Podsumowanie

Podsumowanie

10.1 Własności jądra atomowego

  • Jądro atomowe składa się z protonów i neutronów.
  • Liczba protonów w jądrze określa jego liczbę atomową ZZ Z. Liczba neutronów w jądrze określa liczbę neutronową NN N. Całkowita liczba nukleonów w jądrze to liczba masowa AA A.
  • Jądra atomowe o tej samej liczbie atomowej ZZ Z, ale o różnych liczbach neutronowych NN N, to izotopy tego samego pierwiastka.
  • Masa molowa pierwiastka jest zdefiniowana jako średnia ważona mas molowych jego izotopów.

10.2 Energia wiązania jądra

  • Defekt masy jądra jest różnicą między sumą mas wszystkich tworzących jądro nukleonów a masą jądra.
  • Energia wiązania (EwEw E_{\text{w}}) jądra jest równa ilości energii uwalnianej przy tworzeniu jądra, czyli wartości defektu masy pomnożonej przez prędkość światła podniesioną do kwadratu.
  • Wykres energii wiązania na nukleon (EWNEWN \mathrm{EWN}) w zależności od liczby atomowej AA A wskazuje, że przy podziale lub łączeniu jąder wyzwalana jest ogromna ilość energii.
  • Energia wiązania nukleonu w jądrze jest wielkością analogiczną do energii jonizacji atomu.

10.3 Rozpad promieniotwórczy

  • W rozpadzie substancji promieniotwórczej, jeśli stała rozpadu λλ \lambda jest duża, to okres połowicznego rozpadu jest krótki (i na odwrót).
  • Prawo rozpadu promieniotwórczego N=N0⁢e−λ⁢tN=N0⁢e−λ⁢t N = N_0 e^{-\lambda t} pozwala wykorzystać właściwości substancji promieniotwórczych do szacowania wieku substancji.
  • Radioaktywny węgiel ma te same własności chemiczne co stabilny izotop węgla, więc włącza się w ekosferę i ostatecznie staje się częścią każdego żywego organizmu. Porównując zawartość 14C w przedmiocie z normalną zawartością w żywej tkance, możemy określić wiek przedmiotu.

10.4 Procesy rozpadu

  • Wyróżnia się trzy rodzaje promieniowania jądrowego: alfa (α), beta (β) i gamma (γ).
  • Rozpad α reprezentujemy symbolicznie poprzez zapis XZA⟶YZ−2A−4+He24XZA⟶YZ−2A−4+He24 \tensor*[_Z^A]{\mathrm{X}}{} \to \tensor*[_Z-2^A-4]{\mathrm{Y}}{} + \tensor*[_2^4]{\mathrm{He}}{}. Istnieją dwa rodzaje rozpadu β: jądro emituje elektron (β–) lub pozyton (β+) (do rozpadów β należy też proces wychwytu elektronu, w którym jądro pochłania elektron). Rozpad γ jest reprezentowany symbolicznie równaniem ZAX*→ZAX+γZAX*→ZAX+γ.
  • Gdy ciężkie jądro rozpada się, tworząc jądro lżejsze, jądro potomne może stać się jądrem pierwotnym w kolejnym procesie rozpadu itd.; w ten sposób powstaje szereg promieniotwórczy.

10.5 Rozszczepienie jądra atomowego

  • Rozszczepienie jest procesem, w którym suma mas powstałych jąder atomowych jest mniejsza niż łączna masa substratów reakcji.
  • Bilans energetyczny reakcji rozszczepienia można zrozumieć na podstawie wykresu energii wiązania na nukleon.
  • Produkcja izotopów rozszczepialnych przez przemianę jądrową nazywa się powielaniem (ang. breeding), a reaktory przeznaczone do tego celu są nazywane reaktorami powielającymi.

10.6 Fuzja jądrowa

  • Synteza (fuzja) jądrowa jest reakcją, w której dwa jądra łączą się i tworzą większe jądro; w czasie fuzji dwóch lekkich jąder i tworzenia jądra o średniej masie uwalniania jest energia.
  • Ilość energii wytwarzaną w reakcji syntezy jądrowej oznaczamy symbolem QQ Q.
  • Syntezą jądrową jest m.in. reakcja pomiędzy jądrami deuteru i trytu, zachodząca w bombie wodorowej. Synteza jądrowa wyjaśnia również produkcję energii we wnętrzu Słońca, proces nukleosyntezy i powstawanie ciężkich pierwiastków.

10.7 Skutki biologiczne i zastosowania medyczne promieniowania jądrowego

  • Techniki jądrowe są używane w medycynie do umiejscawiania i badania chorych tkanek za pomocą specjalnych leków nazywanych radiofarmaceutykami. Znaczniki radioaktywne są używane do identyfikacji komórek nowotworowych w kościach, guzów mózgu i choroby Alzheimera oraz do monitorowania funkcji narządów ciała, takich jak przepływ krwi, czynność mięśnia sercowego i wychwyt jodu w tarczycy.
  • Skutki biologiczne promieniowania jonizującego wynikają z dwóch mechanizmów oddziaływania na komórki: zaburzenia rozmnażania komórek i niszczenia funkcji komórki.
  • Typowe źródła promieniowania oddziałującego na ludzi obejmują: emisję przez Ziemię, w której promieniują izotopy uranu, toru i potasu; naturalne promieniowanie kosmiczne, promieniowanie gleby, materiałów budowlanych oraz sztuczne źródła używane w medycznych i stomatologicznych badaniach diagnostycznych.
  • Biologiczne skutki promieniowania jądrowego wyrażane są za pomocą wielu różnych wielkości fizycznych i wielu różnych jednostek.