10

10Fizikos mokomąjį komplektą X klasei sudaro:

Vadovėlis

Pratybų sąsiuviniaiPirmasis sąsiuvinisAntrasis sąsiuvinis

ISBN 978-5-430-05655-1

FizikaVadovėlis X klasei

V l a d a s V a l e n t i n a v i č i u sZ i t a Š l i a v a i t ė

KAUNAS

3

Turinys

VII–IX klasės kurso pagrindiniai fi zikiniai dydžiai ir dėsniai / 4

1. Elektromagnetinė indukcija. Kintamoji elektros srovė1.1. Elektromagnetinė indukcija / 71.2. Indukuotosios elektros srovės stipris ir kryptis / 91.3. Judantis laidininkas magnetiniame lauke / 121.4. Nuolatinė ir kintamoji elektros srovė / 141.5. Elektros generatorius / 161.6. Elektros energijos gamyba / 191.7. Transformatorius / 221.8. Elektros energijos perdavimas ir vartojimas / 26Skyriaus „Elektromagnetinė indukcija. Kintamoji elektros srovė“ santrauka / 28Savikontrolės užduotys / 29

2. Elektromagnetiniai virpesiai ir bangos2.1. Kondensatorius – elektros krūvio kaupiklis / 312.2. Elektromagnetinių virpesių samprata / 332.3. Elektromagnetinių bangų spinduliavimas / 352.4. Radijo ryšys / 382.5. Televizija. Radiolokacija / 422.6. Analoginis ir skaitmeninis signalas / 45Skyriaus „Elektromagnetiniai virpesiai ir bangos“ santrauka / 48Savikontrolės užduotys / 49

3. Šviesos tiesiaeigis sklidimas, atspindys ir lūžimas3.1. Šviesos stipris, srautas ir apšvieta / 513.2. Šviesos tiesiaeigis sklidimas / 553.3. Šviesos atspindys / 583.4. Šviesos lūžimas / 613.5. Visiškasis atspindys / 651-asis laboratorinis darbas. Šviesos lūžimo tyrimas / 68Skyriaus „Šviesos tiesiaeigis sklidimas, atspindys ir lūžimas“ santrauka / 70Savikontrolės užduotys / 71

4. Lęšiai ir optiniai prietaisai4.1. Optinis lęšis ir jo rūšys / 734.2. Lęšių kuriami atvaizdai / 764.3. Plonojo lęšio formulė / 802-asis laboratorinis darbas. Glaudžiamojo lęšio židinio nuotolio ir laužiamosios gebos nustatymas / 824.4. Akies optinės savybės / 834.5. Optiniai prietaisai / 87

3-iasis laboratorinis darbas. Glaudžiamaisiais lęšiais gautų atvaizdų stebėjimas / 91Skyriaus „Lęšiai ir optiniai prietaisai“ santrauka / 92Savikontrolės užduotys / 93

5. Šviesos banginės ir dalelinės savybės5.1. Šviesos dispersija / 955.2. Spektrai / 995.3. Elektromagnetinių bangų spektras / 1015.4. Šviesos interferencija / 1065.5. Šviesos difrakcija / 1095.6. Fotoefektas / 113Skyriaus „Šviesos banginės ir dalelinės savybės“ santrauka / 116Savikontrolės užduotys / 117

6. Radioaktyvumas ir branduolinė energija6.1. Bendroji atomo sandaros samprata / 1196.2. Radioaktyvumas / 1216.3. Radioaktyvumas ir branduolių virsmai / 1236.4. Jonizuojančiosios spinduliuotės poveikis gyvajam organizmui / 1276.5. Branduolinė energija / 130Skyriaus „Radioaktyvumas ir branduolinė energija“ santrauka / 134Savikontrolės užduotys / 135

7. Astronomijos pradmenys7.1. Ką ir kaip tiria astronomija / 1377.2. Žemė ir Mėnulis / 1417.3. Saulės sistemos planetos / 1447.4. Didžiosios ir nykštukinės planetos / 1497.5. Mažieji Saulės sistemos kūnai / 1537.6. Saulė – mums artimiausia žvaigždė / 1577.7. Žvaigždės ir žvaigždynai / 1597.8. Paukščių Takas ir kitos galaktikos / 163Skyriaus „Astronomijos pradmenys“ santrauka / 166Savikontrolės užduotys / 167

Priedai1. Kartotinių ir dalinių vienetų sudarymo lentelė / 1682. Kai kurių medžiagų tankio vertės / 1683. Kampų nuo 0° iki 90° sinusai / 1694. Periodinė cheminių elementų lentelė / 170Skyrelių užduočių atsakymai / 171Savikontrolės užduočių atsakymai / 172Dalykinė rodyklė / 173Naudota literatūra / 175Naudotų iliustracijų šaltiniai / 175

118

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

6Radioaktyvumas ir branduolinė energija

Šiame skyriuje susipažinsite su:• atomo modeliais;• radioaktyvumo reiškiniu;• jonizuojančiąja spinduliuote;• šios spinduliuotės stebėjimo prietaisais;• grandinine dalijimosi reakcija;• branduoliniu reaktoriumi.

119

6.1. Bendroji atomo sandaros samprataIš atomo sandaros istorijos

Apie medžiagos sandarą jau nemažai sužinojo-me per chemijos, fi zikos ir kitų dalykų pamokas. Kai ką pakartodami toliau gvildensime atomo ir jo branduolio sandarą, aptarsime kai kurių moks-lo rezultatų taikymą.

• Graikų fi losofas Leukipas (Leukippos, 500–440 iki Kr.) ir jo mokinys Demokritas (Dēmokri-tos, 460–360 iki Kr.) propagavo idėją, kad ma-žiausios nedalios materialiosios dalelės, iš kurių sudaryti kūnai, yra atomai. Deja, ši idėja daugelį amžių buvo pamiršta.

• Iš užmaršties atomizmą prikėlė prancūzų fi losofas ir matematikas Pjeras Gasendi (Pierre Gassendi, 1592–1655). Jis teigė, kad atomai gali jungtis į nedideles grupes, o visi kūnai yra atomų

junginiai. Gasendi sugalvojo molekulės pavadi-nimą (lot. moles – masė).

• 1808 m. anglų fi zikas ir chemikas Džonas Daltonas iškėlė idėją, kad atomas yra mažiausia cheminio elemento dalelė, kuri skiriasi nuo kitų elementų atomų savo mase.

• Atominę medžiagos sandarą galutinai pa-tvirtino Brauno judėjimo teorija ir periodinė elementų sistema, kurią atskirai vienas nuo kito 1869 m. sukūrė vokiečių chemikas Julijus Lota-ras Mejeris (Julius Lotar Meyer) ir rusų chemikas Dmitrijus Mendelejevas.

• Atradus radioaktyvumą (1896 m.) ir elektro-ną (1897 m.), paaiškėjo, kad atomas yra dalus; jis sudarytas iš smulkesnių dalelių.

Atomo modeliaiĮsitikinus, kad atomai tikrai egzistuoja, mė-

ginta paaiškinti jų sandarą. Mokslininkai siūlė įvairių atomo modelių. Paprasčiausi iš jų – me-chaniniai atomo modeliai. 1903 m. garsus anglų fi zikas Džozefas Džonas Tomsonas (Joseph John Thomson, 1856–1940) teigė, kad atomas yra mažas rutuliukas – teigiamojo krūvio debesėlis, kuriame elektronai išsidėstę kaip razinos pyra-ge. Bendras teigiamasis debesėlio krūvis lygus neigiamajam elektronų krūviui. Šis modelis ge-rai paaiškino reiškinius, kuriuose atomo sandara nevaidino jokio vaidmens. Kitą modelį, panašų į Saulės sistemą (Saturno modelį), 1904 m. pa-siūlė japonų mokslininkas Hantaras Nagaoka (Hantarō Nagaoka,1865–1950). Jis spėjo, kad atomo centre yra masyvus teigiamą krūvį tu-rintis branduolys, o aplink jį panašiai kaip pla-netos aplink Saulę juda elektronai. Atmesti Tomsono atomo modelį ir patvirtinti planetinį atomo modelį sugebėjo Ernestas Rezerfordas (1871–1937). 1911 m. jo atliktų bandymų re-zultatai rodė, kad atome turi būti tuštumų. To-

