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

A teljes elektromágneses spektrum

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

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

Nem hőmérsékleti sugárzás (atom és molekulaszínképek) A spektroszkóp

A színképek osztályozása

Folytonos és vonalas színképek

Csillagszínképek

A hidrogén atom színképe A Balmer-formula

A hidrogén atom színképe

Az atom energiaszintjei (a „term”-ek)

Atommodellek

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

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

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

Az elemek periódusos rendszere Az összes férőhely száma = 2n2

A kvantummechanikához vezető út A deBroglie féle anyaghullámok

A Schrödinger-egyenlet (1926) Keressük azt a differenciálegyenletet, aminek a megoldása az anyaghullámot leíró egyenlet Erwin Schrödinger (1887 – 1961) Lánczos Kornél (1893 - 1974) Werner Heisenberg (1901 - 1976) matrixmechanika

Atomi elektronpályák

Heisenberg-féle határozatlansági relációk

Atommagfizika

A radioaktivitás felfedezése Antoine Henri Becquerel 1852-1908

Fluoreszkáló kövek

Becquerel eredeti felvétele 1896

Antoine Henri Becquerel Radioaktivitás Bequerel (1898) Antoine Henri Becquerel 1852 - 1908 Nobel-díj: 1903 Az aktivitás idővel változik A preparátum kémiai összetétele megváltozik l – bomlási állandó

A felezési idő – T1/2 N = N0/2

A radioaktív kormeghatározás N – anyaelem D - leányelem

Lord Ernest Rutherford Az atommag mérete Rutherford (1911) a - sugarak segítségével Lord Ernest Rutherford (1871 - 1937) A magsűrűség állandó A - tömegszám

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

Tömegértékek elektron - 9,10956 10-31 kg proton - 1,67261 10-27 kg neutron - 1,67492 10-27 kg p, n – fermionok, azaz feles spinű részecskék

Elnevezések

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

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

Magerők Yukawa (1935) Nobel-díj 1949 Hatótávolság ~ 1,4 fm Nem centrális Nem gömbszimmetrikus Spinfüggő Telített (nukleon-nukleon kölcsönhatás korlátozott) Hideki Yukawa (1907 - ) - mezon mp = 200 me

Magreakciók

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

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: 165-168 MeV Neutronok: 5 MeV => láncreakció (Fermi) Sugárzás: 18-20 MeV Neutrínók: 9-10 MeV

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.

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

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

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

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

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

Dozimetria

Dozimetriai alapfogalmak

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

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: ???

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