Odkrycie promieniotwórczości. Promieniowanie jądrowe i jego

Odkrycie promieniotwórczości. Promieniowanie jądrowe
i jego właściwości
Zjawisko promieniotwórczości naturalnej, tzn. samorzutnej przemiany nietrwałych jąder (tzw.
promieniotwórczych lub radioaktywnych) w inne, czemu towarzyszy wysyłanie różnego rodzaju
promieniowania (, , γ), odkrył w roku 1896 H. Becquerel.
1. Promieniowanie alfa ( ) – strumień jąder helu
(tzw. helionów). Właściwości:
a) silne działanie jonizacyjne,
b) niewielka przenikliwość (kilka centymetrów w powietrzu),
c) prędkość początkowa (1400022000) km\s,
d) ulega odchyleniu w polu elektrycznym i magnetycznym, gdyż posiada dodatni ładunek elektryczny.
Pod koniec swego „biegu” przyłącza dwa elektrony i staje się atomem helu.
2. Promieniowanie beta ( ) – strumień szybkich elektronów (ujemnych
dodatnich {tzw. pozytonów}). Właściwości:
{tzw. negatonów} lub
a) około 100 razy słabsze działanie jonizacyjne niż promieniowania alfa,
b) większa przenikliwość niż promieniowania alfa ( kilkadziesiąt centymetrów w powietrzu),
c) prędkości początkowe do około 0,99·c,
d) ulega odchyleniu (silniejszemu niż promieniowanie alfa) w polu elektrycznym i magnetycznym.
3. Promieniowanie gamma ( ) – występuje przy przejściu jądra ze stanu wzbudzonego w stan
podstawowy. Z falowego punktu widzenia są to fale elektromagnetyczna o małej długości, a z
punktu widzenia korpuskularnego są to fotony o dużej energii:
h – stała Plancka (h=6,63·10-34 J·s), c – prędkość światła w próżni (c3·108 m/s),  - długość fali
związanej z fotonem.
Właściwości:
a) niewielka zdolność jonizacyjna (tzn. słabe oddziaływanie z materią),
b) duża przenikliwość (znacznie większa niż promieniowania beta),
c) nie ulega odchyleniu w polu elektrycznym i magnetycznym,
d) nie posiada ładunku elektrycznego.
Zachowanie się promieniowania ,  –, + i γ w polu:
elektrycznym

wektor natężenia pola elektrycznego E
magnetycznym

wektor indukcji magnetycznej B
γ
γ

–

–
+
+
osłona ołowiana
preparat promieniotwórczy
Promieniowanie jądrowe i jego właściwości
osłona ołowiana
preparat promieniotwórczy
Strona 1
Uwaga:
a) za badania dotyczące promieniotwórczości Maria Skłodowska-Curie, Piotr Curie i Henri Becqurel
otrzymali w roku 1903 Nagrodę Nobla (z fizyki). W roku 1911 Maria Skłodowska-Curie otrzymała
Nagrodę Nobla za wydzielenie czystego radu (z chemii).
b) W ciele człowieka znajdują się także izotopy promieniotwórcze pierwiastków, głównie
i
.
Wiadomości wykraczające poza podstawę programową:
Okazało się większość pierwiastków posiada tylko jeden bądź dwa izotopy trwałe, a ponadto
izotopy nietrwałe, które podlegają rozpadowi promieniotwórczemu. Spontaniczne przemiany jądrowe
(promieniotwórczość naturalna) polegają na samorzutnym rozpadzie jądra atomowego, w wyniku czego
powstaje nowe jądro (innego pierwiastka) o masie niewiele mniejszej Towarzyszy temu emisja cząstek 
lub  (dodatnich lub ujemnych). Jeżeli nowo powstałe jądro znajdować się będzie w stanie wzbudzonym,
to przechodzi do stanu podstawowego (w ciągu
) oddając nadmiar energii w postaci
kwantu promieniowania .
Sposób zapisywania reakcji jądrowych:
A+aB+b
A(a;b)B
lub
zapis pełny
zapis uproszczony
gdzie :
A – jądro bombardowane,
a – cząstka bombardująca,
B – jądro powstałe po reakcji,
b – cząstka (cząstki) emitowane w czasie reakcji.
W czasie spontanicznych przemian jądrowych i reakcji jądrowych spełnione są następujące zasady:
 zasada zachowania pędu,
 zasada zachowania energii-masy,
 zasada zachowania ładunku elektrycznego (suma liczb atomowych („dolnych”) po obu
stronach przemiany spontanicznej lub reakcji jądrowej ma taką samą wartość),
 zasada zachowania liczby nukleonów (suma liczb masowych („górnych”) po obu stronach
przemiany spontanicznej lub reakcji jądrowej ma taką samą wartość.
1. Przemiana (rozpad) alfa.
Rozpad ten polega na emisji z jądra nietrwałego (promieniotwórczego) cząstki . W efekcie
powstaje nowe jądro o liczbie masowej o cztery mniejszej i liczbie atomowej o dwa mniejszej. Schemat
ogólny przemiany:
A
Z
Symbol
A 4
X  Z  2Y  2 He
4
oznacza cząstkę alfa, np.:
Rozpadowi temu ulega większość jąder o liczbie atomowej Z > 83 i liczbie masowej A>209.
Promieniowanie jądrowe i jego właściwości
Strona 2
2. Przemiana (rozpad) beta minus.
Polega na emisji z jądra nietrwałego elektronu ujemnego (tzw. negatonu) i obojętnej elektrycznie
cząstki elementarnej, tj. antyneutrina (o zerowej masie spoczynkowej). W efekcie powstaje nowe jądro
o takiej samej liczbie masowej i liczbie atomowej o jeden większej. Ogólny schemat przemiany:
A
Z
X  Z  1Y   1 e  
A
0
Symbol
oznacza cząstkę
(negaton). Ponieważ negaton nie stanowi składnika jądra
atomowego, to przemiana przebiega tak, jak gdyby jeden z neutronów rozpadł się na proton, który w
jądrze pozostaje oraz negaton i antyneutrino, które są emitowane z jądra. Schemat rozpadu neutronu:
1
0
Symbol
oznacza proton, natomiast
n 1 p  1 e  
1
0
neutron. Przykład:
3. Przemiana (rozpad) beta plus.
Polega na emisji z jądra nietrwałego elektronu dodatniego (tzw. pozytonu) i obojętnej elektrycznie
cząstki elementarnej, tj. neutrina (o zerowej masie spoczynkowej). W efekcie powstaje nowe jądro o
takiej samej liczbie masowej i liczbie atomowej o jeden mniejszej. Ogólny schemat przemiany:
A
Z
X  Z  1Y  1 e  
A
0
Symbol
oznacza cząstkę, będącą dodatnim elektronem (tzw. pozyton). Ponieważ pozyton nie
stanowi składnika jądra atomowego, to przemiana przebiega tak, jak gdyby jeden z protonów rozpadł się
na neutron, który w jądrze pozostaje oraz pozyton i neutrino, które są emitowane z jądra. Schemat
rozpadu protonu:
1
1
p 0 n 1 e  
1
0
Przykład:
Promieniowanie jądrowe i jego właściwości
Strona 3