Czy promieniotwórcze pierwiastki to wymysł współczesnego człowieka? Czy jest możliwe uniknięcie kontaktu z promieniowaniem jądrowym? Analiza poniższego materiału pomoże Ci odpowiedzieć na te pytania.
Rt47bF95F2prl
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
wymieniać rodzaje promieniowania jądrowego i porównywać ich przenikliwość;
wskazywać w układzie okresowym pierwiastki promieniotwórcze;
omawiać najważniejsze dokonania Marii Skłodowskiej‑Curie;
wyjaśniać pochodzenie radioizotopów w środowisku.
isVoZIblPf_d5e147
1. Co to są izotopy promieniotwórcze?
Znaczna część pierwiastków chemicznych występuje w przyrodzie w postaci mieszaniny izotopów. Pierwiastki mogą stanowić mieszaninę wyłącznie trwałych lub wyłącznie nietrwałych izotopów (promieniotwórczych), mogą również zawierać oba rodzaje izotopów – zarówno trwałe, jak i nietrwałe.
Za nietrwałe uważa się takie izotopy, które rozpadają się samorzutnie i przekształcają w izotopy innych pierwiastków. Mówi się o nich, że są niestabilne i nazywa izotopami promieniotwórczymiizotopy promieniotwórczeizotopami promieniotwórczymi lub radioizotopami. Pierwiastki chemiczne, które składają się tylko z izotopów promieniotwórczych (radioizotopów), nazywa się pierwiastkami promieniotwórczymipierwiastek promieniotwórczypierwiastkami promieniotwórczymi. Tylko niektóre ze znanych pierwiastków chemicznych są pierwiastkami promieniotwórczymi. Należą do nich technet () i promet () oraz pierwiastki o liczbie atomowej większej niż .
RmPXshtJcIIiw1
Wszystkie izotopy promieniotwórcze, a konkretnie ich jądra atomowe, rozpadają się z różną, charakterystyczną dla danego izotopu promieniotwórczego szybkością. Proces ten może trwać ułamki sekund, ale zdarza się, że trwa dłużej niż lat.
1
Polecenie 1
Izotop kobaltu ulega rozpadowi , przekształcając się w izotop niklu . Izotop cezu również ulega rozpadowi , przekształcając się w izotop baru .
Przeanalizuj poniższą animację i ustal, który z izotopów – kobalt- czy cez- – jest izotopem o większej trwałości.
RoY9oZfKgOIEd
R1T4ae1rcFcmj
Zmiana koloru kulek, reprezentujących atomy poszczególnych izotopów, na szary, oznacza, że jądra tych atomów uległy odpowiedniemu rozpadowi promieniotwórczemu. Który z analizowanych izotopów „rozpada się” szybciej? W której z próbek po latach zostanie więcej atomów analizowanego radionuklidu?
Czy udało Ci się prawidłowo wskazać izotop o większej trwałości?
Izotopem o większej trwałości jest cez-.
W wyniku rozpadu jąder atomowych izotopów promieniotwórczych powstają zawsze jądra atomów innego pierwiastka. Jeśli nadal są niestabilne (nietrwałe), ulegają kolejnym przemianom promieniotwórczym. Pierwiastki promieniotwórcze często muszą przejść kilka, a nawet kilkanaście przemian jądrowych, zanim ulegną przeobrażeniu w trwałe izotopy innych pierwiastków. Czas trwania poszczególnych przemian zależy od rozpadającego się na danym etapie radioizotopu.
Ciekawostka
Do opisywania szybkości przemian (rozpadów) promieniotwórczych, a zarazem trwałości jąder atomowych izotopów promieniotwórczych, często stosuje się tzw. czas połowicznego zanikuczas połowicznej przemianyczas połowicznego zaniku (nazywany często okresem półtrwania lub czasem połowicznego rozpadu). Czas połowicznego zaniku jest czasem, w którym połowa początkowej liczby jąder atomowych danego radionuklidu ulega rozpadowi.
Zwróć uwagę, że ze znajdującej się w poleceniu 1 animacji wynika, że połowa jąder atomowych izotopu kobaltu- pozostanie w próbce po około pięciu latach. Z kolei połowa jąder atomowych izotopu cezu- pozostanie w próbce tego radionuklidu po mniej więcej latach. Czasy połowicznego zaniku analizowanych izotopów wynoszą bowiem kolejno: dla kobaltu- około lat, a dla cezu- około lat.
