3-radioaktivni raspad i raioaktivne serije
TRANSCRIPT
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
1/51
Radioaktivni raspad i
Raioaktivne serije
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
2/51
Energija veze i stabilnost jezgra Ukupna masa jezgra je uvijek manja od mase sastavnih dijelova jezgra radi
masene akvivalencije, negativne potencijalne energije koja se pripisuje
privlanoj sili meu nukleonima. Ova razlika u masama cijelog i rastavljenogjezgra zove se E!E"# $%&E '(m).
m = Zmp+ Nmn mat
"ada se de*ekt mase pretvori u energiju, dobije se E+ER-% /E0E jezgra
Ev = m c2
asno je da 1e jezgra sa ve1im brojem nukleona imati i ve1u energiju veze.0ato je korisno raunati energiju veze po nukleonu.
&koro sva stabilna jezgra imaju energiju veze po nukleonu u rasponu od 2do 3 $e/4nukleon. +ajve1u energiju veze po nukleonu imaju jezgra blizu %5 26.
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
3/51
Energija veze"ada se etiri protona udru7e da *ormiraju jezgro 89e :
1 4
1 24( ) 1( ) 2 2
4(1.007277) 1(4.00150)0.02761
eH He e E
mm amu
+ + + +
+ =
*nastaje defekt mase
e*ekt mase predstavlja ogromni iznos energije koji se rauna po %jn;atajnovojrelaciji, E5mc2!e
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
4/51
Energija veze po nukleonu
Ovaj dijagram se koristi da
se uporedi relativna stabilnost
raznih nukleona. On ima
maksimum blizu % 5 >2.
"rivulja naglo rastedemonstriraju1i ekat ekraniranja
nuklearne sile.
+a njoj imamo o;tre pikove za
vrsto vezane par=par nuklide
89e, ?
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
5/51
&tabilnost jezgra U prirodi postoje samo 3< hemijska elementa A 'jo; ?< umjetno
proizvedenih) a poznato je oko 66 razliitih nuklida od kojih je B>6
prirodnih a
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
6/51
&tabilnost jezgra /e1ina jezgara su nestabilne strukture koje se HraspadajuI i pretvaraju se u nove
nuklide emituju1i pri tome estice i elektromagnetno zraenje.
/remenska skala ovih procesa raspada 'tj. pretvaranja jednog jezgra u drugo)
ide od dijela mikrosekunde do milijardi godina.
Obino postoji samo jedan ili dva stabilna izotopa svakog elementa. &amo na 8
mjesta i to za % 5 32, % 5 ?83 i A>209 nije stai!no
Razlog nestabilnosti je natjecanje izmeu privlanih C nuklearnih i "ulonovih C
odbojnih sila. Dri velikim 0 ili % odbijanje uvijek prevlada.
rugi izvor nestabilnosti nastaje zbog tzv. e*ekta uparivanja. ezgro je stabilno
ako ima paran broj protona i neutrona '2 dpm 4 gram @
Activity N=
0
tA A e
= = Do;to je aktivnost linearno zavisna od +,
mo7e da se zamijeni sa + u jednaini 0t
N N e =
Drimjer raunanja aktivnosti:
"oliko se dezintegracija ?8@ dogodilo u ?g drvenog uzorka iz ?6 godineN
#5LB6god 5 ?.
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
16/51
0akon radioaktivnog raspada &vaki nukleus ima odreenu vjerovatnost raspada u jedinici vremena.
+i;ta ne mo7e da utie na to ' temperatura, pritisak, okolina...itd.)
Pizuzetak: vrlo veliki pritisci promoviraju zahvat elektronaQ
Ovo znai da u prosjeku kad imamo veliki broj atoma broj raspada po
jedinici vremena je proporcionalan broju prisutnih atoma.
0ato je u zatvorenom sistemu:dN
dt= N (3.1)
C N5 Froj roditelj=jezgara u trenutku t
C = konstanta raspada 5 vjerovatnosti raspada u jedinici vremena'mjeri se u: sC?). -ntegracija daje:
N t( ) =Noet (3.2)
C No5 poetni broj roditelj jezgara u trenutku t 5 6.
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
17/51
e*inicije nekih posebnih veliina -rosje&ni 'ivotnuklida roditelja se odreuje odnosom trenutnog broja
jezgara roditelja i brzine raspada 'aktivnosti):
=N
N=
1
(3.3)
.rijeme po!)raspadat?4
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
18/51
Radioaktivni izotopi se spontano raspadaju i stvaraju izotope potomke. Radioaktivniraspad je spontan i konstantan. "ako se radioaktivna jezgra roditelja raspadaju,jezgra k1eri se stvaraju 'crvena krivulja). %ko mo7ete mjeriti odnos atoma roditelja ik1eri u nekom sistemu izotopa, mo7ete na1i da je / = * !n1 4 0"N + *#
Age E5)ation
5 o A +'et=?)
