Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Készítette Varga István VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Készítette Varga István VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA."— Előadás másolata:

1 Készítette Varga István VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA

2  A XIX. század folyamán a vegyészek és fizikusok egyre inkább elfogadták az atomok létezését.  Az első lépést 1803-ban John Dalton tette meg - ő a kémiai elemek és vegyületek tulajdonságai alapján átfogalmazta a görög filozófusok atomhipotézisét.  Az atomszerkezet-kutatás csak évtizedek múltán, az időközben összegyűlt tapasztalati anyag hatására indult rohamos fejlődésnek.  E tapasztalati anyagot két nagy jelenségcsoport, a radioaktivitás és a színképek szolgáltatták.

3 TERMÉSZETES RADIOAKTIVITÁS

4  A radioaktivitás felfedezésére érdekes véletlen vezetett ban Henri Becquerel a lumineszcencia jelenségét tanulmányozta.  Kísérleti módszere az volt, hogy a vizsgált anyagot megvilágítás után fekete papírba burkolt fényképezőlemezre helyezte, és a lemez feketedéséből következtetett a kisugárzott fény természetére.

5  Megfigyelte, hogy az uránszurokérc akkor is előidézte a lemez feketedést, ha előzőleg nem világította azt meg.  Marie Curie-Sklodowska a férjével Pierre Curie-vel úgy döntött, hogy tanulmányozni fogja a Becquerel-sugárzást.  A feketedést okozó spontán sugárzás természetét és okát kutatva 1898-ban az uránszurokércből (urán-dioxid (UO 2 )- tartalmú ásvány) két új elemet, a rádiumot és a polóniumot sikerült előállítaniuk, amelyek sugárzása sokkal erőteljesebb volt mint az uránszurokérc sugárzása.  2,8 tonna természetes uránban kb. 1 gramm rádium van.

6  Ezek a kísérletek csakhamar felfedték a radioaktív sugárzás természetét.  Összetett és külsőleg nem befolyásolható.  Erőssége nem változik függetlenül attól, hogy nagy hőmérsékleten tartjuk a radioaktív anyagot, vagy mélyhűtést alkalmazunk.  Nincs rá hatással az elektromos vagy mágneses tér, a nagy nyomás és a vákuum sem.  Független attól is, hogy milyen halmazállapotban van jelen a radioaktív anyag.  A sugárzás kizárólag az elem atommagjából származik.

7  A másik fontos felismerés, hogy a sugárzást nem befolyásolja az, hogy az anyag tiszta elem, vagy valamely más elemmel alkot vegyületet.

8 DEFINÍCIÓ: Radioaktivitásnak nevezzük az atommagok spontán átalakulását, amely általában gyorsan mozgó, nagy energiájú részecskék kibocsátásával jár együtt. Radioaktív sugárzásnak nevezzük a radioaktív bomlásban keletkező gyorsan mozgó részecskék áramát.

9  A kibocsátott részecskék energiája a kémiai folyamatokban felszabaduló energiáknál kb. milliószor nagyobb.  Mivel ilyenkor általában egy kezdeti részecskéből spontán módon több részecske keletkezik, radioaktív bomlásnak is nevezzük ezeket az átalakulásokat.

10 A RADIOAKTÍV SUGARAK TULAJDONSÁGAI Elektromos és mágneses térben történő eltérülésük alapján három csoportra lehet osztani. 1.A negatív pólus felé eltérő  -sugárzás (alfa- bomlás) során a kezdeti atommag egy hélium atom pozitív elektromos töltésű atommagját bocsátja ki általában 5-10 MeV mozgási energiával (1 MeV =1,6· J).  Az alfa-részecske (a hélium atommagja) két proton és két neutron erősen kötött rendszere, ezért energetikailag kedvező a megvalósulása.

11 Az  -részecskék sebessége 1,4-2,2  10 7 m/s. Áthatolóképességük aránylag kicsi, néhány cm vastag levegőréteg, vagy 0,05 mm vastag alumíniumlemez már teljesen elnyeli őket. Hatótávolságuk (levegőben való teljes elnyelődés) értéke 2,5 - 8,6 cm között mozog.

