profil

Blaski i cienie promieniotwórczości

poleca 85% 263 głosów

Treść Grafika
Filmy
Komentarze
Maria Skłodowska Curie

CO TO JEST PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ?

Nie wszystkie jądra atomowe są tak niezmienne jak jądro atomu węgla. Wiele jąder rozpada się nagle, wyrzucając przy tym z siebie mniejsze cząstki. Zjawisko to nazywamy promieniotwórczością. Odkrył ja francuski fizyk Herni Becquerel (w 1896 r.), a badali małżonkowie Piotr i Maria Curie. Przez długi czas nikt właściwie nie wiedział, na czym promieniotwórczość polega. Wprawdzie znajdowano wiele pierwiastków wysyłających tajemnicze promieniowanie, które np. zaczerniało płyty fotograficzne, ale długie lata musiały minąć, nim prawdziwa natura tego promieniowania zastała naukowo zbadana.
Dziś wiemy, ze istnieją trzy rodzaje radioaktywnego promieniowania:
· Promieniowanie a (alfa) - składające się z jąder HELU
· Promieniowanie b (beta) – złożone z ELEKTRONÓW
· Promieniowanie g (gamma) – pozbawione masy kwanty promieniowania, z jakimi spotykamy się także przy świetle RENTGENA. Kwanty g są znacznie bogatsze w energię niż promieniowanie świetlne czy Rentgena.
Wszystkie pierwiastki naturalne w przedziale od polonu (liczba atomowa 84) do uranu (liczba atomowa 92) są promieniotwórcze wielu lekkich pierwiastków. W przedziale występują także izotopy wielu lekkich pierwastków.
Promieniowanie wydzielane przez izotopy promieniotwórcze nosi nazwę PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO. Nazwa pochodzi od pewnej właściwości promieniowania, polegającej na powstaniu jonów w przenikanej materii, które jest spowodowane oddawaniem energii.
Strumienie cząstek alfa, beta oraz promienie gamma maja właściwość jonizowania materii. To znaczy, ze przenikając miedzy atomami, wybijają z nich elektrony. Atom, który utracił choć jeden elektron, przestaje już być elektronicznie obojętny. Posiada nadwyżkę dodatnich ładunków, mówimy wtedy, że atom stał się jonem dodatnim. Gdy natomiast elektron przyczepi się do innego atomu, wytwarza w nim nadwyżkę elektronów, jonizując go ujemnie. Na drodze przebiegu powstaje wówczas z cząstki alfa para jonów: dwa atomy, z których jeden ma nadwyżkę ładunku dodatniego, drugi – ujemnego. Zdolność do jonizacji jest cechą bardzo ważną. Pod wpływem promieniowania substancje, będąc dobrymi izolatorami, zaczynają nagle przewodzić prąd elektryczny. Zjawisko to wykorzystano między innymi do budowy aparatów wykrywających promieniowanie jądrowe.
Inna charakterystyczną cecha promieni radioaktywnych jest ich zasięg, który dla cząstek a jest stosunkowo niewielkie, gdyż wynosi 2,5 cm do 11,5 cm. Wskutek jonizującego działania ciężkie „pociski” a tracą szybko energię i biegnąc przez powietrze lub inny gaz, zderzają się po drodze z cząsteczkami ośrodka, mającymi znacznie większą masę, zmniejszającą stopniowo ich prędkość, tak że po przebyciu kilku lub kilkunastu centymetrów ruch ich całkowicie ustaje.
Zasięg b jest dość znaczny i wynosi kilka metrów. Ponieważ to ma słabszą zdolność jonizacji, traci dzięki temu mniej energii, jego przenikliwość jest większa niż cząstek alfa. Prędkość elektronów w strumieniu cząstek beta waha się w szerokich granicach, w zależności od rodzaju pierwiastka emitującego to promieniowanie wynosi od 0,3 do 0,99 prędkości światła. Prędkość cząstek alfa wynosi tylko około 20 000 km/s. Czyli w przybliżeniu stanowi 1/5 prędkości światła. Strumień cząstek beta może wniknąć w tkankę organizmów żywych na głębokość ok. 1 cm.
Promienie gamma wywołują bardzo słabą jonizację. Wydawać by się mogło, że wybijają choćby niewielka liczbę elektronów, a te już silniej jonizują substancję, wybijając większą liczbę innych elektronów. Wtedy sprawa stwierdzenia obecności tych promieni staje się mniej skomplikowana. Wykrywamy je tymi samymi metodami, jak w przypadku promieniowania a i b, rejestrując wtórne elektrony.
Promieniowanie a zatrzymuje nawet cienka kartka papieru, przeszkoda dla promieni b jest blacha aluminiowa, natomiast zaporę dla promieni g stanowi dopiero gruba płyta ołowiana.
IZOTOP – zbiór poszczególnych nuklidów, czyli atomów o tej samej liczbie atomowej. Atomy izotopów, mając te samą liczbę atomowa, różnią się miedzy sobą liczba masową (maja różną liczbę neutronów). Termin został wprowadzony przez angielskiego fizyka Fredericka Soddy’ego.
Dzięki izotopom rozwinęły się metody datowania jądrowego – metody oznaczania wieku znalezisk archeologicznych lub minerałów, skał itp.; na podstawie obserwowanych koncentracji wybranych izotopów promieniotwórczych (w odniesieniu do stabilnych).
W archeologii stosuje się tzw. metodę węgla C-14. Jest to metoda zegara izotopowego ze wskaźnikiem izotopowym 14C , za opracowanie której W.F.Libby otrzymał w 1960 Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.
Pozwala ustalić wiek zabytku pochodzenia organicznego od 200 do 30000 lat z dokładnością do 30 lat.
Promieniotwórczy izotop węgla 14C , o czasie połowicznego zaniku T1/2=5730 lat, powstaje ciągle w górnych warstwach stratosfery jako jeden z produktów reakcji wysokoenergetycznych cząstek promieniowania kosmicznego (protonów z wiatru słonecznego) z jądrami azotu 14N.
Ze względu na relatywnie długi czas życia tego izotopu, jego zawartość w atmosferze (w postaci 14CO ) względem stabilnego izotopu węgla 12C prawie nie zależy od aktywności Słońca (niestety została silnie zaburzona przez próbne wybuchy jądrowe prowadzone w atmosferze oraz spalanie paliw kopalnych, co uwzględnia się w metodzie).
Organizm żywy przyswaja węgiel nie rozróżniając 14C i 12C, w wyniku czego stosunek obu izotopów w organizmie odzwierciedla stosunek w otaczającym środowisku. Po śmierci ustaje wymiana węgla z otoczeniem, co prowadzi do zmniejszenia się z czasem względnej zawartości 14C na skutek rozpadu promieniotwórczego.
Pomiar stosunku 14C do 12C przedmiocie pochodzenia organicznego, po uwzględnieniu poprawek, pozwala ocenić wiek przedmiotu.
W mineralogii najczęściej wykorzystuje się metodę potasowo-argonową, urnowo-ołowiową i ołowiową. Mineralogiczne metody datowania jądrowego stosuje się do obiektów o wieku od kilkudziesięciu milionów do kilku miliardów lat.