5 broj atoma k1erke
+ 5 broj neraspadnutih jezgara roditelja
o5 broj poetnih atoma k1erke
e 5 eksponenc. *unkcija
5 konstanta raspada
t 5 vrijeme
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
19/51
etiri tipa radioaktivnog raspada
?) al*a ') raspad = izbacuje se jezgro helijuma 89e '
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
20/51
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
21/51
%lpha decaM: the nucleus o* the radioactive isotope emits andalpha ') particle, comprising o* < neutrons and < protons. #heatomic number o* the isotope decreases bM
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
22/51
Feta Emission 'ecaM): a neutron emits a beta ') particle'similar to an electron) and is tran*ormed into a proton. #heatomic number o* the atom has increased bM one Shile the mass
number remains unchanged. #he decaM o* ?8@ to ?8+ occursviaemission.
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
23/51
Electron ')= @apture: a proton captures an electron and istrans*ormed into neuton and emits a gamma ') particle. #heatomic number o* the atom has decreased bM one Shile the
mass number remains unchanged. #he decaM o* 86" to 86%roccurs viacapture.
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
24/51
=raspad
Emisija =estice ili 89e jezgra '< neutrona, < protona)
238U
234Th
92
91
90
144 145 146# neutrons
-decay
Roditelj jezgro smanjuje masenibroj za 4, atomski broj za 2.
Primjer: 238U -> 234Th + 4He
Relacije masa-energija:238
U 238.0508 amu234Th 234.04364He 4.00260
Defekt mase 0.0046 amu= 6.86x10-13J/raspadu
= 1.74x1012
J/kg238
U
+a ovaj nain se raspadaju jezgra te7a od
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
25/51
= raspadEmisija elektrona 'i antineutrina) tokom konverzije neutrona u proton
Maseni broj se ne mijenja, atomskibroj poraste za 1.
primjer: 87Rb -> 87Sr + e+
Relacija masa - energija:87Rb 86.909186 amu87Sr 86.908882
Defekt mase 0.0003 amu
= 4.5x10
-14
J/decay= 3.0x1011J/kg 87Rb
Ovako se raspadaju jezgra sa vi;kom neutrona uodnosu na dolinu stabilnosti
87Rb
87Sr38
37
49 50# neutrons
-decay
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
26/51
+= raspad i zahvat elektronaEmisija pozitrona 'i neutrina) ili zahvat jednog elektrona iz unutranje ljusketokom konverzije
protona u neutron
Maseni broj se ne mijenja, atomskibroj se smanjuje za 1.
primjeri: 40K -> 40Ar + e++
50V+ e-> 50Ti ++
U pozitronskoj emisiji veina energije seemituje kroz materija-antimaterijaanihilaciju. U zahvatu elektrona gama-zrak
odnosi viak energije ray carries off theexcess energy.
Ovi raspadi se naje;1e dogaaju kod nukleusa kojiimaju vi;e protona u odnosu na dolinu stabilnosti
40Ar
4019
18
21 22# neutrons
!"ectron a$ture
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
27/51
U Pb
Serije
Oo je
radioaktinaserija! u kojojuran "roditelj# setransformirakro$ 1% koraka uoloo "k&i#'
U #h Db i t
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
28/51
U,#h=Db sistem 238U se transformira u 206Pb kroz seriju od 8 -raspada i6 -raspada, od kojihsvaki ima svoju sopstvenu konstantu raspada..
238U
234Th
92
91
90
144 145 146# neutrons
235U
231Th232Th
234U
234%a231%a
230Th228Th227Th
228Ac227Ac
223
Ra
224
Ra
226
Ra
228
Ra223&r
219Rn220Rn 222Rn
219At218At215At
218%o216%o215%o214%o210%o211%o 212%o
215'(214'(210'(211'( 212'(
214%b212%b211%b210%b206%b207%b 208%b
210T"206T"207T" 208T"
206)*
89
88
87
86
85
84
83
82
81
80
141 142 143138 139 140135 136 137132 133 134129 130 131126 127 128124 125
4+5,a0+7,a
14,a
247-a
7 h33 -a
24 d26 h80 -a2 a18 d
6 h22 a
6 a1+6-a4 d11 d
22 .
4 d55 s4 s
1 .2 s0+1.s
3 .0+15s2 .s0+2.s0+3s0+5 s138d
7 .20 .61 .2 .5 d
27 .11 h36 .21 a
1 .3 .5 .4 .
7+5 .
/ecay ser(es o238
U235
U and232
Th
-decay-decay
232Th cha(n
s 10-6
seconds.s 10
-3secconds
s seconds
. .(nutesh hours
d days
a years-a 10
3years
,a 109years
ha"-"(e un(t abbre(at(ons
235U cha(n
238U cha(n
0
3
2
"en*th o
cha(n
6
7
8
4
4
6
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
29/51
% chain decaM involves the radioactive decaM o* intermediateradioactive daughter atoms that eventuallM decaM to stable
daughter such as the decaM o*
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
30/51
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
31/51
U=#h=Db Tserije 'lanci) raspada
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
32/51
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
33/51
Feta raspad na karti nuklida
Ugljik=?8 se beta minus raspadom trans*ormira uazot=?8 i elektron 'i neutrino):
2@ L+ A =?e A '=decaM)?8 ?8 6
0 poraste za jedan
0
++ se smanji za jedan
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
34/51
Feta minus raspad na karti nuklida
+egativni beta=raspad stvara kerku nuklidnagore=lijevo u odnosu na nuklid roditelja:
2@ L+ A =?e A '=decaM)?8 ?8 6
0 poraste za ?
