REPUBLIKA SRBIJAUNIVERZITET U NIUFAKULTET ZATITE NA RADUOSNOVNE AKADEMSKE STUDIJE

PREDMET: HEMIJSKI PARAMETRI RADNE I IVOTNE SREDINETEMA: RADIOAKTIVNOST

MENTOR: STUDENT:dr Amelija orevi, docent Milo Markovi 13026

NI, 2015SADRAJ

UVOD..11. RADIOAKTIVNOST..22. OTKRIE RADIOAKTIVNOSTI..32.1. Prirodna radioaktivnost.....33. PRIRODA RADIOAKTIVNOG ZRAENJA....53.1. Alfa estice....63.2. Beta estice...........................................................................................................................73.3. Gama zraci................................................................................................................................84. VETAKA RADIOAKTIVNOST............................................................................................9ZAKLJUAK11LITERATURA..12

UVOD

Radioaktivnost je spontani proces u kojem se atomsko jezgro, emitujui jednu ili vie estica ili kvanata elektromagnetnog aea, preobraava u drugo jezgro. Prvobitno nije bila poznata priroda zraenja nego se zbirno govorilo o radijaciji pa je ova pojava raspada jezgra nazvana radioaktivnost, a jezgra koja emituju estice ili zraenje radioaktivna jezgra ili, ispravnije radioaktivni izotopi. Raspadom poetnog jezgra, koje se naziva i jezgro roditelj, nastaje novo jezgro, potomak, koje moe da ima redni broj Z i/ili maseni broj A razliit od jezgra roditelja. Radioaktivni raspad karakterie se vrstom i energijom emitovane radijacije i vremenom poluraspada. U prirodi se javljaju alfa-raspad, beta-raspad i gama-raspad. Pri alfa-raspadu radioaktivna jezgra emituju jezgra helijumovih atoma He++. Kod beta--raspada, iz jezgra se emituju elektron i antineutrino, a kod gama-raspada jezgro zrai elektromagnetne talase (fotone) velike energije. U laboratoriji mogu da se dobiju i jezgra koja se raspadaju emitujui pozitrone i neutrine (beta+-raspad).

1. RADIOAKTIVNOST

Radioaktivnost predstavlja nuklearnu pojavu, tj. svojstvo nekih hemijskih elemenata, odnosno njihovih izotopa (razni vidovi atoma istog hemijskog elementa, imaju isti atomski broj broj protona u atomskom jezgru i broj elektrona u atomskom omotau, ali razliit broj neutrona u jezgru i razliitu masu atomskih jezgara) da emituju nevidljive estice i zrake velike energije. Te estice i zraci potiu iz atomskog jezgra. Opte svojstvo radioaktivnih zrakova je da deluju na fotografsku plou, da prodiru kroz razne materijale izvesnih debljina, da izazivaju jonizaciju gasovai fluorescenciju raznih tela.

