1 Promieniotwórczość sztuczna

2 1. Rys historyczny W 1919r. E. Rutherford dokonał pierwszego przekształcenia azotu w inny pierwiastek – tlen, jako pierwszy przeprowadził r. jądrową, W 1919r. E. Rutherford dokonał pierwszego przekształcenia azotu w inny pierwiastek – tlen, jako pierwszy przeprowadził r. jądrową, Rutherford poddał bombardowaniu warstwę azotu strumieniem cząsteczek alfa (jądra helu) Rutherford poddał bombardowaniu warstwę azotu strumieniem cząsteczek alfa (jądra helu)

3 Cd W 1932 James Chadwick podczas bombardowania cząstkami alfa jąder atomu berylu odkrył istnienie neutronu (n) W 1932 James Chadwick podczas bombardowania cząstkami alfa jąder atomu berylu odkrył istnienie neutronu (n)

4 Cd Odkrycie neutronów umożliwiło przeprowadzenie kolejnych eksperymentów w zakresie reakcji jądrowych, ponieważ neutron w przeciwieństwie do cząstek alfa nie są obdarzone ładunkiem elektrycznym, łatwiej wnikają do jąder atomowych, Odkrycie neutronów umożliwiło przeprowadzenie kolejnych eksperymentów w zakresie reakcji jądrowych, ponieważ neutron w przeciwieństwie do cząstek alfa nie są obdarzone ładunkiem elektrycznym, łatwiej wnikają do jąder atomowych, Wynikiem reakcji jądrowych powstają często produkty nietrwałe, ulegają dalszemu rozpadowi. Wynikiem reakcji jądrowych powstają często produkty nietrwałe, ulegają dalszemu rozpadowi.

5 Cd Powstawanie sztucznych izotopów promieniotwórczych po raz pierwszy zaobserwowali Irena Joliot – Curie i Frederic Jean – Joliot - Curie naświetlając promieniami alfa jąder B, Mg, Al Powstawanie sztucznych izotopów promieniotwórczych po raz pierwszy zaobserwowali Irena Joliot – Curie i Frederic Jean – Joliot - Curie naświetlając promieniami alfa jąder B, Mg, Al

6 2. Zapis reakcji jądrowej Gdzie: Gdzie: - na początku symbol jądra bombardowanego, - W nawiasie symbol cząstki bombardującej, - symbol cząstki emitowanej - za nawiasem symbol pierwiastka powstającego

7 Cd Izotop N jest nietrwały i rozpada się, emitując promieniowanie β+(pozytony – antycząstki elektronów) i przechodzi w trwały izotop węgla, Izotop N jest nietrwały i rozpada się, emitując promieniowanie β+(pozytony – antycząstki elektronów) i przechodzi w trwały izotop węgla, Enrico Fermi udowodnił, że pod wpływem bombardowania n prawie wszystkie pierwiastki dają radioizotopy (izotopy promieniotwórcze) Enrico Fermi udowodnił, że pod wpływem bombardowania n prawie wszystkie pierwiastki dają radioizotopy (izotopy promieniotwórcze)

8 3. Rozszczepienie jądra atomowego W 1939r. radiochemicy Otton Hahn i Fritz Strassmann bombardując neutronami jądra uranu, zaobserwowali rozpad jąder na dwa mniejsze, powstałe w reakcji neutrony bombardowały następne jądra uranu i reakcja zachodziła lawinowo – reakcja łańcuchowa. W 1939r. radiochemicy Otton Hahn i Fritz Strassmann bombardując neutronami jądra uranu, zaobserwowali rozpad jąder na dwa mniejsze, powstałe w reakcji neutrony bombardowały następne jądra uranu i reakcja zachodziła lawinowo – reakcja łańcuchowa.

9 Schemat reakcji łańcuchowej

10 4. Znaczenie i wykorzystanie reakcji łańcuchowych Reakcji łańcuchowej towarzyszy wydzielenie ogromnej ilości energii, np. przy rozszczepieniu 1 g uranu wydziela się ilość energii równa ilości uzyskanej ze spalenia 2500 ton węgla. Reakcji łańcuchowej towarzyszy wydzielenie ogromnej ilości energii, np. przy rozszczepieniu 1 g uranu wydziela się ilość energii równa ilości uzyskanej ze spalenia 2500 ton węgla.

11 Cd Reakcja łańcuchowa może przebiegać w sposób kontrolowany (reaktory jądrowe w elektrowniach) lub w sposób spontaniczny – niekontrolowany (w bombach atomowych), Reakcja łańcuchowa może przebiegać w sposób kontrolowany (reaktory jądrowe w elektrowniach) lub w sposób spontaniczny – niekontrolowany (w bombach atomowych), W obu przypadkach paliwem jądrowym jest 235 U, 233 U, 239 Pu W obu przypadkach paliwem jądrowym jest 235 U, 233 U, 239 Pu

12 cd Badawczy reaktor jądrowy – powstał w w 1942 na uniwersytecie w Chigago pod kierunkiem Enrica Formiego, badawczy reaktor jądrowy jako źródło cząstek elementarnych służył do badań w chemii radiacyjnej i analitycznej oraz biologii. Badawczy reaktor jądrowy – powstał w w 1942 na uniwersytecie w Chigago pod kierunkiem Enrica Formiego, badawczy reaktor jądrowy jako źródło cząstek elementarnych służył do badań w chemii radiacyjnej i analitycznej oraz biologii.

