Saldus pilsētas 2.vidusskolas
10.d klases skolnieces
Ievas Rubīnas
Alternatīvās dienas darbs (ķīmija un fizikā)
Radioaktivitāte
Radioaktivitāte ir dažādu ķīmisko elementu izatopu patvaļīgs, nepārtraukts sabrukšanas process, kurš nepakļaujas ārējai iedarbībai un kura rezultātā no viena ķīmiskā elementa izatopiem veidojas cita elementa izatopi.
Vēsture
Vācu fiziķis Rentgens 1895.gadā atklāja rentgena starus Kruksa caurulē, francūzis Bekerels 1896.gadā konstatēja, ka urāna rūda izstaro nezināmus starus, kas iet caur melnu papīru un iedarbojas uz fotoplati. Vēlāk šo parādību nosauca par radioaktivitāti, bet attiecīgās vielas par radioaktīvām vielām. 1897.gadā Pjērs un Marija Kirī no urāna rūdas ieguva jaunus elementus rādiju un poloniju. Rezefords 1919.gadā no slāpekļa ieguva skābekli.E.Rezefords un F.Sodijs pierādīja, ka radioaktīvajam starojumam ir salikta uzbūve.Frederiks Žolio- Kirī un Irēna Žolio-Kirī 1934.gadā bombardējot alumīnija atomu kodolus ar alfa daļiņām ieguva mākslīgo radioaktīvu elementu fosfora izatopu P30, un 1939 gadā kļuva skaidrs ,ka kodola dalīšana ir praktiski iespējama.
Radioaktivitātes veidi un to atklāšana
Aizkavētā n – Dž.Danings (ASV) 1939.gadā
Tiešā p – Dž.Černijs (ASV) 1970.gadā
Aizkavētā p – V.Karnouhovs (PSRS) 1962.gadā
Aizkavētā 2n – R.Azuma (Japāna) 1979.gadā
Aizkavētā 3n – K.Detrā (Francija) 1980.gadā
R.Azuma (Japāna)
Aizkavētā 2p – M.Keibls (ASV) 1983.gadā
Tiešā 14C – H.Ross (ASV) 1984.gadā
Dž.Džonss (ASV)
A.Oglobļins (PSRS)
Tiešā 24Ne – S.Sandalesku (Rumānija)
Aizkavētā 3H – K.Detrā (Francija)
n – neitrons, p – protons
Izatopi
Lai gan vienā un tajā paša elementā protonu skaits atomā ir viens un tas pats, neitronu skaits atomos var būt dažāds. Viena un tā paša elementa atomus, kas satur dažādu skaitu neitronu, sauc par izatopiem. Līdz ar to dažādiem izatopiem masas skaitlis ir dažāds. Pēc ķīmiskajām īpašībām izatopi neatšķiras, tie tādā pašā veidā reaģē, veidijot noteiktas vielas, tikai izatopu atomiem ir dažāda masa. Dažu izatopu, tā saukto radioizatopu, kodoli ir nestabili, tie spontāni izstaro (daļiņas vai elektromagnētisko starojumu) nolūkā kļūt stabilākiem.
Radioaktīvais starojums
Daudzas radioaktīvās vielas ir tikpat vecas kā Zeme.Citas ir jaunas un pastāv neilgu laiku, dažas no tām – pat ļoti īsu laiku. Radioaktīvās vielas izmanto sirds elektrostimulatoros, slimību un audzēju ārstēšanai, augu pētīšanai, elektroenerģijas iegūšanai utt. Nedrīkst aizmirst, ka pirms vairāk nekā 50 gadiem pirmās nomestās atombumbas un Černobiļas avārija 1986. gadā ir nodarījušas Zemei un tās iedzīvotājiem lielu postu. Radioaktīvās vielas var dot cilvēcei labumu, bet tās jālieto uzmanīgi, ievērojot piesardzību.
Radioaktīvā starojuma veidi
Radioaktīvo starojumu iedala 3 atšķirīgos veidos : alfa
beta
gamma
Alfa starojumu aiztur pat papīrs un plāns kartons, arī gaisā šis starojums spēj izplatīties tikai dažu centimetru attālumā.
Beta starojums ir ar lielāku caurspiešanas spēju, bet to pilnīgi absorbē plāna alumīnija vai cita metāla plāksne.
Gamma starojumam ir vislielākā caurspiešanas spēja, to tikai daļēji absorbē svina plāksne. Ja gamma starojums ir intensīvs, tad tas spēj izspiesties cauri 10cm biezai svina plāksnei.
Radioaktīvā starojuma sastāvs
Alfa starojumu veido liela izmēra relatīvi smagas daļiņas, kas caur gaisu vai citu vielu ir pakļautas biežām sadursmēm, tādejādi zaudējot savu enerģiju un līdz ar to arī ātrumu. Alfa daļiņas ir hēlija atoma kodoli, kas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem. Katras alfa daļiņu masa ir 4, bet lādiņš +2. Alfa daļiņu kustības ātrums sasniedz 17 000 km/s.
Beta daļiņas ir elektroni, kurus izstaro radioaktīvo atoma kodoli, kad neitrons pārvēršas par protonu. Beta daļiņu ātrums tuvojas gaismas ātrumam 300 000 km/s.
Gamma starojums ir elektromagnētiskais starojums ar ļoti īsa viļņa garumu, kuru izstarojot atoma kodols un līdz ar to arī atoms zaudē enerģiju.
