Maturski rad

Tema:

Radioaktivna rasejanja i njihova detekcija

Sadržaj:

Strana:

Uvod .................................................................................................................................. 2

Glava 1

1.1. Sastav i osobine jezgra ....................................................................................... 3
1.2. Defekt mase i energija veze ............................................................................... 4
1.3. Prirodna radioaktivnost ...................................................................................... 5

Glava 2

2.1.

Radijum i Radon ................................................................................................ 8

2.2.

Jonizujuća zračenja ............................................................................................ 9

2.3.

Alfa zračenje ..................................................................................................... 10

2.4.

Beta zračenje ..................................................................................................... 10

2.5.

Gama zračenje ................................................................................................... 12

Glava 3

3.1.

Rengensko zračenje .......................................................................................... 13

3.2.

Neutronsko zračenje .......................................................................................... 14

3.3.

Kosmičko zračenje .............................................................................................14

Glava 4

4.1.

Dozimetrija jonizujućeg zračenja ...................................................................... 16

4.2.

Uticaj zračenja na organizam ............................................................................ 17

Glava 5

5.1.

Detekcija jonizujućeg zračenja .......................................................................... 19

5.2.

Lična dozimetrijska sredstva .............................................................................. 21

5.3.

Zaključak ........................................................................................................................... 22
Literatura ............................................................................................................................ 23

Maturski rad

Tema:

Radioaktivna rasejanja i njihova detekcija

Uvod

Hipoteza o postojanju atoma – nedeljivih čestica od kojih je sagrađena celokupna priroda
veoma je stara. Pojam i termin "atom", nastao

je još pre dvadeset pet vekova. Demokrit iz Abdere (

470-

360

p.n.e.) je začetnik učenja po kome se svet sastoji iz atoma i praznog prostora., u kome se atomi večito

kreću čineći da nastaju i nestaju sve stvari. Naravno, u ono vreme, Demokrit svoje tvrđenje nije mogao
dokazati. Ubrzo posle Demokritove smrti, zaboravijeno je njegovo učenje i to najviše zaslugom njegovog
savremenika, Aristotela. Prema Aristotelovom učenju, deljenje svakog tela može se vršiti u beskonačnost,
što je potpuno u suprotno Demokritovog zaključka da

mora postojati granica u deljenju tela, tj. mora

postojati nedeljiva čestica – atom. Do oslobađanja od ove velike zablude velikog autoriteta kao što je bio
Aristotel, trebalo je da prođe 2000 godina.

U XVII veku počinje kvantitativno proučavanje prirodnih pojava, vrše se eksperimenti kojima
se mogu proveravati hipoteze, rađa se nova nauka koja se ne bazira samo na filozofskom razmišljanju, već
na eksperimentu i odgovarajućim matematičkim proračunima. Pred takvom naukom pala je Aristotelova
ideja o beskonačnoj deljivosti tela, a Demokritova hipoteza je ponovo dobila odgovarajuće mesto u nauci.

U istoriji razvoja učenja o atomima, značajno mjesto zauzima Dubrovčanin Ruđer Bošković

(1711-1787)

koji je 1758. godine istakao hipotezu da se supstance sastoje od bezdimenzionalnih materijalnih tačaka
između kojih deluju sile koje se pokoravaju nekom univerzalnom zakonu.

Savremena istorija atoma počinje od Džona Daltona

(John Dalton, 1766 -1844).

On nije samo

čvrsto verovao u atomsku hipotezu, već je našao put za eksperimentalnu proveru same hipoteze i
posledica koje slede iz nje. Prema Daltonu, elementi su supstance koje se sastoje od atoma jedne vrste.
Atomi različitih supstanca razlikuju se međusobno po težini, a pri svim promenama supstance dolazi samo
do njihove preraspodele. Ha

osnovu predstave o atomima, Dalton je formulisao dva zakona o

sjedinjavanju hemijskih elemenata, koja su u potpunosti objašnjavali stalan

sastav hemijskih jedinjenja.

