Az atommag �s a radioaktivit�s

Az atommag

Az atom magj�t fel�p�t� alapvet� r�szecsk�ket (proton, neutron) nukleonoknak nevezz�k.

Jellemz�i:

• rendsz�m (Z),
• t�megsz�m (A) ,  (1ATE=¹²C/12),

               N = A - Z (a neutronok sz�ma),

A legt�bb elemnek t�bb izot�pja van, azaz azonos rendsz�m�, de elt�r� t�megsz�m� atomja ismeretes (5. t�bl�zat).

Az atomok stabilit�sa

Stabil, ha n ~ p⁺, instabil, ha n_>^<p⁺ .

A stabiliz�l�d�s bek�vetkezhet:

• �^-- boml�ssal (n > p⁺)   n → p⁺ + �^- + _v ^~

Ha anyaelem Z Þ le�nyelem Z + 1

Izob�r elemek k�pz�dnek (A₁ = A₂ )
³₁H  →  ³₂H+ ⁰_-1e

• �¹-boml�ssal, (n < p¹) p¹  →  n + �¹ + v

Ha anyaelem Z Þ le�nyelem Z - 1
     �⁺ + � →   y

      ¹¹₆C → ¹¹₅B + ⁰₊₁e

• e^--befog�ssal, (ford�tott �⁺ - boml�s) p⁺ + e^- →  n + v
                          ⁵⁴₂₅Mn + ⁰_-1e →   ⁵⁴₂₄Cr
• α-boml�ssal, (Z nagy) →   ⁴₂He(mag)
             Ha anyaelem Z  Þ  le�nyelem Z - 2.
                   ²³⁸₉₂U →    ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He

                                                    Stabil ←  ²⁰⁹₈₃Bi →   Instabil

Az instabil atommagoknak azt a tulajdons�g�t, hogy k�ls� behat�s n�lk�l, sug�rz�s kibocs�t�sa k�zben m�s rendsz�m� magg� alakulnak, radioaktivit�snak nevezz�k.

A radioakt�v sug�rz�s t�rt�nete

1896-ban H. Becquerel francia fizikus az ur�n�sv�nyok lumineszcenci�j�t vizsg�lva meglepetten �szlelte, hogy az ur�nvegy�letek a r�ntgensug�rz�shoz hasonl� hat�s� sug�rz�st bocs�tanak ki, kis�tik a felt�lt�tt elektroszk�pot, �s a sug�rz�s megvil�g�t�st�l vagy m�s k�ls� hat�st�l f�ggetlen�l mindig jelentkezik. A jelens�get, amely mindig ur�nvegy�letre jellemz� volt, Becquerel radioaktivit�snak nevezte. Marie Curie-Sklodowska �s f�rje, Pierre Curie vizsg�lni kezdt�k a k�l�nb�z� �sv�nyok sug�rz�k�pess�g�t. Felfedezt�k, hogy az ur�nvegy�leteken k�v�l a t�rium�sv�nyok is sug�roznak. Az ur�nszurok�rc [ur�n-dioxid (UO₂)-tartalm� �sv�ny] a tiszta ur�nvegy�letekn�l er�sebb radioaktivit�st mutatott. A Curie h�zasp�r a vizsg�lt �sv�nyokb�l k�t �j radioakt�v elemet k�l�n�tett el, az egyik Lengyelorsz�gr�l pol�niumnak, a m�sik er�s sug�rz� tulajdons�ga alapj�n r�diumnak lett elnevezve. Munk�juk�rt Becquerellel k�z�sen 1903-ban fizikai Nobel-d�jat kaptak.

A sug�rz�s jellemz�i

A Curie h�zasp�r �s Rutherford eredm�nyei azt mutatt�k, hogy a sug�rz�s h�rom komponensre bonthat�. Az α- �s �-boml�st rendszerint r�vid hull�mhossz� elektrom�gneses sug�rz�s, �n. γ-sug�rz�s k�s�ri (16. �bra.).

α-sug�rz�s: korpuszkul�ris term�szet�, benne olyan r�szecsk�k (�n. α-r�szecsk�k) haladnak, amelyek:

• t�mege 4 atomt�megegys�g,
• t�lt�se pozit�v, �rt�ke az elektron t�lt�s�nek a k�tszerese,
• kezd�sebess�ge (v) 14 000-22 000 km/sec, �s f�gg att�l, milyen radioakt�v elemb�l sz�rmazik,
• �thatol�k�pess�ge ar�nylag kicsiny, n�h�ny cm vastag leveg�r�teg, vagy 0,05 mm vastag alum�niumlemez m�r teljesen elnyeli,
• hat�t�vols�ga (leveg�ben val� teljes elnyel�d�se) �rt�ke 2,5-8,6 cm k�z�tt mozog �s jellemz� arra a radioakt�v elemre, amelyb�l a          sug�rz�s sz�rmazik,
• kinetikus energi�ja igen nagy (4-9 MeV), a hat�t�vols�ggal ar�nyos.