dėl buvo pasiūlytas Rezerfordo atomo modelis, primenantis Saulės sistemą. Elektronai atome skrieja aplink branduolį panašiai kaip planetos aplink Saulę (6.1 pav.). Atomą sudaro bran-duolys ir elektroninis apvalkalas. Atomo spindulio ilgis siekia apie (0,53–1,5) · 10–10 m,branduolio – (1,3–9) · 10–15 m. Skiriasi ir įvai-rių atomų masė: nuo 1,67 · 10–27 kg (vande-nilio) iki 3,95 · 10–25 kg (urano). Didžiausia atomo masės dalis (apie 99,9 %) sutelkta bran-duolyje, kurio tankis nepaprastai didelis – apie

6.1 pav.

120

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

(1,4–1,8) · 1017 kg/m3. Elektroninio apvalkalo dalelė – elektronas – yra elementarioji dale-lė, turinti vieną neigiamąjį elementarųjį krūvį e = –1,6 · 10–19 C ir masę me = 9,1 · 10–31 kg.

Atomo branduolys susideda iš protonų ir neutronų. Kartu jie vadinami nukleònais. Protonas (žymimas p) yra elementarioji dalelė, kurios krūvis lygus elementariojo krūvio modu-liui (1,6 · 10–19 C), o masė yra apie 1836 kartus didesnė už elektrono masę (mp = 1,67 · 10–27 kg). Neutronas (žymimas n) yra elektros krūvio ne-turinti elementarioji dalelė. Jos masė 1837 kar-tus didesnė už elektrono masę (apytiksliai lygi protono masei).

Neutralaus atomo branduolio teigiamąjį krūvį kompensuoja neigiamasis elektronų krūvis (pro-tonų skaičius lygus elektronų skaičiui). Atomai, prisijungę elektronų, virsta neigiamaisiais jonais, o jų netekę – teigiamaisiais jonais.

Cheminio elemento atomas, kaip žinote iš che-mijos kurso, žymimas taip:

topos – vieta). Dauguma cheminių elementų turi po keletą izotopų.

2 pavyzdys. Gamtoje aptinkami trys vandeni-lio izotopai, kurie skiriasi neutronų skaičiumi ir turi netgi atskirus pavadinimus (6.2 pav.). Gamto-je daugiausia yra lengvojo vandenilio 1H1 , vadina-mo pročiu (99,9885 %). Sunkusis vandenilis 2H1 (deuteris) sudaro vos 0,0115 % lengvojo vande-nilio. Dar rečiau pasitaiko supersunkiojo vande-nilio 3H1 (tričio): 1018 lengvojo vandenilio atomų tenka vienas tričio atomas.

Atòminis ska čius Z rodo, kiek elektronų yra neutraliame atome arba kiek protonų – to atomo branduolyje. Skaičius Z yra ir elemento eilės nu-meris periodinėje sistemoje. Mãsės ska čius A rodo, kiek nukleonų yra atomo branduolyje. Masės skaičius lygus protonų skaičiaus Z ir neu-tronų skaičiaus N sumai:

1 pavyzdys. Prisiminkime, ką reiškia simbolis 23Na11 . Skaičius 11 rodo, kad natrio atomo bran-duolyje yra 11 protonų (apvalkale – 11 elektro-nų). Kadangi masės skaičius lygus 23, tai bran-duolį sudaro 23 nukleonai. Neutronų natrio atomo branduolyje yra N = 23 – 11 = 12.

IzotopaiAtomai, kurių branduolio krūvis yra toks

pat (protonų skaičius vienodas), o masė skir-tinga (neutronų skaičius skirtingas), vadinami izotòpais (gr. isos – lygus, vienodas, panašus,

*Atomo matmenis galima vaizdžiai palyginti su mums įprastų daiktų dydžiu. Jei būtų įmanoma vieną atomą padidinti iki smeigtuko galvutės dydžio (1 mm), tai tiek pat kartų padi-dintas 1,8 m ūgio žmogus būtų 18 000 km ūgio. Jei pasisektų ato-mus sudėti vieną šalia kito 1 mm ilgio atkarpoje, joje išsitektų net 10 000 000 atomų. Jeigu vandenilio atomo branduolys būtų tokio dydžio kaip aguonos grūdelis, elektronas skrietų už 50 m nuo jo.