Predstava o atomima kao o čvrstim kuglicama bila je

dovoljna za objašnjenje mnogih činjenica

iz hemije, toplote i strukture supstance. Negde oko 1870. Javlja se ideja da se atomi sastoje od još
prostijih čestica, pa od tada počinju napori da se takve čestice i otkriju. Još 1834. godine Majkl Faradej

(Michael Faraday

1791-1867)

je dao kvantitativne

zakone elektrolize, koji su se mogli lako objasniti

pretpostavkom da

su atomi elektrolita, pre izdvajanja na elektrodama, naelektrisani suprotnim vrstama

naelektrisanja. Pri tome je naelektrisanje svakog jednovalentnog atoma jednako i iznosi

e=1,6*10

*-19

Krajem XIX veka, mnogi fizičari su se bavili proučavanjem električnog pražnjenja

u razređenim

gasovima, U tim eksperimentima je zapaženo da deo staklene cevi, koji se nalazi

nasuprot katode, svetli.

Uzrok ovom osvetljenju nazvan je katodnim zracima. Mišljenja o prirodi ovih zraka bila su različita. Neki su
smatrali da su ti zraci slični svetlosnim, dok su po nekima to bile naelektrisane čestice. Prema

tome,

problem je bio jasan. Ako su to naelektrisane čestice, onda ih treba na neki način izdvojiti i odrediti im
masu, naelektrisanje, dimenzije. Konačno je 1895. godine uspelo

Žanu Perenu (Jean Baptiste Perrin,

1870-1942)

skupi "katodne čestice" u izolovani sud i da dokaže da

imaju negativno naelektrisanje.

Dve godine kasnije, Dž. Dž. Tomson

(Joseph John Thomson, 1856-1949)

je uspeo da

identifikuje katodne zrake sa česticama i da im odredi masu i naelektrisanje. Na osnovu skretanja katodnih
zraka u električnom i magnetnom polju, Tomson je dobio da

je m/e= 1

3*10

-7

g/C.

Tada je on pisao: " Na

taj način, veličina odnosa

m/e

nosilaca naelektrisanja u katodnim zracima znatno je manja od odgovarajuće

veličine u elektrolizi. Mala vrednost

m/e

rnože se objasniti iii malom vređnošću

iii velikom vrednošću

ili i jednim i drugim istovremeno". Pre merenja u Tomsonovoj laboratoriji, nađeno je da naelektrisanje
gasnih jona iznosi 2,2*10

-11

Uzimajući da je toliko i naelektrisanje katodnih čestica, Tomson je dobio da je

masa tih čestica 10

-30

U to vreme, Tomson je katodne čestice nazivao korpuskularima, a reč etektron je

koristio za označavanje naelektrisanja korpuskule. Vremenom je elektron postao naziv za samu česticu.
Mnogo kasnije, 1909. godine Miliken

(Robert Milikan, 1868-1954)

izmerio naelektrisanje elektrona, za

koje je dobio vrijednost 1,59*10

-19

Savremenim metodama je nađeno da je masa elektrona

9,107*10

-31

Maturski rad

Tema:

Radioaktivna rasejanja i njihova detekcija

U atomskoj fizici se kao jedinica za masu koristi tzv.

atomska jedi

ca mase,

u oznaci ajm, pri čemu je 1

ajm = u = 1.66 • 10-27 kg

Maturski rad

Tema:

Radioaktivna rasejanja i njihova detekcija

Danas je poznato preko 1 500 različitih jezgara. Samo 1/4 ovih jezgara je stabilna, dok su
ostala radioaktivna. Mnoga jezgra dobijena su veštački, pomoću nuklearnih reakcija. U prirodi se nalaze
elementi sa rednim brojem

od 1 do 92, isključujući tehnicijum Tc

(Z =

43) i prometijum Pm

(Z =

61),

koji su dobijeni veštački. Plutonijum Pu

(Z =

94) je najpre dobijen veštački, pa je zatim pronađen i u

prirodi, ali u veoma malim količinama. Veštački su dobijeni i ostali transuranski elementi od rednog
broja 93 do 105.

Između nukleona u jezgru postoji veoma jaka interakcija koja ima privlačni karakter i

održava nukleone na rastojanju reda 10

-15

m, bez obzira na vrlo intenzivno elektrostatičko odbijanje

između protona. Ove interakcije nazivaju se

nuklearne sile

i njihove osnovne osobine su sledeće:

•

Nuklearne sile su vrlo kratkog dometa.

Pri rastojanjima između nukleona većim od

2 · 10

-15

m njihovo dejstvo se već ne oseća. Na rastojanjima manjim od 10

-15

m privlačni karakter

nuklearnih sila zamenjuje se odbojnim.

