Atomenergia Atomfizikai egysgek Atomi tmegegysg 1 u a

Atomenergia

Atomfizikai egységek Atomi tömegegység 1 u = a szén-12 atom tömegének 1/12 része 1 u = 1, 66054∙ 10 -27 kg Energiaegység: elektron volt 1 e- töltéssel rendelkező részecske mozgási energiájának változása 1 V gyorsítófeszültség hatására 1 e. V = 1, 60217733∙ 10 -19 J

Atomfizikai egységek Elemi töltés 1 e = 1, 60217733 · 10 -19 C (p+ – e-) Tömeg – energia ekvivalencia E = mc 2 Fénysebesség c = 299 792 458, 2 m/s 1 u tömeg által képviselt energia E 1 u = 1, 4922 · 10 -10 J = 931, 34 · 106 e. V

Magfizikai alapok Atomot és atommagot felépítő (főbb) részecskék: n proton, jele p+, pozitív töltésű (+1 e), tömege 1, 00727 u; n neutron, jele n 0, semleges töltésű, tömege 1, 00866 u; n elektron, jele e-, negatív töltésű (-1 e), tömege 0, 00055 u; n pozitron, jele e+, pozitív töltésű (+1 e), tömege 0, 00055 u.

Magfizikai alapok Atommagot felépítő részecskék: proton és neutron: nukleon. Jelölések: n protonszám (rendszám): Z; n neutronszám: N; n tömegszám: A=N+Z. Az elem jele:

Magfizikai alapok Magrészecskék közötti erők Coulomb-erő (taszító) Gravitációs erő (vonzó)

Magfizikai alapok Összetartó erő: magerők. Jellemzői: n erős kölcsönhatás; n nukleonok között hat és töltésfüggetlen; n rövid (~10 -15 m) hatótávolságú; n kicserélődési jellegű (p+→n 0, n 0→p+); n mezonok közvetítik.

Magfizikai alapok Az atommag potenciáltere

Magfizikai alapok Tömeghiány, kötési energia atomtömeg ≠ ∑(részecskék tömege) Részecskék (2 mp++2 mn 0+2 me-) Atom (M) Tömeghiány (ΔM): Kötési energia B = E = ΔMc 2 = = = 4, 0330 u 4, 0026 u 0, 0304 u

Magfizikai alapok Fajlagos kötési energia (B/A)

Magfizikai alapok Atomenergia hasznosítás Könnyű magok → fúzió (egyesítés) Felszabaduló energia: [(B/A)kiinduló-(B/A)keletkező]·Akeletkező deutérium-hélium: Δ(B/A)=6, 075 Me. V energia = 24 Me. V/He atom képződés

Magfizikai alapok Atomenergia hasznosítás Nehéz magok → fisszió (hasítás) 7, 35 Me. V/nukl. ~8, 2 Me. V/nukl. felszabadul: ~0, 9 Me. V/nukl. energia = 200 Me. V/ U atom hasadás

Atommagok stabilitása izotóp: Z=áll. , N, A változó ugyanazon elem különböző tömegszámú változata izoton: N=áll. , Z, A változó azonos neutronszámú elemek izobár: A=áll. , N, Z változó állandó tömegszámú elemek

Természetes radioaktivitás Energiaminimumra való törekvés ↓ Bomlás, részecske kibocsátás ↓ Gerjesztett izotóp ↓ γ sugárzás ↓ stabil izotóp

Radioaktív bomlások Bomlások fajtái – β--bomlás (negatív bétabomlás), – β+-bomlás (negatív bétabomlás), – K-befogás (inverz bétabomlás), – α-bomlás, – neutron-kibocsátás, – γ-foton kibocsátása, – izomer átalakulás.

Radioaktív bomlások β- bomlás (negatív bétabomlás) β- részecske: magból kilépő elektron izobár átalakulás neutrontöbblet csökken

Radioaktív bomlások β+ bomlás (pozitív bétabomlás) β+ részecske: pozitron (pozitív elektron) izobár átalakulás protontöbblet csökken

Radioaktív bomlások K-befogás (inverz bétabomlás) elektron befogás a K-héjról izobár átalakulás protontöbblet csökken röntgensugárzás

Radioaktív bomlások α-bomlás α-részecske: He atommag (2 p++2 n 0) (nagytömegű elemekre jellemző) tömegszám csökken a termékmag gerjesztett γ-foton kibocsátás

Radioaktív bomlások n 0 -emisszió neutrontöbblet csökken izotóp átalakulás

Radioaktív bomlások Bomlást kísérő jelenségek γ-foton kibocsátás gerjesztett állapot → alapállapot izomer átalakulás β-részecske kibocsátás utáni tartósan gerjesztett állapot

Radioaktív bomlások A bomlás időbeli lefolyása (Q: forrástag) d. N=(Q-λN)d. T λ bomlási állandó, [λ]=1/s Ha Q=0 (csak bomlás): Megmaradó (anyaelem) magok száma: N = N 0 e -λ T Keletkező stabil (leányelem) magok száma: N 0 -N=N 0(1 -e-λT)

Radioaktív bomlások Felezési idő, amikor N/N 0=2 a felezési idő

Radioaktív bomlások Aktivitás, A Mértékegység: [A] = Bq. 1 Bq (becquerel) = 1 bomlás/s

Radioaktív bomlások Instabil közbenső mag A→B→C λA λB anyaelem-közbenső elem: d. NA=-λANAd. T közbenső elem-leányelem: d N B = λ A N A d T -λ B N B d T forrástag

Radioaktív bomlások Instabil közbenső mag

Radioaktív bomlások Többféle bomlási folyamat egyidejűleg pl. szervezetbe jutott radioaktív anyag effektív bomlási állandó: λeff=∑ λi effektív felezési idő: Teff=1/ ∑ 1/Ti

Sugárzások hatásai α-részecske (nagytömegű, pozitív töltésű) n ionizáció → ionpár keletkezik; n abszorpció → új elem + neutronkibocsátás; n rövid hatótávolságú (~cm. . μm tartomány); n inkorporáció esetén veszélyes.

Sugárzások hatásai β-részecske (kistömegű, +/- töltésű) n elektron gerjesztés → ionizáció; n atomi erőtér → fékezési sugárzás → fény; n rövid hatótávolságú (~cm. . mm tartomány).