*Iki šiol žinoma apie 20 būdų, kaip nustatyti atomo masę ir atomų skaičių. Visi jie įrodo, kad viename grame vandenilio yra 6,02 · 1023 atomų, kurių vieno masė 1,7 · 10–27 g.

*Daug vertingų darbų atomo teorijos srityje atliko ir Lietuvõs mokslininkai, tarp jų akademikas Adolfas Jucys (1904–1974) ir jo sukurta fi zikų teoretikų mokykla. Ji vaisingai dirba ir dabar.

Tai įdomu

6.2 pav.

AXZCheminio elemento simbolis

Masės skaičius Atominis skaičius

A = Z + N.

121

6.2. Radioaktyvumas1986 m. balandžio 26 d. Černòbylio atominė-

je elektrinėje, esančioje už 130 km į šiaurę nuo K jevo (Ukra noje), įvyko avarija. Į atmosferą buvo išmesta nepaprastai daug kenksmingų dujų ir dulkių, kurios skleidė jonizuojančiąją spindu-liuotę. Apie padidėjusį radioaktyvumą pirmosios

1.

Užduotys

6.Apibūdinkite planetinį atomo modelį.Iš kokių dalelių susideda atomo branduolys?Kaip pagal elemento žymenį AXZ galima nustatyti, kiek protonų ir kiek neutronų turi elemento atomo branduolys?Kiek ir kokių nukleonų yra šių elementų branduoliuose:a) 39K19 ; b) 27Al13 ; c) 56Fe26 ?

Kokio cheminio elemento branduolyje yra:a) 3 protonai ir 4 neutronai; b) 29 protonai ir 35 neutronai?

Remdamiesi periodine elementų lentele, nu-statykite, kokie tai cheminiai elementai:a) 118X50 ; b) 3X2 ; c) 50X22 .Kiek elektronų skrieja aplink cinko atomo branduolį? Kiek neutronų yra šiame bran-duolyje?Kuo skiriasi izotopų 1H1 ir 2H1 branduoliai?Parašykite referatą tema „Ką aš sužinojau apie atomo sandarą, mokydamasis įvairių dalykų“.

7.

2.

3.

4.

5.

8.

9.

pranešė Skandinãvijos šalių radijo stotys, nes vė-jas šias pavojingas medžiagas paskleidė plačioje teritorijoje. Jos atklydo ir į L etuvą.

Kas yra tas radioaktyvumas, kurio neįmanoma aptikti be specialių prietaisų? Kodėl jis kenks-mingas? Kaip nuo jo apsisaugoti?

Radioaktyvumo atradimasNemažai fi zikinių reiškinių buvo pastebėta

visiškai atsitiktinai. Taip atsitiko ir su radioak-tyvumu. Prancūzų mokslininkas Anri Bekerelis (Henri Becquerel, 1852–1908) tyrinėjo, ar saulės apšviestos urano druskos neskleidžia rentgeno spinduliuotės. Jis suvyniojo fotografi nę plokštelę į storą juodą popierių, ant viršaus pabėrė urano druskos ir plokštelę padėjo prieš saulę. Mokslinin-kas pastebėjo, kad išryškinta plokštelė pajuodavo tik tose vietose, kur buvo urano druska. Bekere-lis spėjo, kad urano druskos spinduliuotę sukėlė saulės šviesa. 1896 m. vasario 26 d. bandymą jis ketino pakartoti, bet buvo debesuota. Todėl supa-kuotą plokštelę mokslininkas įdėjo į stalčių ir pri-spaudė variniu kryžiumi, padengtu urano druska. Po keleto dienų pakartojęs suplanuotą bandymą su nauja plokštele, jis išryškino ir tą, kuri gulėjo

stalčiuje. Joje buvo kryžiaus pavidalo dėmė. Be-kerelis spėjo, kad urano druska savaime, be išori-nių veiksnių įtakos, skleidžia kažkokią nežinomą spinduliuotę, kuri, kaip ir rentgeno spinduliuotė, lengvai pereina neskaidrius kūnus ir veikia foto-grafi nę plokštelę. Netrukus jis nustatė, kad urano druskos spinduliuotė jonizuoja orą – iš neutralių oro molekulių išplėšia elektronus ir paverčia mo-lekules teigiamaisiais jonais. Medžiagos savybė savaime skleisti tokią spinduliuotę buvo pavadin-ta radioaktyvumù (lot. radio – spinduliuoju). Išbandęs įvairius cheminius urano junginius, Bekerelis nustatė, kad radioaktyvumas būdin-gas ne junginiams, o cheminiam elementui uranui, jo atomų branduoliams. Vėliau buvo atrasta daugiau šią savybę turinčių medžiagų: po-lonis, radis, toris ir kt.

