2ο Λύκειο Αγίας Βαρβάρας

Παρουσίαση με θέμα: "2ο Λύκειο Αγίας Βαρβάρας"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 2ο Λύκειο Αγίας Βαρβάρας
ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ

2 Το 1896 ο Henri Becquerel παρατήρησε ότι ένα ορυκτό που περιείχε ουράνιο εξέπεμπε αόρατη ακτινοβολία . Η ακτινοβολία αυτή ήταν εξαιρετικά διεισδυτική , διαπερνούσε το μαύρο χαρτί - περιτύλιγμα του ορυκτού- και αμαύρωνε την φωτογραφική πλάκα.

3 Έπρεπε να προέρχεται από τον πυρήνα του ατόμου.
Η ακτινοβολία αυτή εκπεμπόταν αυθόρμητα (χωρίς καμία διέγερση του υλικού ) ,είχε μεγάλη ενέργεια και ήταν άγνωστη. Έπρεπε να προέρχεται από τον πυρήνα του ατόμου.

4 Οι περισσότεροι από τους πυρήνες που υπάρχουν στη φύση ή φτιάχτηκαν στους αντιδραστήρες , είναι ασταθείς ( μικρή ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο ) Διασπώνται λοιπόν σε άλλους πυρήνες σταθερότερους ( μεγάλη ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο ) . Το φαινόμενο κατά το οποίο ένας πυρήνας μετατρέπεται σε άλλον διαφορετικού στοιχείου ονομάζεται μεταστοιχείωση. Όταν ένας πυρήνας μετατρέπεται αυθόρμητα σε άλλον εκλύεται ενέργεια και εκπέμπεται ακτινοβολία.Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ραδιενέργεια.

5 Γιατί όμως οι πυρήνες είναι ασταθείς ;
Φανταστείτε τον πυρήνα του Ηλίου. Τα πρωτόνια απωθούνται ( δυνάμεις Coulomb ) Όμως δεν απομακρύνονται λόγω των ισχυρών πυρηνικών δυνάμεων.

6 Σε έναν όμως πυρήνα με πολλά πρωτόνια αυξάνονται οι ηλεκτρικές απώσεις
Όταν οι ηλεκτρικές δυνάμεις υπερισχύουν των πυρηνικών, ο πυρήνας διασπάται.

7

8 Η εκπεμπόμενη ακτινοβολία αποτελείται από :
Σωμάτια α Σωμάτια β Ακτίνες γ Τα σωμάτια α έχουν θετικό φορτίο, τα σωμάτια β έχουν αρνητικό φορτίο και οι ακτίνες γ είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

9 Τα παραπάνω μπορούμε να δείξουμε με το εξής πείραμα :
Αν οι τρεις ακτινοβολίες περάσουν από το εικονιζόμενο μαγνητικό πεδίο τότε :

10 Διάσπαση α Τα σωμάτια α είναι πυρήνες Ηλίου
Όταν γίνεται διάσπαση α ένας βαρύς πυρήνας ( ο μητρικός ) διασπάται σε έναν μικρότερο ( θυγατρικός ) και ένα σωμάτιο α .

11

12

13 Δηλαδή : + ή Προσέξτε ότι ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίδιος αριστερά και δεξιά ( Διατήρηση φορτίου ) Επίσης διατηρείται ο αριθμός των νουκλεονίων. ( Α = [Α – 4] + 4 )

14 Η μάζα του μητρικού πυρήνα είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα των μαζών θυγατρικού πυρήνα και σωματίου α . Έτσι εκλύεται ενέργεια , η οποία εμφανίζεται ως κινητική ενέργεια του θυγατρικού πυρήνα και του σωματίου α . Κατά την διάσπαση διατηρείται η ορμή , δηλαδή :

15 Λόγω του ότι mθ >> mα
Επειδή ο θυγατρικός πυρήνας έχει μικρή ταχύτητα , έχει μικρή κινητική ενέργεια και σχεδόν όλη η εκλυόμενη ενέργεια γίνεται ενέργεια του σωματίου α .

16 Διασπάσεις α

17 Διάσπαση β Κατά τη διάσπαση β εκπέμπεται από τον πυρήνα ένα ηλεκτρόνιο ( διάσπαση β- ) ή ένα ποζιτρόνιο ( διάσπαση β+ ) Το ποζιτρόνιο , e+, είναι το αντισωμάτιο του ηλεκτρονίου.Είναι όμοιο με το ηλεκτρόνιο αλλά έχει θετικό φορτίο. Ανακαλύφθηκε το 1932 από τον Anderson.

18 Διάσπαση β-

19 Διάσπαση β-

20 Δηλαδή : +

21 Σαν παράδειγμα: 6 8 7 +

22 Τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια δεν προϋπάρχουν στον πυρήνα.
Η δημιουργία τους επιβάλλεται από την αρχή διατήρησης του φορτίου. Έχουν ταχύτητες της τάξης του 99,9 % της ταχύτητας του φωτός. Η εκπομπή του αντινετρίνου εξασφαλίζει την διατήρηση της ενέργειας και της ορμής. Τα αντινετρίνα αλληλεπιδρούν ασθενικά με την ύλη και η παρατήρησή τους είναι δύσκολη. Αρχικά δεν είχαν ανιχνευθεί στις πρώτες διασπάσεις β και την ύπαρξή τους πρότεινε ο Pauli το 1930. Η παρατήρησή τους έγινε το 1950.