Slika 1: Izgled simbola radioaktivnosti

2. OTKRIE RADIOAKTIVNOSTI

2.1. Prirodna radioaktivnostPojava da X - zraci izazivaju fluorescenciju navela je (1896. godine) fiziara Anri Bekerela (Henri Becquerel) na ideju da ispita da li materije koje jako fosforesciraju i fluoresciraju, same po sebi emituju X zrake. Ovu zavisnost Bekerel je hteo da ispita na uranovim rudama, za koje je tvrdio da stalno u mraku fluoresciraju. Za tu svrhu upotrebio je istu so kalijum uranil sulfat, koja u mraku stalno svetli slabom zelenkastom luminiscentnom svetlou. Izazivanjem fotografske ploe, koja je prethodno bila uvijena u crnom papiru iznad koga se sluajno nalazila uranova so, Bekerel je konstatovao da je ploa na tom mestu pocrnela. Na osnovu toga zakljuio je, da uranova so emituje neke nevidljive zrake, koji prolaze kroz papir i deluju na fotografsku plou.Daljim istraivanjem Bekerel je utvrdio, da zraci koje emituju uranova jedinjenja izazivaju jonizaciju vazduha, fluorescenciju i prolaze kroz papir, tanke ploice aluminijuma i bakra. Prema tome ovi zraci koje spontano emituju uran i njegova jedinjenja imaju slina svojstva kao X zraci. No, ipak ovi zraci nazvani su Bekerelovim zracima. Docnije 1899. godine, Bekerel je utvrdio da neki zraci skreu od svoga pravca prostiranja kad se nalaze u magnetnom polju. Ovom injenicom je dokazano da se Bekerelovi zraci sastoje iz naelektrisanih estica i prema tome su drukije prirode nego X zraci. Uzrok Bekerelovim zracima nije tada bio poznat. To je dalo povoda pariskoj hemiarki Mariji Kiri (Marya Curie, roena Sklodovski), po narodnosti Poljakinji da i ona zapone istraivanje uranovih i drugih preparata koji otputaju ovakve zrake. Ve posle godinu dana ona je utvrdila da mineral uraninit emituje pet puta jae zrake nego ist element uran. U saradnji sa svojim suprugom Pjer Kirijem (Pierre Curie), profesorom fizike u Parizu i asistentom Bemonom (Bemont) Marija Kiri zapoela je istraivanje sastojaka uraninita hemijskom analizom. Ona je utvrdila da se uraninit sastoji iz uranovog oksida i jo nekih jedinjenja i elemenata meu kojima se nalazi i bizmut.Veoma je znaajno da je Marija pomou osetljivog elektroskopa uz primenu piezoelektriciteta i jonizacije vazduha izazvane aktivnou zrane supstancije, merila zraenja pojedinih frakcija dobijenih iz uraninita. Takvim merenjem ona je utvrdila da bizmut dobijen iz uraninita ima 60 puta jae zraenje nego ist uran. Zajedno sa svojim suprugom Marija je zakljuila da to zraenje nastaje usled prisustva neke koliine nepoznatog elementa koji je ona u poast svoje otabine nazvala polonijum (Po). Sad se taj element naziva radijum (Ra). Nezavisno od mita koji je 4. aprila 1898. godine u Erlangenu otkrio da i element torijum (Th) zrai isto kao i uran, Marija je takoe to isto otkrila i 12. aprila 1898. godine o tome izvestila Akademiju nauka u Parizu. Zatim je 26. decembra 1898. godine objavila da talog barijum-sulfata dobijen iz uraninita ima jo veu mo zraenja od polonijuma usled prisustva jednog nepoznatog elementa. Ona je tom elementu dala ime radijum (lat. radiare = zraiti) i predloila da se lementi koji zrae Bekerelove zrake nazovu radioaktivni elementi , a to njihovo svojstvo radioaktivnost. Zraci koje emituju radioaktivni elementi otada se nazivaju radioaktivni zraci. Poto je francuski naunik Debiern 1899. godine takoe otkrio jedan radioaktivan elemenat i nazvao ga aktinijum (Ac) to znai da je ve poetkom XX veka bilo poznato pet radioaktivnih elementa: U, Th, Po, Ac i Ra. Meu ovima radijum je bio poznat kao vano terapijsko sredstvo za leenje raka. Naime, poto se pokazalo da radijumhlorid ima jaku radioaktivnost pariski lekar Danlo konstatovao je da se zraci koje emituje radijum mogu upotrebiti za leenje raznih bolesti, liajeva i raka. Kasnije je ustanovljeno da su svi elementi iznad rednog broja 83 u Periodnom sistemu elemenata radioaktivni. Izuzetak ine neki laki elementi kao to su kalijum, ribidijum, lutecijum i drugi, koji takoe ispoljavaju radioaktivno svojstvo ali znatno manjoj meri. Veliki broj naunika je radio na otkrivanju prirodne radioaktivnosti. Oni su ustanovili da do tog zraenja dolazi spontano i stalno bez ikakvih spoljanjih uticaja i da brzina zraenja ne zavisi od temperature, pritiska i slino.