12 2. A  -sugárzás lezajlása a gyenge kölcsönhatás eredménye. A béta-bomlásban neutrínók (  ) is részt vesznek.

13 A  -sugarak sebessége (1 - 2,7  10 8 m/s), áthatolóképessége (a nagy sebesség és a kis tömeg következtében) az α-sugarakénál lényegesen nagyobb. Még m-es levegőréteg, vagy 5 mm vastag alumíniumréteg sem nyeli el teljesen. Mozgási energiája (a kicsi tömeg miatt), az α-részecskénél általában lényegesen kisebb (0,05 - 5MeV).

14 3. A  -sugárzás, amely az elektromos és mágneses mezőben nem térül el, sebessége ugyanakkora, mint a fény sebessége. Ezek alapján elektromágneses rezgésnek tekintjük. Hullámhossza 1 nm-nél rövidebb, frekvenciája és energiája a legerősebb energiájú röntgensugarakénál is nagyobb nagyságrendű. Áthatoló képessége igen nagy. Több cm vastag alumíniumlemez és 10 m vastag levegőréteg sem nyeli el teljesen.

15

16 SODDY – FAJANS FÉLE ELTOLÓDÁSI SZABÁLY Kasimir Fajans ( ) Frederick Soddy ( ) Megállapították, hogy az alfa- és a béta-bomlás elem-átalakulással jár együtt.

17 Az alfa-bomlás során az atommag pozitív töltése kettővel csökken, így az atommagon belül a protonok taszításából származó, a nukleonok kötését gyengítő elektrosztatikus energia is jelentősen csökken. Például: vagy

18 A béta-bomlások mindig az atommagon belüli protonok és neutronok egymásba történő átalakulásai.  Ha a neutron alakul át protonná, akkor egy negatív töltésű elektron keletkezik, így marad meg az elektromos töltés a folyamatban. Az elektronnal együtt keletkezik egy antineutrínó is.

19 Ha a proton alakul át neutronná egy atommagon belül, úgy hogy befog a K-héjról egy elektront, akkor pozitron (e + ) és neutrínó (  ) is keletkezik:

20 A Soddy-féle ún. eltolódási szabály: 1.Ha valamely radioaktív elem bomlásakor  -sugarakat bocsát ki, akkor az ilyen átalakulás következtében képződött új elem (leányelem) kémiai tulajdonságaira nézve olyan elem lesz, amely a periódusos táblázatban a kiindulási elemtől (anyamag) két hellyel balra helyezkedik el. 2.Ha a radioaktív elem bomlása   -sugarak kibocsátása közben történik, akkor a képződő új elem kémiai tulajdonságaira nézve olyan elem lesz, amely a periódusos táblázatban a kiindulási elemtől egy hellyel jobbra helyezkedik el. 3.  + -sugarak kibocsátása közben a képződő új elem a kiindulási elemtől egy hellyel balra helyezkedik el.

21 A tömeghiány Δm (tömegdefektus) Ha egy atommagot alkotó protonok és neutronok tömegét külön-külön lemérjük, összeadjuk az értékeket, majd atommaggá „gyúrva” őket lemérjük a mag tömegét, az látjuk, hogy a mag tömege (M) kisebb, mint a külön mért tömegek összege!

22 Például, a 4-es tömegszámú hélium esetében a tömeghiány: Egy mólnyi mennyiségű héliumnál ez már megközelítőleg 2,9283  kg illetve 29,283 mg. Ilyen eltérések mutatkoznak a többi elemnél is.

23 A tömeghiányra a magyarázatot Aston, Nobel-díjas angol fizikus és kémikus találta meg. William F. Aston ( ) Tudjuk, hogy az exoterm kémiai reakcióknál energia szabadul fel. Ezt eddig is tudomásul vettük anélkül, hogy kerestük volna az energia eredetét. Aston elmélete szerint ez a felszabadult energia nem más, mint a reakcióban eltűnő tömegnek energia-egyenértéke. Mivel a visszaalakításhoz, vagyis az ellentétes irányú reakcióhoz ugyanakkora energia befektetésére van szükség, a felszabaduló energia egyúttal a kötési energiával egyenlő.

