają wpływu
czynniki zewnętrzne takie jak: temperatura, pole magnetyczne czy skupienie materiału promieniotwórczego.
Aktywnością pierwiastka nazywamy tempo rozpadu jąder pierwiastka czyli średnią ilość rozpadów
zachodzących w ciągu sekundy. A = liczba rozpadów / czas rozpadu [ Bq] – bekerel – jednostka aktywności
Np. 5 Bq – to 5 rozpadów w ciągu sekundy.
Promieniowanie typu alfa beta i gamma:
Promieniowanie alfa to rodzaj promieniowania jonizującego cechującego się małą przenikalnością (warstwa
papieru jest w stanie pochłonąć ten rodzaj promieniowania). Promieniowanie alfa to strumień cząstek alfa.
Cząstka alfa (jądro helu) składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Ma ładunek dodatni i jest identyczna
z jądrem atomu He. Nazwa pochodzi od greckiej litery α. Cząsteczki alfa są wytwarzane przez jądra
pierwiastków promieniotwórczych, jak uran (pierwiastek) i rad (pierwiastek).
Promieniowanie beta (promieniowanie β) - jeden z rodzajów promieniowania jonizującego wysyłanego przez
promieniotwórcze jądra atomowe podczas przemiany jądrowej. Promieniowanie beta jest strumieniem
elektronów lub pozytonów poruszających się z prędkością zbliŜoną do prędkości światła. Promieniowanie beta
jest silnie pochłaniane przez materię, przez którą przechodzi. Promieniowanie to jest zatrzymywane juŜ przez
miedzianą blachę.
Promieniowanie gamma to wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego.
Promieniowanie gamma jest promieniowaniem jonizującym i przenikliwym. Promienie gamma mogą słuŜyć do
sterylizacji sprzętu medycznego, jak równieŜ produktów spoŜywczych. W medycynie uŜywa się ich w
radioterapii (tzw. bomba kobaltowa) do leczenia raka, oraz w diagnostyce np. pozytonowa emisyjna tomografia
komputerowa. Ponadto promieniowanie gamma ma zastosowanie w przemyśle oraz nauce, np. pomiar grubości
gorących blach stalowych, pomiar grubości papieru, wysokości ciekłego szkła w wannach hutniczych, w
geologii otworowej (poszukiwania ropy i gazu ziemnego), w badaniach procesów przemysłowych (np.
przepływu mieszanin wielofazowych, przeróbki rudy miedzi).
Właściwości promieniowania jądrowego
• zaczerniają klisze fotograficzne
• Pierwiastki promieniotwórcze wysyłają ciepło, a w stanie czystym świecą w ciemności
• Wywołują luminescencję niektórych substancji na przykład siarczku cyjanku.
• Wywołują działanie chemiczne, pod wpływem promieniowania na przykład tlen zamienia się w ozon,
woda czy chlorowodór ulegają rozkładowi
Naturalne źródła promieniowania
Przez całe Ŝycie nasze organizmy ludzkie są naraŜone na systematyczne aczkolwiek niezbyt duŜe
promieniowanie naturalne. Na naturalne źródła promieniowania składają się:
• Ziemia, jest naturalnym źródłem promieniowania, które jest związane z występowaniem w skorupie
ziemskiej i glebie naturalnych izotopów promieniotwórczych
• Nieodpowiednie materiały budowlane uŜyte przy budowie domów, budynków. Takim materiałem jest na
przykład granit. Nieodpowiednie jest takŜe dodawanie do tych materiałów popiołów i ŜuŜlów hutniczych
zawierających zagęszczone ilości radioaktywnego węgla.
• Radon (gaz szlachetny, Rn) w powietrzu, emitowany z niektórych rodzajów wód na przykład
mineralnych.
• Radon w budynkach, wydzielany z gleby i gromadzący się w niewietrzonych pomieszczeniach. Ze
wszystkich źródeł naturalnych daje największą dawkę promieniowania. Dlatego mieszkania bezwzględnie
naleŜy wietrzyć.
• Promieniotwórcze jądra atomów zawartych w organizmie człowieka: 40K, 226Ra, 218Po.
• Izotop uranu, uŜywany między innymi w reaktorach atomowych.
• Izotop węgla, który pomaga w określeniu wieku skamieniałości.
• Izotop kryptonu, który jest wysoce promieniotwórczy i szkodliwy. (dotychczas nie znalazł zastosowania)
Czas połowicznego zaniku (rozpadu), potocznie czas Ŝycia izotopu promieniotwórczego, czas po jakim ilość
jąder danego izotopu promieniotwórczego spadnie do połowy swej początkowej wartości.
Czas połowicznego zaniku charakteryzuje dany izotop promieniotwórczy niezaleŜnie od czynników
zewnętrznych (np. temperatura, ciśnienie, postać chemiczna, stan skupienia itp.), oznaczany jest zazwyczaj T1/2.
Przykład jeŜeli w próbce pewnego izotopu o T1/2 = 6 dni znajduje się 2048 jąder atomowych tego izotopu to
rozpad takiej próbki będzie przebiegał jak następuje:
6 dni
2048 jąder (nieb)
0 jąder (czerw)
6 dni
6 dni
6 dni
1024 jąder (nieb)
512 jąder (nieb)
256 jąder (nieb)
128 jąder (nieb)
1024 jąder (czerw)
1536 jąder (czerw)
1792 jąder (czerw) 1920 jąder(czerw)