Downloaded 24 times
Starojumi. Radioaktivitāte.
- 1. Starojumi. Radioaktivitāte. P. Puķītis. Fizika12. klasei: 112.-126. lpp.
- 2. Sasniedzamie rezultāti • Izskaidroatoma kodola īpašības, izmantojot protonu– neitronu modeli. • Apraksta atoma un atoma kodola starojuma rašanos. • Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina starojuma viļņa garumu un frekvenci. • Skaidro radioaktīvo izotopu sabrukšanu, lietojot pussabrukšanas perioda jēdzienu. • Zina α, β un γ starojuma reģistrācijas un novērošanas metodes.
- 3. Siltumstarojums • Visi ķermeņi,kuru temperatūra ir virs absolūtās nulles (-273 o C), izstaro elektromagnētiskā starojuma kvantus (fotonus), izmantojot iekšējo enerģiju – zemā temperatūrā – infrasarkano staru diapazonā – vairāku simtu o C temperatūrā – arī redzamā gaisma – augstākā temperatūrā – arī UV starojums • Nemainīga temperatūra (termodinamiskais līdzsvars) – izstarošana un absorbcija ir līdzsvarā
- 4. Stefana – Bolcmanalikums • Siltumstarojuma jauda P, kuru izstaro ķermeņa virsma, ir tieši proporcionāla absolūtās temperatūras T ceturtajai pakāpei un ķermeņa virsmas laukumam S P = σ ε T4 S σ (sigma) – Stefana-Bolcmana konstante σ=5,67∙10-8 W/(m2 ∙K4 ) ε (epsilon) – emisijas koeficients Absolūti melnam ķermenim ε=1, ūdenim ε=0,92
- 5. Siltumstarojuma spektrs • Sakarsētuķermeņu siltumstarojuma spektrs ir nepārtraukts • Nepārtrauktā spektrā katrai ķermeņa temperatūrai atbilst viļņa garums λ, kur starojumam vislielākais jaudas blīvums I.
- 6. Luminiscentais starojums • Starojumu,kuru rada ķermeņi, ja atomi ierosināti bez karsēšanas, sauc par luminiscento starojumu • Vielas spīd kādu laiku pēc atomu ierosināšanas – fluorescence – pēcspīdēšanas ilgums sekundes daļas – fosforescence - pēcspīdēšanas ilgums vairākas minūtes, stundas http://giphy.com/search/fluorescence http://giphy.com/search/phosphorescent
- 7. Rentgenstarojums jeb X-starojums •EMV ar viļņu garumu 10-9 līdz 10-14 m • Dabiskie avoti – Saule un citas zvaigznes • Medicīnā un tehnikā iegūst ar rentgenlampām http://giphy.com/search/xray
- 8. Rentgenstarojuma kvanta enerģija •Rentgenstarojuma kvanta maksimālā enerģija Wmax atkarīga no lampai pieslēgtā sprieguma U: m – elektrona masa v – elektrona ātrums pie katoda e – elektrona lādiņš mv2 2 = eU
- 9. Rentgenstarojuma kvanta enerģija •Rentgenstarojumam ir maksimālā enerģija Wmax, ja visa kinētiskā enerģija pārvēršas kvanta enerģijā, tāpēc hc λ = eU h – Planka konstante c- gaismas ātrums λ – viļņa garums
- 10. Rentgenstarojuma viļņa garums •Īsākais rentgenstarojuma viļņa garums hc eU λ = λ – viļņa garums h – Planka konstante c- gaismas ātrums e – elektrona lādiņš U - spriegums
- 11. Kodola sastāvs • Atomakodols sastāv no daļiņām – nukloniem –protons • lādiņš – viena elementārā lādiņa vienība (q = 1e) • pieraksts: p (apakšējais skaitlis – lādiņš e vienībās, augšējais – masa u vienībās) –neitrons • bez lādiņa • pieraksts: n (apakšējais skaitlis – nav lādiņa, augšējais – masa u vienībās) 1 1 1 0
- 12. Ķīmisko elementu pieraksts •Katru ķīmisko elementu apzīmē ar simbolu • Ar tādu pašu simbolu apzīmē kodolu, pierakstot apzīmējumam divus skaitļus: –Z – protonu skaits –A – nuklonu skaits (A=Z+N jeb nuklonu skaits = protonu + neitronu skaits) X He U A Z 4 2 238 92
- 13. Izotopi • Izotopi -viena un tā paša ķīmiskā elementa atomu kodoli, kas atšķiras ar neitronu skaitu N kodolā: H H H ūdeņradis deitērijs tritijs 99,985% 0,015% iegūst mākslīgi n 1 1 2 1 3 1
