Nuklearna fizika, alfa, beta i gama zračenje

Nuklearna fizika

1. ЕЛЕМЕНТИ АТОМСКЕ И НУКЛЕАРНЕ ФИЗИКЕ Наставница: Марија Савић Ученица: Дуња Зракић , VIII 2

2. С АДРЖАЈ 01 Увод 04 Дејство радиоктивног зрачења на биљни и животињски свет 05 Вештачка радиоактивност 06 Примена нуклеарне енергије и радиоактивног зрачења 03 Природна радиокативност . 02 Структура атома и нуклеарне силе 07 Закључак

3. Свако ново откриће има своје добре и лоше стране. Резултати истраживања у вези атомске и нуклеарне физике допринели су развоју човечанства. Унапредили су енергетику, медицину, археологију,… Нажалост десиле су се и катастрофе планетарних размера ескплозијама у нуклеарним електранама Чернобиљ и Фукушима . 01 - УВОД

4. Стари Грци су сматрали да се сва тела састоје од невидљивих и недељивих честица , које су назвали АТОМИ ( недељив ). 02 - СТРУКТУРА АТОМА И НУКЛЕАРНЕ СИЛЕ Крајем XIX и почетком XX научници су п оказали да се те честице ипак могу делити на ситније , ЕЛЕМЕНТАРНЕ ЧЕСТИЦЕ . Планетарни модел атома је поставио Радерфорд , у централном делу атома је позитивно наелектрисање док око њега круже негативно наелектрисани електрони .

5. Од чега је материја направљена Прва теорија атома 1803 Пронађени електрони 1897 Планетарни модел атома 1911 Скачући елекрони 1913 Квантни модел атома 1920 Садашњи модел атома 1927 Модели атома кроз време

6. АТОМ је основна јединица материје . Састоји се од: Централног језгра - позитивно наелектрисане протоне и неутралне неутроне Омотача - негативно наелектрисаних електрона Шта је атом ? Интеракција између ових честица одређује својства и понашање хемијских елемената .

7. Симбол атомског језгра

8. Електронски омотач Регион око језгра где круже електрони . Електрон Негативно наелектрисан субатомски честица која кружи око језгра . Атомске орбитале Тродимензионални региони у којима се највероватније налазе електрони у атому. КОМПОНЕНТЕ АТОМА - ОМОТАЧ m e =1,6749*10 -27 kg

9. Неутрон Неутрална честица у атому језгро поред протона. Протон Позитивно наелектрисана честица у атомском језгру . Атомско језгро Позитивно наелектрисан центар атома који садржи протоне и неутроне . КОМПОНЕНТЕ АТОМА - ЈЕЗГРО m p =1,6726*10 -27 kg m n =1,6749*10 -27 kg

10. Однос честица-маса 1. УПОРЕЂИВАЊЕ МАСЕ П ротони и неутрони много масивнији од електрона у атому. 3. УТИЦАЈ НА ХЕМИЈСКА СВОЈСТВА Однос честица -маса утиче на хемијска својства тако што утиче на привлачење електрона у језгро , чиме утиче на реактивност и хемијску везу. 2. УТИЦАЈ НА АТОМСКУ МАСУ Маса електрона је занемарљива у поређењу са масом протона и неутрона , што претежно одређује атомску масу .

11. Шта је конфигурација електрона? Електронска конфигурација о дређује како атом комуницира са другима и утиче на његову способност да формира хемијске везе и учествује у реакцијама . Распоред електрона који круже око језгра назива се ЕЛЕКТРОНСКА КОНФИГУРАЦИЈА . Ово разумевање је кључно за објашњење својстава и понашања елемената у периодном систему.

