Az atom felépítése Alapfogalmak

Hasonló dokumentumok
Az atom felépítése Alapfogalmak

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Az atommag összetétele, radioaktivitás

ELEMI RÉSZECSKÉK ATOMMODELLEK

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

Az atommag szerkezete

Az atom szerkezete. Az eltérülés ritka de nagymértékű. Thomson puding atom-modellje nem lehet helyes.

Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

ATOMFIZIKA, RADIOAKTIVITÁS

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Az atomhéj (atommag körüli elektronok) fizikáját a kvantumfizika írja le teljes körűen.

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészei. Az atom felépítése. A radioaktivitás : energia kibocsátása

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal


Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM

Jelöljük meg a kérdésnek megfelelő válaszokat! 1, Hullámokról általában: alapösszefüggések a harmonikus hullámra. A Doppler-effektus

Bevezetés a magfizikába

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Atommodellek. Az atom szerkezete. Atommodellek. Atommodellek. Atommodellek, A Rutherford-kísérlet. Atommodellek

Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

Atommodellek. Készítette: Sellei László

Mag- és neutronfizika

-A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának folyamata. -Nagyenergiájú ionizáló sugárzást kelt Az elnevezés: - radio

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Az atommagtól a konnektorig

Kémiai alapismeretek 2. hét

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Méretek. Az ionizáló sugárzások fajtái. 1. Atomfizika, Radioaktivitás és Röntgensugázás

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Thomson-modell (puding-modell)

Általános Kémia, BMEVESAA101

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

Atommodellek. Ha nem tudod egy pincérnőnek elmagyarázni a fizikádat, az valószínűleg nem nagyon jó fizika. Rausch Péter kémia-környezettan tanár

FIZIKA. Radioaktív sugárzás

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Párhuzamok: legerjedés Párhuzamok: energia átadása

MAGFIZIKA. a 11.B-nek

Atommagok alapvető tulajdonságai

I. Az anyagszerkezetről alkotott kép változása Ókori görög filozófusok régi kérdése: Miből vannak a testek? Meddig osztható az anyag?

Kémia I. Műszaki menedzser hallgatók számára

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei


Hadronok, atommagok, kvarkok

PROMPT- ÉS KÉSŐ-GAMMA NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS A GEOKÉMIÁBAN I. rész

+ + Az atomhéj (atommag körüli elektronok) fizikáját a kvantumfizika írja le teljes körűen.

Tamás Ferenc: Természetes radioaktivitás és hatásai

Modern fizika vegyes tesztek

Tartalom Az atom szerkezete Atom. Részecske. Molekula Atommodellek A.) J. Thomson féle atommodell...4 B.) A Rutherford-féle vagy

A sugárzások a rajz síkjára merőleges mágneses téren haladnak át γ α

Atomfizika I. Az anyagszerkezetről alkotott kép változása Ókori görög filozófusok régi kérdése: Miből vannak a testek? Meddig osztható az anyag?

Bevezetés a részecske fizikába

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

FIZIKA KÖZÉPSZINTŐ SZÓBELI FIZIKA ÉRETTSÉGI TÉTELEK Premontrei Szent Norbert Gimnázium, Gödöllı, május-június

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

IDTÁLLÓ GONDOLATOK MOTTÓK NAGY TERMÉSZET TUDÓSOK BÖLCS GONDOLATAIBÓL A TUDOMÁNY ÉS A MINDEN NAPI ÉLET VONAKOZÁSÁBAN

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

FELADATMEGOLDÁS. Tesztfeladat: Válaszd ki a helyes megoldást!

Radiometrikus kutatómódszer. Összeállította: dr. Pethő Gábor, dr. Vass Péter

A radioaktív bomlás típusai

Radioaktivitás. 9.2 fejezet

Kémiai alapismeretek 2. hét

FIZIKA. Atommag fizika

RADIOKÉMIA. László Krisztina, F ép. I. lh., I. emelet, 135

Boyle kísérlete. Boyle 1781-ben ónt hevített és azt tapasztalta, hogy annak tömege. Robert Boyle angol fizikus, kémikus

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

a Bohr-féle atommodell (1913) Niels Hendrik David Bohr ( )

ATOMFIZIKA. óravázlatok

A testek részecskéinek szerkezete

A modern fizika születése

A sugárzások és az anyag fizikai kölcsönhatásai

JÁTSSZUNK RÉSZECSKEFIZIKÁT!

