Základy radiačnej chémie

Prezentácia na tému: "Základy radiačnej chémie"— Prepis prezentácie:

1 Základy radiačnej chémie
Roman Jakubčo 3.D

2 Štruktúra atómu Názor, podľa ktorého látková forma hmoty je súbor molekúl a atómov sa všeobecne prijal až koncom 18. storočia. Objav prírodnej rádioaktivity a neskôr umelej premeny prvkov si vynútil zásadnú revíziu vtedajších názorov o stavbe atómov. Experimenty potvrdili predpoklad, že atóm nie je jedinou časticou, ale súborom častíc. Vytvoril sa preto nukleárny model atómu, podľa ktorého sa atóm skladá: z rozmerovo malého, elektricky kladne nabitého jadra z obalu, elektricky záporne nabitých častíc - elektrónov, ktoré obklopujú atómové jadro

3 Atómové jadro Atómové jadro je centrálna časť atómu
Je to kvantovo-mechanická sústava jadrových častíc – nukleónov Nukleóny sú v jadre navzájom viazané vnútrojadrovými silami Základnými formami nukleónov sú elektricky kladne nabité protóny a elektricky neutrálne neutróny Nuklid je označenie druhu atómov definovaných určitým zložením a štruktúrou jadra Polomer atómového jadra má hodnotu okolo m a jeho hodnota len veľmi nepatrne závisí od prvku

4 Charakteristika a druhy nuklidov
Vlastnosti nuklidov určuje počet, druh a vzájomné zoskupenie nukleónov v atómovom jadre Charakteristika nuklidu sa udáva pomocou: protónového čísla (Z) nukleónového čísla (A) neutrónového čísla (N) izotopového čísla (I)

5 A = Z + N v atómovom jadre platí vzťah:
Symbolika nuklidov je založená na ich charakterizovaní pomocou protónového a nukleónového čísla

6 Nuklidy sa rozdeľujú na:
stabilné rádioaktívne labilné metastabilné Stabilitu atómového jadra určuje pomer počtu jeho neutrónov k počtu protónov Pri ľahkých prvkoch je tento pomer blízky jednotke a so stúpajúcim protónovým číslom prvku sa posúva v prospech neutrónov Oblasť stálych atómových jadier je pomerne úzka. Atómové jadrá s väčším relatívnym nadbytkom protónov alebo neutrónov sú nestále

7 Jadrové žiarenie Takmer každý dej jadrovej premeny je spojený s vysielaním častíc alebo fotónov z atómového jadra. Má pôvod v atómovom jadre a všeobecne sa nazýva jadrovým žiarením. Rádioaktívne ( alfa-, beta-, gama- ) žiarenie K druhom jadrového žiarenia patrí okrem rádioaktívneho žiarenia ďalej: deuteronové žiarenie neutrónové žiarenie protónové žiarenie

8 Podľa hmotnosti častice sa rozdeľuje korpuskulárne žiarenie na:
Jadrové žiarenie sa môže klasifikovať aj z hľadiska jeho charakteru na: korpuskulárne elektromagnetické Podľa hmotnosti častice sa rozdeľuje korpuskulárne žiarenie na: ľahké - negatróny, pozitróny stredné - protóny, neutróny, deuteróny, alfa-častice ťažké - urýchlené ióny a štiepne jadrové trosky Elektromagnetické žiarenie je zastúpené gama-žiarením

9 Alfa - žiarenie Ťažké atómové jadrá ( A > 170 ) sú nestále a emitujú častice alfa. Alfa častica je vlastne atómové jadro hélia, má teda dva kladné náboje. Odchyľuje v silnom elektrickom a magnetickom poli. Dosah žiarenia a pohybuje sa od 1 cm do 10 cm.

10 Beta - žiarenie Je charakterizované emisiou negatrónu alebo pozitrónu z atómového jadra, prípadne zachytením elektrónu jadrom v spojitosti so stabilizáciou nuklidu Nastáva vtedy, keď je relatívny nadbytok neutrónov, čiže nedostatok kladného náboja v jadre, alebo relatívny nadbytok protónov, teda nadbytok kladného náboja jadra Jadro môže dosiahnuť vyšší stupeň stability vnútorným preskupením svojich nukleónov Preskupenie sa môže približne vysvetliť vzájomnou premenou nukleónov - prechodom neutrónového stavu na protónový stav

11 n  p + e- p  n + e+ p + e-  n negatrónová premena:
pozitrónová premena: p  n + e+ Vzájomná vnútrojadrová nukleónová premena má ešte jeden variant zachytenie elektrónu: p + e-  n

12 Pohybuje sa takmer rýchlosťou svetla.
Má nižšiu ionizačnú energiu ako žiarenie alfa, častice sa vyznačujú doletom: niekoľko decimetrov (podľa energie), vo vzduchu niekoľko milimetrov v  tkanive zastavuje ich tenká kovová vrstva. Pre živý organizmus je nebezpečné pri vnútornej kontaminácii a pri ožiarení pokožky

