Część XV

Materiały pomocnicze 15
do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki
Wodnej
1. Rodzaje promieniowania.
W wyniku badań stwierdzono, że promieniowanie emitowane przez
pierwiastki promieniotwórcze można podzielić na 3 rodzaje ( α , β , γ ). Każde
promieniowanie ma inne własności.
2. Własności promieniowania α, β i γ.
a. Zachowanie w polu elektrycznym:
Wiązka promieniowania α w polu elektrycznym ulega odchyleniu w
kierunku płytki naelektryzowanej ujemnie. Wiązka promieniowania β
– w kierunku naelektryzowanej dodatnio. Promieniowanie γ w polu
elektrycznym nie ulega odchyleniu.
b. Zachowanie w polu magnetycznym.
Promieniowanie α , β , γ podobnie zachowują się w polu magnetycznym. Z
doświadczeń tych wynika, że promienie alfa mają ładunek dodatni, β –
ujemny, a γ – są elektrycznie obojętne.
3. Natura promieniowania α, β i γ.
Promieniowanie α to strumień dodatnio naładowanych cząstek
identycznych z jądrami helu; masa cząstki α jest równa masie jądra helu, a
dodatni ładunek jest równy podwójnemu ładunkowi elementarnemu.
Promieniowanie β to strumień elektronów.
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Promieniowanie γ to promieniowanie elektromagnetyczne o bardzo małej (<
10-10m) długości fali, czyli strumień fotonów o dużej energii (nazywanych
również kwantami gamma)
Promieniowanie alfa, beta i gamma jest emitowane z jądra atomowego i stąd
nazywane jest również promieniowaniem jądrowym.
4. Budowa atomu.
Liczba protonów w jądrze jest dla każdego pierwiastka inna i równa liczbie
elektronów w atomie. Decyduje ona o chemicznych właściwościach atomu.
Nazywamy ją liczbą atomową lub porządkowa i oznaczamy literą Z.
Atomy każdego pierwiastka mogą występować w postaci kilku odmian
różniących się między sobą liczbą neutronów w jądrze. Odmiany te
nazywamy izotopami. Liczba wszystkich nukleonów tworzących jądro to
liczba masowa A, gdyż zawiera ona informację o masie atomu, która w
przybliżeniu jest równa A* masa nukleonu.
Liczbę neutronów w jądrze obliczamy odejmując od liczby masowej A
(wszystkich nukleonów) liczbę Z (protonów). Wartości liczbowe Z oraz A
podajemy wraz z symbolem pierwiastka ( ZA X ).
5. Rozpad promieniotwórczy.
Emisja promieniowania α , β , γ jest zjawiskiem mającym źródło w jądrze
atomowym. Wyemitowanie z jądra cząstki α lub β zmienia jego skład
(liczbę protonów i neutronów). Takie spontaniczne przemiany jąder
nazywamy rozpadem promieniotwórczym. Jądra które ulegają tym
przemianom nazywamy jądrami niestabilnymi. Jądra stabilne to jądra trwałe,
które samorzutnie nie podlegają przemianom.
Rozpad α .
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Gdy jądro atomowe o liczbie masowej A i atomowej Z wysyła na zewnątrz
cząstkę α powstaje z niego jądro innego pierwiastka. Proces ten nazywamy
rozpadem α . Rozpad ten możemy zapisać następująco:
A
Z
X → ZA−−42Y + 24 α .
Rozpad β, to rozpad promieniotwórczy podczas którego z jądra emitowana
jest cząstka β, czyli elektron. Rozpad ten możemy zapisać następująco:
A
Z
X → Z +A1Y + −10 e
( 01 n→11 p + −10 e ).
6. Zasada zachowania ładunku i liczby nukleonów w zapisie reakcji
jądrowych.
Zarówno całkowity ładunek elektryczny jak i masa musi być zachowana
podczas reakcji jądrowej.
7. Prawo rozpadu promieniotwórczego.
Prawo rozpadu promieniotwórczego, mówi iż w miarę upływu czasu liczba
N jąder promieniotwórczych w próbce maleje. Czas, po którym z
początkowej liczby jąder promieniotwórczych N 0 pozostaje ich połowa
nazywamy czasem połowicznego rozpadu (zaniku) i oznaczamy T.
Liczbę jąder w zależności od czasu można przedstawić w postaci:
t
1T
N (t ) = N 0 ⋅
2
Zadania
1.
Ile protonów i ile neutronów znajduje się w jądrze:
a. trytu 13 H
b. izotopu potasu 1940 K
2.
Który pierwiastek ma jądro o takiej samej budowie jak cząstka α?
3.
Ile protonów i ile neutronów znajduje się w jądrze
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
.
a. izotopu węgla 126 C
b. izotopu węgla 146 C
4.
Ile elektronów znajduje się w atomie
a. Węgla 126 C
b. Węgla 146 C
5.
Cząstka alfa uderza w jądro glinu
27
13
Al zmieniając je w jądro nietrwałego
izotopu fosforu i pojedynczy neutron. Podaj liczbę masową i atomową
otrzymanego izotopu.
6.
Izotop węgla 146 C ma czas połowicznego rozpadu około 6 000 lat. Stanowi
on niewielki procent węgla zawartego w materii każdego żywego organizmu.
Po śmierci organizmu rozpad tego izotopu powoduje, że jego zawartość w
organizmie maleje. Pomiar stosunku zawartości izotopu 146 C i 126 C pozwala na
wyznaczenie ile czasu upłynęło od śmierci organizmu. Ile wynosi wiek
badanego drzewa, jeżeli stosunek tych dwóch izotopów węgla
w badanym drzewie jest czterokrotnie mniejszy niż w rosnącym drzewie.
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego