1 promieniotwórczość

2 laboratorium Curie

3 troje noblistów 1903 – PC, MSC 1911 – MSC 1935 – FJ, IJC

4 Przemiany jądrowe rozpad  rozpad – rozpad + wychwyt K przemiana wewnętrzna konwersja

5 Przemiany jądrowe spontaniczne przypadkoweAktywność – liczba rozpadów na jednostkę czasu: jednostka - bekerel: dawna jednostka – kiur (aktywność 1g Ra)

6 Prawo rozpadu Proces statystyczny – zmiana (ubytek) jąder proporcjonalny do całkowitej liczby jąder N oraz do czasu t.

7 Prawo rozpadu warunki początkowe: średni czas życia: stała rozpadu

8 Prawo rozpadu Aktywność źródła: mierzymy aktywność

9 Pomiar stałej rozpadu ln A/A0 t1/2 2t1/2

10 Prawo rozpadu Ile jąder zostanie? Czas połowicznego zaniku:

11 Przemiany jądrowe Proces statystyczny – liczba jąder, które ulegną rozpadowi w czasie T1/2 fluktuuje wokół wartości N0/2 fluktuacje statystyczne fluktuacje względne

12 Datowanie promieniotwórcze

13 Przemiana  Jądro wzbudzone przechodzi do stanu podstawowego pozbywając się energii wzbudzenia. przemiana   wewnętrzna konwersja e

14 widmo energetyczne dyskretne: h = Ei - EfPrzemiana  przemiana  jest procesem wtórnym – następuje po procesach prowadzących do wzbudzenia jądra (zderzenie, rozpad  lub ) widmo energetyczne dyskretne: h = Ei - Ef jądro macierzyste  energia: kilka, kilkanaście MeV  jądro pochodne

15 Przemiana  czas życia stanu wzbudzonego:  = 10-16 - 10-15 sizomeria jądrowa – bardzo długie czasy życia stanu wzbudzonego Procesem konkurencyjnym do emisji kwantu  jest proces wewnętrznej konwersji – energia wzbudzenia jądra jest przekazywana bezpośrednio elektronowi z powłoki bliskiej jądra (K lub L) i elektron wylatuje z atomu. współczynnik konwersji:

16 T1/2 [s] energia kwantów [MeV] 10-15 1 10-5 10-10 105 1010 1015 0,010,02 0,05 0,1 0,5 0,2 2 5 E1 M1 E2 M2 E3 M3 E4 M4 E5 M5 energia kwantów [MeV] T1/2 [s]

17 Rozpad  parcjalne czasy życia:  241Am 237Np A-4Z-2Y AZX 1 2 3 I1 2 3 1 2 3 parcjalne czasy życia:

18 Rozpad  Korelacja między czasami życia a energiami cząstek  logT1/2logE Korelacja między czasami życia a energiami cząstek 

19 Rozpad  energie cząstek  : < 10 MeVczasy życia: od 10-6 s do 1017 s Bz r ze – ładunek emitowanej cząstki stany związane Dla cięższych jąder i cząstek  wysokość bariery ponad 20 MeV. Klasyczny opis – emisja czastki  niemożliwa!

20 Rozpad  G. Gamov (1904 – 1968) – opis kwantowy:cząstka  istnieje wewnątrz studni potencjału cząstka  opisywana funkcją falową może przenikać barierę potencjału w zjawisku tunelowania V E prawdopodobieństwo emisji: r Rin ze wzrostem E maleje wykładnik – silnie rośnie prawdopodobieństwo Rout

21 Rozpad  monoenergetyczne, E (4 - 9) MeVszeroki zakres czasów, t1/2 (10-7s, 1010 lat) ciężkie jądra, Z > 82 cząstki  są słabo przenikliwe moment pędu cząstki  : | Jp – Jk |  J  Jp + Jk parzystość: Pp / Pk=(-1)J

22 Rozpad  rozpad w spoczynku:  98% energii unosi cząstka 

23 Rozpad     +  6429Cu  6430Zn + e + e 6429Cu  6428Ni + e+ + e6429Cu + ep  6428Ni + e e wychwyt elektronu 64Cu 64Ni

24 Wychwyt k (elektronu z powłoki k)Energie fotonów ~ keV (promienie X)

25 Widma beta 6429Cu  6430Zn + e + e 6429Cu  6428Ni + e+ + eLiczba cząstek β 6429Cu  6430Zn + e + e 6429Cu  6428Ni + e+ + e 0,2 0,4 0,6 Ee [MeV]

26 Neutrino Trzecia cząstka, neutralna, o bardzo małej (zerowej?) masie- nie gamma, bo spin połówkowy, np. : n  p + e– + ? + liczba leptonowa Hipoteza neutrino: W. Pauli (1932), m = 0, J = ½ h/2 Odkryta w 1957 r.

27 Rozpad β Oddziaływanie słabe

28 Typy rozpadów

29 Naturalne pierwiastki promieniotwórczePoczątek trzech naturalnych szeregów promieniotwórczych Początek czwartego szeregu: 237Np (T1/2 =2,14∙106 < wiek Ziemi) - nie występuje naturalnie 4 szeregi, bo tylko rozpad α zmienia liczbę nukleonów (zmiana o 4 nukleony)

30 Szeregi promieniotwórcze

31 Szeregi promieniotwórcze238U 234Th 206Pb Z N 4.51·109 lat 235U 231Th 207Pb Z N 7.15·108 lat    

32 Szeregi promieniotwórcze228Ra 232Th 208Pb Z N 1.39·1010 lat jądro pocz. A t1/2 jądro końc. 23290Th 4n 1.39·1010 20882Pb 23793Np 4n+1 2.20·106 20983Bi 23892U 4n+2 4.51·109 20682Pb 23592U 4n+3 7.15·108 20782Pb torowy neptunowy uranowo-radowy uranowo-aktynowy

33 Szeregi promieniotwórcze237Np 209Bi 232Th 208Pb 235U 207Pb 238U 206Pb N Z 237Np 209Bi 233Pa 2.3·106 lat N Z  