POZYTYWNE ZASTOSOWANIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI

Energia jądrowa, energia uzyskiwana z rozczepienia bardzo ciężkich jąder (uran, pluton, tor) lub z syntezy lekkich pierwiastków (hel, lit). W obu przypadkach uwalniana jest energia wiązania jądrowego, która ma większą wartość dla jąder o średnich masach (np. przy rozszczepieniu 1g uranu uzyskuje się tyle energii, co przy spalaniu ponad dwóch ton węgla). Energię jądrową można uzyskiwać w sposób kontrolowany (dotychczas tylko energia z rozszczepienia – w reaktorach węglowych) lub niekontrolowanych ) broń jądrowa zarówno rozszczepieniowa jak i termojądrowa). Prace nad uzyskaniem energii jądrowej rozpoczęto po odkryciu w 1938 rozszczepienia jądra atomowego, głównie w ramach militarnych projektów badawczych w czasie II Wojny Światowej (Manhattan Project) i w latach zimnej wojny.
Inżynieria jądrowa, dział techniki przewidujący prowadzenie dużych prac ziemnych metoda wybuchów jądrowych. W latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych projektowano ( a nawet testowano) wykonanie ta techniką tak ambitnych projektów, jak nowe kanały żeglowne w Ameryce Środkowej, odwrócenie brzegu rzek syberyjskich, wykonywanie sztucznych jezior itp.
Prace takie musiały by prowadzić do silnego skażenia radioaktywnego terenu, ponadto niektóre z nich zaburzałyby warunki klimatyczne w stopniu nieprzewidywalnym. Szczęśliwie projektów tych nie zrealizowano.
Konsekwencją napromieniowania mogą być mutacje i nowotwory. W wyniku mutacji pojawiają się osobniki różniące się od swych rodziców. Na terenach skażonych (blisko poligonów atomowych czy terenów awarii atomowych) rodzą się dzieci z wadami wrodzonymi. Częstość występowania nowotworów zwiększa się przy narażeniu organizmu na napromieniowanie jonizujące. Typowym schorzeniem osób będących w kontakcie z dużymi dawkami promieniowania jest nowotwór krwi-białaczka. Odpowiednio duże dawki promieniowania są letalne (śmiertelne). Prowadza do tzw. choroby popromiennej, objawiającej się nudnościami, biegunką, odwodnieniem, zaburzeniami równowagi elektrolitowej, porażeniem układu nerwowego i śmiercią. Jednorazowa dawka powyżej 100 siwertów powoduje szybką śmierć. Natomiast po dawce od 3 do 4 siwertów zgon może nastąpić w ciągu kilku tygodni.
Rozwój techniki nie zawsze służy człowiekowi; tak jest z bronią jądrową (atomową). Jest to broń masowego rażenia, wykorzystująca energię atomową, jej rozszczepienie bądź syntezę. Może być przenoszona przez samoloty bojowe lub rakiety, umieszczana w pociskach artyleryjskich lub stosowane jako miny. Oddziałuje na otoczenie poprzez falę uderzeniową, promieniowanie cieplne, promieniowanie przenikliwe oraz opad promieniotwórczy.