3. PRIRODA RADIOAKTIVNOG ZRAENJA

Mada su opta svojstva radioaktivnog zraenja bila poznata odmah po otkriu radioaktivnosti, ipak se tada o njihovoj sutini nije nita znalo. Ve 1900. godine bilo je poznato da jedan deo radioaktivnih radijacija moe da skree u magnetnom polju. Istovremeno je Raderfort (Ernest Rutherford) na osnovu ispitivanja prolaza radioaktivnih zraka kroz tanke listie aluminijuma utvrdio da kod radijacije uranovih jedinjenja ima dve vrste zraka. Onu vrstu zraka koji ne mogu da prou kroz aluminijumsku ploicu deblju od 0,002 cm, Raderford je nazvao zracima, a onu vrstu, koja je prolazila kroz deblje sloveje, nazvao je zracima. Francuski naunik Vilard otkrio je 1900. godine i treu vrstu radioaktivnih zraka za koje je utvrdio da imaju veliku prodornu mo id a ne skreu u magnetnom polju. Ovi zraci nazvani su zraci. Otada je poznato da prirodno radioaktivne materije zrae trovrsne zrake, koji se mogu meusobno razdvojiti u jakom magnetnom ili elektrinom polju i obeleavaju se grkim slovima , i .Kasnijim ispitivanjima ovih zrakova ustanovljena su ostala njihova svojstva i priroda. Treba imati u vidu da pojedini radioaktivni elementi emituju ili samo zrake ili samo zrake a zrake samo jedni elementi, dok ih drugi emituju ili uz zrake ili uz zrake. Samo izuzetno nekoliko radioaktivnih elemenata emituju sve tri vrste zraka kao na primer RaC, ThC i AcC.

3.1. ALFA ESTICE

Za zrake je utvreno da su slini kanalskim zracima, dakle, korpuskuralne su prirode. Poto se sastoje iz pozitivno naelektrisanih estica razumljivo je da skreu u elektrinom i magnetnom polju po istim zakonima kao i kanalski zraci. Ovo je Raderford zakljuio na osnovu toga to je primenom Tomsonove metode mogao da odredi njihovo specifino naelektrisanje q / m , gde je q naelektrisanje jedne estice a m njena masa i iznosi 4,822 . 104 Coul/g, a m = 6,636 10-34 g odnosno m = 4mH. Prema tome masa jedne estice je jednaka etvorostrukoj masi atoma vodonika to odgovara masi jednog atoma helijuma. Identinost estica sa helijumom eksperimentalno su dokazali Radeford i Rojds 1909. godine. To su estice koje se sastoje iz dva protona i dva neutrona, to znai d aim je naelektrisanje +2e, a masa im je etriri puta vea od mase protona odnosno neutrona. Izletanjem iz supstancije estice jonizuju vazduh i time se usporavaju. One imaju relativno malu prodornu mo, pa ih moe zaustaviti list hartije ili aluminijumska folija debljine 0,06 mm. Usled velike mase i relativno male brzine estice na svom putu kroz vazduh obrazuju veliki broj jonskih parova uz utroak odreene energije. Put na kome one vre jonizaciju naziva se domet estica. Na kraju dometa (koji iznosi 3 4 cm) estice prelaze u neutralne atome helijuma. Domet estica zavisi i od vrste radioaktivne supstancije koja ih emituje. estice deluju na fotografsku plou (na kojoj ostavljaju kratke i iroke tragove) i izazivaju fluorescenciju na nekim supstancijama.

Slika 2: Alfa estice3.2. BETA ESTICE

Sva ispitivanja su pokazala da se zraci ponaaju slino katodnim zracima. To je ukazivalo da je i njihova priroda ista. Da bi dokazao slinost izmeu i katodnih zraka Bekerel je merio skretanje zraka u elektrinom i magnetnom polju in a osnovu toga odredio njihovu brzinu kao i naelektrisanje. Po Bekerelovim reima ovi rezultati su potpuno istog reda veliine kao kod katodnih zraka. Kasnijim radovima je dokazano da su zraci isto kao i katodni zraci struja brzih elektrona. Radioaktivni izvori emituju estice brzinama koje su pribline brzini svetlosti. Brzine estica su razliite to zavisi od prirode radioaktivnog elementa. Oni su znatno prodorniji od estica, tako da mogu proi kroz list hartije debljine 1 mm dok ih zaustavlja aluminijumska ploica debljine 5 mm. Domet estica u vazduhu je oko 100 puta vei nego estica. Interesantno je da su estice slabiji jonizatori gasova. Njihov trag na fotografskoj ploi je znatno tanji i dui pa se po tome lako identifikuju. S obzirom na velike brzine kojima se kreu, njihova masa je znatno vea nego masa elektrona u mirovanju m0, i izraunava se pomou Ajntajnove relacijem = m0 / 1 v2/c2gde je:m masa estice u kretanjuv brzina esticec brzina svetlosti

