PRIRODNA RADIOAKTIVNOST I OSOBINE RADIOAKTIVNIH ZRAKA Pripremio: Varga Ištvan HEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA ČOKA varga.i@neobee.net

Marija Sklodovska – Kiri Prirodna radioaktivnost predstavlja pojavu spontanog zračenja elementa velike atomske mase, kojom prilikom se atomi razlažu. (Definicija Marije Kiri 1900. god.) Pjer Kiri (1859 -1906) Marija Sklodovska – Kiri (1867 – 1934)

Pojavu radioaktivnosti otkrio je Bekerel 1896 Pojavu radioaktivnosti otkrio je Bekerel 1896. godine pri eksperimentisanju sa uranovim solima. Antoan Henri Bekerel (1852 – 1908)

Na početku XX veka znalo se za pet elemenata da imaju radioaktivna svojstva. Ti elementi su bili: Uran (U) Aktinijum (Ac) Polonijum (Po) Torijum (Th) i Radijum (Ra) Pod radioaktivnim svojstvima u to vreme smatralo se: Spontano i neprekidno zračenje, Sposobnost jonizacije gasova, Dejstvo na fotografsku ploču zbog velike prodornosti zraka, Zraci se ne mogu niti usporiti niti ubrzati spoljašnjim faktorima, Emisija toplotne energije.

SNOPA RADIOAKTIVNIH ZRAKA Za otkriće radioaktivnosti Bekerel, Pjer i Marija Kiri dobili su Nobelovu nagradu iz fizike 1903. godine. RAZLAGANJE SNOPA RADIOAKTIVNIH ZRAKA Dejstvom električnog ili magnetnog polja jedinstveni snop zračenja može se razložiti u tri odvojena snopa, koji su nazvani: -zraci -zraci i -zraci.

 + Izvor radioaktivnog zračenja

α- čestice (zraci) iz jezgara atoma radioaktivnih elemenata izleću brzinama koje su reda veličine 1/20 od brzine svetlosti. Zbog svoje velike mase i brzine u odnosu na druge čestice pretrpe na svom putu veliki broj sudara i brzo gube energiju pa im je domet relativno mali. Tako npr. na t = 15°C i pritisku 101,3 kPa domet α-čestica u vazduhu iznosi 2,5 - 5,5 cm, zavisno od radioaktivnog elementa (jezgra) koje je izbacilo datu α-česticu. Preko dometa α-čestice može da se vrši identifikacija elemenata. Zaustavlja ih list bele hartije.

Radeford je 1909. godine otkrio da su α-čestice jezgra helijuma. - Masa im je: 4,0039 - Sastoje se od 2 protona (p+) i 2 neutrona (n0) - Naelektrisanje je: 21,610-19 C -čestica ili Ernest Radeford (1871 – 1937)

β- čestice (zraci) izbačene iz jezgara atoma pri radioaktivnim raspadima imaju znatno veće brzine (od 1×108 m/s do brzine svetlosti u vakuumu, 3×108 m/s). Zbog manje mase imaju veći domet od α-zraka. Zaustavlja ih lim debljine nekoliko mm. β- zračenje se sastoji od: negativnih čestica, to su elektroni (e ili β) i pozitivnih čestica, to su pozitroni (e+ ili β+).

-zraci : Za razliku od β−, β+ i α-zraka koji imaju dualnu prirodu (i talas i čestica), -zraci su elektromagnetni talasi velike energije (~4,5x105 eV). Gama-zrak je foton velike energije. Jedina stvar po kojoj se gama-zrak razlikuje od vidljivog fotona, emitovanog iz sijalice, je njegova talasna dužina. Talasna dužina gama-zraka je mnogo kraća, i iznosi: 10−4 nm < λ < 10−2 nm

Međusobno upoređivanje prodornosti čestica:

Atomsko jezgro proton (p+) 1,67262 x 10-24 g +1 neutron (n0) elektron (e-) 0,00091 x 10-24 g -1

jezgro elektronski omotač 10-14 m 10-10 m

RAZVOJ MODELA ATOMA •Dalton daje atomsku strukturu materije (1805) •J.J. Thompson otkriva elektron (1897) (kanalni zraci) •E. Raderford otkriva atomsko jezgro i daje planetarni model atoma (1910) •Borov model atoma (1913) •Talasno-mehanički model atoma • Hajzenbergov princip neodređenosti (1925) •Šredinger daje “talasnu mehaniku”(1926) •Dirak integriše prethodna dva modela (1926) •Čedvik otkriva neutron (1932)

 Privlačne sile između nukleona su nezavisne od naelektrisanja. Maseni broj (A) A= N(p+) + N(n0) Redni broj (Z) Z= N(p+)= N(e-)  Stabilnost atomskog jezgra se objašnjava dejstvom nuklearnih sila koje su privlačnog karaktera i dejstvuju na vrlo malim rastojanjima.  Privlačne sile između nukleona su nezavisne od naelektrisanja.

Posle kalcijuma broj neutrona raste brže kako bi se jezgro stabilizovalo. Sa porastom rednog broja (Z) rastu i odbojne Kulonove sile između protona (p+) što prouzrokuje nestabilnost jezgra. Npr. Uranov izotop 238 radioaktivno raspada jer ima izuzetno nestabilno jezgro, koje se sastoji od 92 protona i 146 neutrona.

Fizičke veličine kojima se karakteriše radioaktivnost su: Zaključak: Prirodno radioaktivno zračenje je osobina nestabilnih atomskih jezgara, tj. jezgara sa velikim rednim brojem. -zračenje se javlja kada jezgro prelazi iz višeg u niže energetsko stanje. Fizičke veličine kojima se karakteriše radioaktivnost su:

1. Vreme poluraspada Vreme poluraspada (t1/2) , je vreme za koje početni broj radioaktivnih jezgara No opadne na polovinu: Vreme poluraspada je karakteristična konstanta svakog radioaktivnog elementa. Vremena poluraspada variraju od 10-6 s do 1020 godina.

Ako sa N0 označimo broj radioaktivnih jezgara u početnom trenutku, a sa N broj jezgara u vremenu t, zakon radioaktivnog raspada može da se izrazi jednačinom:  Konstanta radioaktivnog raspada i predstavlja verovatnoću da dođe do raspada.

2. Aktivnost (A)- predstavlja broj raspada u jedinici vremena. Aktivnost je jedinična (1 Bekerel) ako dolazi do jednog raspada u jednoj sekundi.

3. Specifična aktivnost (Asp)- aktivnost po jedinici mase.

Prirodni radioaktivni nizovi Prirodno radioaktivni elementi čiji je redni broj Z ≥ 83 smešteni su u tri radioaktivna niza: 1. Uranov (U) niz; 2. Aktinijumov (Ac) niz; 3. Torijumov (Th) niz.

1. Uranov (U) niz Počinje sa 2. Aktinijumov (Ac) niz

3. Torijumov (Th) niz Počinje sa

Fajans-Sodijevo pravilo Ako neki element emituje -čestice (-raspad), njegov maseni broj (A) se smanjuje za 4, a redni (Z) za 2. Ako emituje -čestice (- raspad) maseni broj ostaje isti, a redni broj se povećava za 1. Emisijom -zraka ne menja se ni maseni ni redni broj.