24  A közönséges kémiai reakcióknál viszonylag kis energiaváltozások mennek végbe és a tömegváltozás elhanyagolható (a tömegmegmaradás törvénye egymagában is érvényes).  Az atommag-reakciók, pl. a magfúzió esetében már a jelentős mennyiségű energia-felszabadulás miatt a tömeghiány kimutatható és nem hanyagolható el.

25 A RADIOAKTÍV BOMLÁS TÖRVÉNYE  Az atommag bomlásáról nem mondhatunk semmit, csak annyi bizonyos, hogy a jelenlevő összes atommagok egy adott hányada elbomlik az időegység alatt.  Az aktivitás ( A ) vagyis a bomlás sebessége attól függ, hogy az adott pillanatban mennyi a radioaktív atommagok száma és hogy melyik radioaktív izotóp bomlik.  - az illető radioaktív elemre jellemző ún. bomlási állandó, N- az eredetileg jelenlevő atomok száma.

26 A bomlási állandó ( λ) értéke azt fejezi ki, hogy a radioaktív elem egységnyi mennyiségének hányadrésze bomlik el időegység alatt. Ha pl.,  = 0,1 s -1, akkor az annyit jelent, hogy tíz atomból egy atom bomlik el egy másodperc alatt. Az erősen radioaktív elemeket nagy, a kevésbé radioaktívakat kisebb bomlási állandó jellemzi.

27 Az aktivitás mértéke az adott anyagdarabban egy másodperc alatt átlagosan bekövetkező radioaktív bomlások számával. Mértékegysége a Bq (Becquerel, ejtsd: bekerel). Egy test aktivitása 1 Bq, ha abban másodpercenként átlagosan 1 bomlás történik.

28 A felezési idő Azt az időtartamot, ami alatt adott számú radioaktív atom fele elbomlik, felezési időnek nevezzük. Jele: T 1/2

29  A felezési idő minden radioaktív izotópfajta saját, jellemző tulajdonsága.  Az izotópok felezési ideje a másodperc törtrésze és évmilliárdok között mozoghat. Az eddig ismert leghosszabb felezési idejű izotóp a 128 Te (tellúr) 1,5x10 24 éves felezési idővel, a legrövidebb a 216 Ra (rádium) 7x10 -9 s (7 ns, azaz 7 nanoszekundum) felezési idővel.

30 MESTERSÉGES RADIOAKTIVITÁS

31  A mesterséges radioaktivitás felfedezése Curie I. és Joliot (1934) nevéhez fűződik.  Észrevették, hogy a polóniumból származó  - részecskékkel bombázott alumíniumból neutronok mellett pozitronok is felszabadulnak:  A pozitronsugárzás akkor is folytatódik, ha az  -részecskék bombázó hatása már megszűnt.

32  Az ilyen mesterséges úton keletkezett bomlékony atomfajtát sugárzóképessége folytán mesterséges radioaktív elemnek nevezzük.  Mesterséges úton csaknem minden elem radioaktívvá tehető úgy, hogy ma már több száz a mesterséges radioaktivitással rendelkező izotópok száma. Ezek előállítása úgy történik, hogy az atommagot pozitív töltésű részecskékkel vagy lassú neutronokkal bombázzák.

33  A mesterséges radioaktív elemeknek rendkívül nagy jelentőségük van a kémiai és biológiai kutatások szempontjából, mert radioaktív indikátor ul használhatók. A radioaktív indikációs (jelezéses) módszerek kezdeményezése a Nobel díjas (1943) magyar fizikus és kémikus Hevesy György nevéhez fűződik. Hevesy György A módszer lényege az, hogy a vizsgált folyamatokban résztvevő atomokhoz radioaktív izotópot kevernek és ez által az atomot mintegy megjelölik. A stabilis atomokkal keveredett izotópok a kémiai változások során éppúgy viselkednek, mint a nem radioaktív atomok, úgyhogy az ilyen keverékkel mindenfajta kémiai átalakulás végrehajtható.