13 Cd Produkcyjne reaktory jądrowe stosowane są do wytwarzania 239 Pu i innych radioizotopów z naturalnego izotopu 238 U Produkcyjne reaktory jądrowe stosowane są do wytwarzania 239 Pu i innych radioizotopów z naturalnego izotopu 238 U Energetyczne reaktory jądrowe służą do produkcji pary wodnej, która napędza turbiny parowe, te z kolei wytwarzają prąd elektryczny Energetyczne reaktory jądrowe służą do produkcji pary wodnej, która napędza turbiny parowe, te z kolei wytwarzają prąd elektryczny

14 5. Budowa i działanie reaktora jądrowego Reaktor jest urządzeniem do przeprowadzenia kontrolowanej reakcji łańcuchowej, Reaktor jest urządzeniem do przeprowadzenia kontrolowanej reakcji łańcuchowej, W rdzeniu znajduje się paliwo jądrowe 235 U, 233 U, 239 Pu, W rdzeniu znajduje się paliwo jądrowe 235 U, 233 U, 239 Pu, Przebieg reakcji kontrolują elementy sterujące wykonane z materiałów pochłaniających neutrony, np. 10 B, 113 Cd, mają one kształt prętów wsuwanych między elementy paliwa mogą zmienić liczbę neutronów uczestniczących w reakcji, czyli kontrolować przebieg reakcji. Przebieg reakcji kontrolują elementy sterujące wykonane z materiałów pochłaniających neutrony, np. 10 B, 113 Cd, mają one kształt prętów wsuwanych między elementy paliwa mogą zmienić liczbę neutronów uczestniczących w reakcji, czyli kontrolować przebieg reakcji.

15 Cd W rdzeniu reaktora znajduje się moderator – spowalniacz neutronów, jest to woda H 2 O lub woda ciężka D 2 O, beryl, węgiel w postaci grafitu. W rdzeniu reaktora znajduje się moderator – spowalniacz neutronów, jest to woda H 2 O lub woda ciężka D 2 O, beryl, węgiel w postaci grafitu. Produkcja energii elektrycznej nie powoduje takiego zanieczyszczenia środowiska jak elektrownie konwencjonalne (problem z zużytym paliwem jądrowym i elementami reaktora) Produkcja energii elektrycznej nie powoduje takiego zanieczyszczenia środowiska jak elektrownie konwencjonalne (problem z zużytym paliwem jądrowym i elementami reaktora)

16 5. Reakcja łańcuchowa niekontrolowana – bomba atomowa W bombach reakcja łańcuchowa przebiega gwałtownie w sposób niekontrolowany, wynikiem jest powstanie olbrzymiej ilości energii i rozszczepienie wszystkich jąder materiału rozszczepialnego. W bombach reakcja łańcuchowa przebiega gwałtownie w sposób niekontrolowany, wynikiem jest powstanie olbrzymiej ilości energii i rozszczepienie wszystkich jąder materiału rozszczepialnego. Masa materiału rozszczepialnego jest na tyle duża, że większość uwolnionych neutronów trafia w nowe jądra, Masa materiału rozszczepialnego jest na tyle duża, że większość uwolnionych neutronów trafia w nowe jądra, Reakcja łańcuchowa może się rozwinąć, gdy ilość materiału rozszczepialnego przekroczy masę krytyczną (dla 235 U, wynosi ona kilka – kilkanaście kg). Reakcja łańcuchowa może się rozwinąć, gdy ilość materiału rozszczepialnego przekroczy masę krytyczną (dla 235 U, wynosi ona kilka – kilkanaście kg).

17 Cd W wyniku dalszych badań otrzymano pierwiastek cięższy od uranu 239 Np, o okresie półtrwania t 1/2 =2,3 dnia. W wyniku dalszych badań otrzymano pierwiastek cięższy od uranu 239 Np, o okresie półtrwania t 1/2 =2,3 dnia. Neptun ulega rozpadowi do cięższego pierwiastka 239 Pu wg równania Neptun ulega rozpadowi do cięższego pierwiastka 239 Pu wg równania

18 Cd W następnych latach, poprzez zderzenia jąder atomowych (tzw. fuzję) otrzymano superciężkie pierwiastki – transuranowce. W następnych latach, poprzez zderzenia jąder atomowych (tzw. fuzję) otrzymano superciężkie pierwiastki – transuranowce.