FYZIKA MIKROSVĚTA

JADERNÁ FYZIKA

Časový průběh radioaktivní přeměny, zákon radioaktivního rozpadu

POPIS A VYVOZENÍ ZÁKONA

Víme:

Některé atomy mají nestabilní jádra v důsledku toho se rozpadají a vznikají jádra jiných prvků a vyzařuje se přitom záření (alfa, beta gama).

Popis tohoto jevu v čase

Přeměna neboli rozpad radioaktivní látky neprobíhá u všech jejich jader současně. Nelze určit, které jádro a v kterém okamžiku se rozpadne. 

Proto zavádíme veličinu

POLOČAS ROZPADU (T)

= doba, za kterou se rozpadne polovina jader radioaktivního nuklidu

Vlastnosti:

Potom závislost počtu nepřeměněných jader radionuklidu na čase (s využitím poločasu rozpadu) musí vypadat takto:

Matematický popis dané závislosti se nazývá

ZÁKON RADIOAKTIVNÍ PŘEMĚNY

N = N0 . e-λ.t

N … počet nepřeměněných jader v čase t

N0 … počet nepřeměněných jader v čase t = 0 s

e …Eulerovo číslo (základ přirozených logaritmů) e = 2,718

t … čas

λ … PŘEMĚNOVÁ (ROZPADOVÁ) KONSTANTA 

charakteristická pro daný radionuklid

Jednotka: s-1

souvisí s poločasem rozpadu

λ = (ln 2) / T = 0,693 . T-1  

T ... poločas rozpadu

ln 2 … přirozený logaritmus 2 

Ukázka odvození daného vztahu

POZNÁMKY A DALŠÍ ZAJÍMAVOSTI

1) Velikost poločasu rozpadu (přeměny)

v praxi nabývá hodnot od zlomku sekundy až do miliardy roků, např. 

238U … T = 4,5 . 109 roků

3H … T = 12,3 roku

poločasy přeměny některých radionuklidů na Wikipedii

2) Rozpadové (přeměnové) řady

víme, že vyzářením záření nebo se přeměňuje jádro původního nuklidu na jádro jiné (dochází ke změně protonového a nukleonového čísla)

v přírodě mohou tyto přeměny probíhat řetězovitě tak dlouho, než vznikne stabilní nuklid (často Pb)

příklady přirozených přeměnových (rozpadových) řad:

Thoriová, Neptuniová, Uran-radiová, Aktiniová

3) Umělé radionuklidy

připravovány dnes průmyslově ostřelováním atomových jader z urychlovačů

využívají se v řadě oborů (lékařství, armáda, archeologie - určení stáří vykopávek)

Více v kapitole Využití radionuklidů

4) Další veličiny a jejich jednotky používající se v praxi

Aktivita radionuklidu je veličina, která udává počet radioaktivních jader, která se rozpadnou za 1 sekundu 

Dávka je veličina, která udává, kolik energie ionizujícího záření pohltí 1 kg látky

Dávkový ekvivalent je veličina, která vyjadřuje biologickou účinnost jednotlivých druhů záření. Každému druhu záření přísluší tzv. jakostní faktor q. Dávkový ekvivalent se vypočítá jako součin dávky záření a jakostního faktoru. 

ÚLOHY K PROCVIČENÍ

ÚLOHA 1: (Určení konečného počtu atomů)

Ve vzorku radioaktivního fosforu 32P, který má poločas přeměny 14 dnů, je 4.1018 atomů fosforu. Kolik atomů fosforu bude v tomto vzorku za 4 týdny?

(1018) Ukázka řešení

ÚLOHA 2: (Určování stáří vykopávek)

V kousku starého dřeva klesl obsah radionuklidu 14C na 72 % původní hodnoty. Určete stáří dřeva, je-li poločas přeměny nuklidu 5570 roků.

(2640 let) Ukázka řešení

ÚLOHA 3: (Radioizotopové vyšetření krve)

Do krve člověka bylo vstříknuto nevelké množství roztoku, který obsahoval radionuklid 24Na o aktivitě A0 = 2.103 Bq. Za 5 hodin po vstřiku bylo zjištěno, že objemová aktivita krve (tj. aktivita vztažená na 1 m3 krve) je av = 265 kBq.m-3. Poločas přeměny 24Na je 15 hodin. Určete objem krve člověka v litrech.

(6 litrů) Ukázka řešení

ÚLOHA 4: (Určení stáří dřevěné třísky radiouhlíkovou metodou)

Webová sbírka řešených úloh 

ÚLOHA 5: (Aktivita zdroje)

Webová sbírka řešených úloh

Další úlohy k procvičení:

Chemické výpočetní příklady (el. učebnice IS MU v Brně)