A hőmérsékleti sugárzás Atomfizika Atommagfizika Dozimetria

Az előadások a következő témára: "A hőmérsékleti sugárzás Atomfizika Atommagfizika Dozimetria"— Előadás másolata:

1 A hőmérsékleti sugárzás Atomfizika Atommagfizika Dozimetria
13. előadás A hőmérsékleti sugárzás Atomfizika Atommagfizika Dozimetria

2 A teljes elektromágneses spektrum

3 A hőmérsékleti sugárzás
Prevost-tétel (1809): Minden test minden hőmérsékleten sugároz, környezetének hőmérsékletétől függetlenül. Kirchoff-törvény (1860):

4 A feketetest-sugárzás törvényei
Stefan (1878) – Boltzman (1884) Wien-féle eltolódási törvény (1893)

5

6 Nem hőmérsékleti sugárzás (atom és molekulaszínképek)
A spektroszkóp

7 A színképek osztályozása

8 Folytonos és vonalas színképek

9 Csillagszínképek

10 A hidrogén atom színképe
A Balmer-formula

11 A hidrogén atom színképe

12 Az atom energiaszintjei (a „term”-ek)

13 Atommodellek

14 A Borhr-modell Posztulátumok:
Léteznek stacionárius pályák; W1<W2<W3<… Ezeken a pályaimpulzusnyomaték a Planck-állandó egész számú többszöröse A kisugárzott/elnyelt frekvencia

15 A spin Goudsmith és Uhlenbeck
Mintha a keringő elektron maga is egy pörgő mágnes lenne - az elektronnak saját impulzus és mágneses nyomatéka van.

16 A kvantumszámok rendszere
A Pauli-elv Egy kvantummechanikai rendszerben két mikrorészecske minden kvantumszáma nem egyezhet meg.

17 Az elemek periódusos rendszere
Az összes férőhely száma = 2n2

18

19 A kvantummechanikához vezető út
A deBroglie féle anyaghullámok

20 A Schrödinger-egyenlet (1926)
Keressük azt a differenciálegyenletet, aminek a megoldása az anyaghullámot leíró egyenlet Erwin Schrödinger (1887 – 1961) Lánczos Kornél ( ) Werner Heisenberg ( ) matrixmechanika

21 Atomi elektronpályák

22 Heisenberg-féle határozatlansági relációk

23 Atommagfizika

24 A radioaktivitás felfedezése
Antoine Henri Becquerel

25 Fluoreszkáló kövek

26 Becquerel eredeti felvétele
1896

27 Antoine Henri Becquerel
Radioaktivitás Bequerel (1898) Antoine Henri Becquerel Nobel-díj: 1903 Az aktivitás idővel változik A preparátum kémiai összetétele megváltozik l – bomlási állandó

28 A felezési idő – T1/2 N = N0/2

29 A radioaktív kormeghatározás
N – anyaelem D - leányelem

30 Lord Ernest Rutherford
Az atommag mérete Rutherford (1911) a - sugarak segítségével Lord Ernest Rutherford ( ) A magsűrűség állandó A - tömegszám

31 Aston-féle tömegspektrográf
Fajlagos töltés szerinti szeparálás Mérési pontosság: ~10-6 Atomi tömegegység: Atom protonok neutronok elektronfelhő atommag

32 Tömegértékek elektron - 9,10956 10-31 kg proton - 1,67261 10-27 kg
neutron - 1, kg p, n – fermionok, azaz feles spinű részecskék

33 Elnevezések

34 A kötési energia A mag kötési energiája: az az energia, ami az atommag alkotórészeire való felbontásához szükséges

35 A mag sűrűsége állandó, a tömegszámtól független
Az atommag sűrűsége A mag sűrűsége állandó, a tömegszámtól független

36 Magerők Yukawa (1935) Nobel-díj 1949 Hatótávolság ~ 1,4 fm
Nem centrális Nem gömbszimmetrikus Spinfüggő Telített (nukleon-nukleon kölcsönhatás korlátozott) Hideki Yukawa ( ) - mezon mp = 200 me

37

38 Magreakciók

39 A maghasadás (fisszió)
(az U235 hasad a legkönnyebben): Értelmezése: Otto Hahn és Fritz Strassmann (1939)

40 1 kg urán hasadása = 3 millió kg szén (14 millió kg dinamit)
Energiamérleg 1 kg urán hasadása = 3 millió kg szén (14 millió kg dinamit) egyetlen U235 hasadáskor felszabaduló energia: Hasadási termékek: MeV Neutronok: 5 MeV => láncreakció (Fermi) Sugárzás: MeV Neutrínók: MeV

41 Az U235 bomlása A természetes uránnak kb. 99,3%-a 238-as tömegszámú és csupán 0,7%-a 235-ös. Minden hasadás alkalmával 2-3 neutron is keletkezik, ezek további magokat hasíthatnak. Kritikus tömeg az U235 esetén 47 kg.

42 Az atomreaktor Paks: épült: 1973-1987
típus: nyomttvizes, kétkörös reaktor turbina: háromházas, gőznyomás: 44 bar, hőmérséklet: 255 °C

43 Magfúzió A hidrogén ciklus (kis csillagoknál, pl.: Nap)
+H + +H => 2H + e+   + u + 0,42MeV 15 millió oK, 100 millió év 2H + 1H => 3He + g + 5,5MeV (másodpercek alatt megy végbe) 3He + 3He => 4He + 2 1H + 12,8MeV

44 Energiafelszabadulás: 25 MeV
A C-N-O ciklus Energiafelszabadulás: 25 MeV

45 A Földön 2H + 3H => 4He + n + 17,6 MeV

46 Az ITER A program tervezett időtartama: 30 év 10 év – építés
20 év – működés Költségvetése: 10 milliárd euró Helyszín: Franciaország, Cadarache Első plazmaművelet: 2016 Tipusa: Tokamak Fenntartható fúziós teljesítmény 500 MW 400 másodperc (JET: 16 MW, 1 s) Anyagfelhasználás fél gramm deutérium/trícium keverék A reaktortartály térfogata: 840 m3 Energiamérleg: pozitív, de még nem fogják áram termelésére használni

47 Dozimetria

48 Dozimetriai alapfogalmak

49

50

51

52

53

54 Valóban árt egy kis sugárzás?
1896 – Diagnosztika (csonttörés) 1986 – Terápia (a rákos sejt elpusztítható) 1924 – számlap festő lányok 1925 – tolerancia dózis ~ 700 mSv/év 1956 – megengedhető dózis ~ 50 mSv/év

55 1982 – Luckey: a kis sugárzásnak pozitív hatása van
Források: Hirosima és Nagasaki túlélői (~80 ezer fő) foglalkozás közben kapott besugárzások baleseti besugárzások nagy háttérsugárzásban élők (10..20x, India, Svédország, Brazilia) Magyarázat: ???

56 Látható és hallható A Balaton-felvidéken, a diszeli bazaltbányában rögzített felvétel Repülőgépen, 11 ezer méter magasban rögzített felvétel