rozwaz - Zaliczaj.pl
advertisement
Rozważ, czy jest możliwe, aby po następujących kolejno rozpadach , atomowego powstało jądro tego samego pierwiastka chemicznego. i z pierwotnego jądra Przemiany jąder atomowych zachodzące pod wpływem cząstek elementarnych lub innych jader zwane są reakcjami jądrowymi. Dokonując spojrzenia na promieniotwórczość ogólnie , krótko mówiąc trzeba powiedzieć ,ze jest ona naturalna i sztuczna. Radioaktywność jest zjawiskiem samorzutnego przekształcania się nietrwałych nuklidów w inne nuklidy (trwałe lub także nietrwałe) Przemianom takim towarzyszy emisja promieniowania . korpuskularnego lub (i) elektromagnetycznego. Niekiedy pojęciem promieniotwórczości określa się także i uogólnia na przekształcenia cząstek elementarnych (np. neutronów, mezonów, hiperonów ) Promieniotwórczość nuklidów istniejącą w przyrodzie nazywa się naturalną a nuklidów otrzymywanych w reakcjach jądrowych –sztuczną lub wzbudzoną. Z samej teorii budowy jadra atomowego , która przechodziła ewolucję od metody kroplowej do kwantowej -wieloletnie prace podejmowane od 1913 roku przez Einsteina, Comptona , Rutheforda, Nielsa Bohra koncentrowały się na nie typowo mechanicznym podejściem do tych zjawisk i wyjaśniania ich na drodze mechaniki kwantowej z zastosowaniem technik heurystycznych. Cała astrofizyka współczesna oraz najnowocześniejsze przyrządy pomiarowe potwierdziły że nuklidy mogą występować jako jądro atomowe o określonej liczbie atomowej i masowej . Pojawienie się badań nad rozszczepialnością jąder atomowych umożliwiło wprowadzenie pojęć izotopów pierwiastków oraz izotonów a w przypadku skrajnym również i izomerów jądrowych. W naturze występuje około 257 stabilnych i około kilkadziesiąt niestabilnych (radioaktywnych nuklidów. Oprócz tego ponad kilka tysięcy wytworzono sztucznie. Cząstki elementarne budujące jadro atomowe w fizyce kwantowej są opisywane poprzez wartość izospinu. Jądra atomowe o liczbie atomowej < 5 głównie wodór i hel z niewielkimi ilościami litu i berylu powstały bezpośrednio po wielkim wybuchu i są one te pierwiastki zawsze składnikiem każdej nowej gwiazdy a później planety. Są tworem pierwszej nukleosyntezy. Pierwiastki ciężkie organizują się wskutek ewolucji później . Większość jąder atomowych a liczbie atomowej od 3-26 ( tj. do żelaza włącznie ) powstają w gwiazdach w trakcie jej powolnej ewolucji. Dlatego rozwój nad mechaniką kwantową i falową począwszy od 1908 roku i ogłoszonym przez Bohra w 1913 roku skwantowanym poziomie energetycznym w atomie wodoru –dało szybki rozwój nauk nad kwantyzacją cząstek i zjawisk korpuskularnych. Promieniotwórczość nuklidów wywołana w trwałych pierwiastkach za pomocą aktywacji , tzn. napromieniowywania cząstkami jądrowymi rozpoczęta w 1934 roku w wyniku napromieniowywania glinu cząstkami emitowanymi przez Polon Powg reakcji : 27 He => 30P+1 n 30 P => 30 Si + Reakcje jądrowe zapisuje się tak samo jak reakcje chemiczne i oprócz tego pokazuje czy nastąpiło wzbudzenie ,anihilacja cząstek czy wybicie neutronu lub elektronu. Obecnie największym źródłem sztucznych nuklidów promieniotwórczych są reaktory jądrowe, w których do aktywacji wykorzystuje sie duże strumienie neutronów. 31 Przykładowo : P + 1n => 32P + W pierwszym czasie reakcji jądrowej cząstka tworzy wzbudzone jadro , które wskutek bombardowania jest nietrwałe. W drugim etapie następuje rozpad jadra złożonego z utworzeniem nowego jadra i emisją jednej lub kilka cząstek. Miara prawdopodobieństwa zajścia reakcji jądrowej jest przekrój czynny , który zależy od energii bombardującej cząstki. Towarzyszy tej reakcji wysoki wydatek energetyczny, liczbowo równy defektowi masy. Ponieważ po rozpadzie danego jadra atomowego mało prawdopodobne jest ażeby powstało jadro takiego samego pierwiastka ,jednak nie jest to niemożliwe gdyż w reakcjach promieniotwórczości sztucznej taka zależność jest już możliwa. Wszystko zależy z kolei od konfiguracji powłok elektronowych danego pierwiastka i sposobu po kolejnych zderzeniach do jej rekonstrukcji. Dlatego reakcje jądrowe mają istotne znaczenie dla poznawania budowy i właściwości jąder atomowych i cząstek elementarnych i produkcji nuklidów promieniotwórczych. W reaktorach jądrowych w reakcji rozszczepiania powstaje wiele różnych radionuklidów. Dlatego wieloletnie badania nad powłokami elektronowymi i rozmieszczenia elektronów na tych powłokach daje obraz poziomów energetycznych elektronów w danym atomie pierwiastka. Dzisiaj już można swobodnie poobliczać energie aktywacji czyli wzbudzenia i dalej określić czy dany atom jest zamknięto powłokowy ( w przypadku gazów szlachetnych ) czy otwarto powłokowygdzie wszystkie powłoki nie są zapełnione elektronami. Ponieważ promieniowanie gamma jest najbardziej AL. + 4 przenikliwym promieniowaniem elektromagnetycznym lecz krótkofalowym , podczas przechodzenia przez materię są przez nią pochłaniane. Powstawanie wtórnych fotonów czy par elektron-pozyton prowadzi do niesienia energii rzędu1-2 MeV i możliwości z kolei rozbijania innych jąder. Najczęściej używanymi w praktyce izotopowymi źródłami promieni gamma są nuklidy promieniotwórcze kobaltu 60 Co i cezu 137 Cs. Substancje wysyłające prom. gamma są wykorzystywane w medycynie w radioterapii, defektoskopii; w przemyśle spożywczym do konserwowania żywności; Promienie gamma są właśnie najsilniej pochłaniane przez metale ciężkie. Od chwili powstania skorupy ziemskiej nuklidy promieniotwórcze , które nie legły jeszcze rozpadowi to 238U ; 232Th ; 40K; 138 La; 235U; 87Rb; 176W; 147 Sm; 123 Sb dlatego analizując szeregi promieniotwórcze naturalne; wyodrębniono tzw. cztery grupy szeregów : torowy, neptunowy, uranoworadowy czy uranowo -aktynowy z których każdy powstaje z poprzedniego w wyniku przemiany promieniotwórczej .Dlatego z różnych łąńcuchów nuklidów jest realne odwracanie reakcji jądrowych z których także powstają i nuklidy trwałe. Bezpośrednio nie powstanie takie samo jadro pierwiastka lecz przy sprzyjających okolicznościach gdy zostanie odtworzony układ spinów oraz macierzystość powłok to sytuacja taka jest bardzo realna. Ważne w tych zagadnieniach jest także zjawisko precesji w jądrach atomowych oraz parzystości funkcji falowej orbitalnej, czy polaryzacji cząstek. Przemiana neutronu w proton jest możliwa natomiast protonu w neutron już nie gdyż są w mechanice kwantowej określone tzw. przejścia wzbronione ( konkretne poziomy energetyczne powłok elektronowych) .
