FIZIKA. Atommag fizika

Átírás

1

2 Atommag összetétele Fajlagos kötési energia Fúzió, bomlás, hasadás Atomerőmű működése Radioaktív bomlástörvény Dozimetria 2

3 Atommag összetétele: Hélium atommag : 2 proton + 2 neutron 4 He 2 He Z A 4 2 A- tömegszám proton neutron együtteszáma Z- rendszám protonok száma 3

4 Atommag összetétele: Izotópok: azonos rendszám, különböző tömegszám Pl. hidrogén izotópok: 12 C 6 H H H normál hidrogén izotóp - deutérium 3 - trícium 1 14 C 6 Pl. szén: stabil izotóp, radioaktív izotóp 238 Pl. urán:, radioaktív izotóp 235 U 92 U 92 4

5 Atommag kötési energia Hélium atommag (a részecske): 2 proton + 2 neutron Tömeg-deffektus: m m a (2m p 2m n ) m a = 6, kg, m p = 1, kg, m n = 1, kg, 5

6 Atommag kötési energia tömegdeffektus: m m a (2 m p 2 m Einstein-féle tömeg-energia ekvivalencia elv: Kötési energia: e = mc 2 = ( ) 2 n ) = kg e = 4, J = 2, ev = 28 MeV (1 ev = 1, J) A látszólag eltűnő tömeg energiává alakul! 6

7 Atommag kötési energia e ~ 4, J Mennyi energia lenne kinyerhető 1 vödör vízből ha magreakcióval belőle a hidrogént héliummá alakítanánk? M(H 2 O) = 18 g/mol = 2 g/mol H + 16 g/mol O. A víz tömegének 2/18-ad része, vagyis 1/9-ed része hidrogén. 7

8 Atommag kötési energia A víz tömegének 2/18-ad része, vagyis 1/9-ed része hidrogén. 1 vödör vízben > 1 kg hidrogén 1 kg H = 1000 mol proton 500 mol p mol n 250 mol He 8

9 Atommag kötési energia 250 mol He kötési energiája: E = N e = , = 6, J. 1 kg koksz égéshője: 30 MJ/kg = J/kg. 1 vödör víz hidrogénjének fúziós energiája kb. 2, kg = tonna koksz elégetésének megfelelő energiát termel. 9

10 Atommag kötési energia: e m c 2 2 m (Z m (A Z) m ) c X p A X Z n Fajlagos kötési energia: e A 10

11 Fajlagos kötési energia (MeV) fúzió Tömegszám (A) e A bomlás, hasadás 11

12 Maghasadás, atomerőmű láncreakció Paksi atomerőmű honlapja 12

13 Maghasadás, atomerőmű Szabályozott láncreakció Paksi atomerőmű honlapja 13

14 Maghasadás, atomerőmű Paksi atomerőmű honlapja 14

15 Radioaktív bomlás dn ~ N dt N N 0 N 0 /2 N 0 /4 Radioaktív bomlástörvény N(t) N 0 2 t T T felezési idő T 2T 15

16 Radioaktív bomlástörvény Radioaktív kormeghatározás (C 14 ) Fáraók halála, Torínói lepel Élőlények anyagcseréjének vizsgálata 16

17 Dozimetria Elnyelt dózis: (D) (1 kg tömegben elnyelt sugárzási energia) mértékegysége Gray =J/kg Dózis egyenérték (biológiai dózis) H=D RBE, ahol RBE= radiobiológiai egyenérték mértékegysége: Sievert 19

18 Dozimetria Háttérsugárzás Az átlagos természetes radioaktív háttérsugárzás kb. 1.8 msv/év. + az emberi tevékenység, - döntő részben az orvosi röntgen átvilágítás és terápia, - még átlagosan 0.4 msv/év, együtt maximum kb 2,5 msv/év. A háttérsugárzás legjelentősebb komponensei: a helyiségben jelenlévő radon (kb. 0.5 msv/év), az épületek sugárzása (kb. 0.4 msv/év), kozmikus sugárzás, ami felfelé haladva erősen növekszik (0.3 msv/év), a bennünk lévő kálium 40 izotóp sugárzása (kb. 0.2 msv/év) A hivatásszerűen izotópokkal foglalkozók (orvosok, kutatók stb.) a háttérsugárzásnak kb. a 25-szörösét (maximum 50 msv -et) kaphatják meg évente. Ezt nevezzük dóziskorlátnak. (A lakosságra ez az érték kb. kétszeres háttérsugárzás, vagyis max. 5 msv/év!) 20

19 Radioaktív sugárzás detektálása Ködkamra 21

20 Radioaktív sugárzás detektálása Ködkamra (paksi atomerőmű látogatóközpont) 22

21 Radioaktív sugárzás detektálása Filmdoziméter (pl. egészségügyi dolgozók)

22 Radioaktív sugárzás detektálása Szcintillációs detektor 24

23 Radioaktív sugárzás detektálása Geiger Müller számláló (kísérlet) 25