Најважније из лекције
Радиоактивност: Спонтана трансформација нестабилних атомских језгара уз емисију зрачења (мерна јединица је бекерел, \(\text{Bq}\)).
Алфа (\(\alpha\)) зрачење: Језгра хелијума \(^{4}_{2}\text{He}\); мала продорност (папир); формула: \(^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + ^{4}_{2}\text{He}\).
Бета (\(\beta^{-}\)) зрачење: Брзи електрони настали распадом неутрона (\(\text{n} \rightarrow \text{p} + \text{e}^{-}\)); средња продорност (алуминијум); формула: \(^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow ^{A}_{Z+1}\text{Y} + \text{e}^{-}\).
Гама (\(\gamma\)) зрачење: Високоенергетски електромагнетни таласи; нема наелектрисања; највећа продорност (потребан оловни/бетонски штит); не мења \(A\) и \(Z\).
Алфа (\(\alpha\)) зрачење: Језгра хелијума \(^{4}_{2}\text{He}\); мала продорност (папир); формула: \(^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + ^{4}_{2}\text{He}\).
Бета (\(\beta^{-}\)) зрачење: Брзи електрони настали распадом неутрона (\(\text{n} \rightarrow \text{p} + \text{e}^{-}\)); средња продорност (алуминијум); формула: \(^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow ^{A}_{Z+1}\text{Y} + \text{e}^{-}\).
Гама (\(\gamma\)) зрачење: Високоенергетски електромагнетни таласи; нема наелектрисања; највећа продорност (потребан оловни/бетонски штит); не мења \(A\) и \(Z\).
Радиоактивност је појава спонтаног распадања нестабилних атомских језгара (радионуклида), при чему се емитује честично или електромагнетно зрачење и ослобађа енергија.
Радиоактивност је 1896. године случајно открио француски физичар Анри Бекерел, посматрајући дејство руде уранијума на фотографску плочу. Марија и Пјер Кири су касније изоловали нове радиоактивне елементе - полонијум и радијум.
Јединица за радиоактивност у Међународном систему (СИ) је бекерел (\(\text{Bq}\)). Један бекерел одговара једном распаду језгра у једној секунди (\(1\text{ Bq} = 1\text{ распад/s}\)).
Алфа (\(\alpha\)) зраци представљају сноп брзих језгара атома хелијума (\(^{4}_{2}\text{He}\)), која се састоје од два протона и два неутрона.
Имају позитивно наелектрисање (\(+2e\)) и релативно велику масу. Услед тога у електричном и магнетном пољу скрећу ка негативном полу/смеру, али под мањим углом у односу на бета-честице.
Продорност \(\alpha\)-зрака је веома мала - зауставља их обичан лист папира или неколико центиметара ваздуха.
Закон алфа распада: Приликом \(\alpha\)-распада, почетно језгро емитује \(\alpha\)-честицу (\(^{4}_{2}\text{He}\)). Масени број новонасталог језгра се смањује за 4, а редни (атомски) број за 2:
\[ ^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + ^{4}_{2}\text{He} \]
\(A\) - масени број, \(Z\) - редни (атомски) број, \(\text{X}\) - језгро родитељ, \(\text{Y}\) - језгро потомак
Алфа распад уранијума-238 при коме настаје торијум-234:
\[ ^{238}_{92}\text{U} \rightarrow ^{234}_{90}\text{Th} + ^{4}_{2}\text{He} \]
Бета-минус (\(\beta^{-}\)) зраци су сноп брзих електрона (\(\text{e}^{-}\)) који се емитују из атомског језгра. Постоји и бета-плус (\(\beta^{+}\)) зрачење, које представља сноп позитрона (\(\text{e}^{+}\)).
Пошто имају негативно наелектрисање (\(-e\)) и веома малу масу, у електричном и магнетном пољу скрећу у смеру супротном од \(\alpha\)-честица и под знатно већим углом.
Продорност \(\beta\)-зрака је већа од \(\alpha\)-зрака - зауставља их алуминијумска плочица дебљине неколико милиметара.
Електрони не постоје унапред у језгру, већ настају у тренутку распада трансформацијом једног неутрона у протон и електрон:
\[ \text{n} \rightarrow \text{p} + \text{e}^{-} \]
Закон бета-минус распада: Масени број \(A\) остаје непромењен, док се редни број \(Z\) повећава за 1:
\[ ^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow ^{A}_{Z+1}\text{Y} + \text{e}^{-} \]
Бета распад радиоактивног угљеника-14 у азот-14:
\[ ^{14}_{6}\text{C} \rightarrow ^{14}_{7}\text{N} + \text{e}^{-} \]
Гама (\(\gamma\)) зраци су електромагнетни таласи изузетно малих таласних дужина (високоенергетски фотони), по својој природи слични светлости и рендгенском зрачењу.
Немају наелектрисање нити масу мировања, па не скрећу у електричном и магнетном пољу.
Имају изузетно велику продорност - заустављају их тек дебели блокови олова (неколико десетина центиметара) или дебели бетонски зидови (преко једног метра).