Miért érdekes? Magsugárzások. Az atommag felépítése. Az atom felépítése

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

Újpesti Bródy Imre Gimnázium és Ál tal án os Isk ola

RADIOKÉMIA SZÁMOLÁSI FELADATOK Szilárdtest- és Radiokémiai Tanszék

Miért érdekes? Magsugárzások. Az atommag felépítése. Az atom felépítése

Magszerkezet modellek. Folyadékcsepp modell

61. Lecke Az anyagszerkezet alapjai

Az elektromágneses hullámok

Első magreakciók. Exoterm (exoerg) és endoterm (endoerg) magreakciók. Coulomb-gát küszöbenergia

A nukleáris fizika története, a nukleáris energetika születése

Radiometrikus módszer. Összeállította: dr. Pethő Gábor, dr. Vass Péter

A Nukleáris Medicina alapjai

A tudós neve: Mit tudsz róla:

Mit értünk a termikus neutronok fogalma alatt? Becsüljük meg a sebességüket 27 o C hőmérsékleten!

Radioaktív bomlási sor szimulációja

AZ ELEKTROMÁGNESES SUGÁRZÁS KETTŐS TERMÉSZETE

Az ionizáló sugárzások el állítása és alkalmazása

Átírás:

Anyagszerkezeti vizsgálatok 2018/2019. 1. félév Az atom felépítése Alapfogalmak Csordás Anita E-mail: csordasani@almos.uni-pannon.hu Tel:+36-88/624-924 Pannon Egyetem Radiokémiai és Radioökológiai Intézet

Alapadatok Anyagszerkezeti vizsgálatok 4 alkalom (2 óra/alkalom) Diasor kiadása (tárgyfelelős-honlap) Laborgyakorlatok

Mi a sugárzás? A sugárzás az energia kibocsátás és átadás egy módja, hullám vagy részecske formájában.

Mi a sugárzás?

Sugárzások típusai Ionizáló Nemionizáló Elektromágneses hullámok Gamma-sugárzás Röntgen-sugárzás Mechanikai hullámok Hang Ultrahang Alfa Béta Részecske sugárzás Elektromágneses hullámok Rádió Infravörös Látható fény Ultraibolya

Atomok szerkezete Atomelméletek fejlődése

Az első atomelmélet Démokritosz Atom = atomos (jelentése: oszthatatlan) Matematikailag oszthatatlan Örök létezők Különböző méret és alak Édes: kicsi, kerekded Savanyú: nagy, sokszögletű Keserű: kicsi, kerek

Dalton-féle modell (1808) Démokritoszi továbbfejlesztése Az anyagok felépítése atomokból oszthatatlan, kicsi gömb Egymástól való távolságuk halmazállapot Fellépő vonzás, elhelyezkedés egyéb tulajdonságok Atomtömegek különbözősége

Thomson-féle atommodell (1906) mazsolás puding modell Pozitív töltésű atom Benne szétszórva negatív elektronok Minimális helyzeti energiára törekednek

Rutherford szórási kísérlete Alfa-részecskékkel bombázott aranylemez Mazsolás puding: alfa-részecskék eltérülés nélkül lassulnak Valóságban: néhány részecske jelentősen eltérült

Rutherford atommodellje (1911) Naprendszer-modell Létezik az atommag (pozitív töltés) Körülötte negatív töltésű elektronok Körpályán keringenek Kifelé semleges Probléma: A körpályán mozgó elektronnak gyorsulása van - mint gyorsuló töltésnek (elektron)sugároznia kellene még alapállapotban is. Azaz az alapállapotú atomnak sugároznia kellene - Energia veszteség következne be - a körpálya sugara egyre jobban csökkenne - Az elektron végül spirális pályán becsapódna a magba.

Bohr- féle atommodell (1915) Rutherford modell továbbfejlesztése Elektronok körpályán Adott energiaszinteken keringenek nincs energia kisugárzás Szintek közti átmenet elektromágneses sugárzás

Atomok hullámmodellje (Heisenberg és Schrödinger) Bohr-modell: nem vette figyelembe az elektron hullámtermészetét Elektron be van zárva állóhullám Elektronok mozgási energiája meghatározott érték Fotonok elnyelése szintek közötti energiakülönbséggel megegyező energiában

Állóhullámok leírása: kvantumszámok Főkvantumszám Mellékkvantumszám Mágneses kvantumszám Spinkvantumszám elektronra vonatkozik

Mit tudunk eddig? Pozitív töltésű atommagunk Összetétel nem ismert Elektronok Kötött pályákon Meghatározott energiával

Atommag szerkezete: Proton H legkönnyebb és legkisebb elem Rutherford igazolta, hogy H atommag van jelen más magokban Egy elemi egység, amiből 1 van a H magjában

Atommag szerkezete: Neutron 1932. Chadwick Korábban röntgen-sugárzásnak hitték Protonnal megegyező tömegű részecske Semleges (neutral)

Atommag Teljes tömeg: 99.99 %-a Protonok és neutronok kvarkokból (magkémia) Rendszám: protonok száma (elemi minőség) Semleges: ugyanennyi elektron (töltések kiegyenlítődése) Tömegszám: protonok és neutronok száma Elhanyagolható elektron tömeg (~1840-ed része)

Fontos elnevezések Izotóp: azonos protonszám, eltérő neutronszám Ugyanaz az elem Eltérő tömegszám Izobár: azonos tömegszám, de eltérő protonszám Izotón: azonos neutronszám, de eltérő protonszám

Az atommagot összetartó erő Atommag: protonok és neutronok sokasága mi tartja össze? Egy, a töltésektől független erő jelenléte szükséges Proton pozitív töltés Neutron - semleges

Kölcsönhatások Erős Gyenge Elektromágneses Gravitációs Erőssége legerősebb elektromos töltések között hat Hatótávolsága atomi szinten hat leptonokra, kvarkokra hat Közvetítő részecske Hatása Alapvető kölcsönhatások Elemi részecskék között fellépő kölcsönhatások Kvarkok neutron, proton alkotói Leptonok - elektronok végtelen leggyengébb végtelen gluon bozon foton graviton atommag stabilitása béta-bomlás fémek, molekulák szerkezete galaxisok, bolygók kialakulása, kapcsolata

Nukleonok közötti vonzóerő : magerő Erős kölcsönhatások következménye Lényegesen kisebb hatótávolság, mint a Coulomb-erőké (10-15 m) Telítettség Egy nukleon adott számú kölcsönhatás Töltésfüggetlen Mindig vonzó!

Atommag stabilitása Atommag tömege kisebb, mint az őt alkotó nukleonok tömege A hiányzó tömeg arányos a kötési energiával Einstein-féle tömeg-energia ekvivalencia Kötési energia: megadja egy nukleonnak az atommagból való eltávolításához szükséges energiát [MeV]

Atommag stabilitása

Magmodellek Folyadékcsepp modell Folyadék összenyomhatatlansága Sok tulajdonságot magyaráz Néhányat nem Atomhéj modell Meghatározott energianívók Elektronhéjhoz hasonló szerkezet Kollektív modell Az egyes energiaszinteken lévő nukleonok együttes mozgásra képesek

A ma ismert 112 elemnek több, mint 2500 izotópja létezik. Ezek közül 249 stabil, az összes többi magától elbomlik, azaz radioaktív. A kis rendszámú (kb. a 20-as rendszámú Ca-ig) stabil atommagokban a protonok és neutronok száma megegyezik, a nagyobb rendszámú magokban viszont a neutronok vannak többségben.

Izotópeffektus Azok a fizikai és kémiai jellegű eltérések, melyek egy elem különböző izotópjai, illetve azok vegyületei között mutatkoznak. Magtömeg (vagy ritkábban magspinek) különbözőségén alapul

Eltérések Fizikai: sűrűség, viszkozitás, törésmutató, stb. He: 3 K alá hűtve szuperfluid állapot, kivéve a He-3 Szupravezetők hőmérsékleti tartományok elmozdulása Fázisegyensúlyi: eltérő megoszlások fázisok között Oldékonyság különbség a víz és nehézvíz esetében egyes szervetlen sók esetében Spektroszkópiai: atomi színképekben változás Izotópok felfedezése Reakciókinetikai: reakciósebességek víz elektrolízise gyorsabb, mint a nehézvízé Reakciómechanizmusok vizsgálata Kémiai egyensúlyi: azonos kémiai reakció eltérő egyensúlyi állandó Biokémiai folyamatok Víz-nehézvíz eltérő élettani hatás (deutérium sejtosztódás gátlása)

Radioaktivitás felfedezése Henry Becquerel (1852-1908) Marie Curie (1867-1934) Pierre Curie (1859-1906) 1896. radioaktivitás felfedezése - urán 1903. fizikai Nobel-díj (Curie házaspár) Aktivitás SI mértékegysége 1898. Po és Ra felfedezése 1903. Becquerelel együtt fizikai Nobel-díj 1911. Marie Curie - kémiai Nobel-díj (Po, Ra felfedezése és az ezzel kapcsolatos kutatások) Ionizáló sugárzás káros hatásai okozták a halálát

Radioaktivitás Az elemek adott izotópjainak azon tulajdonsága, hogy spontán módon külső hatás nélkül egy vagy több tulajdonságuk az idő függvényében változik és energiát sugároznak ki. A radioaktív bomlás teljesen véletlen jelenség, egy adott atommagról nem lehet megállapítani, hogy mikor fog elbomlani, viszont az elbomlásának időbeni valószínűsége állandó. Aktivitás (A) Időegység alatt elbomló atommagok száma A = dn = λ N dt (N - aktív magok száma a t időpontban, λ bomlási állandó) Mértékegysége: 1/s = Bq (Régebben Curie)