Nazwa izotopu
Czas połowicznego zaniku (okres półtrwania)
radon-
polon-
jod-
dni
stront-
lat
uran-
lat
Indeks dolny Czasy połowicznego zaniku wybranych izotopów promieniotwórczych Indeks dolny koniecCzasy połowicznego zaniku wybranych izotopów promieniotwórczych Indeks dolny Źródło: K. Kaznowski, K. M. Pazdro, Chemia. Podręcznik do liceów i techników. Zakres rozszerzony, t. 1, Warszawa 2019, s. 43. Indeks dolny koniecŹródło: K. Kaznowski, K. M. Pazdro, Chemia. Podręcznik do liceów i techników. Zakres rozszerzony, t. 1, Warszawa 2019, s. 43.
Możesz spotkać się z pewnymi wątpliwościami dotyczącymi tego, czy bizmut () faktycznie jest pierwiastkiem o trwałym jądrze atomowym. Okazuje się bowiem, że w rzeczywistości nie ma izotopów trwałych (stabilnych). Jednak czas połowicznego zaniku jednego z jego izotopów – bizmutu- () – jest ponad miliard razy większy niż wiek całego wszechświata i wynosi ok. lat. Z racji na bardzo długi okres półtrwania, bizmut- często klasyfikuje się jako izotop trwały, tak jak to uczyniono w tym materiale.
Polecenie 2
RFTvsXvEfhgWx
Dla zainteresowanych
1
Polecenie 3
W próbce promieniotwórczego izotopu cezu () znajdowało się początkowo atomów tego radionuklidu. Czas połowicznego rozpadu tego izotopu wynosi lat.
RTGzZSBtljZvq
R1CDOs0YiuDSw
Rysując wykres, pamiętaj o odpowiednim dobraniu skali i podpisaniu osi. Wykres możesz narysować przy pomocy dostępnego programu komputerowego.
Czy narysowany przez Ciebie wykres jest podobny do zamieszczonego poniżej?
RLIqqFA9sufQV
Polecenie 3
W próbce promieniotwórczego izotopu cezu () znajdowało się początkowo atomów tego radionuklidu. Czas połowicznego rozpadu tego izotopu wynosi lat.
RWeJByk2Rc2LG
isVoZIblPf_d5e191
2. Co to jest promieniowanie jądrowe?
Procesowi rozpadu jąder atomowych zawsze towarzyszy promieniowanie, które określa się mianem promieniowania jądrowego lub, bardziej ogólnie, jonizującego.
Gdy prowadzono badania nad promieniowaniem wysyłanym przez rozpadające się jądra atomowe, brakowało odpowiedniej aparatury i wiedzy, umożliwiającej naukowcom dokładną identyfikację jego składników. Stwierdzono wtedy, że izotopy promieniotwórcze mogą emitować trzy rodzaje promieniowania, które nazwano promieniowaniem (czyt. alfa), (czyt. beta minus) i (czyt. gamma). Dalsze badania wykazały, że cząstkami są jądra atomu helu, zawierające po dwa protony i dwa neutrony, natomiast promieniowanie to strumień elektronów. Promieniowanie to natomiast fala elektromagnetyczna, która rozchodzi się z prędkością światła.
RZkbaY9fTlRsU
Jądra atomowe jednych izotopów promieniotwórczych podczas rozpadu wydzielają cząstki , innych – cząstki . Często emisji tych cząstek towarzyszy także promieniowanie . Nieodłącznym elementem rozpadu, niezależnie od rodzaju emitowanego promieniowania, jest wydzielenie się dużej ilości energii.
Dla zainteresowanych
Czy nie zastanowiło Cię, jak to możliwe, że z jądra atomowego, podczas rozpadu , emitowane są elektrony? Przecież jądro atomowe nie zawiera ich w swojej strukturze. Elektrony mogą powstawać w jądrach atomowych niektórych pierwiastków promieniotwórczych, na skutek odpowiedniej przemiany neutronu. Tę przemianę możemy opisać równaniem:
Istotne jest to, że promieniowania jądrowego, niezależnie od jego rodzaju, nie widać. W związku z tym, bez stosownej informacji, nie jesteśmy w stanie stwierdzić, czy jesteśmy w danym momencie poddawani działaniu promieniowania jądrowego.
Każdy rodzaj promieniowania wytwarzany przez substancje radioaktywne ma jednak inny zasięg i przenikliwość przez materiały.
Polecenie 4
Przeanalizuj poniższą animację, a następnie uzupełnij zamieszczony pod nią tekst.
R1HSHaQj1pcA2
Rqge1RPKMm2bV
Promieniowanie ma najmniejszy zasięg i może nas przed nim ochronić papier. Do zatrzymania cząstek jest potrzebna nieco grubsza warstwa innego materiału, np. cienka blacha z ołowiu lub aluminium. Promieniowanie jest najbardziej przenikliwe – do ochrony przed nim są potrzebne kilkucentymetrowej grubości osłony z ołowiu.