Opad promieniotwórczy globalny.

Jest to skażenie promieniotwórcze obserwowane na całej powierzchni Ziemi, powstałe w wyniku prowadzenia w latach 1945-1962, w otwartej atmosferze, testów broni jądrowej.
Ocenia się , że dawka skuteczna otrzymana w ciągu całego życia przez przeciętnego człowieka na Ziemi od pierwiastków promieniotwórczych z globalnego opadu promieniotwórczego wynosi 4,5 mSv (siwert), ok. polowa tej wielkości wynika ze wzrostu stężenia 14C.
Odkrycie zjawiska globalnego opadu promieniotwórczego przyczyniło się w znacznym stopniu do narodzin świadomości ekologicznej w społeczeństwach zachodnich. Przed katastrofą w Czarnobylu globalny opad promieniotwórczy był jednym źródłem skażeń promieniotwórczych obserwowanych na terenie całej Polski.



Sztucznie otrzymane promieniotwórcze izotopy jod stosuje się w diagnostyce i leczeniu chorób tarczycy. Natomiast promieniotwórcze izotopy wodoru, węgla i fosforu wykorzystuje się w badaniach biochemicznych. Ważne biologiczne związki „znakuje się”, wprowadzając do nich atomy promieniotwórcze, podaje organizmom i śledzi ich losy w przemianach metabolicznych.

Pierwiastek RAD nie daje się rozłożyć na prostsze składniki przy zastosowaniu zwykłych metod chemicznych. Ulega on powolnym zmianom i rozkłada się samorzutnie, przy czym z danej jego ilości w ciągu 1590 pozostaje tylko polowa. Jednocześnie rozkład ten przebiega zupełnie inaczej niż rozkład jakiegokolwiek innego ciała chemicznego. Stwierdzono, że wydziela się przy tym hel.
Rad 226 już w roku 1915 stosowany był jako lek wzmacniający, a także – w postaci kremów-jako środek odmładzający skórę. Dopiero po kilkunastu latach zorientowano się, ze ten promieniotwórczy pierwiastek może wywoływać nowotwory i wycofano się z tych praktyk. Nie trzeba było jednak długo czekać na nowe próby wykorzystania fascynującego wówczas zjawiska, promieniotwórczości, w medycynie.
W roku 1931 po raz pierwszy zastosowano do badania tarczycy jod 131, co dało początek nowej gałęzi diagnostyki medycznej, scyntygrafii. Można ja określić jako przeciwieństwo badań radiologicznych- obraz narządów uzyskuje się, rejestrując promieniowanie wprowadzonych do wewnątrz organizmu izotopów promieniotwórczych. W scyntygrafii stosuje się także gazy szlachetne –ksenon 133, krypton 85 (badania perfuzji mózgu), gal 67 (w onkologii), selen 75 (w diagnozowaniu przytarczyc i kory nadnerczy).

Przy dzisiejszej technice badań scyntygraficznych negatywne skutki związane z napromieniowaniem są praktycznie wyeliminowane. Dopuszczalna dawka promieniowania wynosi 0.15-1.25 Gy, a podczas badań scyntygraficznych pacjent otrzymuje 0.01-0.1 Gy.
Jeśli badanie powtarza się częściej, lekarz musi ocenić, czy ryzyko nie przekracza korzyści diagnostycznych. Dzieci są bardziej wrażliwe na promieniowanie i dlatego dopuszczalne dawki są dla nich mniejsze.
Od czasu odkrycia przez Marię i Piotra Curie pierwiastków promieniotwórczych wysiłki uczonych szły głównie w tym kierunku, by zgłębić zagadką przemian pierwiastków. Nie można było jednak w tych wysiłkach ruszyć ani o jeden krok na przód tak długo, jak długo nie posiadano żadnych wiadomości o tym, jak są zbudowane atomy, z jakich się składają części oraz jak te części są rozmieszczane. Częściowo odpowiedzi na te pytania przyniósł rok 1911 dzięki pracom dwóch wielkich badaczy : Ernesta Rutherforda i Nielsa Bohra.

MARIA SKŁADOWSKA-CURIE (1867 – 1934)
Wybitna fizyczka i chemiczka polska, żyjąca i pracująca we Francji, pierwsza kobieta będąca profesorem Sorbony, żona P. Curie. Wraz z nim odkryła rad i polon.
Dwukrotna laureatka Nagrody Nobla- w 1903 wraz z mężem (z fizyki) za badania nad odkrytym przez H. Becqurela zjawiskiem promieniotwórczości naturalnej, oraz w 1911 (z chemii) za wydzielenie czystego radu.


Sławni fizycy i chemicy:
Herni Becquerel- odkrył promieniotwórczość
Piotr i Maria Curie- odkryli polon i rad, pierwiastki promieniotwórcze
James Chadwick- odkrył neutron
Irena i Fryderyk Joliot-Curie – odkryli, że jądra pewnych pierwiastków napromieniowane cząstkami przekształcają się w inne.
Ernest Rutherford- prace nad promieniotwórczością
Niels Bohr- prace nad promieniotwórczością
Podsumowanie
Odkrycie zjawiska promieniotwórczości zwróciło uwagę uczonych na jądro atomowe, dało nauce klucz do jego wnętrza. Było to epokowe odkrycie, które ludzkość zawdzięcza min., naszej genialnej uczonej Marii Skłodowskiej Curie.
Przez dziesiątki lat człowiek nie tylko poznawał mechanizm i prawa rządzące przemianami promieniotwórczymi, ale nauczył się też sam wywoływać sztuczne przemiany promieniotwórcze. Tego drugiego epokowego odkrycia dokonała córka Marii Skłodowskiej Curie, Irena, wraz ze swym mężem Fryderykiem Joliot w 1934 r.
Człowiek nauczył się rozbijać atomy. Nauczył się wreszcie sztuki najtrudniejszej: budować nowe atomy, łączyć protony, neutrony i elektrony, tworzyć z nich nowe atomy, jakich przyroda nie utworzyła i nie tworzy. Po raz pierwszy człowiek czynnie wkroczył w świat pierwiastków i atomów.
W laboratoriach otrzymano już 13 pierwiastków tzw. transuranowych lub pozauranowych, tj. pierwiastków, których liczby atomowe są większe od uranu (nr 92) i które w przyrodzie nie występują. Pierwiastki otrzymane sztucznie maja liczby atomowe 93-105, zawierają zatem więcej protonów niż pierwiastki naturalne. Wielkie zasługi na tym polu położył znany amerykański badacz Seaborg.
Co więcej, odkryto, że atom jest źródłem niesłychanych ilości energii. Było to najbardziej brzemienne w skutki odkrycie XX w. Okazało się, że masa jest jedną z postaci energii i w odpowiednich warunkach kosztem zmniejszenia masy wydziela się energia. Takie zmniejszenie masy substancji podczas wydzielania energii nazywa się defektem masy.
Odkrywca prawa równoważności masy i energii był Albert Einstein, jeden z najwybitniejszych uczonych świata. W 1905r. Wyraził to prawo matematyczne w postaci równania:


E= m x c²

gdzie E oznacz energię w dżulach, m- masę w kilogramach, c- prędkość światła w m/sek.
Z równania tego wynika, że przekształcając całkowicie 1g materii w energię 9 x 1014 dżuli. Dla porównania dodajmy, że 1g węgla, spalając się całkowicie, dostarcza tylko 3,06 x 10³ dżuli, czyli trzydzieści miliardów razy mniej!
Ubytek masy i zmiana jej w energię ma właśnie miejsce podczas przemian promieniotwórczych dokonywanych przez człowieka.
Zagadnienie pokojowego wyzyskania energii jądrowej niewątpliwie zajmie czołowe miejsce wśród problemów XX i następnych wieków. Energia zapoczątkowała też nowy rozdział w historii chemii.



Koniec.
Literatura:

„Z HISTORII CHEMII”- JAN SIKORA
„ŻYCIE ŚWIATA”- DWUTYGODNIK
„WIEDZA I ŻYCIE”- DWUTYGODNIK
„WIELKA INTERNETOWA ENCYKLOPEDIA MULTIMEDIALNA”
„BLASKI I CIENIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI”- A.CZERWIŃSKI












Podoba się? Tak Nie

Czas czytania: 12 minuty

Ciekawostki ze świata