Becquerel, Henri (1852-1908) Legfontosabb eredményeit a fluoreszencia, a foszforeszencia, az infravörös sugárzás és a radioaktivitás területén érte el. 1901-ben észlelte a radioaktív sugárzás élettani hatását. 1903-ban (megosztott) Nobel-díjat kapott a spontán radioaktivitás felfedezéséért.

Curie, Marie (1867-1934) A polóniumnak és a rádiumnak a felfedezője. Kétszer kapott Nobel-díjat: először 1903-ban fizikait (megosztva) a radioaktív sugárzás tanulmányozásáért, majd 1911-ben kémiait a két új elem felfedezéséért.

Curie, Pierre (1859-1906) Nobel-díj, 1903 (Becquerel-lel és feleségével megosztva) Foglalkozott kristályfizikával és az anyagok mágneses tulajdonságaival.

Joliot-Curie, Irène (1897-1956) Joliot-Curie, Fréderic (1900-1958) 1935-ben kaptak kémiai Nobel-díjat az „új elemek előállí-tásának radioaktív kémiája területén végzett munkájukért”. Jelentős szerepük volt a maghasadás természetének megértésében.

Radioaktív sugárzások

Az a-bomlás során a tömegszám néggyel, a rendszám kettővel csökken

Az a-sugárzás Az a-részecskék sebessége 13000-21000 km/s, energiája pedig 2-10 MeV. Hatótávolsága a levegőben néhány cm, de már egy papírlap is képes elnyelni. Levegőbeli útjuk során az a -részecskék kb. 20 - 40000 iont állítanak elő. A szervezetben lévő, sugárzó anyagok által kibocsátott a-sugárzás igen veszélyes lehet (pl. a tüdőre).

Negatív béta-bomlásnál a magban egy neutron protonná alakul egy elektron kilépése mellett.

A b-sugárzás Az elektronok sebessége a fénysebesség 99,8%-a is lehet. Az elektronok nem a héjból származnak, hanem a magból. Levegőbeli hatótávolsága pár méter, az elektronok útjuk minden cm-én 50-100 iont hoznak létre. A testbe csak néhány mm-re hatol be, így főként a bőrt és a szemet károsítja. A testbe került b-sugárzó anyag természetesen veszélyes.

Pozitív béta-bomlásnál egy neutron keletkezik egy protonból, pozitron létrejötte mellett.

A b –bomlások áttekintése Rendszámnövelő vagy negatív b –bomlás Rendszámcsökkentő vagy pozitív b–bomlás Rendszámcsökkentés elektronbefogással

Neutrínó Elektromosan semleges Tömege kisebb, mint az elektron tömegének 100-ad része Nagy áthatolóképességű Létezését már a kísérleti felfedezése előtt feltételezték. (b-bomlás során, az energia és a lendület-megmaradás törvénye alapján)

A g-sugárzás A gamma-sugárzás a látható fényhez hasonló elektromágneses sugárzás, csak jóval nagyobb az energiája. Gamma-sugárzás akkor jön létre, amikor az atom valamilyen bomlás után még gerjesztett állapotban van

A g-sugárzás Nagyenergiájú fotonokból áll, amelyek fénysebességgel haladnak. A természetes radioaktív sugárzások közül a g-sugárzás a legveszélyesebb, mert ennek van a legnagyobb áthatolóképessége. Az emberi szervezeten könnyedén áthatol és csak 3,3 cm vastag ólomlemezzel fékezhető le. Háromféle módon gyengülhet ill. szűnhet meg a g-sugárzás:

A g-sugárzás gyengülése ill. megszűnése Fotoeffektus során teljesen felemésztődik az energiája. Compton-effektus során szóródva lecsökken az energiája Párképződés alkalmával elektron-pozitron párrá alakul (nagy energiájú g-foton esetén)

Párkeltés és szétsugárzás Párkeltés: az atommag közelébe jutó g-foton eltűnik, s helyette elektron-pozitron pár keletkezik. Teljesül az energia-, töltés- és lendület megmaradásának törvénye. (a lendületet az atommag veszi át) Szétsugárzás: elektron és pozitron találkozásakor mindkettő eltűnik, a keletkező sugárzás két, ellenkező irányban szétrepülő g-fotonból áll.