Dla zainteresowanych
Przemiany jądrowe, a ściślej rozpady promieniotwórcze oraz , możemy opisywać za pomocą odpowiednich równań.
Zapisując równania przemian jądrowych (a często również omawiając przemiany jądrowe), nie uwzględnia się zmian liczby elektronów w chmurze elektronowej izotopu promieniotwórczego, który ulega odpowiedniej przemianie promieniotwórczej. Pamiętaj jednak, że zmianie liczby protonów w jądrze atomowym nietrwałego izotopu towarzyszy również zmiana liczby elektronów poruszających się wokół tego jądra.
W równaniach przemian jądrowych, jądra atomów i emitowane cząstki zapisujemy za pomocą symboli chemicznych. Przy wspomnianych symbolach, w lewym dolnym rogu zapisujemy ładunek elektryczny rozpatrywanej drobiny, a w lewym górnym rogu liczbę nukleonów. Ładunek elektryczny jądra atomowego równy jest zawartej w nim liczbie protonów (a więc liczbie atomowej), a liczba nukleonów równa jest liczbie masowej.
Na poniższej grafice zaprezentowano sposób symbolicznego opisu wybranych drobin uczestniczących w przemianach jądrowych.
R197sLsb9Kmav
Zapisując równania przemian jądrowych, musimy stosować również dwie zasady – zasadę zachowania liczby nukleonów oraz zasadę zachowania ładunku elektrycznego. W uproszczeniu – suma liczby nukleonów, zapisanych po lewej stronie równania analizowanej przemiany, musi być równa sumie liczby nukleonów, zapisanych po prawej stronie tego równania. Podobnie postępujemy z ładunkiem elektrycznym.
Przeanalizuj poniższe przykłady. Aby przejść do określonego przykładu, rozwiń odpowiedni pasek.
RZjwvo5h0KTdQ
isVoZIblPf_d5e240
3. Jak odkrywano promieniotwórczośćpromieniotwórczośćpromieniotwórczość?
Odkrycie promieni X (promieni Roentgena) przez Wilhelma Roentgena (czyt. wilhelma rentgena) w zapoczątkowało serię badań, które (początkowo przypadkowo) doprowadziły do uzyskania pierwiastków promieniotwórczych.
Rok po ogłoszeniu przez Roentgena swojego odkrycia, Henri Becquerel (czyt. ąri bekrel) podał do wiadomości informację o istnieniu promieniowania wysyłanego przez uran, które miało podobną przenikliwość do promieniowania X. Niedługo po tym wydarzeniu Polka Maria Skłodowska-CurieMaria Salomea Skłodowska‑CurieMaria Skłodowska-Curie (czyt. kjuri), w ramach swojej pracy doktorskiej, rozpoczęła badania nad promieniotwórczością uranu. Wraz z mężem, Piotrem Curie, który dołączył do tych prac, odkryła dwa nowe pierwiastki i nazywała je polon oraz rad. Prace badaczy zostały uhonorowane najwyższym wyróżnieniem w świecie nauki – w małżonkowie wraz z Henri Becquerelem otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za badania nad promieniotwórczością. Po śmierci męża w , Maria kontynuowała działalność naukową i została pierwszą kobietą profesorem na paryskiej Sorbonie. W Szwedzka Akademia Nauk przyznała jej po raz drugi, tym razem samodzielnie, Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za odkrycie pierwiastków: radu i polonu, a także za prace nad radem i jego związkami chemicznymi.
Polecenie 5
Obejrzyj poniższy materiał filmowy, a następnie wykonaj zadanie umieszczone pod nim.
R1esAZmATlo6W
R1Cao1DArUed8
RqZ1p2MgvGkVL
Ciekawostka
Po odkryciu radu, zaczęto go używać w lecznictwie. Najważniejszym jego zastosowaniem było niszczenie nowotworów. Idea tej terapii, nazywanej w owym czasie „curieterapią”, jest wykorzystywana nadal w radioterapii. Stała się w bardzo krótkim czasie łatwo dostępna nie tylko we Francji, ale także w wielu innych krajach. To upowszechnienie nastąpiło tylko dlatego, że małżeństwo Curie zrezygnowało z praw do patentu oraz związanych z tym zysków i udostępniło światu szczegóły procesu wytwarzania radu.
RZsSIYhIDmzCE
isVoZIblPf_d5e283
4. Czy pierwiastki promieniotwórcze są w naszym otoczeniu?
W przyrodzie występuje wiele różnego rodzaju radioizotopów, które są stałymi składnikami wody, powietrza i gleby. Są one źródłem promieniowania zwanego promieniotwórczością naturalną.
W skorupie ziemskiej istnieje wiele izotopów promieniotwórczych. Część z nich występuje w niej od początku istnienia Ziemi. Należą do nich chociażby rubid- czy potas-. Inne zaś powstały na skutek rozpadu niektórych izotopów promieniotwórczych, które muszą przejść kilka przemian jądrowych, zanim powstaną z nich trwałe izotopy. Przedstawicielami tego rodzaju substancji są tor i uran. Z ich rozpadu powstają kolejne radioizotopy, m.in. rad, polon czy radon.
Radioizotopy, które znajdują się w skałach, przemieszczają się do gleby, po czym są przyswajane przez rośliny, skąd następnie trafiają do innych organizmów żywych. Każdy składnik przyrody ożywionej i nieożywionej zawiera izotopy promieniotwórcze. W związku z tym również w Twoim organizmie znajduje się pewna ilość radionuklidów.
Zawartość niektórych radioizotopów w organizmie człowieka o masie ciała
Radioizotop
Liczba atomów
W przyrodzie występują także izotopy promieniotwórcze, które powstają w atmosferze ziemskiej w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego (neutronów) na składniki atmosfery ziemskiej. Należą do nich tryt oraz węgiel-.
Z uwagi na obecność radioizotopów w skorupie ziemskiej, wszelkie przedmioty wykonane z naturalnych materiałów czy wydobyte z wnętrza Ziemi także zawierają radioizotopy. Z tego samego względu promieniotwórcze są przykopalniane hałdy, dymy z elektrowni węglowych, a nawet dym z ogniska czy wody mineralne.
Do środowiska naturalnego dostały się także sztuczne radioizotopy, które są emiterami promieniowania alfa, beta i gamma. Ich źródło stanowią wybuchy jądrowe przeprowadzane w atmosferze (szczególnie w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku), awaria elektrowni jądrowej w Czarnobylu w r. oraz awaria elektrowni jądrowej Fukushima w Japonii w r. Większość radioizotopów rozpadła się w krótkim czasie po zaistnieniu zdarzenia. Jednak niektóre, takie jak cez-, stront-, pluton- czy pluton-, w dalszym ciągu są obecne w środowisku.
Innym źródłem radioaktywności pochodzenia sztucznego w przyrodzie jest promieniowanie generowane przez różnego rodzaju urządzenia stosowane w diagnostyce medycznej, przemyśle oraz badaniach naukowych.
Polecenie 6
Przeanalizuj informacje zawarte w poniższej animacji interaktywnej. Aby przejść dalej, kliknij na podświetlone w animacji elementy. Następnie uzupełnij znajdujący się pod animacją tekst. Skorzystaj z układu okresowego pierwiastków chemicznych.
R1Rq53wsF1OuU
RQRNXlzVqy6kQ
isVoZIblPf_d5e336
5. Czy można zmierzyć promieniowanie jądrowe?
Wielkość pochłoniętej przez materię dawki promieniowania, z uwzględnieniem jej wpływu na organizmy żywe, opisuje się za pomocą jednostki nazywanej siwertemsiwert [Sv]siwertem (Sv).
R1YwWPdrVdJX9
Promieniowanie, które wywodzi się z radioizotopów pochodzenia naturalnego, często określa się mianem tła. Naturalne tło promieniowania ma zwykle zmienne wartości w różnych miejscach na świecie. Zależy ono przede wszystkim od lokalnej budowy geologicznej gruntu i średniego stężenia gazu szlachetnego – promieniotwórczego radonu- – w atmosferze.
W Polsce średnia dawka roczna promieniowania emitowanego przez wszystkie naturalne źródła wynosi ok. (źródło danych: Promieniowanie jonizujące, www.gov.pl).
W Szwecji jest dwukrotnie większa niż w Polsce, a w Finlandii – ponad razy większa. Ekstremalne wartości tła naturalnego w miejscach zamieszkałych przez ludzi są ponad dwieście razy większe od wartości tła naturalnego w Polsce. Nigdzie jednak nie zaobserwowano zmian chorobowych wśród bytujących tam ludzi, w porównaniu z mieszkańcami innych regionów.