Energije estica su vrlo razliite i zavise od vrste radioaktivne supstancije koja ih emituje. Zbog manje mase, oni u elektrinom i magnetnom polju vie skreu od estica.

3.3. GAMA ZRACI

Za razliku od i zraka, koji imaju korpuskularnu prirodu zraci predstavljaju elektromagnetne talase male talasne duine. Priroda ovog zraenja je ista kao i priroda svetlosti samo je razlika u talasnoj duini i svojstvima koja su time uslovljena. Ovi zraci su znatno prodorniji od rendgenskih zrakova. Mogu proi i kroz olovnu plou debljine 20 cm. Njihov domet u vazduhu je znatno vei nego i zrakova, ali im je jonizaciona mo znatno manja. I ovi zraci deliju na fotografsku plou.Iz prethodnog izlaganja moe se zakljuiti da su i zraci korpuskularne prirode, zraci su analogni kanalskim zracima, a zraci katodnim zracima. Ova analogija se odnosi samo na njihovu prirodu, ali meu njima postoje i bitne razlike. zraci su analogni rendgenskim zracima, al ii meu njima postoje bitne razlike. Prema tome, Radioaktivno zraenje je sloene prirod, naime neki zraci su talasne a neki korpuskularne prirode.

4. VETAKA RADIOAKTIVNOST

Kod prirodne radioaktivnosti imamo primer spontane transmutacije jednog elementa u neki drugi. Odmah se postavilo pitanje da li se moe in a koji nain ostvariti vetakim putem transmutacija (preobraaj) nekog elementa. Radeford je uspeo da prvi u istoriji ostvari jednu takvu promenu. On je ispitivao zavisnost dometa estica od pritiska i od vrste gasa. Suprunici Kiri prvi su 1934. godine pomiu nuklearnih reakcija dobili vetake radioaktivne elemente. To su izotopi nekih elemenata kojih gotovo nema u prirodi jer im je vreme poluraspada vrlo kratko te brzo prelaze u stabilna jezgra. Vetaki radioaktivni elementi imajku primenu u medicini (radioaktivni jod), poljoprivredi, umarstvu, prehrambenoj industriji i uopte u nauci i tehnici.

Slika 3: Prodor Alfa, Beta i Gama zraka

ZAKLJUAK

Prirodna radioaktivnost Zemljine kore, vazduha i vode je uglavnom stalna i takvoj meri da ne deluje tetno na iva bia. Meutim, sve vea opasnost postoji od poveanja koliine vetakih radioaktivnih materija, prvenstveno radioaktivnog zagaiivanja vazduha koje nastaje usled intezivne prerade urana, proizvoenja radioaktivnih izotopa, nuklearne energije a naroito usled radioaktivnih padavina izazvanih nuklearnim eksplozijama atomskih bombi. Meunarodna komisija usvojila je 1950. godine da je za oveka dozvoljena doza zraenja 0,3 r za nedelju dana. Za sada se smatra da je doza od 400 500 r smrtonosna ako se primi u kratkom vremenu. Radioaktivno zraenje samo u granicama dozvoljene doze moe sluiti za terapijske svrhe kao to je sluaj u vodama i vazduhu poznatih radioaktivnih banja i klimatskih leilita. Meutim velike koliine radioaktivnog zraenja izazivaju teka oboljenja pa i smrt.

LITERATURA

1. Hemijski parametri radne i ivotne sredine, Danilo Popovic, Fakultet zatite na radu u Niu2. Energija, Dragan Miti, Univerzitet u Niu, Mainski fakultet3. www.google.rs4. http://www.znanje.org/i/i21/01iv08/01iv0807/Radioaktivnost.htm11