•

Nuklearne sile ne zavise od naelektrisanja.

One se javljaju između dva protona, između dva

neutrona, kao i između neutrona i protona.

•

Nuklearne sile imaju svojstvo zasićenja.

Svaki nukleon stupa u interakciju samo sa određenim

brojem najbližih nukleona.

1.2. Defekt mase i energija veze

Masa jezgra m

u mirovanju uvek je manja od zbira masa čestica koje ga sačinjavaju. Razlika

između zbira masa čestica koje sačinjavaju jezgro i mase jezgra naziva se

defekt mase:

∆m = Zm

+ (A-Z)m

- m

Defekt mase je posledica činjenice da je za združivanje nukleona u jezgro i održavanje

jezgra kao celine potrebna energija kojom se nukleoni međusobno povezuju. Ova energija naziva se

energija veze

i jednaka je radu koji je potrebno uložiti da bi se jezgro rastavilo na sastavne nukleone i da

bi se oni doveli na takva rastojanja da između njih ne postoji jaka interakcija:

’

= ∆mc

Na primer, energija veze jezgra helijuma

iznosi

28,4 MeV.

Kada se energija veze E

podeli masenim brojem A

dobija se energija veze po jednom

nukleonu E

’

Energija veze po jednom nukleonu

najveća je za jezgra sa masenim brojem od 50

do 80 i iznosi oko 8,7 MeV. Sa porastom masenog broja, energija veze

po nukleonu se smanjuje i za

najteži prirodni element (

238

) iznosi 7,5 MeV. Kod lakih jezgara, energija veze po nukleonu naglo

opada sa smanjivanjem broja nukleona, uz izvesne anomalije kod pojedinih jezgara (slika 1.).

Maturski rad

Tema:

Radioaktivna rasejanja i njihova detekcija

dN = -λN dt,

gde je λ konstanta proporcionalnosti koja se naziva konstanta radioaktivnog raspada

Znak minus u

jednačini potiče od činjenice što se sa povećanjem vremena raspada t (dt > 0) smanjuje broj
neraspadnutih jezgara N (dN < 0).

Ako je sa N

označen početni broj jezgara (u t = 0), a sa N(t)

broj neraspadnutih jezgara u trenutku

vremena

Konačno, dobija se zakon radioaktivnog raspada u obliku:

N(t) = N

exp{-λt}.

Broj neraspadnutih jezgara N(t)

kao i broj raspadnutih jezgara N

- N(t)

prikazan je na slici 2.

Zakon radioaktivnog raspada se može napisati i u alternativnom obliku. Naime, ako definišemo
vreme poluraspada

kao vreme potrebno da se broj neraspadnutih jezgara posmatrane radioaktivne

supstance smanji na polovinu, onda imamo da je za t = T ; N = N

/2, tj.

S obzirom da je exp {ln2} = 2, zakon radioaktivnog raspada možemo napisati i u sledećem obliku:

Konstanta radioaktivnog raspada λ (ili,
ravnopravno, vreme poluraspada

) predstavlja

jednu   od   osnovnih   karakteristika   radioaktivnog
izotopa.   To   je   konstantna   veličina   za   jednu
radioaktivnu   supstancu  i   ne   može   se   običnim
fizičkim i hemijskim spoljašnjim  uticajima menjati.
To   je   posledica   činjenice   da   radioaktivni   raspad
predstavlja karakteristiku atomskog jezgra, za čije
je promene potrebna ogromna energija.

Jedna od veličina koja karakteriše

radioaktivnu supstanciju je aktivnost

Aktivnost

predstavlja broj raspadnutih jezgara (dezintegracija)
u jedinici vremena, tj. brzinu raspadanja jezgara:

Aktivnost radioaktivog izvora menja se u toku vremena po istom eksponencijalnom zakonu po kome
opada broj neraspadnutih jezgara:

Jedinica za radiaktivnost naziva se bekerel:

Aktivnost od jednog bekerela ima radioaktivni izvor kod koga se ostvaruje jedan raspad u sekundi.
U odnosu na dužinu vremena poluraspada, radioaktivni izotopi dele se na:

• Dugoživeće.

čije je vreme poluraspada duže od nekoliko godina,

• kratkoživeće

čije je vreme poluraspada kraće od nekoliko dana.

Slika 2. Promena broja neraspadnutih i
raspadnutih jezgara kod radioaktivnog
raspada.