34  Az izotóp indikátorok (jelzők) nagy segítséget nyújtanak az orvostudománynak is, rendszerint a gyógyszerhatás tanulmányozása terén.  Ha radioaktív izotópot tartalmazó anyagot juttatnak élő szervezetbe, akkor a sugárzás mérésével, figyelemmel kísérhető annak útja és sorsa a szervezet különböző részeiben.

35 FISSZIÓ, FÚZIÓ

36 A mesterséges magreakciók között vannak olyanok, amelyek igen nagy energia-felszabadulással járnak. A felszabadult energia nagysága milliószor nagyobb, mint kémiai folyamatok során jelentkező energia. Néhány példa ezzel kapcsolatban: 5,02 MeV 22,28 MeV 1eV=1,6  J, 1MeV=10 6 eV

37  Nagy energiát kétféleképpen tudunk felszabadítani:  nehéz atommagok hasításával (fisszió) és  könnyű magok egyesítésével (fúzió).

38 A fisszió az atommagok energia-felszabadulással járó széthasadása. Hahn, Strassmann és Meintner fedezte fel 1939-ben, hogy a nehéz atommagok neutronok, nagy sebességű elektromos töltéssel rendelkező részecskék vagy gamma sugarak hatására könnyebb atommagokká hasadhatnak szét.  A maghasadáskor keletkezett részecskék összes tömege kisebb, mint a hasadó mag tömege.

39 Otto Hahn ( ) Fritz Strassmann ( ) Lise Meintner ( )  A felszabaduló energia legnagyobb részét a hasadási termékek mozgási energiája teszi ki; kisebb része radioaktív sugárzás formájában jelentkezik.

40  Ha egy lassú, kis energiájú neutron ütközik az U-235 magjának, a mag befogja azt, és egy új gerjesztett mag, U-236 jön létre. Az esetek kb. 85%-ában igen rövid idő alatt ( s alatt) bekövetkezik a maghasadás, 15%-ában pedig a mag  -sugárzással szabadul meg felesleges energiájától. A reakciót a következőképpen írhatjuk fel: A felszabaduló neutronok ismételt maghasadást idéznek elő, így láncreakció jön létre.

41

42

43 A láncreakciót lehet úgy vezetni, hogy: 1.Mindig csak korlátozott mennyiségű mag hasadjon szét, és ne terjedjen ki a folyamat az alkalmazott radioaktív anyag egész mennyiségére szabályozott láncreakció ról beszélünk. 2. A hasadási folyamat az alkalmazott radioaktív anyag egész mennyiségére kiterjedjen és robbanásszerűen, menjen végbe (atombomba). Ez a nem szabályozott láncreakció.

44 A két urántömb, amelynek mindegyike némileg kisebb tömegű, mint a kritikus tömeg külön-külön veszélytelen. A tömbök robbanó töltettel való gyors egyesítésekor, megindul a láncreakció és nukleáris robbanás történik, amely másodperc alatt megy végbe.

45  A fúzió könnyű atommagok egyesülésével járó termonukleáris reakció (magas hőmérsékleten létrejövő reakció), amit nem lehet céltudatosan irányítani, vagyis a reakció sebességét és a felszabaduló energia mennyiségét egyelőre nincs módunkban befolyásolni. A hidrogénbomba robbanása 1954-ben, volt az első fúzió, amely a földünkön lejátszódott.  A hidrogénbomba működésének alapja a következő reakciósor:

46 A RADIOAKTÍV SUGÁRZÁS KIMUTATÁSA

47  A radioaktív sugárzás kimutatására, illetve erősségének mérésére a következő készülékek használatosak:  Szpintariszkóp,  Geiger-Müller-féle számláló,  Elektroszkóp,  Wilson-féle ködkamra,  Modern detektorok.