13 Gama - žiarenie Atómové jadro sa zbavuje zvýšku energie vyslaním elektromagnetického žiarenia, ktorého energia zodpovedá práve rozdielu dvoch energetických hladín Energetické kvantá tohto elektromagnetického žiarenia sa nazývajú gama-fotóny a žiarenia gama-žiarenie. Gama-fotón sa vyžiari takmer súčasne s jeho alfa alebo beta-premenou V elektrickom poli sa žiarenie gama nevychyľuje a môže prenikať v závislosti od svojej energie aj niekoľko dm hrubými kovovými platňami. Na jeho zachytenie sú najvhodnejšie ťažké kovy (Pb) a tiež betón

14

15 Radiačné veličiny a jednotky
Aktivita- vyjadruje podiel stredného počtu rádioaktívnych premien a časového intervalu. Jednotkou je počet jadrových rozpadov za sekundu Becquerel (Bq). Používa v rôznych variáciách v závislosti od posudzovania aktivity: hmotnosti latky (Merná aktivita - Bq / kg) objemu latky (Objemová aktivita - Bq / m3 ) plochy (Plošná aktivita - Bq / m2) Aktivita rádionuklidu A(t) klesá s časom t podľa exponencialného zákona: a veličina ln2/ λ sa nazýva čas polpremeny T1/2 rádioaktívneho nuklidu

16 dávkový ekvivalent H - Sievert [Sv].
Základnou jednotkou popísujúcou účinok žiarenia je dávka D - Gray [Gy]. dávkový ekvivalent H - Sievert [Sv]. Dávkový ekvivalent je súčin dávky a akostných faktorov žiarenia H = D .Q .N [Sv] efektívny dávkový ekvivalent Hef - Sievert [Sv] Hef = H .wT [Sv] Pre prácu v prostredí ionizujúceho žiarenia sú dôležité údaje o intenzite žiarenia Preto boli zavedené veličiny dávkový príkon (Gray/sekunda - Gy.s-1) a príkon dávkového ekvivalentu (Sievert/sekunda - Sv.s-1)

17 exa E 1018 peta P 1015 terra T 1012 giga G 109 mega M 106 kilo k 103 mili m 10-3 mikro  10-6 nano n 10-9 piko p femto f atto a

18 Prírodná rádioaktivita
Prírodné rádionuklidy, ktoré sa nachádzajú v našom životnom prostredí môžeme podľa pôvodu rozdeliť do troch skupín: kozmogénne rádionuklidy (14C, 3H, 7Be, 22Na ), primordiálne (pôvodné) rádionuklidy (238U, 235U, 232Th, 40K, 87Rb ) sekundárne rádionuklidy, vznikajúce z primordiálnych rádionuklidov, ktoré tvoria premenové rady. Posledné dve skupiny sú terestriálne. Ak sa mení rádionuklid na ďalší rádionuklid, potom sa prvý z nich nazýva materským a druhý dcérskym

19 Obr.1 – Uránový rad

20 Všetky nuklidy so Z > 83 sú rádioaktívne
Sú to 232Th,235U, 238U a v stopových množstvách 244Pu. Ich alfa, beta a gama aktivita tvorí najvýznamnejšiu zložku rádioaktivity prírodného pozadia. 226Ra sa nachádza vo všetkých horninách Členmi premenových radov sú aj izotopy radónu,219Rn, 220Rn a 222Rn Vzhľadom na svoj čas polpremeny je najvýznamnejší 222Rn, ktorý sa dostáva aj do vyšších vrstiev atmosféry. Jeho dlhožijúce produkty premeny 210Pb,ako aj 210Bi a 210Po sa ako dôsledok difúzie nachádzajú vo všetkých rezervoároch prírodného pozadia.

21 V oblasti Z ‹ 83 z hľadiska rádioaktivity prírodného prostredia je najvýznamnejším rádionuklidom 40K. 40K predstavuje dôležitú zložku prírodnej rádioaktivity zemskej kôry a vôd oceánov. K dávke človeka z prírodného pozadia prispieva taktiež ľudská činnosť. Prírodné rádionuklidy sa nachádzajúce v zemskej kôre. Našli si cestu k človeku spaľovaním uhlia a iných fosílnych palív, hnojív obsahujúce fosfáty, stavebný materiál.

22 Záver Zo zistených údajov teda vyplýva, že ionizujúce žiarenie a rádioaktívne látky sú neoddeliteľnou zložkou nášho životného prostredia. Žiareniu sme neustále vystavení s mizivou možnosťou ho obmedziť. Priemerná dávka z prírodného pozadia sa pohybuje medzi 2-3 mSv.r-1. Berúc do úvahy uvedené zdroje medzinárodne doporučený limit je 5 mSv.rok-1 na obyvateľa. Jeho prekročenie za normálnych podmienok je prakticky nemysliteľné.

23 Ďakujem za pozornosť