                                                    α = ⁴₂He²⁺

• �thatol�k�pess�ge (a nagy sebess�g �s a kis t�meg k�vetkezt�ben), az α-sugarak�n�l l�nyegesen nagyobb. M�g 1-2 m-es leveg�r�teg, vagy 5 mm vastag alum�niumr�teg sem nyeli el teljesen,
• hat�t�vols�ga nem egys�ges,
• kinetikus energi�ja (a kicsi t�meg miatt), az α-r�szecsk�n�l �ltal�ban l�nyegesen kisebb (0,05 - 5 MeV).
�^- = e^-

• hull�mhossza: 0,1 �-n�l (1 nm-n�l) r�videbb,

• frekvenci�ja �s energi�ja a leger�sebb energi�j� r�ntgensugarak�n�l is nagyobb (MeV) nagys�grend�. Energi�j�ra azon elektronok energi�j�b�l lehet k�vetkeztetni, amelyek gerjeszt�s hat�s�ra, a k�l�nb�z� anyagokb�l elt�voznak.

• �thatol� k�pess�ge igen nagy. T�bb cm vastag alum�niumlemez �s 10 m vastag leveg�r�teg sem nyeli el teljesen.

   Diak�pek az el�ad�sr�l

Forr�s: http://www.npp.hu

A radioakt�v sug�rz�s hat�sai

K�miai

A nagy energi�j� sug�rz�s gerjeszti a molekul�kat, el�seg�tve bizonyos reakci�k lej�tsz�d�s�t.

O₂ → O₃

H₂O  →   H₂+O₂
        æ  H₂O₂

AgBr →  Ag

 

Els�sorban a k�miai hat�sra, azaz az �l� szervezetek norm�lis m�k�d�s�hez sz�ks�ges k�miai k�t�sek felboml�s�ra, esetleg �jak kialakul�s�ra vezethet� vissza. (Pl. sz�vetelhal�s vagy elv�ltoz�s, term�ketlens�g, �r�kl�d�si rendelleness�gek, stb.)

Fizikai

• Ioniz�l� hat�s: az alfa- �s �-sug�rz�s ionp�rok sorozat�t hozza l�tre. A γ-sug�rz�s csak gyenge ioniz�ci�t okoz.
• Lumineszcencia: bizonyos anyagok atomjai a sug�rz�s r�szecsk�ivel (alfa) �tk�zve gerjeszt�dnek, �s az �gy felvett energi�t f�ny form�j�ban kisug�rozz�k.
• H�hat�s: a radioakt�v sugarak energi�ja elnyel�d�s k�zben a k�zeg h�energi�j�v� alakul.

A radioakt�v boml�sok id�beli lefoly�sa

A boml�si sebess�g mindig ar�nyos a m�g el nem bomlott magok sz�m�val (N):

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->          (Aktivit�s) 

A t id� eltelt�vel megmaradt magok sz�ma:

                                              N = N_� · 10^{-0,4343 k·t} 

                                              N = N_� · e^{-k · t} 

 ahol k a boml�si �lland�.

A boml�s sebess�g�re jellemz� a felez�si id� (6. t�bl�zat), amely alatt a kezdeti r�szecskesz�m a fel�re cs�kken.  (A magok sz�ma exponenci�lisan cs�kken.)                     

t1/2 =  ln2/k                    N = N₀/2

6. t�bl�zat. N�h�ny radioakt�v izot�p felez�si ideje

Radioakt�v boml�si sorok

A  radioakt�v boml�s �tj�n egym�sb�l keletkez� izot�pok, radioakt�v boml�si sorokat alkotnak (7. t�bl�zat).

A t�rium sorozat

7. t�bl�zat. Radioakt�v boml�si sorok

A sorozat neve	T�megsz�m A	Sorozatind�t� izot�p	Felez�si id�	V�gterm�k
T�rium	3n	232Th	1,4*1010	208Pb
Nept�nium	4n+1	237Np	2,2*106	209Pb
Ur�n-r�dium	4n+2	238U	4,5*109	206Pb
Ur�n-akt�nium