48  Szpintariszkóp A műszer rövid fémcsőből áll, amelynek egyik végét cink-szulfiddal bevont sima lemez, másik végét pedig erre beállított nagyítólencse zárja el. Az  -sugárzó készítmény a cink-szulfidos lemez előtt néhány miliméterre elhelyezett fémpálca végén van. Ha teljes sötétségben tekintünk a készülékbe, akkor a cink-szulfidos lemezen számos felvillanás látható, amelynek mindegyikét egy-egy  -részecske ütközése okozza.

49  Geiger-Müller-féle számlálócső A d 1 és d 2 jelzésű szigetelő dugókkal elzárt, ritkított levegővel, vagy más alkalmas gázzal töltött H fémhenger belsejében vékony fémhuzal ( f ) van kifeszítve. A huzal és a henger között 1000  1500V feszültségkülönbséget létesítenek a T telep segítségével, melynek pozitív sarka, akárcsak az E elektrométeré, földelt. Ha a fémhengeren vagy a szigetelő dugók egyikén elhelyezett, csillámlemezzel elzárt nyíláson át  - vagy  -részecskék jutnak a hengerbe, akkor a keletkező gázionok kisülést okoznak, melyet az elektrométer jelez. Elektrométer helyett regisztráló-berendezést is iktathatnak a készülékbe, amely a kisülések számát automatikusan feljegyzi.

50  Elektroszkóp A sugárzás kimutatása azon alapszik, hogy egy elektroszkópot feltöltve egynemű elektromossággal, annak két ága szétválik. Amikor a készülék közelében radioaktív anyag helyezkedik el, akkor a levegő vezetővé lesz, és ennek következményeként az elektroszkóp fémágai összeesnek. Megfelelő segédberendezéssel a készülék alkalmas a sugárzás erősségének a mérésére is.

51  Wilson-féle ködkamra A ködkamra működése azon alapszik, hogy a radioaktív anyagok által kibocsátott részecskék túltelített vízgőzt tartalmazó gázokon áthaladva a sugár irányába eső gőzlecsapódást létesítenek, mert e részecskék útja mentén keletkező gázionok, lecsapódást előidéző gócokként szerepelnek.

52  Modern detektorok A scintillációs detektorok úgy működnek, hogy egy alkalmas anyagban (pl. NaI-ban) a sugárzás hatására keletkező apró felvillanásokat erősítik fel egy „fotonsokszorozó” csővel, amely az érzékeléshez elegendő elektronmennyiséget biztosít.  A scintillációs detektorok jelentik a nukleáris erőművekben használt kézi mérőeszközök alapját.  Alkalmasak különbséget tenni az  -,  - és  -sugárzás között, és megfelelő hangjelzést adnak a sugárzás fajtájától függően.

53 A RADIOAKTÍV SUGÁRZÁSOK HATÁSAI A radioaktív sugárzások az emberi szervezetre gyakorlatilag minden esetben károsak. A természetben nagyon sok elemnek vannak radioaktív izotópjai és ezek az emberi test vegyületeiben is ugyanolyan arányban fordulnak elő. Az emberi testben megtalálható természetes radioaktív izotópok közül a aktivitása a legnagyobb: egy 75 kg-os ember szervezetében másodpercenként kb darab kálium-40- es atommag bomlik. A rövid felezési idejű, kis erősségű izotópok nem jelentenek akkora kockázatot, mint a hosszú felezési idejűek.

54 A céltárgyba érkező sugárzás energiáját, a teljes (abszolút) dózis át a gray ( Gy ) fejezi ki. A különböző sugárzások különböző mértékben károsítják az élő szervezeteket, még akkor is, ha az elnyelt sugárzás energiája azonos pl. 1 Gy  -sugárzás hússzor annyi károsodást okoz, mint 1 Gy  -sugárzás. A károsító hatás mértékét fejezi ki a dózisegyenérték, egysége a sievert ( Sv ), amely a grayben kifejezett elnyelt adag (dózis) és a relatív biológiai hatékonyság ( relative biological effectivenes, RBE ) faktor szorzata. A munkahelyeken és a környezetben megengedhető sugárzás mértékét sievertben adják meg.


Letölteni ppt "Készítette Varga István VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA."

Hasonló előadás


Google Hirdetések