Гама емисија се готово никада не јавља самостално, већ прати \(\alpha\) или \(\beta\) распад, када се језгро из побуђеног стања ослобађа вишка енергије. При томе се не мењају ни редни број \(Z\) ни масени број \(A\).
| Врста зрачења | Природа зрачења | Наелектрисање | Понашање у пољу | Продорност и заштита |
|---|---|---|---|---|
| Алфа (\(\alpha\)) | Језгра хелијума (\(^{4}_{2}\text{He}\)) | \(+2e\) | Скреће слабо ка негативном полу | Мала (зауставља је лист папира) |
| Бета (\(\beta^{-}\)) | Брзи електрони (\(\text{e}^{-}\)) | \(-1e\) | Скреће јако ка позитивном полу | Средња (зауставља је алуминијумска плоча) |
| Гама (\(\gamma\)) | Електромагнетни таласи (фотони) | \(0\) (неутрално) | Не скреће (пролази право) | Веома велика (заустављају је олово и бетон) |
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Која од три врсте зрачења (\(\alpha\), \(\beta\) или \(\gamma\)) не скреће у магнетном и електричном пољу и због чега?
У електричном и магнетном пољу не скрећу \(\gamma\)-зраци зато што су они електромагнетни таласи (фотони) и немају електрично наелектрисање.
Задатак 2 (средњи): Језгро радијума \(^{226}_{88}\text{Ra}\) емитује \(\alpha\)-честицу. Одредити масени број \(A\) и редни број \(Z\) новонасталог језгра радона (\(\text{Rn}\)) и написати једначину распада.
При \(\alpha\)-распаду масени број се смањује за 4, а редни број за 2:
\(A = 226 - 4 = 222\)
\(Z = 88 - 2 = 86\)
Једначина нуклеарног распада гласи: \[ ^{226}_{88}\text{Ra} \rightarrow ^{222}_{86}\text{Rn} + ^{4}_{2}\text{He} \]
\(A = 226 - 4 = 222\)
\(Z = 88 - 2 = 86\)
Једначина нуклеарног распада гласи: \[ ^{226}_{88}\text{Ra} \rightarrow ^{222}_{86}\text{Rn} + ^{4}_{2}\text{He} \]
Задатак 3 (средњи): Након бета-минус (\(\beta^{-}\)) распада изотопа олова \(^{214}_{82}\text{Pb}\) настаје ново језгро бизмута (\(\text{Bi}\)). Написати релацију овог распада и одредити састав новонасталог језгра (број протона и број неутрона).
При \(\beta^{-}\)-распаду масени број остаје исти, а редни број се повећава за 1:
\[ ^{214}_{82}\text{Pb} \rightarrow ^{214}_{83}\text{Bi} + \text{e}^{-} \]
Састав језгра бизмута \(^{214}_{83}\text{Bi}\):
• Број протона: \(Z = 83\)
• Број неутрона: \(N = A - Z = 214 - 83 = 131\)
• Број протона: \(Z = 83\)
• Број неутрона: \(N = A - Z = 214 - 83 = 131\)
Задатак 4 (тежак): Језгро уранијума \(^{238}_{92}\text{U}\) након низа радиоактивних распада прелази у стабилно језгро олова \(^{206}_{82}\text{Pb}\). Одредити колико је укупно \(\alpha\)-распада и \(\beta^{-}\)-распада чинило овај радиоактивни низ.
1. Одређивање броја \(\alpha\)-распада (\(n_\alpha\)):
Масени број \(A\) се мења само при \(\alpha\)-распадима (сваки смањује \(A\) за 4): \[ \Delta A = 238 - 206 = 32 \] \[ n_\alpha = \frac{32}{4} = 8 \] Дакле, догодило се 8 \(\alpha\)-распада.
2. Одређивање броја \(\beta^{-}\)-распада (\(n_\beta\)):
Сваки \(\alpha\)-распад смањује редни број \(Z\) за 2, а сваки \(\beta^{-}\)-распад повећава \(Z\) за 1: \[ Z_{\text{крајње}} = Z_{\text{почетно}} - 2 \cdot n_\alpha + 1 \cdot n_\beta \] \[ 82 = 92 - 2 \cdot 8 + n_\beta \] \[ 82 = 92 - 16 + n_\beta \] \[ 82 = 76 + n_\beta \implies n_\beta = 82 - 76 = 6 \] Дакле, догодило се 6 \(\beta^{-}\)-распада.
Масени број \(A\) се мења само при \(\alpha\)-распадима (сваки смањује \(A\) за 4): \[ \Delta A = 238 - 206 = 32 \] \[ n_\alpha = \frac{32}{4} = 8 \] Дакле, догодило се 8 \(\alpha\)-распада.
2. Одређивање броја \(\beta^{-}\)-распада (\(n_\beta\)):
Сваки \(\alpha\)-распад смањује редни број \(Z\) за 2, а сваки \(\beta^{-}\)-распад повећава \(Z\) за 1: \[ Z_{\text{крајње}} = Z_{\text{почетно}} - 2 \cdot n_\alpha + 1 \cdot n_\beta \] \[ 82 = 92 - 2 \cdot 8 + n_\beta \] \[ 82 = 92 - 16 + n_\beta \] \[ 82 = 76 + n_\beta \implies n_\beta = 82 - 76 = 6 \] Дакле, догодило се 6 \(\beta^{-}\)-распада.
