ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ
Γενικά στοιχεία
Μεταστοιχείωση
Μεταστοιχείωση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένας πυρήνας μετατρέπεται σε έναν άλλο πυρήνα (ή πυρήνες) διαφορετικού στοιχείου.
Και γιατί γίνεται η μεταστοιχείωση;
Οι περισσότεροι από τους υπάρχοντες πυρήνες είναι ασταθείς και γι αυτό κάθε πυρήνας θέλει να πάει σε μια πιο σταθερή κατάσταση
Και ποιοι είναι οι ασταθείς πυρήνες;;
Οι πυρήνες που έχουν πολλά νουκλεόνια διασπώνται, γιατί οι ηλεκτρικές απωστικές δυνάμεις μεταξύ των πρωτονίων τείνουν να υπερισχύουν των πυρηνικών δυνάμεων μεταξύ γειτονικών νουκλεονίων.
Έχουμε δύο κατηγορίες ΑΣΤΑΘΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ
Οι βαρείς πυρήνες είναι πιο σταθεροί όταν αριθμός των νετρονίων είναι μεγαλύτερος από των αριθμό των πρωτονίων. Όταν όμως ο αριθμός των πρωτονίων υπερβαίνει τα 83 Ζ>83 είναι ΑΣΤΑΘΕΙΣ λόγω των αποστικών δυνάμεων μεταξύ των πρωτονίων.
Τα νετρόνια στους βαρείς πυρήνες δεν αυξάνουν τις απώστικες δυνάμεις επειδή είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, αντίθετα αυξάνουν την συνολική πυρηνική δύναμη, η οποία είναι ελκτική!!!
Οι ελαφριοί πυρήνες είναι πιο σταθεροί όταν ο αριθμός των νετρονίων ισούται με τον αριθμό των πρωτονίων. Όταν όμως υπάρχει διάφορα μεταξύ των πρωτονίων και των νετρονίων τότε οι πυρήνες είναι ασταθείς.
Λόγου χάρη ο πυρήνας του ηλίου που αποτελείται από 2 πρωτόνια και 2 νετρόνια είναι πολύ σταθερός.
Ας ρίξουμε όμως και μια μάτια στα άτομα του άνθρακα ενώ ο άνθρακας 12 C έχει ένα πολύ σταθερό πυρήνα δεν συμβαίνει το ίδιο με το ισότοπο του 14 C το όποιο έχει ασταθή πυρήνα και είναι άκρως ραδιενεργό!!!
6
6
Στο παρακάτω παράδειγμα βλέπουμε το άτομο τού ουράνιου το όποιο διασπάται σε θόριο και ήλιο
ΤΑ ΝΕΤΡΟΝΙΑ ΠΑΙΖΟΥΝ ΤΟΝ ΡΟΛΟ ΤΗΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΚΟΛΛΑΣ ΑΛΛΑ ΤΩΡΑ ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΕΠΑΡΚΕΣ ΕΠΕΙΔΗ Ζ>83
Στον σταθερό πυρήνα του 4 He παρατηρούμε με κίτρινο τις πυρηνικές δυνάμεις και με κόκκινο τις απώστικες δυνάμεις μεταξύ των πρωτονίων!
2
Όταν ένας πυρήνας μετατρέπεται αυθόρμητα σε άλλο πυρήνα, εκλύεται ενέργεια με ταυτόχρονη εκπομπή ακτινοβολίας.
Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ΦΥΣΙΚΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ!!!
Η έκλυση της ενέργειας γίνεται με τις διασπάσεις α, β, γ.
Σε κάθε μεταστοιχείωση θα πρέπει να διατηρείται
1)το ολικό ηλεκτρικό φορτίο των σωματίων.
2) ο συνολικός αριθμός των νουκλεονίων.
3) η ενέργεια.