Rozkład dawki promieniowania w Polsce na poszczególne składowe
Rodzaj dawki
Wielkość dawki
Dawka otrzymana przy przechodzeniu przez bramkę na lotnisku
Średnia roczna dawka dla mieszkania w pobliżu elektrowni jądrowej
Dawka otrzymana w trakcie lotu Los Angeles – Nowy Jork
Dawka otrzymana przy prześwietleniu klatki piersiowej
Średnia skumulowana dawka życiowa dla całego ciała, jaką otrzymał statystyczny Polak po awarii w Czarnobylu
Dawka otrzymana przy badaniu mammograficznym
Dawka otrzymana przy tomografii komputerowej całego ciała
Średnia roczna dawka w przestrzeni kosmicznej
Indeks górny Źródło: Promieniowanie jonizujące w życiu codziennym, www.gov.pl. Indeks górny koniecŹródło: Promieniowanie jonizujące w życiu codziennym, www.gov.pl.
Szkodliwość promieniowania zależy od jego rodzaju, natężenia (mocy) i czasu działania.
Organizmy żywe różnią się pod względem odporności na promieniowanie. Jednorazowa dawka śmiertelna dla człowieka (pochłonięta w ciągu kilku lub kilkuset sekund) ponad tysiąckrotnie przekracza średnią roczną dawkę tła i wynosi ok. – (–). Zapoznaj się z poniższą galerią zdjęć za pomocą strzałek umieszczonych po bokach, aby dowiedzieć się jaka jest dawka śmiertelna dla różnych mikro- i makroorganizmów.
Jednorazowa dawka śmiertelna promieniowania dla różnych organizmów żywych. Połowa populacji umiera po dniach od przyjęcia wskazanej dawki.
RT6jedw5QcRnJ
R1GOzGGXyrhaY
R8fdfMQQNLVNt
R1BEGbLBmtU4j
R1KgmXDwz0wCI
RlEqaGCPdlJzm
R18QcsLHDLTYn
R10EnG0LCW9SI
R5zRP8iU2pI4x
R1clsTXzCnnIV
R5N3EMHZhYXu1
RywCA7fBQNGko
Indeks górny Źródło: Dobrzyński L., Droste E., Wołkiewicz R., Adamowski Ł., Trojanowski W., Spotkanie z promieniotwórczością, IPJ, listopad 2010, s. 15. Indeks górny koniecŹródło: Dobrzyński L., Droste E., Wołkiewicz R., Adamowski Ł., Trojanowski W., Spotkanie z promieniotwórczością, IPJ, listopad 2010, s. 15.
Zwróć uwagę, że wskazana w powyższej galerii jednorazowa dawka śmiertelna promieniowania może spowodować śmierć człowieka. Jeśli jednak dawka ta (a nawet znacznie wyższa) będzie przez człowieka pochłaniania stopniowo, w ciągu kolejnych lat życia, to może się okazać, że nie będzie szkodliwa.
Zbyt duże ilości promieniowania mogą pokonać mechanizmy obronne organizmu i wywołać ciężkie choroby, a nawet śmierć. Pierwsze objawy tzw. choroby popromiennej mogą pojawić się już po przyjęciu jednorazowej dawki promieniowania, równej ok. . Jednak niepożądane zmiany w materiale biologicznym człowieka odnotowuje się już po przyjęciu jednorazowej dawki promieniowania większej niż . Tę obserwację wykorzystuje się do niszczenia komórek nowotworowych u ludzi.
Ciekawostka
Niektóre badania naukowe wskazują, że małe dawki promieniowania stymulują układ odpornościowy i zmniejszają zapadalność na choroby nowotworowe. Narażenie ludzi na niewielkie dawki promieniowania jądrowego było konsekwencją ich pracy lub miejsca zamieszkania. Wieloletnie analizy wskazują, że nastąpiło zmniejszenie śmiertelności wśród grupy ludzi narażonej na dodatkowe, określone w pewnym zakresie (1–500 mSv, czyli 0,001–0,5 Sv) dawki promieniowania jądrowego, w porównaniu z grupą ludzi, która takich dawek nie otrzymywała.
isVoZIblPf_d5e389
6. Jak wykorzystujemy energię promieniowania jądrowego?
Człowiek wykorzystuje izotopy promieniotwórcze w różny sposób. Przede wszystkim znalazł dla nich zastosowanie w medycynie – do obrazowania tkanek i narządów oraz niszczenia komórek nowotworowych – a także w badaniach naukowych i przemyśle. Wybrane zastosowania izotopów promieniotwórczych wymieniono w poniższej galerii zdjęć.