* tabula kurā apkopotas alfa, beta un gamma īpašības.
Starojums Starojuma
daba Lādiņš Masa Caurspiešanas
spēja Novirze elektr. vai magn.lauka Jonizacijas spēja
Alfa starojums hēlija
atomu
kodoli pozitīvs 4
Protonu
masa absorbē papīrs,
10cm biezs gaisa slānis ir liela
Beta starojums ātrie elektroni negatīvs 1/2000
Protona masas Absorbē 3mm
bieza alumīnija plāksne ir vāja
Gamma starojums īsa viļņa garuma elektomagn. starojums nav nav Pavājina vairākus cm bieza svina plāksne nav ļoti vāja
Radioaktīvā sabrukšana
Radioaktīvā sabrukšana ir varbūtīgs process – nav iespējams paredzēt, kad tieši kāds noteikts atoma kodols pāries stabilākā formā un tieši kurš no kodoliem tas būs. Ir vairākas likumsakarības, kas ļauj prognozēt kādas vielas radioaktīvās sabrukšanas gaitu. Viena no tām ir tāda, ja vielā vai ķermenī atomu skaits ir liels, tad sabrūkošo atomu skaits ir proporcionāls nesabrukušo nestabilo atomu sakaitam. Tas nozīmē, ka, piemēram, tāda vielas paraugā, kurā ir divi miljoni nestabilu atomu, vidēji kādā laika sprīdī sabrūk divas reizes vairāk atomu nekā tādā šīs vielas paraugā, kurā ir viens miljons nestabilu atomu. Sabrūkot nestabilajiem atomiem, to skaits samazinās, līdz ar to sabrukšanas ātrums samazinās.
Pussabrukšanas periods
Pussabrukšanas periods ir laiks, kurā sabrūk puse no radioaktīvo elementu skaita. Stipri radioaktīvām vielām ir īss pussabrukšanas periods – tās ātri sabrūk.
Izatops Pusperiods Starojums Lietošana
Rādijs-221 30 s Alfa un gamma Vēža ārstēšana
Dzelzs (Fe-59) 45 dienas Beta un gamma Mehānismu testēšana
Ogleklis-14 5570 gadu Beta un gamma Datēšana ar oglekli
Urāns-238 500 milj. gadu Alfa un gamma Kdolenerģija
Radioaktivitātes mērīšana
Visdažādāko materiālu paraugus pakļauj radioaktivitātes pārbaudei – pārbauda pārtiku, kurināmo, augsni, celtniecības materiālus, transportlīdzekļus, kuri varētu būt bijuši radioaktīvi bīstamās vietās. Detektors kopā ar pārtikas paraugu tiek ievietots konteinerā ar biezām svina sienām, kuras absorbē fona radiāciju, kas varētu ietekmēt parauga aktivitātes mērījumus. Arī tad, ja mēra radioaktīvo paraugu aktivitāti, ir jālieto svina aizsargekrāns, lai neitralizētu fona radiāciju, vai arī tā iepriekš jāizmēra. Pēc tam no parauga un fona kopējās aktivitātes jāatņem fona aktivitāte.
Radioaktivitātes izmantošana
Radioaktīvos izatopus izmanto, lai pētītu dažādus procesus dzīvajos organismus, augos vai mehāniskās sistēmas. Ļoti mazu radioaktīvā izatopa devu ievada pētāmajā sistēmā. Radioaktīvo izatopu pārvietošanās vai uzkrāšanos var izsekot ar radioaktīvā starojuma detektoru. Šādu metodi sauc par iezīmēto atomu metodi. Radioaktīvās vielas izvēli nosaka vairāki faktori: kā šī viela sajaucas ar pētāmo vielu, kādu radioaktīvo starojumu tā emitē, cik liels ir tās pussabrukšanas periods utt.
Kodolreakcijas
Par kodolreakcijām sauc elementu atomu kodolu pārvērtības, kas norisinās, kodoliem iedarbojoties savā starpā vai arī uz tiem iedarbojoties ar elementārdaļiņām.
Ir divu veidu kodolreakcijas- kodolsadalīšanās reakcija un kodolsintēze. Abās reakcijās izdalās milzīgs enerģijas daudzums, kas rodas no nuklonu saites enerģijas. Atomu sauc par ”stabilu”, ja tajā ir liela saites enerģija, bet par ”nestabilu”, ja neliela saites enerģija.
Daži interesanti fakti
• Radiāciju var izmērīt ar ierīci, ko sauc par Geigera skaitītāju. Ar retinātu gāzi pildītā stobrā rodas elektrisks impulss, kas dzirdams kā klikšķis, ja radiācija ir tuvu.
• Apmēram 200 miljonu gamma staru no augsnes un ēkām ik stundu izplūst caur cilvēka ķermeni.
• Vispārējs kodolkarš var piespiest cilvēkus dzīvot pazemē vairākus mēnešus vai pat gadus.
• Apstarojot pārtiku ar gamma stariem, var nogalināt baktērijas. Šis process, saukts par iradiāciju, saglabā pārtiku svaigu. Taču daudzi cilvēki baidās no iespējamām sekām.
• Mākslīgai radioaktivitātei ir liela nozīme jaunu elementu sintēzē. Ir iegūti vairāk kā 1000 mākslīgo radioaktīvo izatopu (gandrīz visiem ķīmiskajiem elementiem).