Descriere: RADIAŢIILE ŞI RADIOPROTECŢIA
Structura energetică a nucleului
Modele atomice
Din structura atomo-moleculară cunoaştem că orice substanţă este formată din molecule, iar acestea la rândul lor sunt formate din atomi (athomos = indivizibil).
Atomul având o structură ceva mai stabilă, el a fost considerat multă vreme indivizibil şi fără structură internă. La începutul secolului XX, a fost pus în evidenţă caracterul să complex, pentru a cărui studiere au fost construite diferite modele, capabile să permită înţelegerea fenomenelor care se petrec la scară atomică.
[A] Modelul J. J. Thomson (1903)
Ø pleacă de la legea interacţiunii dintre sarcinile electrice
Ø concepe modelul sub formă de sferă, care cuprinde o
sarcină electrică pozitivă, uniform distribuită, iar în
interiorul acesteia se găsesc electronii într-o continuă
mişcare.
Ø modelul a putut explica anumite fenomene legate de
atom, dar ulterior s-a dovedit a fi nepotrivit pentru
interpretări cu caracter mai general, fiind abandonat,
mai ales că repartizarea sarcinilor electrice nu avea nici o bază experimentală.
[B] Modelul Rutherford (1906) – modelul planetar
Ø atomul este un sistem electric neutru, format dintr-un număr de sarcini negative şi un nucleu central cu sarcină pozitivă.
Ø întreaga sarcină pozitivă şi aproape întreagă masa a atomului sunt concentrate în nucleu – care are diametrul de aproximativ 10-15m.
Ø între nucleu şi electroni există forţe de atracţie şi respingere coulombiană, ceea ce conferă stabilitate atomului.
Ø deficienţele modelului: modelul este conceput pe baza legilor clasice ale mecanicii şi electromagnetismului; conform legilor electromagnetismului orice sarcină electrică ce se mişcă accelerat, emite continuu radiaţii electromagnetice (unde) pierzând continuu energie şi apropiindu-se din ce în ce mai mult de nucleu, în cele din urmă căzând pe acesta, lucru care nu se întâmplă, deoarece ştim că atomul este stabil.
[C] Modelul cuantificat Bohr (1913)
Ø se bazează pe modelul Rutherford, dar pe baza următoarelor postulate:
a) electronii se mişcă în jurul nucleului numai pe anumite orbite, de energii bine definite, numite orbite staţionare, iar mişcarea electronilor pe orbitele staţionare se face fără absorbţie sau emisie de energie.
b) la tranziţia unui electron de pe o orbită staţionară pe alta, se emite sau absoarbe o cantitate de energie egală cu diferenţa energiilor corespunzătoare celor două orbite:
h = En – Em; unde h = constanta lui Planck, = frecvenţa radiaţiei emise.
[D] Modelul lui Sommerfeld (1916)
se admite că un electron în mişcare descrie
pe lângă orbite circulare şi orbite eliptice;
având r = raza vectoare, = unghiul descris
de raza vectoare; F1 = unul din focarele
elipsei.
modelul păstrează orbitele indicate de Bohr,
dar adaugă fiecăreia dintre ele (n – 1) orbite
eliptice.
Izotopii – sunt atomi ai aceluiaşi element care ocupă toţi acelaşi loc în tabelul lui Mendeleev dar au mase atomice diferite (A – acelaşi, Z – diferite); nucleele izotopilor au acelaşi număr de protoni, dar au număr diferit de neutroni, ei au aceleaşi propietăţi chimice, dar proprietăţile lor fizice diferă destul de mult.
Orice atom se reprezintă AZX numărul de masănumărul atomic (izos = acelaşi; topos = loc)
Exemple: carbon: 12C, 13C, 16C; oxigen 16O, 17O, 14O; plumb 204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb;
hidrogen 1H, 2H = D = deuteriu, 3H = T = tritiu.
A = nr. de masă = nr. întreg cel mai apropiat de masa atomică
Z = nr. atomic = nr. de ordine din sistemul periodic (Mendeleev)
Nucleul atomic
Este constituit din particule care se numesc nucleoni; aceştia fiind protonii cu sarcină electrică pozitivă (+e) cu masa mp = 1,007597u şi neutronii care sunt neutrii din punct de vedere electric cu masa mn = 1,008987u
Pentru nucleu: Z – exprimă numărul protonilor din nucleu, iar A – număriul total de nucleoni, adică (A – Z) neutroni.
Masa nucleului este suma maselor protonilor şi neutronilor, deci
m = Z.mp + (A – Z)mn adică m = mp + mn
Prin metoda spectroscopiei de masă, s-au determinat masele diferitelor nuclee M (cu o precizie de până la 5 zecimale) şi cele calculate prin suma maselor protonilor şi neutronilor, apărând o diferenţă de masă m = m – M = Zmp + (A – Z)mn – M care se mai numeşte şi defect de masă.
Energia de legătură:
Forţele nucleare sunt forţele de atracţie dintre nucleoni, sunt de natură electromagnetică şi sunt forţe specifice nucleului. Aceste forţe sunt mult mai mari decât forţele de respingere coulombiene dintre protoni.
Interacţiunea dintre nucleoni se realizează prin intermediul unui câmp nuclear, numit câmp mezonic. La formarea unui nucleu atomic din nucleoni, forţele nucleare efectuează un lucru mecanic şi de aceea la formarea nucleului se eliberează energie. O parte din această energie eliberată este preluată de nucleu sub formă de energie cinetică, iar restul este radiat prin fotoni .
Energia de legătură este energia necesară pentru desfacerea nucleului în nucleoni. Energia de legătură a nucleului cu masa de repaus M, are expresia, dată de relaţia:
W = [Z.mp + (A – Z)mn].c2 – M.c2 şi este exprimată în MeV = megaelectron – volt.
Eliberarea energiei nucleare
În toate reacţiile nucleare energia totală se conservă, adică, energia totală a particulelor care participă la reacţie este egală cu energia totală a particulelor care ies din reacţie: E01 + E1 = E02 + E2, unde E01, E1 – este energia de repaus, respectiv energia cinetică care intră în reacţie; E02, E2 – este energia de repaus şi cinetică a produselor de reacţie (E1 E2).
|
