3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije

7/25/2019 3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije

1/51

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.


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


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, ?


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


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 ?.


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.


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


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


19/51

etiri tipa radioaktivnog raspada

?) al*a ') raspad = izbacuje se jezgro helijuma 89e '


20/51


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


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.


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.


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


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


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


27/51

U Pb

Serije

Oo je

radioaktinaserija! u kojojuran "roditelj# setransformirakro$ 1% koraka uoloo "k&i#'

U #h Db i t


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


29/51

% chain decaM involves the radioactive decaM o* intermediateradioactive daughter atoms that eventuallM decaM to stable

daughter such as the decaM o*


30/51


31/51

U=#h=Db Tserije 'lanci) raspada


32/51


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


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


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 +


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


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


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


39/51


40/51

6adioactive eca7 -rocesses


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 '.


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 ?


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


44/51

%l*a raspad Dolonium=


45/51

Radioaktivne serije Dostoje tri glavne radioaktivne serije 'lanca) koje se oznaavaju

simbolima va7nih izotopa u seriji: U=


46/51

Radioaktivna serija: #orijum=


47/51

Radioaktivna serija: Uran=


48/51

Radioaktivna serija: Uran=


49/51

anci raspada za U=


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


51/51

"arta nuklida sa periodom poluraspada

Documents

3-Radioaktivni Raspad i Raioaktivne Serije