Wybrane zastosowania niektórych izotopów promieniotwórczych
R1eqhvdsX8B9P
RA2onm8ALC2mU
R1dZWRxq9WDK8
R13V2p5LyOqUY
RwiTpXOwfRdrZ
RP2OmC6XF3OYR
RwKaQ4jc6q9WJ
R13IgEk31Niya
R6qCr2R6g82mv
Innym ważnym zastosowaniem izotopów jest wykorzystanie ich do pozyskiwania energii jądrowej do produkcji energii elektrycznej w tzw. elektrowniach jądrowych (atomowych). Zastosowanie znalazł w nich uran-. W warunkach naturalnych pierwiastek ten rozpada się powoli, ale pod wpływem uderzenia neutronami, rozpad jąder jego atomów zachodzi bardzo szybko. Wydziela się przy tym ogromna ilość energii. Towarzyszy temu pojawienie się wolnych neutronów, które z kolei atakują następne atomy uranu, zmuszając je do rozpadu. W ten sposób reakcja przebiega dalej (jest to tzw. reakcja łańcuchowa). Model procesu rozpadu jądra atomu uranu- przedstawiono w poniższej animacji.
RFmQ2JUQFeVud
Zwróć uwagę, że opisany powyżej rozpad promieniotwórczy uranu- różni się od opisanych pokrótce rozpadów alfa i beta. Przemiany alfa, beta i gamma są bowiem przemianami naturalnymi, zachodzącymi samorzutnie. Wykorzystywana w elektrowniach jądrowych przemiana uranu- to sztuczna przemiana jądrowa – taka, której przebieg w opisanym przypadku wymaga interwencji człowieka.
Opisaną przemianę rozpadu atomów uranu prowadzi się w reaktorach. Ich konstrukcja pozwala na kontrolowanie przebiegu rozszczepienia jąder atomów uranu. Uzyskane ciepło ogrzewa wodę, która przechodzi w stan pary, a ta z kolei uruchamia turbinę i generator elektryczności.
Dla zainteresowanych
Zapoznaj się z informacjami zawartymi w poniższej animacji i prześledź uproszczony schemat działania reaktora jądrowego.
RoS98fm0devpB
Elektrownie jądrowe są wydajniejsze od elektrowni węglowych. Spalenie 1 g węgla powoduje wydzielenie na sposób ciepła od ok. do energii, natomiast dla porównania, reakcja jądrowa uranu- jest źródłem aż ( ) energii.
Największym problemem, związanym z pracą elektrowni jądrowej, są odpady, które zawierają promieniotwórcze izotopy. Postępuje się z nimi na dwa sposoby. Pierwszy z nich polega na zamykaniu odpadów w pojemnikach z miedzi i stali, a następnie umieszczeniu ich głęboko pod ziemią, gdzie pozostaną przez tysiące lat. Drugą metodą jest recykling zużytego paliwa, który polega na odzyskaniu niezużytych jeszcze materiałów promieniotwórczych nadających się do powtórnego użycia jako paliwo. Pozostałość po tym procesie kieruje się do przechowywania.
Ciekawostka
W Polsce pracuje jeden taki reaktor badawczy – Maria w Instytucie Energii Atomowej w Świerku. Jego maks. moc wynosi . Wykorzystuje się go do badań naukowych oraz produkcji izotopów na potrzeby przemysłu i medycyny. Poniżej znajduje się galeria zdjęć przedstawiająca wspomniany reaktor.
Reaktor jądrowy Maria. Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Otwocku‑Świerku pod Warszawą
RxnX1RXqPFRvJ
RASQlXvJVE8PL
R2sOs5AtgKkei
RhoKS4cQo8Ljb
RXjiiWbQbbM89
R153lxsaGTDpl
isVoZIblPf_d5e441
Podsumowanie
Pierwiastki promieniotwórcze stanowią mieszaniny nietrwałych izotopów (tzw. izotopów promieniotwórczych lub inaczej – radioizotopów).
Do pierwiastków promieniotwórczych zaliczamy pierwiastki chemiczne o liczbie atomowej większej niż oraz technet () i promet ().
Jądra atomowe izotopów nietrwałych (niestabilnych, promieniotwórczych) samorzutnie rozpadają się i przeobrażają w jądra atomowe izotopów innych pierwiastków z różną, charakterystyczną dla danego izotopu, szybkością.
Izotopy promieniotwórcze mogą emitować trzy rodzaje promieniowania: (), (szybko poruszające się elektrony) i (promieniowanie elektromagnetyczne).
W przyrodzie występuje wiele radioizotopów, które są stałym składnikiem wody, powietrza i gleby. Są one źródłem promieniowania, zwanego promieniotwórczością naturalną.
Szkodliwość promieniowania zależy m.in. od jego rodzaju, natężenia (mocy) i czasu działania.
Praca domowa
1
Polecenie 7.1
Sprawdź, w jakiej odległości w linii prostej od Twojego miejsca zamieszkania znajduje się najbliższa elektrownia jądrowa.
