Κεφάλαιο 1. Στοιχεία σύγχρονης φυσικής

Question 1

Τι ορίζεται ραδιενέργεια

Answer 1

3-Μαρτίου-1896: O H. Becquerel παρουσιάζει το φαινόμενο της ραδιενέργειας σαν την αυθόρμητη εκπομπή ακτινοβολία από μεταλλεύματα Ουρανίου

Ο Becquerel εξέθεσε επί 4 ώρες ένα φωτοστεγανό φωτογραφικό φιλμ σε ραδιενεργό μετάλλευμα (ορυκτό ουρανίτη). Ο Becquerel ονόμασε αυτή την αόρατη ακτινοβολία η οποία εμαύρισε το φιλμ «ραδιενέργεια»

Σε ένα δείγμα ραδιενεργού στοιχείου, ο αριθμός των ραδιενεργών πυρήνων ελαττώνεται καθώς οι πυρήνες διασπώνται.

1.  Από φυσικής άποψης είναι αδύνατον για έναν παρατηρητή να προβλέψει πότε ένας συγκεκριμένος ασταθής πυρήνας θα διασπασθεί.
2.  Είναι όμως στατιστικά εφικτό να προβλεφθεί με ακρίβεια το ποσοστό, ενός μεγάλου αριθμού ομοειδών ασταθών πυρήνων, οι οποίοι θα διασπασθούν σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα.
3.  Μερικές ραδιενεργές ουσίες διαθέτουν πολύ υψηλό “ρυθμό εξασθένησης”, ενώ άλλες πολύ χαμηλό ρυθμό εξασθένησης.
4.  Για να διαφοροποιήσουμε τις διάφορες ραδιενεργές ουσίες, ποσοτικοποιούμε την ιδέα του “ρυθμού εξασθένησης”

Question 2

Τι είναι ισότοπα, ισοβαρή και ισότονα στοιχεία;

Answer 2

Νουκλίδια με ίδιο αριθμό νετρονίων και διαφορετικό αριθμό πρωτονίων, δηλ. διαφορετικό Z, ίδιο N και διαφορετικό A, δεν ανήκουν στο ίδιο χημικό στοιχείο και τα άτομα ονομάζονται ισότονα. Π.χ.: άνθρακας-13, άζωτο-14, οξυγόνο-15.

Νουκλίδια με ίδιο μαζικό αριθμό και διαφορετικό ατομικό αριθμό, δηλ. διαφορετικό Z, διαφορετικό N και ίδιο A(=Z+N), δεν ανήκουν στο ίδιο χημικό στοιχείο και τα άτομα ονομάζονται ισοβαρή (αντπρβ. παράγωγα της διάσπασης βήτα). Π.χ.: άζωτο-17, οξυγόνο-17, φθόριο-17.

Question 3

Περιγράψτε τη διάσπαση α

Answer 3

Σε μια ραδιενεργό διάσπαση ένα ασταθές νουκλιδιο μεταστοιχειώνεται αυθόρμητα σε κάποιο άλλο σταθερότερο νουκλίδιο με ταυτόχρονη εκπομπή ενός σωματιδίου που μπορεί να είναι πυρήνας He, ηλεκτρόνιο ή ποζιτρόνιο

Η ενέργεια της διάσπασης α είναι κινητική ενέργεια

Παραδείγματα

226/88Ra–>222/86Rn + a +Qa

238/92U –> 234/90Th + a +Qa

Question 4

Περιγράψτε τη διάσπαση β (β+, β- και σύλληψη -).

Answer 4

Σε μια ραδιενεργό διάσπαση ένα ασταθές νουκλιδιο μεταστοιχειώνεται αυθόρμητα σε κάποιο άλλο σταθερότερο νουκλίδιο με ταυτόχρονη εκομπή ενός σωματιδίου που μπορεί να είναι πυτήνας He, ηλεκτρόνιο ή ποζιτρόνιο

ΑΖΧ –> ΑΖ+1Υ +β- +ν

ΑΖΧ –> ΑΖ-1Υ +β+ +ν

ΑΖΧ + 01e –> ΑΖ-1Υ +ν

Παράδειγμα

3215P—> 3216S + β- + ν

Question 5

Περιγράψτε τη διάσπαση γ. Τι ορίζεται εσωτερική μετατροπή;

Answer 5

Σε μια ραδιενεργό διάσπαση ένα ασταθές νουκλιδιο μεταστοιχειώνεται αυθόρμητα σε κάποιο άλλο σταθερότερο νουκλίδιο με ταυτόχρονη εκομπή ενός σωματιδίου που μπορεί να είναι πυρήνας He, ηλεκτρόνιο ή ποζιτρόνιο

Η διάσπαση - γ δεν αποτελεί μεταστοιχείωση, αλλά αποδιέγερση ενός μετασταθούς πυρήνα που μπορεί να γίνει σε ένα ή και περισσότερα <>

*Χ –> Χ + γ

3.) Εσωτερική Μετατροπή

Όταν ο πυρήνας ευρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση:

 συνήθως αποβάλει ενέργεια μέσω εκπομπής γ ακτινοβολίας.

 σε ορισμένες όμως περιπτώσεις αντί να συμβεί αυτό, μεταφέρεται το πλεόνασμα της ενέργειας σε περιφερικό ηλεκτρόνιο το οποίο διασχίζει τον πυρήνα και φεύγει από το περιβάλλον του ατόμου.

 το φαινόμενο ονομάζεται εσωτερική μετατροπή και είναι ανταγωνιστικό της εκπομπής γ ακτινοβολίας.

Question 6

Τι ορίζεται ενεργότητα; Περιγράψτε τον εκθετικό νόμο διάσπασης ραδιενεργών πυρήνων.

Answer 6

Νt = Νο . e-λt

Question 7

Τι είναι χρόνος ημιζωής και τι μέσος χρόνος ζωής ενός ισοτόπου;

Answer 7

Question 8

Περιγράψτε τη διάσπαση 99Μο / 99m

Answer 8

Κάθε διεγερμένη ενεργειακή κατάσταση θυγατρικού πυρήνα έχει ένα χρόνο

παραμονής ή χρόνο ζωής.

Μερικές διεγερμένες καταστάσεις έχουν μακρό χρόνο ζωής ώστε όλο το

φαινόμενο της διασπάσεως να εμφανίζεται πραγματοποιούμενο σε δυο

στάδια.

Το 99 42Mo με φυσικό χρόνο υποδιπλασιασμού Τp = 67h και με β- διάσπαση

δίδει το θυγατρικό 99 43Tc.

Ο πυρήνας όμως του 99 43Tc παραμένει σε διεγερμένη κατάσταση με χρόνο

φυσικού υποδιπλασιασμού 6h. Η κατάσταση αυτή ονομάζεται μετασταθερή και

οι μετασταθεροί πυρήνες σημειώνονται με ένα m όπως 99mTc.

Ο πυρήνας 99m 43Tc και οι παρόμοιοι με αυτόν μεταπίπτουν στην σταθερή τους

ενεργειακή κατάσταση εκπέμποντες γ φωτόνιο το οποίο στην περίπτωση 99mTc έχει ενέργεια 140 KeV.

Η μετάπτωση αυτή ονομάζεται εσωτερική μετάπτωση.

⁹⁹ ₄₂Mο –> β- διάσπαση –> ⁹⁹ ₄₃Tc