Atomenergia Atomfizikai egységek

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 gyorsító-feszültség hatására

• 1 eV = 1,60217733∙10-19 J

Atomfizikai egységek

• Elemi töltés

• 1 e = 1,60217733 ·10-19 C (p+ – e-)

• Tömeg – energia ekvivalencia

• E = mc2

• Fénysebesség

• c = 299 792 458,2 m/s

• 1 u tömeg által képviselt energia

• E1u = 1,4922 ·10-10 J = 931,34 ·106 eV

Magfizikai alapok

• Atomot és atommagot felépítő (főbb) részecskék:

• proton, jele p+, pozitív töltésű (+1 e), tömege 1,00727 u;

• neutron, jele n0, semleges töltésű, tömege 1,00866 u;

• elektron, jele e-, negatív töltésű (-1 e), tömege 0,00055 u;

• pozitron, jele e+, pozitív töltésű (+1 e), tömege 0,00055 u.

Magfizikai alapok

• Atommagot felépítő részecskék: proton és neutron: nukleon.

• Jelölések:

• protonszám (rendszám): Z;

• neutronszám: 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:

• erős kölcsönhatás;

• nukleonok között hat és töltésfüggetlen;

• rövid (~10-15 m) hatótávolságú;

• kicserélődési jellegű (p+→n0, n0→p+);

• mezonok közvetítik.

Magfizikai alapok

• Az atommag potenciáltere

Magfizikai alapok

• Tömeghiány, kötési energia

• atomtömeg ≠ ∑(részecskék tömege)

• Részecskék (2mp++2mn0+2me-) = 4,0330 u

• Atom (M) = 4,0026 u

• Tömeghiány (ΔM): = 0,0304 u

• Kötési energia

• B = E = ΔMc2

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 MeV

• energia = 24 MeV/He atom képződés

Magfizikai alapok

• Atomenergia hasznosítás

• Nehéz magok → fisszió (hasítás)

• 7,35 MeV/nukl. ~8,2 MeV/nukl.

• felszabadul: ~0,9 MeV/nukl.

• energia = 200 MeV/ U atom hasadás

Atommagok stabilitása

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

Radioaktív bomlások

Radioaktív bomlások

Radioaktív bomlások

Radioaktív bomlások

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)

• dN=(Q-λN)dT

• λ bomlási állandó, [λ]=1/s

• Ha Q=0 (csak bomlás):

• Megmaradó (anyaelem) magok száma:

• N=N0e-λT

• Keletkező stabil (leányelem) magok száma:

• N0-N=N0(1-e-λT)

Radioaktív bomlások

• Felezési idő, amikor N/N0=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: dNA=-λANAdT

• közbenső elem-leányelem:

• dNB=λANAdT-λBNBdT

• 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)

• ionizáció → ionpár keletkezik;

• abszorpció → új elem + neutronkibocsátás;

• rövid hatótávolságú (~cm..μm tartomány);

• inkorporáció esetén veszélyes.

Sugárzások hatásai

• β-részecske (kistömegű, +/- töltésű)

• elektron gerjesztés → ionizáció;

• atomi erőtér → fékezési sugárzás → fény;

• rövid hatótávolságú (~cm..mm tartomány).