Az atommag szerkezete és mesterséges átalakítása

Tartalom Atommag átalakítás Atommag összetétele Erős kölcsönhatás Kötési energia Pozitron Mesterséges radioaktivitás β-bomlás típusai Transzurán elemek Maghasadás

Kérdések Ki végezte el az első magátalakítási reakciót? Milyen elemet alakított át? Milyen részecskét fedeztek fel és milyen tulajdonságú? Mit nevezünk rendszámnak? Mit nevezünk tömegszámnak? Mik az izotópok? Milyen kölcsönhatás tartja össze az atommagot? Miért kisebb az atommagok valódi tömege a számított tömegnél? Milyen tulajdonságú a pozitron? Mit nevezünk mesterséges radioaktivitásnak? A β-bomlásnak milyen típusai vannak? Mit nevezünk transzurán elemeknek? A természetben megtalálható urán izotópok milyen folyamatokban hasadhatnak?

Atommag átalakítása Rutherford magátalakítási kísérlete (1917) α-sugarakat bocsátott át nitrogénnel töltött gáztartón: Atommagok közötti reakció játszódott le, tehát elemátalakulás nem csak radioaktív bomlás során következhet be. Ernest Rutherford 1871-1937

Atommag átalakítása Bothe és Becker kísérlete Berilliumot bombáztak α-részecskékkel, nagy áthatoló- képességű sugárzást észleltek,amely elektromos és mágneses térben nem térült el. Walther Bothe 1891-1957 (fizikai Nobel-díj,1954)

Atommag átalakítása Iréne Curie és Frederic Joliot-Curie kísérlete A felfedezett sugárzást paraffinra vezetve, abból nagy energiájú protonok léptek ki. Iréne Curie 1897-1956 Frederic Joliet-Curie 1900-1958 Kémiai Nobel-díj a mesterséges radioaktivitás felfedezéséért,1935

Atommag átalakítása Chadwick értelmezése A Be és az α-rész ütközésekor a protonnal megegyező tömegű, elektromos töltés nélküli részecske lépett ki. Az új részecskét neutronnak nevezte el. James Chadwick 1891-1974 (fizikai Nobel-díj, 1935)

Atommag összetétele Az atommagot protonok és a neutronok alkotják. Rendszám: Z protonok száma Tömegszám: A protonok és neutronok számának az összege (nukleonszám) Izotópok: azonos rendszámú, különböző tömegszámú atomok

Erős kölcsönhatás Erős kölcsönhatás (magerő):az atommagon belül érvényesülő összetartó erő. nagy intenzitású rövid hatótávolságú (10-15m-es) töltésfüggetlen

Kötési energia Az összetett magok tömege kisebb, mint az összetevő protonok és neutronok tömegeinek összege. Az összetett magból látszólag hiányzó tömeg a mag kötési energiájára jellemző. Energia szabadul fel,ha a mag szabad nukleonokból felépül Az egy nukleonra jutó kötési energia: A:tömegszám

Pozitron felfedezése Iréne Curie és Frederic Joliot-Curie felfedezése Alumíniumot α-részecskékkel sugároztak be: A keletkezett foszfor izotóp a természetben nem fordul elő, átalakul stabil szilíciumatommá. A folyamatban egy proton neutronná alakul!? Hová tűnt egy pozitív töltés?

Pozitron felfedezése Pozitron: e+ Pozitív töltésű, elektronnal egyező tömegű részecske, az elektron antirészecskéje.

Mesterséges radioaktivitás Mesterséges radioaktivitás: az a folyamat, melynek során mesterségesen előállított izotóp bocsát ki sugárzást. Nehéz atommagokat neutronnal besugározva, azok neutronok egy részét elnyelik,a keletkező izotópok β-és γ-sugárzók.

β-bomlás Ha a rendszám 56-nál kisebb: Ha a rendszám 56-nál nagyobb: folyamatban bomlanak az atommagok. negatív β-bomlás pozitív β-bomlás

β-bomlás A β-bomláskor keletkezett részecskék összes energiája kisebb, mint az elbomlott atommagok összes energiájának csökkenése. Pauli Keletkezik még egy elemi részecske, mely elektromosan semleges, tömege kisebb az elektron tömegénél, kölcsönható képessége gyenge. Wolfgang Pauli 1900-1958 (fizikai Nobel-díj,1945)

β-bomlás Fermi nevezte el a keletkezett elemi részecskéket: neutrínó: antineutrínó: Kísérleti kimutatásuk: Csikay Gyula,Szalay Sándor, 1956. Enrico Fermi 1901-1954 Fizikai Nobel-díj,1938

Transzurán elemek előállítása Transzurán elemek: az uránnál nagyobb rendszámú elemek Neptúnium (1940) McMillen és Abelson negatív β-bomlással: Plutónium, amerícium, kűrium, berkélium,kalifornium, mendelévium,nobélium

Transzurán elemek előállítása Edwin Mattison McMillen,Philip Hauge Abelson kémiai Nobel-díj 1951 Az izotópok nyomjelzésre történő felhasználását Hevesy György dolgozta ki. Philip Hauge Abelson 1913-2004 Hevesy György 1885-1966 Edwin Mattison McMillen 1907-1991

Maghasadás Természetben megtalálható urán izotópok: 1. A 235-ös urán izotóp neutronok hatására két közepes rendszámú maggá hasad szét, közben neutronok válnak szabaddá és energia szabadul fel: Lise Meitner 1878-1968 Otto Hahn 1879-1968 Fritz Strassman 1902-1981

Maghasadás 2. A 238-as urán izotóp a gyors neutronokat befogja, így az uránnál nagyobb rendszámú radioaktív atommagok keletkeznek. A láncreakció kialakulásának feltétele, hogy a reakcióban keletkező neutronok újabb hasadást hozzanak létre. A láncreakció csak akkor alakul ki, ha kellő mennyiségű hasadóanyag van egy tömbben. Kritikus tömeg: annak a hasadóanyagnak a tömege, amelyben már létrejöhet a láncreakció

Maghasadás A hasadás során felszabaduló energia felhasználása: Békés céllal: atomreaktorokban- szabályozott láncreakció Háborús céllal: atombomba-nem szabályozott láncreakció Enrico Fermi 1901-1954 Szilárd Leó 1898-1964 Teller Ede 1908-2003

Kérdések Ki végezte el az első magátalakítási reakciót? Milyen elemet alakított át? Milyen részecskét fedeztek fel és milyen tulajdonságú? Mit nevezünk rendszámnak? Mit nevezünk tömegszámnak? Mik az izotópok? Milyen kölcsönhatás tartja össze az atommagot? Miért kisebb az atommagok valódi tömege a számított tömegnél? Milyen tulajdonságú a pozitron? Mit nevezünk mesterséges radioaktivitásnak? A β-bomlásnak milyen típusai vannak? Mit nevezünk transzurán elemeknek? A természetben megtalálható urán izotópok milyen folyamatokban hasadhatnak?