122

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

Jonizuojančiosios spinduliuotės prigimtisJonizuojančiosios spinduliuotės prigimtį pa-

vyko išaiškinti atliekant tokį bandymą. Švino gabale buvo išgręžtas siauras kanalas, o ant jo dugno padėtas mažytis gabalėlis radioaktyviosios medžiagos. Jos skleidžiami spinduliai iš kanalo ėjo siauru pluoštu ir priešais kanalą pastatytoje fotografi nėje plokštelėje (taške A) paliko tamsią dėmę (6.3 pav., a). Tarp dviejų stipriai įelektrin-tų plokščių pluoštas suskildavo į tris pluoštelius (6.3 pav., b) ir sudarydavo dėmes trijose fotogra-fi nės plokštelės vietose: A, B ir C. Pagal šiuos pėdsakus buvo nustatyta, kad elektrinis laukas veikia spinduliuotę nevienodai. Magnetiniame lauke spindulių pluoštas taip pat suskildavo į tris pluoštelius.

Minėtas bandymas parodė, kad jonizuojančioji spinduliuotė yra trejopa. Pagal pirmąsias grai-kų abėcėlės raides ji buvo pavadinta α (alfa), β (beta) ir γ (gama) spinduliuotè.

Atlikus detalesnius bandymus, paaiškėjo, kad:• α spinduliuotė yra helio atomų branduolių,

arba α dalelių, srautas (6.4 pav., a);• β spinduliuotė – greitai skriejančių elektro-

nų, arba β dalelių, srautas (6.4 pav., b);• γ spinduliuotė – elektromagnetinės bangos,

trumpesnės už rentgeno spinduliuotę (6.4 pav., c).Kadangi α dalelių elektros krūvis yra teigia-

mas, jų srautas nukrypdavo neigiamai įelektrin-tos plokštės link, o neigiamą krūvį turinčių elek-tronų srautas – teigiamai įelektrintos plokštės link. γ spinduliuotės sklidimo krypties elektrinis laukas nepakeisdavo.

Drauge buvo nustatyta, kad α, β ir γ spindu-liuotės jonizuojantysis poveikis yra nevienodas, todėl pro įvairias medžiagas ji prasiskverbia skir-tingai. Mažiausiai skvarbi yra α spinduliuotė, skvarbiausia – γ spinduliuotė (6.5 pav.). α spin-duliuotė ore nusklinda vos 20–110 mm, bio-

6.3 pav., a

6.3 pav., b 6.5 pav.

6.4 pav., c

6.4 pav., a 6.4 pav., b

123

loginiuose audiniuose – 30–150 mm, aliumi-nyje – 10–69 mm. Ją sulaiko storas popieriaus lapas. Vidutinės energijos β spinduliuotė ore įveikia keletą metrų, žmogaus kūne – iki 1 cm. Ją sugeria 4–5 mm storio aliuminio plokštelė.

1.

Užduotys

5.Paaiškinkite, kaip suprantate medžiagos radioaktyvumą.Kas sudaro jonizuojančiąją spinduliuotę?Nusakykite jonizuojančiosios spinduliuotės savybes.Pasvarstykite, kaip būtų galima parodyti, kad α, β ir γ spinduliuotė jonizuoja orą.

Kuo skiriasi ir ką bendra turi rentgeno ir gama spinduliuotė?Radžio preparatas skleidžia α, β ir γ spindu-liuotę. Dalį jos sulaiko 5 mm storio aliuminio plokštelė. Kuri spinduliuotė plokštelę pereina?Kodėl radioaktyvieji preparatai saugomi sto-rasieniuose švininiuose induose?

6.2.3.

4. 7.

