Przeczytaj
Czym jest promieniotwórczość?
Promieniotwórczość (radioaktywność) jest procesem, w którym jądro niestabilnego atomu traci energię, emitując promieniowanie – w tym cząstki alfa, cząstki beta, promieniowanie gamma i elektrony konwersjielektrony konwersji.
Ogólnie, radioaktywność można podzielić na dwie kategorie:
radioaktywność naturalną – jeśli substancja sama emituje promieniowanie, to mówi się, że posiada naturalną radioaktywność;
radioaktywność sztuczną (indukowaną) – jeśli substancja nie wykazuje radioaktywności, ale zaczyna emitować promieniowanie przy ekspozycji na promieniowanie z naturalnej substancji radioaktywnej. Wówczas mówi się, że posiada radioaktywność indukowaną lub sztuczną.
Poniżej przedstawiono podział naturalnych i sztucznych przemian jądrowych wraz z przykładami.
W tabeli poniżej zestawiono podstawowe cząstki oraz ich symbole, pojawiające się w sztucznych i naturalnych przemianach jądrowych.
Nazwa | Symbol | Liczba | Ładunek |
---|---|---|---|
alfa, helion | , | ||
beta, beta minus, | , , | ||
beta plus, pozyton | |||
deuteron | , | ||
gamma | |||
neutron | |||
proton | , , | ||
tryton | , |
Pierwsza sztuczna reakcja jądrowa
Poprzez bombardowanie cząstkami alfa jąder azotu, Rutherford wytworzył
tlen i protony (schemat poniżej). Dzięki tej obserwacji Rutherford doszedł do wniosku, że atomy jednego konkretnego pierwiastka mogą powstawać z atomów innego pierwiastka. Jeśli otrzymany element jest radioaktywny, wówczas proces ten nazywany jest sztucznie wywołaną promieniotwórczością.
Rutherford był pierwszym badaczem, który otrzymał z innych jąder protony i izotop tlenu , który jest nieradioaktywny.
Odkrycie neutronu
Okazało się, że inne jądra (podobnie jak azot), bombardowane cząstkami alfa, mogą generować nowe stabilne bądź radioaktywne jądra. James Chadwick w roku wykorzystał cząstkę i dokonał bombardowania jąder atomu berylu. Rezultatem tej przemiany było otrzymanie nieznanej wówczas cząstki – neutronu.
Powstawanie sztucznych izotopów
W roku Irena Joliot‑Curie i Fryderyk Joliot‑Curie ogłosili pierwszą syntezę sztucznego izotopu promieniotwórczego. Bombardowali cienki kawałek folii aluminiowej () cząstkami alfa wytwarzanymi przez rozpad polonu. Odkryli wtedy, że fragment aluminiowy stał się radioaktywny. Analiza chemiczna wykazała, że produktem tej reakcji był m.in. izotop fosforu.
Na podstawie fragmentu, dotyczącego odkrycia sztucznych izotopów przez Irenę i Fryderyka Joliot‑Curie, zidentyfikuj cząstkę, która powstała w tej przemianie. Zapisz równanie reakcji jądrowej.
Przed odkryciem sztucznej promieniotwórczości powszechne było przekonanie, że atomy materii są niezmienne i niepodzielne. Po pierwszych odkryciach dokonanych przez Ernesta Rutherforda, Irene Joliot‑Curie i jej męża Frederica Joliot, przyjęto nowy punkt widzenia. Zakładał on, że chociaż atomy wydają się być stabilne, można je przekształcić w nowe atomy o różnych właściwościach chemicznych.
Sztuczne przemiany jądrowe
Reakcje jądrowe, stosowane do syntezy sztucznych radionuklidów, charakteryzują się ogromnymi energiami aktywacji. Trzy urządzenia są wykorzystywane do pokonania tych energii aktywacji: akceleratoryakceleratory liniowe, cyklotronycyklotrony i reaktory jądrowe. Chociaż liczba możliwych reakcji jądrowych jest ogromna, reakcje jądrowe można sortować według typów. Oto kilka przykładów:
Jednym z ciekawszych przedsięwzięć w zakresie promieniotwórczości sztucznej jest projekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). W roku zaplanowano budowę reaktora, który miał zbadać możliwości produkcji energii za pomocą fuzji termojądrowej. Taka sama reakcja jest źródłem energii w gwiazdach i na Słońcu. W ciągu lat miał powstać na południu Francji reaktor, którego działanie oszacowano na lat. Celem projektu ITER jest opracowanie metody radzenia sobie z wysokoenergetycznymi neutronami, a badanie silnego ich strumienia jest możliwe jedynie przy użyciu reagującej plazmy. Wykorzystanie mocy syntezy jądrowej jest celem ITER. Reaktor został zaprojektowany jako kluczowy krok eksperymentalny między dzisiejszymi maszynami do badań nad syntezą jądrową a przyszłymi elektrowniami termojądrowymi. Dzięki stworzeniu reaktora termojądrowego możliwa będzie całkowita rezygnacja z elektrowni zasilanych paliwami kopalnymi. W projekcie bierze udział większość państw z całego świata, w tym również Polska.
Słownik
elektrony emitowane z atomu; są to elektrony orbitalne, którym zostaje przekazana energia wzbudzenia jądra atomowego;
promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal na ogół mniejszej od , emitowane przez promieniotwórcze lub wzbudzone jądra atomowe podczas przemian jądrowych (promieniotwórczość, reakcja jądrowa)
pierwszy cykliczny akcelerator cząstek (protonów, jonów)
urządzenie do przyspieszania naładowanych mikrocząstek, czyli do nadawania im wielkich energii kinetycznych
pierwiastki, których liczba atomowa jest większa od
Bibliografia
Atkins P., Jones L., Chemical Principles: The Quest for Insight, 5th Edition, New York 2009.
Encyklopedia PWN
Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy ósmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.
Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.
Łasiński D., Sporny Ł., Strutyńska D., Wróblewski P., Podręcznik dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Mac edukacja 2020.