- 14. Spēki atoma kodolā •Starp nukloniem (protoni un neitroni) darbojas • gravitācijas pievilkšanās spēki (ļoti mazi), • kodolspēki • Starp protoniem darbojas Kulona atgrūšanās spēki • Kodolspēks ir stiprās mijiedarbības spēks, kas • darbojas starp visām kodola daļiņām • darbības rādiuss kodola lielumā • katra daļiņa miejiedarbojas ar noteiktu skaitu nuklonu
- 15. Kodolu saites enerģija •Kodolu saites enerģija ir vienāda ar darbu, kas jāpadara, lai atoma kodolu sadalītu pa atsevišķiem nukloniem, nepiešķirot tiem kinētisko enerģiju • Saites enerģiju aprēķina pēc Einšteina formulas: W = mc2 • Masas defekts: kodola masa ir mazāka nekā protonu un neitronu miera masa (daļa matērijas no vielas formas pārvēršas lauka formā) Δm = Z∙mp + N ∙ mn - mk
- 16. Saites enerģijas noteikšana Noteiktsaites enerģiju litija atoma kodolam Li! 1) no tabulas: litija kodola masa m = 7,01435 u 2) protonu skaits Z=3 (1 prot. masa u vienībās 1,0073) 3) neitronu skaits N=7-3=4 (1 neitr. masa u vienībās 1,0087) 4) masas defekts Δm = 3∙1,0073 + 4∙1,0087 - 7,01435 = 0,04235 u 1u = 1,7∙10-27 kg Δm = 1,7∙10-27 ∙ 0,04235 = 7,1995∙10-29 kg 5) Saites enerģija W = mc2 = 7,1995∙10-29 ∙ (3 ∙108 )2 = 6,48∙10-12 J 7 3
- 17. Kodola stabilitāte • Lairaksturotu kodola stabilitāti, salīdzina kodolu īpatnējo saites enerģiju w (saites enerģija uz vienu nuklonu) • w = • Piemēram, Li w= W Z+N 6,48∙10-12 3+4 = 9,3 ∙10-12 J/nuklonu Jo lielāka īpatnējā saites enerģija, jo kodols stabilāks
- 18. Kodola stabilitāte • Kodolfizikāsaites enerģiju bieži izsaka megaelektronvoltos (MeV) • Litija kodola saites enerģija ir W=39,6 MeV, īpatnējā saites enerģija w=5,65 MeV/nuklonu • Grafikā parādīta īpatnējās saites enerģijas atkarība no nuklonu skaita • Stabilāki kodoli, kas satur 50-60 nuklonu
- 19. Radioaktivitāte • Radioaktivitāte irparādība, ka nestabili kodoli bez ārējas iedarbības “sabrūk”. • Biežākie sabrukšanas veidi: • α sabrukšana (izdalās He kodoli) Th Ra + He • β sabrukšana • β mīnus – kodols izstaro elektronu e • β plus – kodols izstaro pozitronu (elektrona antidaļiņu) e 228 90 224 88 4 2 0 -1 0 1
- 20. Radioaktivitāte • Biežākie sabrukšanasveidi: • γ sabrukšana (izdalās γ kvants, kodola stabilitāte palielinās) http://www.dialektika.lv/2016_08_01_archive.html
- 21. Radioaktīvo vielu sabrukšanaslikums • Katram radioaktīvajam izotopam ir noteikts pussabrukšanas periods T – laiks, kurā sabrūk puse no šī laika sākumā esošiem kodoliem • Urānam U238 4,5∙109 gadi (4 500 000 000 gadi) • Rādijam Ra226 1617 gadi • Rādijam Ra222 3,8 diennaktis • Ogleklim C14 20,4 minūtes • Polonijam Po212 3∙10-7 sekundes
- 22. Radioaktīvo vielu sabrukšanaslikums • Nesabrukušo kodolu skaitu var aprēķināt pēc sakarības • N – nesabrukušo kodolu skaits • N0 – radioaktīvās vielas kodoli sākumā • T – pussabrukšanas periods • t - laiks
- 23. Radioaktīvā starojuma īpatnības Starojuma veids Jonizācijas spēja Caurspiešanās spēja α Liela (ļotibīstama) Vismazākā (aiztur papīra lapa) β Vidēja Vidēja (audos vairāki mm) γ Maza Liela (iekļūst dziļi, izdala lielu enerģiju)
- 24. Starojuma doza • Absorbētādoza Da – enerģija, ko ķermeņa masas vienība saņēmusi apstarošanas rezultātā • SI mērvienība – grejs Gy: katrs ķermeņa masas kg saņēmis 1 J jonizējošā starojuma (3-4 greji/mēnesī nogalina 50% cilvēku) • Ekvivalentā doza De – ņem vērā starojuma veidu (bīstamību). De = wr Da (wr – bīstamības koeficients) • mērvienība – zīverts Sv (4 Sv – staru slimība, mirst 60%) • wr neitroniem ir 5-10, α starojumam līdz 20
- 25. Starojuma doza • RentgensR – noteikta kvantu plūsmas intensitāte • 1 Sv = 100 R • Dabiskais radioaktīvais fons – Latvijā 0,2 Sv/h, ne vairāk kā 2 mSv gadāϻ • Papildus gada laikā var uzņemt 1 mSv
