ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΝΟΥΚΛΙΔΙΑ 2. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΡΑΔΙΟΝΟΥΚΛΙΔΙΩΝ

Transcript

1 ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Τμήμα Χημικών Μηχανικών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΝΟΥΚΛΙΔΙΑ 2. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΡΑΔΙΟΝΟΥΚΛΙΔΙΩΝ Ιωάννα Δ. Αναστασοπούλου Βασιλική Δρίτσα

2 ΑΔΕΙΑ ΧΡΗΣΗΣ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 3 Η αρχή της πυρηνικής ενέργειας δεν σχετίζεται καθόλου με την χημική, θερμική, ηλεκτρολυτική, κινητική, κ.λπ. ενέργεια. Όμως όταν η πυρηνική ενέργεια ελευθερωθεί, τότε το αποτέλεσμα εκδηλώνεται ως χημικό, θερμικό, κίνησης, κ.λπ. Είναι γνωστό ότι η χημική ενέργεια απορρέει από την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο μόριο λόγω των χημικών δεσμών ή την δομή (ηλεκτρονιακή κατανομή) του μορίου. Αν η ενέργεια του μορίου αποδοθεί, τότε μπορούν να προκληθούν διάφορα φαινόμενα, όπως φωτιά, κίνηση, κ.ά. Το ποσό της ενέργειας στις κλασσικές αυτές περιπτώσεις μετράται με erg (έργια), ev (ηλεκτρονιοβόλτ), cal (θερμίδες). Στην πυρηνική ενέργεια οι μονάδες αυτές είναι πολύ μικρές για να περιγράψουν τις ενεργειακές καταστάσεις και οι ενέργειες δίνονται με μονάδες MeV. Είναι γνωστό ότι τα πρωτόνια και νετρόνια ενός πυρήνα συγκρατούνται μεταξύ τους με ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις και την βαρύτητα. Η σταθερότητα επομένως ενός πυρήνα εκφράζεται με το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για να διαχωριστεί ο πυρήνας στα πρωτόνια και νετρόνια από τα οποία αποτελείται. Αυτό σημαίνει ότι για την διάσπαση ενός πυρήνα απαιτείται ενέργεια ίση με την ενέργεια σύνδεσης των πρωτονίων και νετρονίων.

4 4 Σχήμα 2.4. Ενέργεια σύνδεσης συναρτήσει του μαζικού αριθμού Στα περισσότερα άτομα η ενέργεια σύνδεσης των πρωτονίων και νετρονίων είναι αρκετά υψηλή. Αυτό δικαιολογεί το γεγονός ότι τα περισσότερα άτομα είναι σταθερά. Οι πυρήνες των διαφόρων ατόμων έχουν διάφορες ενέργειες σύνδεσης (E b, b=binding). Στο Σχήμα 2. 4 φαίνεται η ενέργεια σύνδεσης των πυρήνων των ατόμων. Ο οριζόντιος άξονας εκφράζει τον μαζικό αριθμό Α που ισούται με το άθροισμα των πρωτονίων και νετρονίων του πυρήνα. Ο κάθετος άξονας εκφράζει τον λόγο της ενέργειας σύνδεσης προς τον μαζικό αριθμό. Παρατηρείται ότι οι ελαφρείς και βαρείς πυρήνες έχουν μικρότερη ενέργεια σύνδεσης από εκείνους τους πυρήνες μέσου βάρους. Σχάση (fission) παρατηρείται στους βαρείς πυρήνες, ενώ σύντηξη (fusion) έχουμε στους ελαφρείς πυρήνες.

5 5 Τα κυριότερα ισότοπα των βαρέων πυρήνων μπορούν να διασπασθούν αν προσλάβουν νετρόνια. Έτσι για παράδειγμα το 235 U με την πρόσληψη ενός νετρονίου μπορεί να δώσει σειρά από άλλα προϊόντα. (2.1) Δηλαδή το 235 U με την πρόσληψη ενός ταχέως νετρονίου διασπάται σε στρόντιο (Sr) και ξένο (Xe) και εκλύει ενέργεια Ε. Η μετάβαση αυτή γίνεται σε δύο στάδια. Αρχικά το 235 U με την απορρόφηση του νετρονίου μεταπίπτει σε 236 U, το οποίο, επειδή είναι ασταθές διασπάται. Όμως η αντίδραση (2.1) δεν είναι η μοναδική. Το 235 U μπορεί με την πρόσληψη του νετρονίου να διασπασθεί σε μολυβδαίνιο (Mo) και σαμάρειο (Sm), σύμφωνα με την αντίδραση: (2.2) Πρέπει να τονισθεί ότι και στην αντίδραση (2.2) το 235 U μεταπίπτει σε 236 U ως ενδιάμεσο στάδιο της σχάσης. Τα ραδιοϊσότοπα εκπέμπουν μόνον ακτίνες α, β και γ. Τα νετρόνια συνήθως εκπέμπονται κατά τις πυρηνικές αντιδράσεις μέσα σε αντιδραστήρες και κυρίως μετά από βομβαρδισμό με ακτίνες α( ).

6 6 Κλασσικό παράδειγμα παραγωγής νετρονίων είναι ο βομβαρδισμός του 9 Be με ακτίνες α, που προέρχονται από την διάσπαση του 241 Am: (2.3) Σχήμα 2.5. Σχετική καμπύλη σχάσης του 235 U και τα ισότοπά του με τον αριθμό των ατομικών μαζών. Στο Σχήμα 2. 5 φαίνονται τα ισότοπα και η απόδοση σχάσης επί % των προϊόντων του 235 U. Επίσης από την καμπύλη φαίνεται ο μεγάλος αριθμός ραδιονουκλιδίων που παράγεται από τη σχάση του ουρανίου.

7 ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.