Παραδόσεις φυσικής γενικής παιδείας Γ’ Λυκείου Σχολικό έτος 2012-13 Ακτινοβολίες α, β και γ Παραδόσεις φυσικής γενικής παιδείας Γ’ Λυκείου Σχολικό έτος 2012-13

Διάσπαση α Από έναν βαρύ πυρήνα (μητρικός πυρήνας) εκπέμπεται σωμάτιο α (πυρήνας ) Έτσι προκύπτει νέος πυρήνας (θυγατρικός) που είναι σταθερότερος Διάσπαση α του U-238 σε Th-234:

Κατά τη διάσπαση α και γενικότερα σε κάθε πυρηνική αντίδραση ισχύουν: Η διατήρηση του φορτίου Η διατήρηση του συνολικού αριθμού των νουκλεονίων Η διατήρηση της ορμής Η διατήρηση της ενέργειας

Έλλειμμα μάζας Όταν συμβαίνει διάσπαση α, η μάζα του μητρικού πυρήνα είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα των μαζών του θυγατρικού πυρήνα και του σωματίου α. Η διαφορά των μαζών εκδηλώνεται ως κινητική ενέργεια του θυγατρικού πυρήνα και του σωματίου α

Διάσπαση β Είναι το φαινόμενο της εκπομπής από τον πυρήνα ενός ηλεκτρονίου (διάσπαση β) ή ενός ποζιτρονίου (διάσπαση β+)

Διάσπαση β Οφείλεται σε ασθενή αλληλεπίδραση μεταξύ των quarks ενός νετρονίου Το νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο με ταυτόχρονη εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός αντινετρίνο: Η αντίδραση που παριστάνει την παραπάνω ραδιενεργό διάσπαση είναι: Παράδειγμα:

Διάσπαση β ενός ατομικού πυρήνα (έχει παραλειφθεί το σωματίδιο αλληλεπίδρασης) Διάγραμμα Feynman για τη διάσπαση β . Στο σχήμα φαίνεται και το σωματίδιο αλλληλεπίδρασης που είναι ένα μποζόνιο w 

Διάσπαση β+ Οφείλεται σε ασθενή αλληλεπίδραση μεταξύ των quarks ενός πρωτονίου Το πρωτόνιο μετατρέπεται σε νετρόνιο με ταυτόχρονη εκπομπή ενός ποζιτρονίου και ενός νετρίνο: Η αντίδραση που παριστάνει την παραπάνω ραδιενεργό διάσπαση είναι: Παράδειγμα:

Η αλληλεπίδραση των νετρίνων με την ύλη είναι εξαιρετικά ασθενική. Ένα νετρίνο μπορεί να περάσει μέσα από τη Γη σαν να μην υπήρχε καθόλου αυτή Η ύπαρξη του νετρίνο προτάθηκε θεωρητικά από τον Pauli το 1930 για να μπορεί να ισχύει η διατήρηση της ορμής και της ενέργειας στη διάσπαση του ραδιενεργού . Το σωματίδιο παρατηρήθηκε πολύ αργότερα, το 1950

Διάσπαση γ Πολύ συχνά ένας πυρήνας μετά από μία διάσπαση α ή β μεταστοιχειώνεται σε άλλο πυρήνα, ο οποίος βρίσκεται σε διεγερμένη ενεργειακή στάθμη. Ο νέος πυρήνας μεταπίπτει σε χαμηλότερη ενεργειακή στάθμη με ταυτόχρονη εκπομπή ενός ή περισσοτέρων φωτονίων Τα εκπεμπόμενα φωτόνια ονομάζονται ακτίνες γ ή ακτινοβολία γ

Φάσμα ακτινοβολίας γ του 238U Φάσμα ακτινοβολίας γ του 238U. Οι ενέργειες των εκπεμπόμενων φωτονίων είναι χαρακτηριστικές των διασπώμενων πυρήνων. Από το παραπάνω φάσμα έχουν ταυτοποιηθεί οι πυρήνες 226Ra, 214Pb, 214Bi της σειράς.

Στη φύση υπάρχουν πολλά ραδιενεργά στοιχεία που διασπώνται αυθόρμητα Συχνά ο θυγατρικός πυρήνας είναι και αυτός ασταθής, οπότε συμβαίνει μία σειρά ραδιενεργών διασπάσεων, μέχρι να καταλήξουμε σε σταθερό πυρήνα Έτσι προκύπτουν οι ραδιενεργές σειρές

Η σειρά του Ουρανίου-238

Η σειρά του Ποσειδωνίου-237

Διεισδυτική ικανότητα των σωματιδίων α, β και γ

Χαρτί Φύλλο αλουμινίου Φύλλο μολύβδου Νερό ή παραφίνη

Διαχωρισμός ακτινοβολιών α, β, γ από μαγνητικό πεδίο Τα σωματίδια α και τα σωματίδια β αποκλίνουν προς αντίθετες κατευθύνσεις εφόσον φέρουν αντίθετα φορτία Τα σωματίδια γ δεν αποκλίνουν καθόλου εφόσον είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία N S

Ραδιοχρονολόγηση άνθρακα Οι παλαιοντολόγοι μπορούν να υπολογίσουν την ηλικία ενός απολιθώματος μετρώντας την ποσότητα του C-14 που περιέχει

Οι λίθοι του Άλε στη νότια Σουηδία χρονολογούνται από το 600μ. Χ Οι λίθοι του Άλε στη νότια Σουηδία χρονολογούνται από το 600μ.Χ. όπως προέκυψε από μετρήσεις με τη μέθοδο του ραδιενεργού άνθρακα-14 που εφαρμόστηκε σε οργανικό υλικό που βρέθηκε στην περιοχή

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΗΛΙΚΙΑΣ ΤΗΣ ΓΗΣ Στηρίζεται στον προσδιορισμό του λόγου των ποσοτήτων ενός ζεύγους στοιχείων που υπάρχουν σε ένα ορυκτό του πετρώματος, από τα οποία το ένα προκύπτει από το άλλο με μεταστοιχείωση Στο σχήμα φαίνεται η καμπύλη διάσπασης του ραδιενεργού ρουβιδίου σε στρόντιο. Η μεταξύ τους αναλογία επιτρέπει τον καθορισμό της απόλυτης ηλικίας του πετρώματος που τα περιέχει

Ο υπολογισμός της ηλικίας της Γης βασίζεται σε ραδιοχρονο-λόγηση υλικού μετεωριτών καθώς και γήινων και σεληνιακών δειγμάτων Ακριβής ηλικία με τα σημερινά δεδομένα: 4.54 × 109 έτη ± 1%