FÍSICA DEL MEDI AMBIENT 2 La radioactivitat 1
Sumari Les lleis de desintegració radioactiva Condicions Diagrames de desintegració Activitat La llei de Rutherdford i Soddy Cadenes de desintegració Radioactivitat natural i artificial Sèries naturals Rajos còsmics Datacions Radioactivitat artificial Exercicis 2
Les lleis de la desintegració radioactiva Rajos α, β i γ: Becquerel (1896), Rutherford, Pierre i Marie Curie, Diferents poders de penetració 3
Condicions energètiques Una desintegració nuclear és espontània si s allibera energia (Q>0) La massa total disminueix i apareix energia cinètica L energia total es conserva Q de la reacció en general Massa total inicial (reactius) Massa total final (productes) Amb masses nuclears o atòmiques 4
Desintegració α n Masses nuclears p Masses atòmiques Exemple: 5
Desintegració β+ massa quasi nul.la n p Desintegració β- n p Exemples: 6
Captura electrònica CE n p Exemple: Emissió d una γ i conversió interna Exemple: 7
Al diagrama de Segré 8
Diagrames de desintegració Energia Exemples: 9
10
Activitat radioactiva Es la taxa de desintegració o nombre de nuclis que es desintegren a una mostra per unitat de temps És funció del temps. Nombre de nuclis radioactius ( ) a l instant t És positiva Unitat SI: Una altra unitat: 11
Llei del decreixement radioactiu de Rutherford-Soddy Activitat temps Constant de desintegració (característica del procés) Activitat a t=0 Còm s entén? És un procés purament aleatori 12
λ (probabilitat de desintegració per unitat de temps) constant: Idèntica per a tots els nuclis d una mateixa espècie Independent de factors externs Independent de l edat del nucli (no com a essers vius) Gran varietat de valors de λ El semiperiode A t =T l activitat es redueix a la meitat 13
La vida mitjana Sigui Com si l ordre de desintegració fos l etiqueta de cada nucli Relació semiperiode-vida mitjana 14
Constants parcials de desintegració Quan un nucli té més d un procés de desintegració Exemple Constant global Activitat total Activitats parcials Totes les activitats decauen amb la constant global λ Fraccions de desintegració 15
Cadenes de desintegració Ex: semiperiode La més senzilla Poblacions: Evolució: (llei habitual) Conservació poblacio total 16
Activitats: temps 17 Poblacions
Màxima activitat del fill quan s anomena també l instant d equilibri ideal Quan l activitat del fill i del pare s igualen Poblacions Activitats temps temps 18
En general ` Particularitzarem les expressions generals als tres cassos següents a) b) c) 19
a) El pare es desintegra més ràpidament que el fill Fill autònom a temps llargs Funció creixent no acotada No hi ha equilibri estacionari pare-fill Exemple 20
b) El pare es desintegra un poc més lentament que el fill El fill decau com el pare S anomena situació d equilibri transitori L instant d equilibri ideal evoluciona fins a un altre equilibri amb un quocient d activitats superior que es manté indefinidament Ex.: Paral.leles 21
c) El pare es desintegra molt més lentament que el fill mateixa activitat pare i fill S anomena situació d equilibri secular L instant d equilibri ideal es manté indefinidament 22
Exemple Equilibri secular Equilibri transitori 23
Radioactivitat natural i artificial No hi ha cap distinció física. S anomena artificial la produida per l acció humana. La natural es deguda a: Primigènia, cadenes radioactives (sèries naturals) i nuclis radioactius aïllats presents desde la formació de la Terra Incidència de rajos còsmics extraterrestres. Les sèries naturals 24
25
26
27
Rajos còsmics p, n, α, cascades 28
Datacions La radioactivitat com un rellotge a) Amb sistemes aïllats Temps transcorregut Mesures a t 1 29
b) Datació per 14 C Matèria provinent d organismes vius Temps transcorregut desde que moren El carboni natural conté una fracció de l isòtop radioactiu Desintegracions per minut El 14 C és produit pels rajos còsmics Quan un organisme mor deixa d estar en equilibri, la seva concentració isotòpica comença a variar i la seva activitat decreix Temps desde la mort Ex: 30
Molt sensible a la precissió en que mesuram Per a datacions de temps mes curts es pot utilitzar triti Producció Desintegració Datació de vins 31
Radioactivitat artificial Curie 1934 Nucli de vida breu creat al laboratori Multitud de reaccions nuclears Rutherford 1919 Cockroft-Walton 1930 Curie 1934 emissió gamma Reaccions amb sèries col.laterals 32
Reaccions amb emissió de gammas El cobalt irradiat amb neutrons és una font de radiació gamma (bomba de cobalt d us a medicina) Emissors beta: productes de fissió de nuclis pesats amb excess de neutrons 33
Exercicis 34