12. Број електрона на нивоу Ознака орбите Енергетски подниво 2e K s 8e L s, p 18e M s, p, d 32e N s, p, d, f 18e P s, p, d 8e Q s, p 32e O s, p, d, f КОНФИГУРАЦИЈА ЕЛЕКТРОНА

13. ИЗОТОПИ И ИЗОБАРИ И ЗОТОПИ - Хемијски елементи са истим редним бројем , а различитим масеним бројевима . ИЗОБАРИ имају : једнак масени а различите атомске бројеве , j еднак број нуклеона али различите хемијске особине . Водоник Деутеријум Трицијум H 1 1 H 2 1 H 3 1 S 40 16 Cl Ar 40 17 40 18

14. Периодни систем елемената

15. Нуклеоне у језгру на окупу држе јаке НУКЛЕАРНЕ СИЛЕ . То су најјаче силе у природи и делују само на малим растојањима ( унутар пречника атомског језгра ) - па се називају и СИЛЕ КРАТКОГ ДОМЕТА . НУКЛЕАРНА ФИЗИКА (физика атомског језгра ) БАВИ СЕ ПРОМЕНАМА УНУТАР АТОМСКОГ ЈЕЗГРА . НУКЛЕАРНА ФИЗИКА

16. НУКЛЕАРНА ФИЗИКА - ПРОУЧАВА СТРУКТУРУ, СВОЈСТВА И ТРАНСФОРМАЦИЈЕ ЈЕЗГАРА. 03 - Природна радиокативност Језгро је СТАБИЛНО када је број протона приближно једнак броју неутрона .

17. РАДИОКТИВНИ РАСПАД У одређеном тренутку радиоктивно (НЕСТАБИЛНО) језгро се спонтано распада. Притом настаје ново језгро , емитују се одређене честице или зраци и ослобађа се одговарајућа енергија . Та појава се зове РАДИОАКТИВНИ РАСПАД или ПРИРОДНА РАДИОАКТИВНОСТ . Трансформације језгара дешавају се случајно и не могу се тачно предвивети .

18. ПРИРОДНА РАДИОАКТИВНОСТ Процес спонтаног распада нестабилних језгара при којем се емитују α , β или γ зраци.

19. РАДИОКТИВНИ РАСПАД Анри Бекерел је открио да постоје ТРИ врсте радиоактивног зрачења . Алфа честице – позитивно наелектрисане честице које иду ка негативној електроди . α – зраци Бета честице – негативно наелектрисане честице које иду ка позитвној електроди β – зраци Гама честице – нису промениле правац кретања, то значи да су неутрално наелектрисане γ - зраци

20. АЛФА распад Приликом алфа распада добија се језгро новог елемента и емитује се АЛФА честица . Алфа честица је језгро хелијума : или H е 4 2 α 4 2 Ново језгро има два протона и два неутрона мање у односу на почетно језгро. X А Z Y А Z α 4 2

21. БЕТА распад Један неутрон се трансформише у протон и електрон који напушта језгро (од неутралне честице настаје једна позитивна и једна негативна честица исте количине наелектрисања ) Услед тога језгро садржи један неутрон мање али један протон више у односу на почетно језгро. Укупан број нуклеона а тиме и масени број остаје непромењен. Редни број новог језгра се повећава за један. Z+1 X А Z Y А Z +1 + е - n p + + е - Ако се у језгру протон трансформише тако да настане неутрон и емитује се позитивно наелектрисана честица ПОЗИТРОН. β - распад β + распад p n + е + Услед тога језгро садржи један протон мање али један неутрон више у односу на почетно језгро. Укупан број нуклеона а тиме и масени број остаје непромењен. Редни број новог језгра се смањује за један. Z - 1 X А Z А Z - 1 + е + Током бета распада добија се језгро новог елемента и емитује се један ЕЛЕКТРОН ( β - ) или ПОЗИТРОН ( β + ) . Y

22. ГАМА распад Након алфа и бета распада језгро се обично налази у побуђеном стању (са вишком енергије). Да би се ослободило вишка енергије емитује ГАМА ЗРАКЕ. ГАМА ЗРАЦИ СУ ЕЛЕКТРОМАГНЕТНИ ТАЛАСИ ВИСОКЕ ФРЕНКВЕНЦИЈЕ, ОДНОСНО ЕНЕРГИЈЕ. Енергија гама зрака је знатно већа од енергије алфа и бета честица па су изузетно продорни.

23. ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА Т 1/2 Брзине којима се распадају различити елементи се разликују. ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА је време за које се распадне половина од укупног броја језгара неког радиоактивног елемента Т 1/2 . ПОЛОНИЈУМ – 164 микросекунде РАДОН – 3.8 ДАНА РАДИЈУМ – 1620 година УГЉЕНИК – 5730 година КАЛИЈУМ – 1,3 милијарде година УРАНИЈУМ – 4,5 милијарди година

24. Човек је непрекидно и з ложен дејству радиоактивног зрачења које долази из непосредног окружења . Ефекти штетног зрачења зависе од АПСОРБОВАНЕ ДОЗЕ ЗРАЧЕЊА , тј . енергије зрачења коју прими тело по јединици масе . Апсорбована количина зрачења Греј ( Gy ) : 1Gy = 1 J/kg 03 - ДЕЈСТВО РАДИОКТИВНОГ ЗРАЧЕЊА НА БИЉНИ И ЖИВОТИЊСКИ СВЕТ

25. Радиоактивно зрачење Мења структуру и својства средине кроз коју пролази. Ефекат дејства радиоактивног зрачења јесте ЈОНИЗАЦИЈА ЧЕСТИЦА СРЕДИНЕ зато га називамо и ЈОНИЗУЈУЋЕ ЗРАЧЕЊЕ. У живим организмима јонизација изазива промене на ћелијском нивоу. Промене могу настати после неколико секунди или више година. Тежина промена зависи од: Дозе озрачења Дужине излагања Учесталости излагања

26. Радиоактивно зрачење Еквивалентна доза зрачења узима у обзир моћ датог зрачења да у организму изазове оштећење. Јединица је СИВЕРТ ( Sv ) Алфа честице – су наелектрисане и имају већу масу, а мању брзину од бета и гама честица. Неколико центиметара ваздуха или лист папира може да заустави јонизујуће зрачење алфа честицама. Бета честице – лакше и брже од алфа честица, пралзе и до неколико метара . Може на кожи да изазове опекотине. Потпуна заштита од бета зрачења је алуминијумска фолија (1 mm ) , стаклена или дрвена плоча. Гама честице – најпродорнији су гама зраци и имају највећу енергију. Већи део гама зрачења апсорбује олово дебљине неколико центиметара или бетонски зид 1 метра . За заштиту од гама зрака користити материјале велике густине.

27. НУКЛЕАРНЕ РЕАКЦИЈЕ су процеси трансформације атомских језгара сударом са лаким честицама. Тешко језгро се бомбардује са убрзаним лаким честицама – пројектилима и притом настаје једно или два нова језгра и једна или више лаких честица. Пројектили могу бити: Протони Алфа честице Неутрони Два типа нуклеарних реакција су: ФИСИЈА и ФУЗИЈА . 05 – ВЕШТАЧКА РАДИОАКТИВНОСТ

28. Нуклеарна фисија - ЦЕПАЊЕ тешког језгра на два лакша. Фисија може да буде: Спонтана – одвија се свакодневно али споро Индукована – настаје кад атомско језгро захвати један неутрон , при чему оно постаје нестабилно и цепа се на два нова језгра . ФИСИЈА Уколико ново језгро захвати неки од емитованих неутрона , настаје непрекидна реакција и изазива фисију нових језгара . Процес нуклеарне фисије се одвија на контролисан начин у нуклеарним реакторима .

29. Нуклеарна фузија је процес СПАЈАЊА лаких језгара у теже уз ослобађање велике количине енергије. Фузија се одвија само у екстремним физичким условима , ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОЈ ПЛАЗМИ . Контролисана фузија ( извођење у лабораторијама ) још није исплатива као масован извор енергије . У термонуклеарном оружју фузија се одвија некотролисано и не може се користити у мирнодопске сврхе . У будућности фузија би могла да се користи као значајан извор енергије . Спајањем деутеријума и трицијума – настаје хелијум и неутрон и ЕНЕРГИЈА. ФУЗИЈА

30. НУКЛЕАРНА истраживања нашла су своју примену у другим областима: Енергетици Медицини Технологији Безбедности Археологији ... 06 – ПРИМЕНА НУКЛЕАРНЕ ЕНЕРГИЈЕ

31. Нуклеарна енергија настала у процесу фисије у нуклеарним реакторима користи се за: ПРОИИЗВОДЊУ ЕЛЕКТРИЧНЕ ЕНЕРГИЈЕ и као ПОГОНСКО ГОРИВО. Енергија из нуклеарних електрана чини 1/5 светске производње електричне енергије . Неки ледоломци , подморнице имају погон на нуклеарно гориво . НУКЛЕАРНА ЕНЕРГИЈА и ЕНЕРГЕТИКА ЛЕДОЛОМАЦ НОСАЧ АВИОНА Нуклеарне електране