Możesz skorzystać z dowolnej aplikacji internetowej, która zawiera mapy.
Na poniższej grafice zaznaczono elektrownie jądrowe, znajdujące się najbliżej Polski. Jeśli mieszkasz właśnie tutaj, porównaj uzyskaną przez siebie odległość z odległością obliczoną na podstawie poniższej grafiki.
R1K9sttYqOfCM
Dla zainteresowanych
Polecenie 7.2
Przeprowadź w swoim najbliższym otoczeniu wywiad z dorosłymi osobami na temat promieniotwórczości. Dowiedz się, z czym kojarzy im się pojęcie izotopów promieniotwórczych, i czy wiedzą, jakie są ich źródła i zastosowania. Spróbuj przedstawić zebrane informacje w formie graficznej. Jeśli masz taką możliwość, informacje uzyskane podczas wywiadu zaprezentuj na forum klasy.
Polecenie 7.2
Przeprowadź w swoim najbliższym otoczeniu wywiad z dorosłymi osobami na temat promieniotwórczości. Dowiedz się, z czym kojarzy im się pojęcie izotopów promieniotwórczych, i czy wiedzą, jakie są ich źródła i zastosowania.
Jeśli masz taką możliwość, informacje uzyskane podczas wywiadu zaprezentuj na forum klasy.
isVoZIblPf_d5e507
Słownik
izotopy promieniotwórcze
izotopy promieniotwórcze
radionuklidy; izotopy, których jądra atomowe ulegają samorzutnym rozpadom, przekształcając się w jądra atomowe innych izotopów; rozpadowi jądra atomowego izotopu promieniotwórczego zawsze towarzyszy emisja promieniowania
pierwiastek promieniotwórczy
pierwiastek promieniotwórczy
pierwiastek chemiczny, który nie ma trwałych izotopów; pierwiastek promieniotwórczy jest mieszaniną izotopów promieniotwórczych (radionuklidów)
czas połowicznej przemiany
czas połowicznej przemiany
inaczej czas połowicznego zaniku lub okres półtrwania; czas, w którym połowa początkowej liczby jąder atomowych izotopu promieniotwórczego ulega rozpadowi; każdy radionuklid (izotop promieniotwórczy) ma charakterystyczny dla siebie czas połowicznej przemiany
promieniotwórczość
promieniotwórczość
radioaktywność; zdolność do spontanicznej (samoistnej) emisji promieniowania przez jądro atomowe
siwert [Sv]
siwert [Sv]
jednostka tzw. dawki efektywnej promieniowania jonizującego; obrazuje całkowite narażenie organizmu, zarówno przy równomiernym, jak i nierównomiernym napromienieniu narządów i tkanek
Maria Salomea Skłodowska‑CuriePassy (Francja)Warszawa (Polska)
R110qhuteKyg8
Maria Salomea Skłodowska‑Curie
Fizyk, Polka pracująca we Francji, dwukrotna laureatka Nagrody Nobla.
Polka, która karierę naukową rozwinęła we Francji, badając zjawisko promieniotwórczości. Wraz z mężem Piotrem Curie odkryła dwa nowe pierwiastki promieniotwórcze: polon i rad. Za swoje dokonania, małżeństwo wraz z Henri Becquerelem wspólnie otrzymali w roku Nagrodę Nobla. Maria Skłodowska-Curie opracowała i udoskonaliła metody rozdzielania izotopów. Za odkrycie radu i polonu oraz za prace nad radem i jego związkami chemicznymi została w roku po raz drugi uhonorowana Nagrodą Nobla przez Szwedzką Akademię Nauk. Przyczyniła się do rozwoju radioterapii, mającej na celu leczenie nowotworów za pomocą radu.
isVoZIblPf_d5e651
Ćwiczenia
Pokaż ćwiczenia:
1
Ćwiczenie 1
RQbhFrY9sowhY1
zadanie interaktywne
zadanie interaktywne
Oceń, czy podane zdania są prawdziwe, czy fałszywe.
Prawda
Fałsz
Izotopy promieniotwórcze należące do tego samego pierwiastka mają różną trwałość.
□
□
Pierwiastki w przyrodzie występują albo w postaci mieszaniny trwałych izotopów, albo stanowią mieszaninę izotopów promieniotwórczych.
□
□
Każda dawka promieniowania jądrowego jest śmiertelna dla organizmu ludzkiego.
□
□
Izotopy promieniotwórcze są dziełem człowieka.
□
□
Pierwiastki leżące w okresach 1.–5. układu okresowego nie są promieniotwórcze.
