Starojumi. Radioaktivitāte.

1. Starojumi.
Radioaktivitāte.
P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 112.-126. lpp.

2. Sasniedzamie rezultāti
• Izskaidro atoma 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 – Bolcmana likums
• 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
• Sakarsētu ķermeņu 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
• Atoma kodols 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
Noteikt saites 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
• Lai raksturotu 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
• Kodolfizikā saites 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 ir parādība, 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 sabrukšanas veidi:
• γ sabrukšana (izdalās γ kvants, kodola stabilitāte
palielinās)
http://www.dialektika.lv/2016_08_01_archive.html

21. Radioaktīvo vielu sabrukšanas likums
• 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 sabrukšanas likums
• 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
(ļoti bīstama)
Vismazākā
(aiztur papīra lapa)
β Vidēja
Vidēja (audos
vairāki mm)
γ Maza
Liela
(iekļūst dziļi, izdala
lielu enerģiju)

24. Starojuma doza
• Absorbētā doza 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
• Rentgens R – 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
• Izskaidro atoma 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. JAUTĀJUMI?