0 5 L
+ 5 + se smanji za ? + 5 L
0 5 2
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
35/51
Feta=plus raspad na karti nuklida "iseonik=?> se raspada beta=plus raspadom na
azot=?> i pozitron 'i neutrino):
EO L+ A A?e A 'Araspad)?> ?> 6
0 se smanji za jedan
0
+ poraste za jedan +
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
36/51
Feta=plus raspad na karti nuklida Dozitivni beta=raspad stvara kerku nuklid na
poziciji koja je dole desno u odnosu na roditelja:
EO L+ A A?e A 'Araspad)?> ?> 6
0 opadne za jedan
0 5
+ poraste za jedan + 5 L
0 5 L
+ 5
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
37/51
0ahvat elektrona 'Electron capture =E@)
8Fe A =?e Bi 'and an V=raM)
Ovaj proces ima isti rezultat kao Araspad, osim ;to se ne emitujebeta = estica.
L L6
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
38/51
%r(.er(Ras$ad Urana ( Rad(u.a
Ras$ad uran(u.aU se $redsta"a nu"earno. reac(o.
to se $(e ( ao
:"( ras$ad rad(u.aRa
("(
http://sr.wikipedia.org/sr-el/%C3%90%C2%A3%C3%91%C2%80%C3%90%C2%B0%C3%90%C2%BD%C3%90%C2%B8%C3%91%C2%98%C3%91%C2%83%C3%90%C2%BChttp://sr.wikipedia.org/sr-el/%C3%90%C2%A0%C3%90%C2%B0%C3%90%C2%B4%C3%90%C2%B8%C3%91%C2%98%C3%91%C2%83%C3%90%C2%BChttp://sr.wikipedia.org/sr-el/%C3%90%C2%A0%C3%90%C2%B0%C3%90%C2%B4%C3%90%C2%B8%C3%91%C2%98%C3%91%C2%83%C3%90%C2%BChttp://sr.wikipedia.org/sr-el/%C3%90%C2%A3%C3%91%C2%80%C3%90%C2%B0%C3%90%C2%BD%C3%90%C2%B8%C3%91%C2%98%C3%91%C2%83%C3%90%C2%BC -
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
39/51
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
40/51
6adioactive eca7 -rocesses
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
41/51
ranced eca7:represents a
decaM process Shere theradioactive isotope can decaM tomore than one radiogenic daughteratom. !or eWample 86" can decaMto either 86@a '.
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
42/51
Odreivanje starosti uzorka Radioaaktivni ?8@ se proizvodi u na;oj
atmos*eri tako ;to se atomi?8
+ bombardujuneutronima koje proizvode kosmiki zraci.
"ada 7ivi organizam umre, prestaje njegovo
uno;enje ?8@ , i odnos ?8@ 4 ?
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
43/51
neutrona sa atomima azota '%zot ima Lprotona i L neutrona u jezgru).
+eutron izbacuje proton iz azotnih jezgarazamjenjuju1i ga sa neutronom. Froj protona
se smanjuje za ? 'sad ih je 2), ali masenibroj ostaje isti '?8).
ezgro sada ima 2 protona i neutrona in itsnucleus and *orm the isotope ?8@'radiocarbon). @=?8 is radioactive and
decaMs Sith a hal*=li*e o* >LB6 Mears back to+itrogen '?8+).
#he ?8@ atoms rapidlM *orm @O
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
44/51
%l*a raspad Dolonium=
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
45/51
Radioaktivne serije Dostoje tri glavne radioaktivne serije 'lanca) koje se oznaavaju
simbolima va7nih izotopa u seriji: U=
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
46/51
Radioaktivna serija: #orijum=
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
47/51
Radioaktivna serija: Uran=
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
48/51
Radioaktivna serija: Uran=
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
49/51
anci raspada za U=
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
50/51
"valitativna slika karte nuklida &tabilni nuklidi su u dijagonali karte nuklida oko koje su nestabilni
nuklidi. Yto su nuklidi dalje od dijagonale, to su vi;e nestabilni: imaju kra1e
periode polutaspada.
+uklidi sa jedne strane dijagonale su =emiteri, a oni sa druge
strane su Aemiteri. #e;ki nuklidi se raspadaju al*a raspadom i pretvaraju se u nuklide
koji su bli7i centralnoj liniji stabilnosti.
Egzotini raspadi: spontane *isije, p, ili n.
" t klid i d l d
-
7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije
51/51
"arta nuklida sa periodom poluraspada