6.3. Radioaktyvumas ir branduolių virsmaiSu radioaktyvumu susiję reiškiniai

Tyrinėjant radioaktyviąsias medžiagas, išryškė-jo daug neįprastų dalykų. Radioaktyviųjų elemen-tų spinduliuotės intensyvumas beveik nekisdavo ištisomis paromis, mėnesiais, metais. Jam nedarė jokios įtakos nei šildymas, nei slėgio didinimas.

Tai rodo, kad šis reiškinys yra ypatingas virsmas. Radioaktyvusis preparatas ilgus metus nenutrūks-tamai spinduliavo energiją, taigi jis buvo truputį šiltesnis už aplinką. Iš kurgi imama ši energija? Buvo spėjama, kad kinta patys atomai.

γ spinduliuotė pereina net storą švino plokštelę. Taigi nuo α spinduliuotės gali apsaugoti drabu-žiai, nuo β spinduliuotės – namų sienos, o nuo γ spinduliuotės – tik storas švino ar kelių metrų storio betono sluoksnis.

*Tirdami radioaktyvumą, ypač daug nusipelnė Marija Sklodovska-Kiuri (Marija Skłodowska-Curie, 1867–1934) su savo vyru Pjeru Kiuri (Pierre Curie, 1859–1906). 1903 m. už radioaktyvumo reiškinio tyrimus sutuoktiniai Kiuri (kartu su Anri Beke-reliu) gavo Nobelio premiją. Pagal jų pavardę pavadintas dirbtinis cheminis elementas kiuris. Už metalinio radžio gavimą Marijai Sklodovskai-Kiuri 1911 m. paskirta antroji Nobelio premija.

Tai įdomu

*Įvykus Černòbylio AE avarijai, į atmosferą pateko apie 11 t radioaktyviųjų medžiagų. Jomis užkrėsta apytiksliai 100 000 km2 teritorijos.Pasaulinė sveikatos orga-nizacija nustatė, kad dėl šios katastrofos gretimo-se valstybėse padaugėjo skydliaukės ir kraujo vėžio, plaučių bei širdies ligų, apsigimimų.

*Černòbylio AE avarija yra didžiausia katastrofa po atominės bombos sprogi-

mo Japònijos miestuose Hiros moje ir Nagasãkyje.

*Jonizuojančiąją α spin-duliuotę skleidžia radonas, plutonis; β spinduliuo-tę – jodo, stroncio, kalio izotopai.

*Krūvį ir daug ener-gijos turinčiai kosminei spinduliuotei sąveikaujant su tarpžvaigždinės me-džiagos atomais, atsiranda gama spinduliuotė ir kitos dalelės. Tokie procesai nuolat vyksta ir Žemės atmosferoje.

124

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

Branduolių virsmai

6.6 pav.

6.7 pav.

Tyrimai parodė, kad radioaktyvumo priežastis glūdi atomų branduoliuose. Jie yra nestabilūs ir savaime skyla virsdami kitais branduoliais. Vyks-tant tokiems branduolių virsmams, išspinduliuo-jamos įvairios dalelės. Taigi radioaktyvùmas yra savaiminis atomų branduolių virsmas

mos įvairios dalelės ir elektromagnetinė spinduliuotė.

1 pavyzdys. Radžio 226Ra88 atomo branduolyje yra 88 protonai ir 138 neutronai (226 – 88 = 138). Šis branduolys nestabilus ir skildamas išspindu-liuoja α dalelę (4He2 ). Dėl to pats virsta atomo branduoliu, turinčiu dviem protonais ir dviem neutronais mažiau. Naujas elementas vadina-mas radonu ir žymimas 222Rn86 . Jo atomas taip pat radioaktyvus. Radžio išspinduliuota α dale-lė prisijungia iš aplinkos du elektronus ir virsta neutraliu helio atomu. Kartu su α dalele radžio branduolys išspinduliuoja γ spinduliuotę. Šie virsmai schemiškai pavaizduoti 6.6 paveiksle. Juos taip pat galima užrašyti simboliais:

226Ra88222Rn86 + 4He2 + γ.