23 Διάσπαση β+

24 Διάσπαση β+

25 Δηλαδή : +

26 Σαν παράδειγμα: 6 5 +

27 Παρατηρήσατε ότι ο μαζικός αριθμός δεν αλλάζει ενώ ο ατομικός μειώνεται κατά 1.

28 Ένα νετρίνο μπορεί να περάσει μέσα από τη Γη σαν αυτή να μην υπάρχει.

29 Διάσπαση γ Οι ακτίνες γ είναι φωτόνια πολύ υψηλής συχνότητας τα οποία εκπέμπονται όταν ένας πυρήνας μεταπίπτει από διηγερμένη ενεργειακή στάθμη σε άλλη χαμηλότερης ενέργειας.

30 Παράδειγμα : Διάσπαση α
Ο πυρήνας βρίσκεται σε διηγερμένη στάθμη και κολουθεί η αποδιέγερση : Εκπομπή γ

31 Αντιστοιχεί στην αποδιέγερση :
Η : Αντιστοιχεί στην αποδιέγερση : 0,186 ΜeV

32 Ένα άλλο παράδειγμα 90,5 ΚeV 46 ΚeV

33 Πολλές φορές σε μια διάσπαση ο θυγατρικός πυρήνας είναι ασταθής και διασπάται με την σειρά του. Ακολουθεί μια σειρά α και β διασπάσεων μέχρι να καταλήξουν σε σταθερό πυρήνα.

34

35 Τεχνητή ραδιενέργεια Πολλές φορές σε πυρηνικές αντιδράσεις παράγονται πυρήνες μη σταθεροί. Αυτοί είναι ισότοπα σταθερών στοιχείων. Ονομάζονται ραδιοϊσότοπα ή ραδιενεργά ισότοπα. Τα ραδιοϊσότοπα διασπώνται προς σταθερούς πυρήνες. Σαν παράδειγμα αναφέρουμε τον ραδιοάνθρακα Αυτός είναι ισότοπος με τους υπάρχοντες στην φύση σταθερούς και Παράγεται : Διασπάται :

36 Διεισδυτική ικανότητα των σωματιδίων α , β και γ
Τα σωμάτια α μόλις που διαπερνούν ένα φύλλο χαρτί. Τα σωμάτια β διαπερνούν φύλλο αλουμινίου πάχους μερικών εκατοστών. Τα σωματίδια γ διαπερνούν αρκετά εκατοστά μολύβδου. Τα σωμάτια α και β αλληλεπιδρούν ηλεκτρικά με την ύλη χάνοντας σταδιακά την ενέργειά τους. Τα φωτόνια γ είτε απορροφώνται είτε περνούν ανεπηρέαστα.

37 Διαχωρισμός των α ,β ,γ

38 Ρυθμός διάσπασης Όταν ρίχνουμε ένα ζάρι δεν είναι σίγουρο ότι θα έρθει τρία. Απλά είναι πιθανό να έρθει τρία. Έτσι δεν είναι δεδομένο ότι ένας συγκεκριμένος πυρήνας θα διασπαστεί , απλώς είναι πιθανό αυτό να συμβεί. Η πιθανότητα να έρθει τρία είναι Αυτό σημαίνει ότι αν ρίξουμε έναν μεγάλο αριθμό ζαριών , το πηλίκον των ζαριών με τρία προς τον ολικό αριθμό των ζαριών θα ισούται περίπου με ,δηλαδή την πιθανότητα να έρθει τρία.

39 Έστω ότι έχουμε Ν αδιάσπαστους πυρήνες.
Η πιθανότητα να διασπαστεί ένας πυρήνας σε χρόνο dt είναι P. Η πιθανότητα P είναι ανάλογη του χρόνου dt και εξαρτάται από το υλικό. Δηλαδή : P = λ.dt Έστω τώρα ότι σε χρόνο dt διασπώνται dΧ πυρήνες δηλαδή μεταβάλλεται ο αριθμός των αδιάσπαστων κατά -dΧ ( dN = - dX ). Κατ’ αναλογία με τα ζάρια ισχύει : Το λ ονομάζεται σταθερά διάσπασης , ενώ η απόλυτη τιμή του ρυθμού μεταβολής ονομάζεται ενεργότητα του δείγματος. Η ενεργότητα δηλαδή είναι : Η ενεργότητα μετράται σε Becquerel ( 1 Bq )

40 Όμως : ( Παράγωγος σύνθετης συνάρτησης. ) Άρα : Βάζω και έχω :

41 Υπολογισμός του Κ Αν αρχικά έχω Νο πυρήνες ( Ν(0) = Νο ) , τότε η σχέση : γίνεται : και τελικά :

42 Χρόνος υποδιπλασιασμού ή ημιζωή
Χρόνος υποδιπλασιασμού ή ημιζωή ονομάζεται ο χρόνος στον οποίο από τους αρχικούς πυρήνες έχουν μείνει αδιάσπαστοι οι μισοί. Δηλαδή :

43 Όσο μεγαλύτερη είναι η σταθερά διάσπασης , τόσο μικρότερος ο χρόνος υποδιπλασιασμού.
Οι χρόνοι υποδιπλασιασμού κυμαίνονται από s έως 1025 χρόνια. Για τον είναι 5730 χρόνια.