32. НУКЛЕАРНА МЕДИЦИНА – грана медицине која корити мале количине радиоактивних материјала за дијагностиковање , одређивање и лечење разних болести . РАДИОАКТИВНИ МАРКЕРИ – дијагностика у медицини ПЕТ СКЕНЕРИ – рано откривање тешких обољења РАДИОИЗОТОПИ – лечење рака штитне жлезде НУКЛЕАРНА ЕНЕРГИЈА и МЕДИЦИНА

33. Примена нуклеане енергије за: Одређивање старости земље Фосилних остатака Еволуционих промена Ради се анализа радиоактивних изотопа различитих времена полураспада из различитих узорака . НУКЛЕАРНА ЕНЕРГИЈА и АРХЕОЛОГИЈА

34. АТОМСКЕ БОМБЕ – реакција нуклеарне ФИСИЈЕ. ХИДРОГЕНСКЕ или ТЕРМОНУКЛЕАРНЕ бомбе – реакција нуклеарне ФУЗИЈЕ. (1000 пута јаче од атомских ) НУКЛЕАРНА ЕНЕРГИЈА и БЕЗБЕДНОСТ

35. 1951. Године – први пут корисно употребљена нуклеарна енергија - за ОСВЕТЉЕЊЕ у САД-у. У 30 земаља света ради 440 нуклеарних електрана. САД – 95 Француска – 57 НУКЛЕАРНЕ ЕЛЕКТРАНЕ

36. 1986. – ЧЕРНОБИЉ (бивши Совјетски Савез, данашња Украјина), ескплозија нуклеарне електране настала људском грешком 2011 – ФУКУШИМА , Јапан, ескплозија нуклеарне електране настала због јаког земљотреса. Последице ових хаварија су трагичне и дуготрајне. Светска јавност подељена по питању изградњи и коришћења термоелектрана. НУКЛЕАРНЕ КАТАСТРОФЕ

37. ЧЕРНОБИЉ – април 1986

38. ФУКУШИМА – март 2011

39. Резултати истраживања у вези атомске и нуклеарне физике допринели су развоју човечанства у многим сферама људског живота. Нажалост десиле су се и катастрофе планетарних размера ескплозијама у нуклеарним електранама Чернобиљ и Фукушима . Чувајмо нашу планету јер је то једини дом који имамо. 07 - ЗАКЉУЧАК

40. ЕЛЕМЕНТИ АТОМСКЕ И НУКЛЕАРНЕ ФИЗИКЕ Наставница: Марија Савић Ученица: Дуња Зракић , VIII 2

41. Тест НУКЛЕАРНЕ СИЛЕ 1/2 Који део атома садржи скоро сву његову масу? A) Електорнски оотач B) Језгро C) Неутрон D) Протон 2 . Нуклеарне силе: А) Држе протоне и неутроне заједно у језгру [ тачно ] [ нетачно ] B) Слабе су у поређењу са гравитационим силама [ тачно ] [ нетачно ] 3. Која врста зрачења је врста зрачења има највећу пробојност? А) Алфа Б) Бета Ц) Гама Д) Ренгенско 4 . Које су карактеристике природне радиоактивности ? A) Спонтана B) Изазвана температуром C) Може бити вештачка D) Независна од услова 5. Који од наведених елемената је природно радиоактиван ? A) Гвожђе B) Уранијум C) Калцијум D) Алуминијум

42. Тест НУКЛЕАРНЕ СИЛЕ 2/2 6. ЦЕПАЊЕ тешког језгра на два лакша је - НУКЛЕРНА ______________ 7. У нуклеарним електранама се одвија процес НУКЛЕАРНЕ ФУЗИЈЕ [ тачно ] [ нетачно ] 8. У медицини се нуклеарна енергија користе за ДИЈАГНОСТИКОВАЊЕ и ЛЕЧЕЊЕ болести . [ тачно ] [ нетачно ] 9 . У којим градовима су се десиле експлозије нуклеарних електрана ? ____________________________ и ____________________________. 10. Која бомба има већи разарајући ефекат ( која је јача )? A) Атомска B) Хидрогенска