ΡΥΘΜΟΣ ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ
Ρυθμό διάσπασης ραδιενεργών πυρήνων ονομάζουμε τον ρυθμό τον όποιο ένα ραδιενεργό δείγμα διασπάται με οποιοδήποτε ακτινοβολια.Ειναι προφανές ότι είναι ανάλoγoς των παρόντων ραδιενεργών πυρήνων προς τον χρόνο διάσπασης τους.
λ= σταθερά διάσπασης
ΔΝ= Αριθμός πυρήνων
ΟΙ ΤΕΣΣΕΡΙΣ ΣΕΙΡΕΣ ΤΩΝ ΠΙΟ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ!!!
ΧΡΟΝΟΣ ΥΠΟΔΙΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ
Ο χρόνος υποδιπλασιασμού μιας ραδιενεργούς ουσίας ισούται με τον χρόνο που χρειάζεται έως ότου να διασπαστούν οι μισοί από τους αρχικούς ραδιενεργούς πυρήνες.
Ο ρυθμός διάσπασης και ο χρόνος υποδιπλασιασμού εξαρτώνται από το είδος τού στοιχειού και από το ισότοπο του!!
Το διάγραμμα αυτο μας δείχνει την ΜΕΤΑΣΤΟΙΧΕΙΩΣΗ του ραδιενεργού 238 U και τις διασπάσεις που υπόκεινται έως ότου να μετατραπεί στον στον σταθερό πυρήνα του μολύβδου 208 Pb
92
88
ΑΚΤΙΝΕΣ Γ
Oι πιο επιβλαβείςς ακτίνες για τον άνθρωπο είναι οι ακτίνες γ . Οι ακτίνες γ που προκύπτουν από την διάσπαση γ.Είδαμε ότι οι ασταθείς πυρήνες υποβάλλονται στις διασπάσεις α,β έτσι ώστε να αλλάξει η δομή τους και να γίνουν πιο στάθεροι.
Πολλές φορές όμως ο πυρήνας μετά απο μία διάσπαση α ή β, βρίσκεται σε μια διεγερμένη κατάσταση δηλαδή τα νουκλέονια, του βρίσκονται σε στοιβάδες υψηλής ενέργειας, για να γίνει λοιπόν πιο σταθερός τα νούκλεόνια του μεταπίπτουν σε χαμηλότερες στοιβάδες εκπέμποντας φωτονιο.Το φωτόνιο αυτο είναι υψηλής ενέργεια 1ΜeV και ονομάζεται ακτίνες γ.
Κατά την εκπομπή της ακτινοβολίας γ, δεν αλλάζει η μάζα του πυρήνα , συνεπώς ο αριθμός των πρωτονίων και των νετρονίων παραμένει σταθερός!!!
Οι ακτίνες Γ έχουν τα μικρότερα μήκη κύματος και την πιο μεγάλη ενέργεια. Είναι εξαιρετικά επικίνδυνες για τον άνθρωπο.Αποτελούν αυτό που αποκαλούμε Ραδιενέργεια.
Εκπέμπονται από ραδιενεργά στοιχεία και κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις.Η ατμόσφαιρα της γης μας προστατεύει από τις ακτίνες γ που προέρχονται από το διάστημα.
Τι εννοούμε διεγερμένη κατάσταση πυρήνα;;;
Τα νουκλεόνια κατανέμονται στον πυρήνα όπως ακριβώς κατανέμονται και τα ηλεκτρόνια στο άτομο σε στοίβαδες.Ετσί λοιπόν όσο σε ποιο μικρότερη στοιβάδα βρίσκονται τόσο πιο σταθερός είναι ο πυρήνας και τόσο μικρότερη ακτίνα έχει!!!
ΠΡΟΣΟΧΗ!!!
Η ενέργεια που έχουν οι πυρηνικές στοιβάδες είναι πολύ μεγαλύτερη από την ενέργεια πού έχουν οι ηλεκτρονικές στοίβάδες!Συνεπώς και τά φωτόνια που εκπέμπονται κατά την αποδίεργέση του πυρήνα έχουν πολύ πιο υψηλή ενέργεια