Az atommag szerkezete és mesterséges átalakítása

Az előadások a következő témára: "Az atommag szerkezete és mesterséges átalakítása"— Előadás másolata:

1 Az atommag szerkezete és mesterséges átalakítása

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

3 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?

4 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

5 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 (fizikai Nobel-díj,1954)

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

7 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 (fizikai Nobel-díj, 1935)

8 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

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

10 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

11 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?

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

13 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.

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

15 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 (fizikai Nobel-díj,1945)

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

17 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

18 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 Hevesy György Edwin Mattison McMillen

19 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 Otto Hahn Fritz Strassman

20 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

21 Maghasadás A hasadás során felszabaduló energia felhasználása:
Békés céllal: atomreaktorokban- szabályozott láncreakció Háborús céllal: atombomba-nem szabályozott láncreakció Enrico Fermi Szilárd Leó Teller Ede

22 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?