Az atomok elektronokból, protonokból és neutronokból épülnek fel. A proton és a neutron pedig gluonokból és kvarkokból (gyakoribb felfogás szerint nem elemi részecske) áll.
Az atom átmérője 100 pikométer (E-10 m) nagyságrendű, térfogatának nagy része üres. A középpontjában található az atommag, aminek tipikus átmérője 10 femtométer (E-14 m).
Mivel az atommag pozitív protonokból és semleges neutronokból (avagy nukleonokból) áll, töltése pozitív, ezt a protonokkal azonos számú elektronok negatív töltése semlegesíti. Az elektronburok felosztható héjakra, alhéjakra és orbitálokra (elektronpályákra).
A nukleonok száma adja meg az atom tömegszámát (A), a protonok (és elektronok) száma adja meg a rendszámát (Z).
Izotóp: az azonos rendszámú, de eltérő neutronszámú atomfajták; eltérő neutronszámuk miatt a tömegük is különböző.
A hidrogénnek (Z=1) például három (prócium, deutérium, trícium), a szénnek pedig hét izotópja van. A szén leggyakoribb izotópjai a természetben a 12-es és a 14-es tömegszámú. Az élő szervezetekben a szénizotópok aránya állandó. Az elhalt szervezetekben ez az arány változik, mert a 14C izotóp gyorsabban bomlik. Az arány változásából a lelet kora határozható meg.
Atomok stabilitási görbéje:
 |
| Látható, hogy a könnyű, stabil atommagokra nézve a neutronok és a protonok száma közel ugyanaz. A 20-nál több protont befogadó, nehezebb atommagok tartományában a stabilitási görbe mentén a neutronok száma egyre inkább meghaladja a protonok számát. A neutronok és a protonok aránya a legnehezebb, természetben megtalálható izotópra, a 238U atommagra majdnem 1,6. A neutronok számának a protonokéhoz viszonyított növekedése a pozitív töltésű protonok taszításának az eredménye, az atommag kedvezőbb energiaállapotban van, ha az egymást nem taszító neutronjainak száma nagyobb. |
Magfúzió: során két kisebb atommag egyesül egy nagyobbat eredményezve. Ez a folyamat lehet exoterm vagy endoterm a kiinduló magok atomtömegétől függően. Az elemek közül a vas a legstabilabb; ha a fúzióban résztvevő elemek könnyebbek a vasnál, akkor a folyamat exoterm, ellenkező esetben energiát kell befektetni. Magfúzió játszódik le a csillagokban és a hidrogénbomba robbanásakor. A vasnál nehezebb elemek fúziója szélsőséges feltételeket követel, mint például a szupernóva-robbanás.
Maghasadás (fisszió): során egy atommag két vagy több kisebb magra szakad. A maghasadást gamma-, valamint neutronsugárzás is kísérheti. A nehéz elemek maghasadása exoterm folyamat, melynek során nagy mennyiségű energia szabadul fel elektromágneses sugárzás és a hasadványok mozgási energiájának formájában.
A RADIOAKTÍV SUGÁRZÁS GYAKORLATI ALKALMAZÁSA
Orvosi alkalmazásai:
Napjainkban gyógyászati célra számos izotópot állítanak elő. Az előállítás leggyakoribb módja neutron besugárzásával történik. Először Hevesy György állított elő neutron besugárzással radioaktív nyomjelzésre alkalmas izotópokat. Munkásságáért 1943-ban kapott Nobel-díjat.
- Nyomjelzés: a beteg szervezetébe kis mennyiségben sugárzó radioaktív izotópot juttatnak, és érzékeny műszerrel kísérik nyomon annak útját a szervezetben (PET-CT).
- Terápiás kezelés: a burjánzó sejtek a radioaktív sugárzással szemben érzékenyek, ezért az előre meghatározott területre, meghatározott dózissal történik a besugárzás (sugárterápia, Szilárd Leó).
Kormeghatározás (izotópoknál kifejtve).
Láncreakciók alkalmazása:
A természetben a spontán hasadás valószínűsége kicsi, bekövetkezéséhez az atommagot magasabb energiájú állapotba kell hozni (aktiválás), erre legalkalmasabb egy lassú neutron. Az atommag befog egy neutront, A+1 tömegszámú izotóppá alakul, a befogás miatt a mag rezgésbe jön, két szélső részén megszűnik a magerő, az elektrosztatikus taszítóerő két részre szakítja.
A láncreakció lehet szabályozott (atomreaktor), illetve szabályozatlan (atombomba).
Atombomba: működés szempontjából lehet fissziós (nagy tömegszámú, instabil magok bomlásából, például uránbomba vagy a csernobili robbanás), illetve fúziós (atommagok egyesülése során, például a hidrogénbomba, ld. lentebb).
ISMERT FIZIKUSOK
A radioaktivitást 1896-ban Henri Becquerel francia tudós fedezte fel, amiért 1903-ban megkapta a fizikai Nobel-díjat. Becquerel foszforeszkáló anyagokkal kísérletezett. Úgy gondolta, hogy a katódsugárcső fénye valamilyen módon összefügg a foszforeszcenciával. Különféle foszforeszkáló anyagokat burkolt fekete papírba egy fényképlemezzel együtt, és a fényképlemez feketedését vizsgálta. Nem észlelt feketedést amíg uránsókkal nem próbálkozott. Miután a nem foszforeszkáló uránsókkal próbálkozott, kiderült, hogy a jelenségnek semmi köze sincs a foszforeszcenciához. Kimutatta, hogy a sugárzás intenzitása arányos az urán koncentrációjával, így arra következtetett, hogy ez a sugárzás az uránatom tulajdonsága.
Pierre Curie és Marie Curie (Maria Sklodowska), Becquerel tanítványai új, sugárzó elemek után kutatva fedezték fel, hogy a tórium is sugároz. Az uránércből kivontak még két erősebben sugárzó elemet, a polóniumot és a rádiumot. A Curie házaspár nehéz és fárasztó munkájának szemléltetéséül: nyolc tonna uránércből 0,1 gramm rádium nyerhető ki. A Curie házaspár és Rutherford kísérletei a radioaktív sugárzásnak két összetevőjét mutatta ki: a nagyon rövid hatótávolságú (levegőben kevesebb, mint 1 cm) alfa-sugárzás, és a béta-sugárzás (pár tíz cm levegőben).
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése