✎Ściąga z działu
Nuklidy, izotopy i bilans reakcji jądrowej (rozszerzenie)
- Zapis nuklidu: AZX, a liczba neutronów N = A − Z.
- Oznaczenia: X — symbol pierwiastka; Z — liczba atomowa (liczba protonów, czyli ładunek jądra w jednostkach e); A — liczba masowa (liczba nukleonów); N — liczba neutronów. Wszystkie bez jednostek.
- Przykład 1. Dane: ¹⁴₇N + ¹₀n → AZX + ¹₁p. Wzór: zachowanie A i Z. Obliczenia: A: 14 + 1 = A + 1, więc A = 14; Z: 7 + 0 = Z + 1, więc Z = 6. Odpowiedź: X = ¹⁴₆C (tak powstaje węgiel-14 w atmosferze).
Rozpady α, β⁻, β⁺ i promieniowanie γ (rozszerzenie)
- α: A − 4, Z − 2. β⁻: A bez zmian, Z + 1. β⁺: A bez zmian, Z − 1. γ: A i Z bez zmian.
- Oznaczenia: A — liczba masowa; Z — liczba atomowa; N — liczba neutronów; X — jądro macierzyste, Y — jądro potomne; ν, ν̄ — neutrino i antyneutrino (bez ładunku, o znikomej masie).
- Rozpad α: jądro emituje cząstkę α (jądro helu): AZX → A−4Z−2Y + ⁴₂He.
Prawo rozpadu i datowanie radiowęglowe (rozszerzenie)
- N(t) = N₀ · (1 przez 2)t/T, czyli N = N₀ · 2−t/T – dla dowolnego t, np. t = 1,5T.
- Oznaczenia: N — liczba jąder, które jeszcze się nie rozpadły; N₀ — liczba jąder na początku (t = 0); t — czas [s, dni, lata]; T — czas połowicznego rozpadu (często pisany T½), w tych samych jednostkach co t.
- Przykład 1. Dane: t = 1,5T. Wzór: N przez N₀ = 2−t/T. Obliczenia: N przez N₀ = 2−1,5 ≈ 0,354. Odpowiedź: zostaje ok. 35% jąder (mniej niż 50%, więcej niż 25%).
Deficyt masy, energia wiązania i bilans energii reakcji (rozszerzenie)
- Δm = Z · mp + (A − Z) · mn − mj, Ew = Δm · c², a Ew przez A to energia wiązania na nukleon.
- Oznaczenia: Δm — deficyt masy [u lub kg]; Z — liczba protonów; A — liczba nukleonów; mp, mn — masy protonu i neutronu; mj — masa jądra; Ew — energia wiązania [J lub MeV]; u — atomowa jednostka masy, 1 u = 1,6605·10−27 kg.
- Ew to energia potrzebna do rozdzielenia jądra na nukleony. O trwałości mówi Ew/A – największa w okolicach żelaza (ok. 8,8 MeV).
Rozszczepienie jądra i reakcja łańcuchowa (rozszerzenie)
- k < 1 – reakcja wygasa; k = 1 – podtrzymuje się ze stałą mocą (pracujący reaktor); k > 1 – narasta (w bombie lawinowo).
- Rozszczepienie: jądro ²³⁵₉₂U pochłania neutron, staje się silnie wzbudzonym jądrem ²³⁶₉₂U i dzieli się na dwa jądra o średnich masach. Uwalniają się przy tym 2–3 neutrony i energia rzędu 200 MeV.
- Oznaczenia: k — współczynnik mnożenia neutronów: średnia liczba neutronów z jednego rozszczepienia, które wywołują następne rozszczepienie (bez jednostki).
Synteza jądrowa i energia gwiazd (rozszerzenie)
- Synteza i rozszczepienie prowadzą w stronę żelaza, gdzie Ew/A jest największa – dlatego oba procesy uwalniają energię.
- Synteza (reakcja termojądrowa) to łączenie lekkich jąder w cięższe. Uwalnia energię, bo produkt ma większą energię wiązania na nukleon niż substraty.
- Oznaczenia: P — moc promieniowania Słońca [W]; Δm przez Δt — ubytek masy w jednostce czasu [kg/s]; Er — energia jednej przemiany 4H → He [J]; N — liczba przemian na sekundę [1/s]; c — prędkość światła [m/s].
Promieniowanie jonizujące: dawki, ochrona i obliczenia (rozszerzenie)
- Dawkę zmniejszasz, skracając czas, zwiększając odległość (dla źródła punktowego natężenie maleje jak 1 przez r²) i stosując osłony (ołów, beton, woda).
- Promieniowanie jonizujące (α, β, γ, rentgenowskie, neutrony) przechodząc przez materię, jonizuje i wzbudza atomy. W komórce może uszkodzić cząsteczki, m.in. DNA, co prowadzi do mutacji albo śmierci komórki.
- α ma bardzo mały zasięg (zatrzymuje je naskórek), ale jest bardzo groźne, gdy źródło dostanie się do wnętrza ciała (wdychanie, połknięcie) – oddaje wtedy całą energię w małej objętości tkanki. β wnika na kilka milimetrów, γ i promieniowanie rentgenowskie – głęboko.
?Próbny sprawdzian
Pytania z każdego tematu działu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź z wyjaśnieniem.
Ile neutronów ma jądro ¹⁴₆C?
- A20
- B6
- C14
- D8
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: 8 – N = A − Z = 14 − 6 = 8.
Izotopy to atomy, które mają
- Atakie samo Z i różne A
- Btakie samo N i różne Z
- Cróżne Z i różne A
- Dtakie samo A i różne Z
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: takie samo Z i różne A – Izotopy to ten sam pierwiastek (to samo Z) z inną liczbą neutronów, więc z innym A.
Jak zmieniają się liczby A i Z w rozpadzie α?
- AA maleje o 4, Z rośnie o 2
- BA bez zmian, Z rośnie o 1
- CA maleje o 2, Z maleje o 4
- DA maleje o 4, Z maleje o 2
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: A maleje o 4, Z maleje o 2 – Cząstka α to ⁴₂He, więc A maleje o 4, a Z o 2.
Jak zmieniają się liczby A i Z w rozpadzie β⁻?
- AA i Z bez zmian
- BA maleje o 1, Z bez zmian
- CA bez zmian, Z maleje o 1
- DA bez zmian, Z rośnie o 1
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: A bez zmian, Z rośnie o 1 – Neutron zamienia się w proton, więc Z rośnie o 1, a liczba nukleonów się nie zmienia.
Prawo rozpadu ma postać
- AN = N₀ · 2t/T
- BN = N₀ · 2−t/T
- CN = N₀ − t/T
- DN = N₀ · t/T
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: N = N₀ · 2−t/T – Liczba nierozpadniętych jąder maleje wykładniczo – o połowę w każdym czasie T.
Jaka część jąder zostaje po czasie t = 1,5T?
- Aok. 35%
- Bok. 75%
- Cok. 25%
- Dok. 50%
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: ok. 35% – N/N₀ = 2−1,5 ≈ 0,354.
Deficyt masy jądra to
- Amasa elektronów w atomie
- Bmasa neutronów minus masa protonów
- Cmasa jądra minus suma mas nukleonów
- Dsuma mas nukleonów minus masa jądra
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: suma mas nukleonów minus masa jądra – Jądro jest lżejsze od sumy mas swoich nukleonów, a ta różnica to Δm.
Który wzór podaje energię wiązania jądra?
- AE_w = Δm·c
- BE_w = Δm·c²
- CE_w = Δm/c²
- DE_w = ½Δm·c²
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: E_w = Δm·c² – Deficytowi masy odpowiada energia E_w = Δm·c².
Co uwalnia się przy rozszczepieniu jądra ²³⁵U?
- ATylko energia, bez neutronów
- BEnergia rzędu 200 MeV i 2–3 neutrony
- CEnergia rzędu 2 MeV i jeden proton
- DTylko neutrony, bez energii
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: Energia rzędu 200 MeV i 2–3 neutrony – Typowe rozszczepienie daje dwa średnie jądra, 2–3 neutrony i ok. 200 MeV.
W reakcji n + ²³⁵U → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + x·n liczba neutronów x wynosi
- A4
- B1
- C3
- D2
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: 3 – A: 1 + 235 = 141 + 92 + x, więc x = 3.
Dlaczego synteza jądrowa wymaga bardzo wysokiej temperatury?
- AAby jądra pokonały wzajemne odpychanie elektrostatyczne
- BAby jądra uzyskały ładunek ujemny
- CAby zwiększyć masę jąder
- DAby spowolnić neutrony
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: Aby jądra pokonały wzajemne odpychanie elektrostatyczne – Dodatnie jądra muszą mieć dużą energię kinetyczną, żeby zbliżyć się mimo odpychania.
Głównym źródłem energii Słońca jest
- Asynteza wodoru w hel
- Brozpad α ciężkich jąder
- Cspalanie węgla
- Drozszczepienie uranu
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: synteza wodoru w hel – W cyklu proton–proton cztery jądra wodoru dają jądro helu-4.
Dlaczego promieniowanie jonizujące jest groźne dla komórek?
- AUsuwa całą wodę z komórek
- BJonizuje i wzbudza atomy, co może uszkodzić m.in. DNA
- CZmienia jądra atomowe w komórkach w jądra helu
- DZawsze podgrzewa komórki do wrzenia
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: Jonizuje i wzbudza atomy, co może uszkodzić m.in. DNA – Jonizacja zmienia cząsteczki, w tym DNA, co może prowadzić do mutacji lub śmierci komórki.
Które promieniowanie jest najgroźniejsze, gdy źródło dostanie się do wnętrza ciała (np. przez wdychanie)?
- Aγ
- Bświatło widzialne
- Cfale radiowe
- Dα
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: α – Cząstki α oddają całą energię w małej objętości tkanki, bardzo silnie jonizując.
Sprawdzian już blisko? Zrób test z całego działu
10 losowych pytań z tematów działu, wynik w procentach i ocena od 1 do 6. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.