- 26. Starojuma mērīšanas ierīces •Geigera-Millera skaitītājs • scintilāciju skaitītājs • Vilsona kamera http://collectionsonline.nmsi.ac.uk/detail.php https://www.sahmriresearch.org/our-research/research-facilities-and-equipment/general-equipment/scintillation-cou http://giphy.com/search/gas-chamber
- 27. Radioaktīvo izotopu izmantošana •Medicīna (diagnostika, ārstēšana) • Enerģijas iegūšana (kodolbaterijas, AES) • Iežu un fosīliju vecuma noteikšana • Defektoskopija (detaļu bojājumu noteikšana) • Bruņošanās https://answersingenesis.org/geology/carbon- 14/doesnt-carbon-14-dating-disprove-the-bible/
- 28. Sasniedzamie rezultāti • Izskaidroatoma kodola īpašības, izmantojot protonu– neitronu modeli. • Apraksta atoma un atoma kodola starojuma rašanos. • Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina starojuma viļņa garumu un frekvenci. • Skaidro radioaktīvo izotopu sabrukšanu, lietojot pussabrukšanas perioda jēdzienu. • Zina α, β un γ starojuma reģistrācijas un novērošanas metodes.
- 29. Papildus informācijas avoti: •http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_12/default.aspx@tabid=3&id=450.html • https://www.fizmix.lv/fiztemas/atoms-un-atoma-kodols-10/dazada-veida-starojumi • http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/12-klase/atoms-un-atoma-kodols-3335 • Атомная физика https://interneturok.ru/physics/11-klass Materiāli krievu valodā:
- 30.
Editor's Notes
- #6 Palielinoties ķermeņa absolūtajai temperatūrai, līknes maksimums pavirzās uz īsāko viļņu pusi.
- #7 Luminiscentais starojums nepakļaujas Stefana-Bolcmana likumam. Katrai luminiscējošajai vielai ir savs luminiscentās gaismas spektrs, pēc kura var noskaidrot luminiscējošās vielas klātbūtni vielu maisījumā. To izmanto luminiscetnajās analīzēs – piemēram, mākslas objektu vecums, vērstspapīru, dokumnentu viltojumu noteikšanā.
- #8 Rentgenstarojumam raksturīga caurspiešanās caur vielām. Rentgenstaru absorbcija atkarīga no ķīmiskā elementa atomnumura – jo lielāks atomnumurs, jo lielāka spēja absorbēt. Mīkstie audi caurspīdīgāki rentgenstarojumam nekā cietie. Izmanto medicīnā, defektoskopijā, kontrolējot izstrādājumu kvalitāti. Starojums bīstams dzīvībai un veselībai.
- #9 Elektrona kinētiskā enerģija mv2/2 ir atkarīga no anodsprieguma
- #11 Izteikts no formulas iepriekšējā slaidā
- #12 elementārlādiņš, protona un neitrona masa – formulu lapas otrā pusē
- #13 Protonu skaits Z – elementa kārtas numurs periodiskajā sistēmā; Nuklonu skaits A – atommasa (periodiskajā tabulā – izotopu vidējā masa) Neitronu skaitu aprēķina, no nuklonu skaita A atņemot protonu skaitu)
- #16 Z – protonu skaits, N – neitronu skaits, mp – protona masa u vienībās, mn – neitrona masa u vienībās, mk – kodola masa
- #17 1,0073 – protona masa u vienībās 1,0087 – neitrona masa u vienībās
- #18 W – kodola saites enerģija, Z – protonu skaits kodolā, N – neitronu skaits kodolā, A – kopējais nuklonu skaits kodolā
- #20 Kodolreakcijās rodas masas defekts un izdalās enerģija, piemēram, alfa daļiņu kinētiskā enerģija
- #23 Tādu pašu sakarību var uzrakstīt masai (N vietā m-nesabrukusī masa, No vietā mo – masa sākumā)
- #24 Jonizācija var izjaukt šūnu uzbūvi, izraisīt slimības un ģenētiskus bojājumus
- #26 Plaušu rentgena izmeklējums papildus dod 0,06–0,1 mSv, plaušu datortomogrāfija – 8 mSv, vēdera dobuma datortomogrāfija – 10 mSv. Cilvēkiem, kuri strādā saskarē ar jonizējošā starojuma avotiem, 20 mSv gadā.