Atómová fyzika

Elektrónový obal atómu

Orbitály - miesta
pravdepodobného výskytu
elektrónov
• kvantové čísla

– hlavné (n)
– vedľajšie (l)
– magnetické (m)
– spinové (s)

Pauliho vylučovací princíp - žiadne 2

elektróny v atóme nemôžu existovať
v rovnakom kvantovom stave -
musia sa odlišovať aspoň hodnotou
jedného kvantového čísla

Jadro atómu

Nukleóny - neutróny, protóny
• Nuklidy - atómy, ktoré majú

rovnaké zloženie jadra

– protónové číslo (Z), neutrónové

číslo (N), nukleónové číslo (A)

• Izotopy - rovnaký počet

protónov, ale rôzny počet

neutrónov

• Izobary - rovnaký počet

nukleónov, ale rôzny počet

protónov

• Izoméry - rovnaké protónové

a neutrónové číslo, iný

energetický stav svojho jadra

Rádioaktivita

rádionuklidy - ich jadrá nie sú
stabilné v čase a podliehajú
rádioaktívnemu rozpadu

Rádioaktivita

– prirodzená
– umelá

Rádioaktívna premena

N = N

0.e

-λ.t

Aktivita - počet atómov, ktoré sa premenia za sekundu
• Jednotka - becquerel (Bq) = 1 s-1

Fyzikálny polčas rozpadu (T

f) - čas, za ktorý sa

rozpadne práve polovica všetkých prítomných jadier
rádioaktívneho izotopu

Biologický polčas rozpadu (T

b) - čas, za ktorý sa

z organizmu vylúči polovica množstva dodaného prvku

f

f

f

λ

,

λ

T

693

0

2

ln





b

b

T



693

,

0



Druhy rádioaktívneho rozpadu

Rozpad α
• Častica α - nesie 2 kladné

elementárne náboje

(2 protóny a 2 neutróny)

He

X

X

A

Z

A

Z

4

2

´

4

2



 



Druhy rádioaktívneho rozpadu

Rozpad β
• izobarická transformácia

jadra, zachováva sa

počet nukleónov

• 3 druhy rozpadu β:

•emisia elektrónu
•emisia pozitrónu
•zachytenie elektrónu

β- rozpad - emisia elektrónu

a elektrónového antineutrína:

e

e

X

X

A

Z

A

Z

~

1

´

1











β+ rozpad - emisia

pozitrónu a elektrónového
neutrína

e

e

X

X

A

Z

A

Z













1

´

1

Druhy rádioaktívneho rozpadu

zachytenie elektrónu z elektrónového obalu

e

X

X

e

A

Z

A

Z













´

1

1

Rozpad



- pri rozpade

 dochádza k vyžiareniu fotónu žiarenia  z jadra

atómu
- vnútorná konverzia žiarenia

Jadrové štiepenie
- rozpad ťažkých jadier, ktorý zvyčajne vedie k vzniku dvoch
veľkých dcérskych jadier - štiepne produkty
- emitovaný jeden alebo viac neutrónov

- rozpadové rady

Ionizujúce žiarenie a jeho interakcia s hmotou

Žiarenie
• priamo ionizujúce
• nepriamo ionizujúce
• charakteristická veličina - jeho energia (eV); 1eV = 1,602.10-19 J

• pri prechode absorbujúcim prostredím stráca IŽ energiu
• procesy: excitácia, ionizácia, rozptyl, vzbudenie brzdného

žiarenia jadrové interakcie

• Excitácia
• Ionizácia
- primárna
- sekundárna

Interakcia neutrónov s hmotou
• Neutrón - elektricky neutrálna častica

– nepriama ionizácia

• jadrová interakcia
• pružné a nepružné nárazy do jadra

Interakcia žiarenia α s hmotou
• Žiarenie α - ionizuje priamo nárazom (ionizácia,

excitácia)

• veľké ionizačné straty energie α častice pri prechode

absorbujúcim prostredím

• veľmi krátky dolet

Interakcia žiarenia β s hmotou
• ionizácia a excitácia
• tvorba brzdného žiarenia

Intenzita (I) zväzku monoenergetických elektrónov pri

prechode absorbujúcim prostredím:

I = I

0.e

-μ.d

kde:
•

μ - lineárny koeficient zoslabenia (jednotka m-1),

•

d - hrúbka absorbujúcej vrstvy, na ktorú dopadajú elektróny s pôvodnou
intenzitou I

0,

•

e - základ prirodzených logaritmov

Interakcia žiarenia

 s hmotou

• Lineárny koeficient zoslabenia

 :

=  + 

+



kde:
  - lineárny absorpčný koeficient pre absorpciu fotoelektrickým javom,
  - lineárny absorpčný koeficient pre Comptonov rozptyl,
  - lineárny absorpčný koeficient pre tvorbu elektrónovo-pozitrónových

párov

mechanizmy interakcie žiarenia

 s hmotou

– fotoelektrický jav
– comptonov rozptyl
– tvorba elektrónovo-pozitrónových párov

Fotoelektrický jav

2

.

2

1

.

v

m

W

h

E









Comptonov rozptyl

2

2

1

.

2

1

.

.

v

m

h

h

e









tvorba elektrónovo-pozitrónových párov

h.

 = E

e + Ep + 2.me.c

2