A radioaktív bomlástörvény Ha a t=0 időpillanatban a radioaktív magok száma N0, akkor t idő elteltével N(t) = N0•2-t/T olyan atommag van, ami még nem bomlott el. T: a felezési idő

A 238-as U bomlási sora

Sugárkárosodás Környezetünk által állandó sugárzásnak vagyunk kitéve. (kozmikus sugárzás, földkéreg) A levegőben lévő radioizotópok gáz vagy porhoz tapadt részecskék formájában vannak jelen.    A legveszélyesebb a szervezetbe kerülő sugárzó anyag, hiszen sejtjeinket közvetlen közelről roncsolja. A legnagyobb mértékben a stroncium-90 és a cézium-137 található meg szervezetünkben. A legveszélyesebb, ha a radioizotópok egy szervben felhalmozódnak fel.

Sugárkárosodás A jód-131 pl. a pajzsmirigyben, a rádium, a plutónium és a stroncium a csontokban rakódik le, ahonnan már nem tud kiürülni, és a csontvelő károsodását okozza. A szervezetbe belégzés vagy táplálkozás során kerülhetnek radioizotópok. A levegőből lehulló sugárzó anyagok előbb-utóbb növények vagy állatok szervezetébe jutnak. Ezeken keresztül pedig a mi szervezetünkbe is eljuthat.    Ha nagyobb sugárzás éri az embert, elsőként vérképző szerveit károsítja, majd az emésztőrendszert, végül pedig a központi idegrendszert. A kisebb sugárzásdózis is igen veszélyes lehet, hiszen lehet hogy csak évtizedek múlva fejti ki hatását pl. rák formájában. A génekben maradandó károsodást okozhat.

Alapfogalmak Aktivitás (A, Becquerel): az egységnyi idő alatt bekövetkező bomlások száma: 1 Bq = 1 bomlás/s. Elnyelt sugárdózis (D, Gray): 1 Gy = 1 J/kg Dózisegyenérték (H, Sievert): H = D•Q [Sv] röntgen és g-sugárzásra, gyors elektronokra: Q = 1 neutronokra: Q = 2,4 – 10,5 a-részecskékre: Q = 10-20

GM-cső Egy üveg vagy fémcsőben hosszirányban egy vékony huzal, az anód fut végig. Katódként a cső belső falán lévő fémbevonat szolgál. Köztük 1000-1500 V feszültség van. A csőbe kerülő radioaktív részecske ionizálja a benne lévő gázt és így pályája mentén az "ioncsatornában" elektronok árama indul meg a katódról az anódra. Az így létrejött áramlökést egy ellenálláson átvezetve, ott feszültségesés jön létre, amely felerősíthető, detektálható.

A Wilson-féle ködkamra Átlátszó üveggel fedett kamrában a telítettségi állapotához közeli víz- vagy alkoholgőz van. Ha a kamrában hirtelen lecsökkentjük a nyomást, akkor a gőz túltelítetté válik és a felesleges pára kicsapódik az ún. kondenzációs magokon. Ilyen magot jelentenek a különböző sugárzások által a kamrában keltett ionok. Ezáltal a beérkező részecskék pályája pár tized másodpercig látható.

Kormeghatározás C-14-es szénizotóppal (A C-14 izotóp felezési ideje 5736 év) A növények a levegőben lévő C-14 atomokat beépítik szervezetükbe a stabil C-12-vel együtt. A növények elpusztulása után az előbbi atomok magjai az idők során elbomlanak béta-bomlással nitrogénné, míg az utóbbi atomok száma az elhalt növényben nem változik. Így megváltozik az elhalt növényben a C-14 és a C-12 atomok számának aránya. Feltéve, hogy az utóbbi pár ezer évben a levegőbeli arányuk állandó volt, következtetni lehet a növény korára (hisz abban az arány az idő függvényében a C-14 rovására folyamatosan csökken)

Fontos atommag-reakciók A proton felfedezése (Rutherford, 1919) A neutron felfedezése (Chadwick, 1932) A mesterséges radioaktivitás felfedezése (Joliot-Curie, 1932)

Chadwick, James (1891-1947) Elsősorban radioaktivitással és magfizikával foglalkozott. Felfedezte a neutront, amiért 1935-ben Nobel-díjat kapott. Igazolta, hogy a magtöltésszám azonos a rendszámmal. Az elsők között számolta ki az U-235 kritikus tömegét.

A nukleáris kölcsönhatás: Az atommag alkotórészei között ható erős kölcsönhatás (más szavakkal: magerő). Tulajdonságai: - az elektromos töltéstől függetlenül vonzó: a p-p n-n és a p-n párok nukleáris kölcsönhatása ugyanolyan - nagyon erős (legyőzi az egymáshoz igen közeli protonok közti taszítóerőt - rövid hatótávolságú (egy nukleonra csak a szomszédos nukleonok hatnak)

A (fajlagos) kötési energia Az A tömegszámú atommag kötési ener- giáján értjük azt az energiát, amennyivel az A számú nukleon együttes energiája mé-lyebb az atommagban, mint egymástól távol állva.

Einstein, Albert (1879-1955) Főbb eredményei: a Brown-mozgás matematikai megfogalmazása. A fényelektromos jelenség törvényének felfedezése. (1921: Nobel-díj) A speciális és az általános relativitáselmélet kidolgozása.

Atommagok p-n aránya

Maghasadás

Maghasadás

Ködkamra-felvétel a maghasadásról

Az első atomreaktor tervezői

Az atombomba

Oppenheimer, Robert (1904-1967) Irányítása alatt született meg az első atombomba. A hidrogénbomba elkészítése ellen már felemelte szavát. Az atomfizika mellett maradandót alkotott a kvantummechanika, a relativitáselmélet, a kozmikus sugárzás és az elméleti asztrofizika terén

Szilárd Leó (1898-1964) Fizikus, feltaláló, biológus Felfedezte és Fermivel közösen megvalósította a magfizikai láncreakciót. Biológiai kutatásai olyan jelentősek, hogy a biofizika atyjának tekintik.

Wigner Jenő Pál (1902-1995) 1963-ban kapott Nobel-díjat az atommagok és elemi részek elméleté-nek fejlesztéséért. Megalkotta a neutron-láncreakció elméletét. Megtervezte a vízhűtéses nagy teljesítményű nukleáris reaktort.

Teller Ede (1908-2003) A b-bomlás elméletének egyik kidolgozója Részt vett az atombomba előállításában. A hidrogénbomba „atyja”.

A hidrogénbomba

Magfúzió

Fúzió a csillagokban (p-p ciklus)

Atomhatalmak USA Oroszország illetve a Szovjetunió Nagy-Britannia Franciaország Kína India Pakisztán.

A hagyományos hőerőmű és az atomerőmű összehasonlító blokkvázlata

A nyomottvizes reaktor blokkvázlata

A nyomottvizes reaktor részei

Fermi, Enrico (1901-1954) 1938-ban Nobel-díjat kapott a mesterséges radioaktivitással kapcsolatos kísérleteiért. Az elsők között vette észre a láncreakció lehetőségét. Részt vett az első atommáglya és az atombomba előállításában. Kidolgozta a béta-bomlás elméletét.

A kozmikus sugárzás

Primer kozmikus sugárzás Proton: 77,5 % He-atommagok: 20 % Li, Be, B atommagok: 1 % C, N, O atommagok: 1 % Z > 9 atommagok: 0,5 % g-sugárzás

Másodlagos kozmikus sugárzás A primer sugárzás hozza létre a légkörrel való kölcsönhatás során. mezonok neutronok elektronok, pozitronok g-fotonok

Mezonok Elemi részecskék. Többségük tömege az elektron és a proton tömege közé esik.