□
□
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 2
RSqljuJp5At9L1
zadanie interaktywne
zadanie interaktywne
Przyporządkuj sformułowania do odpowiedniego rodzaju izotopów. Umieść w odpowiednim miejscu pasujące do danego zbioru opisy. Pamiętaj, że są określenia, które nie opisują żadnego z rodzaju izotopów.
występują naturalnie w środowisku, są wytwarzane przez człowieka, są nietrwałe, ich jądra ulegają rozpadowi, ich jądra ulegają rozpadowi, ich jądra podczas rozpadu wydzielają promieniowanie, ich jądra podczas rozpadu wydzielają promieniowanie, są nietrwałe
naturalne izotopy promieniotwórcze
sztuczne izotopy promieniotwórcze
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 3
R1Zfp3LWhJi7D1
2
Ćwiczenie 4
RjrGSMeefUVlq1
2
Ćwiczenie 5
R1bHaS7UfNHN61
2
Ćwiczenie 6
R1LdS450wPJMB1
zadanie interaktywne
zadanie interaktywne
Dopasuj do nazwisk znanych postaci opisy dokonanych przez nich odkryć.
Maria Skłodowska-Curie, Wilhelm Roentgen, Henri Becquerel
odkrycie promieniotwórczości uranu
odkrycie promieniowania X
odkrycie polonu
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY-SA 3.0.
3
Ćwiczenie 7
Czas połowicznej przemiany to czas, w którym połowa początkowej liczby jąder atomowych izotopu promieniotwórczego ulega rozpadowi. Praktycznie cała masa atomu skupiona jest w jądrze atomowym. W związku z tym możemy uznać, że czas połowicznej przemiany to moment, w którym połowa masy próbki izotopu promieniotwórczego ulega odpowiedniemu rozpadowi.
Na poniższym wykresie przedstawiono zmiany masy próbek trzech izotopów promieniotwórczych (izotopu 1, izotopu 2 oraz izotopu 3) w czasie. Przeanalizuj dane zawarte na wykresie i uzupełnij znajdujący się pod nim tekst. W puste miejsca wpisz odpowiednie liczby.
R1Xhls4R1OqsC
W poniższych tabelach przedstawiono zmiany masy próbek trzech izotopów promieniotwórczych (izotopu 1, izotopu 2 oraz izotopu 3) w czasie. Przeanalizuj zawarte w nich dane i uzupełnij znajdujący się pod nimi tekst. W pustych miejscach wybierz odpowiednie liczby.
Izotop 1:
Masa izotopu []
Czas []
Izotop 2:
Masa izotopu []
Czas []
Izotop 3:
Masa izotopu [mg]
Czas [dni]
R1VAMaUSXGjG4
3
Ćwiczenie 8
RpGVCrGWAyfHB
R1TZdICENrsM5
Glossary
alpha radiation
alpha radiation
Rv6tCA7m5u3PZ
promieniowanie alfa ()
beta minus radiation
beta minus radiation
RWldQE7SgNgOP
promieniowanie beta minus ()
gamma radiation
gamma radiation
Rw6CyMmuveGvg
promieniowanie gamma ()
aluminium
aluminium
R1UC4DjunLFgk
glin
iron
iron
R11imyEb6Ygpy
żelazo
lead
lead
R1dkVZQ60Bt5c
ołów
concrete
concrete
RWQ7mmLcprmGy
beton
Bibliografia
Dobrzyński L., Droste E., Wołkiewicz R., Adamowski Ł., Trojanowski W., Spotkanie z promieniotwórczością, London 2010.
Kaznowski K., Pazdro K. M., Chemia. Podręcznik do liceów i techników, cz. 1, Warszawa 2019.
bg‑gray3
Notatnik
R18dnGESt3fF0
Maria Salomea Skłodowska‑CuriePassy (Francja)Warszawa (Polska)
R110qhuteKyg8
Maria Salomea Skłodowska‑Curie
Fizyk, Polka pracująca we Francji, dwukrotna laureatka Nagrody Nobla.
Polka, która karierę naukową rozwinęła we Francji, badając zjawisko promieniotwórczości. Wraz z mężem Piotrem Curie odkryła dwa nowe pierwiastki promieniotwórcze: polon i rad. Za swoje dokonania, małżeństwo wraz z Henri Becquerelem wspólnie otrzymali w roku Nagrodę Nobla. Maria Skłodowska-Curie opracowała i udoskonaliła metody rozdzielania izotopów. Za odkrycie radu i polonu oraz za prace nad radem i jego związkami chemicznymi została w roku po raz drugi uhonorowana Nagrodą Nobla przez Szwedzką Akademię Nauk. Przyczyniła się do rozwoju radioterapii, mającej na celu leczenie nowotworów za pomocą radu.