Mogućnosti predviđanja seizmičkih aktivnosti kontinuiranim praćenjem koncentracije radona

Univerzitet u Novom Sadu

Prirodno -  

matematički fakultet

Departman za fiziku  

Dušan Dubajić

M

OGUĆNOSTI PREDVIĐANJA SEIZMIČKIH 

AKTIVNOSTI KONTINUIRANIM PRAĆENJEM 

KONCENTRACIJE RADONA 

Diplomski rad 

Mentori:  

        Prof. dr Jovana Nikolov 

 Izv. prof 

dr Vanja Radolić

Novi Sad, 2022. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Zahvaljujem se svojoj porodici, rodbini, prijateljima i 

svima koji su se našli na mom 

putu i pružili

pomoć kad je bilo najpotrebnije. 

 
Zahvaljujem se svojim mentorima, profesorici Jovani Nikolov za entuzijazam, savete 
i  sugestije  koje  mi  je  poklanjala  tokom  studija,  kao  i  tokom  izrade  ovog  rada; 

profesoru Vanji Radoliću za

 krajnji profesionalizam, 

stručnost

 i 

velikodušnost,

 kao i 

članovima komisije i

 svim svojim profesorima tokom celokupnog 

školovanja,

 koji su 

pomogli 

da dođem do ove

tačke.

Hvala: Ružici, Ivani i Katarini.

Na  kraju,  posebnu  zahvalnost  i  poštovanje  dugujem

  kolegi  i  prijatelju  Davidu  od 

kojeg sam naučio sve ono što ne piše u knjigama. 

4 

1.

Uvod 

Ovaj  rad 

počeću

rečenicom

Čarlsa

  Darvina  u  kojoj  on 

kaže

  kako  svaki 

zemljotres 

uništi

  najstarija  zdanja,  ceo  svet  i  najsitniji  deo  svega 

što

  je  bilo 

čvrsto

  i 

stabilno;  u  jednom  trenutku  nestaje  sve  ono 

što

  sati 

uloženog

  truda  ne  mogu 

proizvesti [1]. 

Darvin je svojevremeno opisivao ruševine koje su ostale nakon zemljotresa u 

gradu 

Concepción, Čile, koji se desio 20. februara 1835. godine. Želeo je iskazati kolika 

je zapravo 

snaga i moć prirode, koja nije selektivna prilikom razaranja. Fascinantna je 

spoznaja  da  je  danas 

zahvaljujući

  napretku  nauke  i  tehnike,  ovakve  prirodne 

katastrofe 

moguće

 predvideti  sa 

određenom

tačnošću.

U  ovom  radu  opisane  su  odabrane  eksperimentalne  metode  i  analize 

mogućnosti

predviđanja  zemljotresa

  kao  prirodne 

katastrofe  uz  pomoć  nuklearne 

fizike. Najpre će biti

 definisani neki osnovni pojmovi. 

Zemljotres je iznenadno i nasilno kretanje Zemljine kore i plitke unutrašnjosti, 

koje 

uglavnom  uzrokuje  manja  ili  veća  oštećenja  materijalnog  tipa,  kao  i  oštećenja 

ekosistema 

zahvaćenih  zemljotresom.  Uzrocima  zemljotresa  smatraju  se  takozvani 

seizmički  talasi  koji

  nastaju  pomeranjem  delova  Zemljine 

unutrašnjosti.

  Ova 

pomeranja su manifestacija sila 

kojima masivni delovi (najčešće stene i kamenje) vrše 

pritisak jedni na druge na nekoj dubini ispod 

površine Zemlje. 

Postoji  još  veliki  broj

  definicija  koje 

precizno  determinišu  zemljotres  kao 

prirodnu 

katastrofu,  ali  sve  one  su  manje  ili  više  sadržane  u  okviru  već  navedene.  U 

daljem radu neće

biti reči o ovom prirodnom fenomenu sa geološke strane, već samo sa 

fizičke, kao i o fizičkim

 uzrocima i posledicama zemljotresa. [2] 

Nuklearna  fizika  je  jedna  od 

najmlađih

  oblasti  fizike. 

Posmatrajući

  istorijsku 

lentu 

vremena, početak razvoja nuklearne fizike možemo smestiti na prelaz između 19. 

i 20. veka, a 

događaj koji smatramo začećem razvoja svesti o nuklearnim pojavama je 

svakako  otkriće

prirodne  radioaktivnosti.  U  prve  redove  ćemo  svrstati  pretke 

nuklearne  fizike  Anrija  Bekerela,  Ernesta  Raderforda,  Pjera  i  Mariju  Kiri  i  ostale 

koji  su  svojim  naizgled 

„

suludim

“

idejama,  matematičkim  proračunima,  radom  i 

trudom uobličili nuklearnu fiziku u ono što je

ona danas. Predmet izučavanja nuklearne 

fizike  je,  u  prvom  redu 

atomsko  jezgro,  tačnije

  njegova  struktura  i  transformacije. 

Danas  se  ona  razvija  podjednako  i  kao  teorijska  i  kao  eksperimentalna  nauka,  a 

poslužila

 je i kao osnova za razvoj drugih disciplina. 