Egyszerű bomlás kinetikája A = dn dt = λ N dn = λ N dt Bomlási állandó [m.e.: 1/sec]: A magok egységnyi idő alatt bekövetkező elbomlásának valószínűsége Értékét külső behatás (pl.: T, p,stb.) nem befolyásolja Független az eltelt időtől A t időpontban meglévő magok száma: N = N 0 e λ t És ebből az aktivitás: A = A 0 e λ t N 0 /A 0 magok száma/aktivitás a t=0 időpontban

Az aktivitás változása az időben λ helyett sokszor a felezési idő (az az időtartam, amíg a bomlásra képes magok száma a felére csökken) T 1/2 = ln(2) λ

Radioaktív bomlás kinetikája Összetett radioaktív bomlás: ahol A: anyaelem B 1 és B 2 : leányelemek 1, 2 : a bomlássebességi állandó Pl. 212 Pb 212 Po és 212 Tl; 64 Cu 64 Zn és 64 Ni, valamint 40 K 40 Ca és 40 Ar ahol N 0 : radionuklidok száma t=0 időpontban N: radionuklidok száma t időpontban 1, 2 : a bomlássebességi állandó Bármely időpillanatra elmondható, hogy a két leányelem mennyiségének összege megegyezik az elbomlott magok számával: B 1 + B 2 = N 0 - N

Radioaktív egyensúlyok 1. Kurrens vagy tranziens egyensúly 2. Szekuláris egyensúly 3. Anyaelem bomlása gyorsabb 4. Bomlási sebességük közel azonos

Tranziens egyensúly λ1<λ2 Az anyaelem lassabban bomlik, mint a lányelem Mo-99 -> Tc-99m

Szekuláris egyensúly Λ1 << λ2 Az anyaelem sokkal lassabban bomlik, mint a lányelem Ra-226 -> Rn-222

További esetek Λ1 > λ2 Az anyaelem gyorsabban bomlik, mint a lányelem 1 2 (anyaelem és leányelem bomlási sebessége megközelítőleg azonos) Az eddig felírt függvények nem értelmezhetők, mivel nevezőben nulla nem szerepelhet, ilyenkor határértéket vizsgálunk

Radioaktív bomlás típusai alfa-sugárzás béta-bomlások elektronbefogás gamma-sugárzás magizoméria spontán maghasadás

Alfa-sugárzás Jellemzően A>210, kivétel Sm, Nd Hélium atommag nagy kötési energia Új mag és alfa részecske együttes tömege kisebb - stabilabb

Alfa-részecske jellemzői nagy méret, pozitív töltés 3-9 MeV, diszkrét energia gyakori kölcsönhatás - erős roncsolás kis hatótávolság levegőben 3-9 cm szilárd anyagban mm

Geiger-Nuttall grafikon

Alagúteffektus

Alfa-bomlás energiája Tömeg-energia ekvivalencia Kiindulási és termékmagok tömegkülönbsége ENERGIA Alfa-részecske kinetikus energiája Maradékmag visszalökődés (Szilárd-Chalmer effektus) impulzusmegmaradás

Béta-sugárzás Elektronsugárzás

Béta-sugárzás Pozitronsugárzás

Ha az atommagban túl sok neutron van, negatív bétabomlás fog bekövetkezni Ha az atommagban túl kevés neutron van, pozitív bétabomlás fog bekövetkezni

Neutrínó és antineutrínó Béta-bomlásnál ezenkívül egy elektromos töltés nélküli, nagyon kis tömegű részecske is kilép: neutron keletkezésekor egy neutrínó, proton keletkezésekor egy antineutrínó.

Béta sugárzás Elektronbefogás Mindig EM sugárzás kíséri! karakterisztikus röntgensugárzás fékezési röntgensugárzás gamma-sugárzás Auger-elektronok

Béta-bomlás energiaspektruma

Gamma-sugárzás Általában a radioaktív bomlást, magátalakulást kísérő jelenség Atommagban különböző energiaszintek (elektronhéjhoz hasonlóan) Bomlást követően gerjesztett állapot Energiaminimumra való törekvés felesleges energia kibocsátása elektromágneses sugárzás formájában Sugárzás energiája nívók közti különbség

Magizoméria Bomlást követően mérhető ideig fennáll a gerjesztett (metastabilis) állapot. Magizoméria: az alapállapotba jutás folyamata Izomér magok: rendszám és tömegszám megegyezik, csak energiatartalomban különböznek

Rendszám- és tömegváltozások Sugárzás típusa Rendszámváltozás Tömegváltozás Alfa-sugárzás -2-4 Elektronsugárzás +1 0 Pozitronsugárzás -1 0 Elektronbefogás -1 0

Spontán hasadás nagyon nehéz magok hasadásra hajlamosak, energetikailag csak 230-as tömegszám felett valósul meg a spontán hasadás valószínűsége természetes elemek esetében kicsi

Hasznos oldalak https://wwwnds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/vcharthtml.html http://nagysandor.eu/nuklearis/glosszarium.html http://periodictable.com/index.html