5 

Ne bi bilo zgoreg u ovom poglavlju rada 

reći

nešto

više

 o osnovnim procesima 

radioaktivnog raspada i prisustvu radioaktivnih jezgara u prirodi. Intuitivno je sasvim 

jasno  da  je  atomsko  jezgro  u 

odnosu  na  ceo  atom  zapravo  tačka  zanemarljivih 

dimenzija, što znači

 da zakoni i 

principi koji se odnose na atom, ne moraju nužno da 

važe i za atomsko jezgro, što

najčešće i jeste slučaj. Istorijski gledano, svest o sastavu 

atomskog  jezgra  se  razvijala  relativno   sporo  i  u 

početku

  je 

ličila

  na 

umetničko

  delo 

impresionizma.  Bila  je  to  ogromna  slika  isprskana 

mnoštvom

  boja,  neartikulisanih 

oblika,  refleksija,  potpuno apstraktna,  a  opet  lepa.   O atomu i jezgru se znalo mnogo, a 

opet ništa. Dok se nije došlo do Hajzenbergove proton

-neutronske teorije o strukturi 

atoma, postojalo je 

mnogo netačnih hipoteza koje ne samo da

 nisu davale jasniju sliku 

o  strukturi  atoma, 

već

  su  zamagljivale 

dotadašnja

  saznanja.  Na  primer,  Proutova 

hipoteza postavljena 1816. godine, da se svaki atom sastoji od više atoma

 vodonika, jer 

su  atomske 

težine

  svih  elemenata 

približno

  jednake  celobrojnom 

umnošku

  atomske 

težine  vodonika,  zatim  proton

-

elektronska  hipoteza  koja  kaže  da  u  jezgru  zajedno

egzistiraju i protoni i elektroni, 

što je

 kontradiktorno 

današnjim

 saznanjima. 

Naravno,  sve  ove 

hipoteze  bile  su  odbačene  uvođenjem  proton

-neutronske 

strukture  atoma,  ali  su  ujedno  bile  i  put  koji  je  do  nje  doveo.  Dakle  u  sastav  jezgra 

ulaze pozitivni 

protoni i elektroneutralni neutroni. Ove čestice jednim imenom zovemo 

nukleoni. Pa tako i jezgro zovemo nuklid. Nuklid je jezgro sa 

specifičnim

 svojstvima. U 

nuklearnoj fizici, od 

posebnog značaja su nestabilna jezgra, odnosno radionuklidi. Već 

je  odavde  jasno  da  jezgro 

može

  biti  stabilno  ili  nestabilno.  Granica 

između

  ove  dve 

grupe  nije  jasno 

određena,

  no  stabilnim  jezgrima  smatramo  ona 

čiji

  se  broj  nije 

smanjio za neki 

značajniji

 iznos u 

vremenskom intervalu reda veličine 10

10 

godina, što 

bi bila neka procena starosti onog dela svemira koji poznajemo. Za sva jezgra koja se 

raspadaju brže od toga možemo reći da su

 nestabilna ili radioaktivna. Danas je poznato 

preko  2000  jezgara  koja  su  proizvedena  u  laboratoriji,  od 

čega

  je  velika 

većina

nestabilna.  Na  osnovu  sistematike  podataka  o  poznatim  jezgrima  (njihovog  broja 

protona  Z  i  neutrona  N), 

načinjen  je

  takozvani  proton-neutronski dijagram,  koji  nam 

daje informacije o stabilnosti jezgra. 

7 

2.

Prirodna radioaktivnost 

U prethodnom poglavlju je pomenuto da je radioaktivnost prisutna u prirodi.  

Prirodna    

radioaktivnost odnosno, radioaktivnost uopšteno označava

 spontani proces 

transformacije  nestabilnog  jezgra  u  stabilno,  pri 

čemu

  se  menja  sastav  jezgra  ili 

njegovo        energijsko stanje.  

Istorijski  gledano,  radioaktivnost  je  poznata  od  1896.  godine  kad  je  Anri 

Bekerel  izvršio  seriju

eksperimenata  koja  ga  je  dovela  do  slučajnog  otkrića  da 

uranijumova ruda emitu

je zračenje

nezavisno od spoljašnjih uticaja. Ovo zračenje je 

prvi  klasifikovao  Ernest  Raderford  koji  je  shodno  razlikama  koje  je 

uočio

između

pojedinih vrsta 

zračenja,

 klasifikovao zrake na 

α,

β

 i 

ɣ

. 

Pošto

  je  proces  radioaktivnog  raspada  spontan, 

znači

  da  ne 

podleže

spoljašnjim

  uticajima  poput  temperature,  pritiska  i 

slično.

  Jasno  je  da  su  jedini 

zakoni kojima se 

radioaktivni raspad pokorava, zakoni verovatnoće. Dakle, ne može 

se  sasvim  sigurno  odrediti 

trenutak  kada  će  se  neko  jezgro  raspasti,  kao  što  je  to 

moguće  na  primer  za  pomračenje

meseca,  već  se  može  odrediti  verovatnoća 

dešavanja  nekog  radioaktivnog  raspada.  Zbog  toga

  se  u  nuklearnoj  fizici  koriste 

posebne fizičke veličine uvedene da opišu proces radioaktivnog

 raspada. 

Verovatn

oća

  da 

će

  se  neko  jezgro  raspasti  u  jedinici  vremena,  zove  se 

konstanta  radioaktivnog  raspada

i  ona  je  karakteristika  svakog  jezgra  pojedinačno. 

Eksperimentalno se 

može

 izraziti kao: 

? =

[

ΔN

Δ? ]

?

(2.1)

gde  je  N  ukupan  broj  radioaktivnih  jezgara  u  posmatranom  uzorku  u  početnom 

trenutku, a 

Δ

N  broj jezgara koji se raspao u trenutku 

Δ

t. 

Preko  konstante  radioaktivnog  raspada  može  se  definisati  vreme  života 

nestabilnog  jezgra i to relacijom:  

? =

1
?

(2.2)

Obzirom da radioaktivni raspad podleže zakonima verovatnoće, bilo je teško 

doći do

 zakona koji bi 

važio

 za sva nestabilna jezgra i opisao spontan proces njihovog