2 pavyzdys. Torio 234Th90 atomo branduolyjeyra 90 protonų ir 144 neutronai (234 – 90 = 144). Branduolys nestabilus. Išspinduliavęs β dale-lę (elektroną 0e–1 ), jis virsta nauju branduoliu. Nuostabu, kad išmesta β dalelė nėra branduolio dalis. Įrodyta, kad šis elektronas nepriklauso ir atomo apvalkalui. Jis susidaro tik vykstant ra-dioaktyviajam skilimui – pakintant neutronų ir protonų skaičiui. Neutronui virstant protonu, at-siranda elektronas, kuris išspinduliuojamas kaip β dalelė, ir susidaro naujas atomo branduolys. Jame yra vienu neutronu mažiau ir vienu pro-tonu daugiau negu torio atomo branduolyje. Masės skaičius, t. y. bendras nukleonų skaičius, nepakinta. Naujasis elementas vadinamas pro-taktiniu, jo simbolis 234Pa91 . Torio virsmas protak-tiniu schemiškai pavaizduotas 6.7 paveiksle. Jį galima užrašyti simboliais:

234Th90234Pa91 + 0e–1 .

Daugelis tyrimų leidžia tvirtinti, kad gamtoje randama dviejų rūšių radioaktyviųjų atomų: vie-ni jų spinduliuoja α daleles (helio atomų bran-duolius) ir γ spinduliuotę (trumpas elektromag-netines bangas), kiti – β daleles (elektronus). Jei vienu metu iš medžiagos išspinduliuojamos α ir β dalelės bei γ spinduliuotė, vadinasi, toje me-džiagoje yra įvairiai spinduliuojančių atomų.

Spinduliuotės stebėjimo prietaisaiJonizuojančiajai spinduliuotei stebėti yra su-

kurta nemažai įvairių prietaisų. Daugelio jų vei-kimas pagrįstas dalelių ir gama spinduliuotės jo-nizuojančiuoju bei fotocheminiu poveikiu.

Ge gerio ir Miùlerio skait klis. Šį 1928 m. sukonstruotą prietaisą (6.8 pav., a) sudaro meta-linis plonomis sienelėmis ar iš vidaus metalizuo-tas stiklinis vamzdelis (katodas). Jo viduje išilgai

125

ašies ištemptas plonas metalinis siūlas (anodas). Vamzdelis pripildytas vandenilio, helio, argono ar kitų dujų. Tarp vamzdelio vidinio paviršiaus ir metalinio siūlo (t. y. tarp katodo ir anodo) įjun-giamas aukštosios įtampos srovės šaltinis stipriam elektriniam laukui sukurti (6.8 pav., b).

Į skaitiklį patekusi elektringoji dalelė, pavyz-džiui, elektronas, jonizuoja dujas. Atsiradę teigia-

6.8 pav., a 6.9 pav., a

6.8 pav., b

6.9 pav., b

mieji jonai juda katodo link, o elektronai – anodo link. Taigi atsiranda trumpalaikė elektros srovė (srovės impulsas), kuri sustiprinama ir perduoda-ma į specialų skaičiavimo įtaisą. Tokiu būdu ga-lima tiksliai užregistruoti į skaitiklį patenkančias daleles, kurios gali jonizuoti dujas.

V lsono kãmera. Prietaisas naudojamas elek-tringųjų dalelių pėdsakams stebėti ir fotografuoti (6.9 pav., a). Tai – hermetiškas indas, pripildytas sočiųjų vandens ar alkoholio garų. Kameros tūrį galima keisti stūmokliu (6.9 pav., b). Stūmoklį staiga patraukus į dešinę, kameros tūris padidė-ja, o garų slėgis ir temperatūra sumažėja. Garai atvėsta ir pasidaro persotintieji. Jeigu tuo metu į kamerą patenka elektringoji dalelė, tai ji jonizuoja kameroje esančių garų atomus (molekules). Atsi-radę jonai tampa kondensacijos centrais, ir dalelės kelyje atsiranda smulkučių rūko lašelių ruožas – pėdsakas. Jį galima stebėti ir fotografuoti.

126

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

*Radioaktyviosios medžiagos branduolių akty-vumas SI sistemoje matuo-jamas bekereliais (žymima Bq). Kai per 1 s suskyla vie-nas branduolys, medžiagos aktyvumas lygus 1 Bq.

Tai įdomu

*Medžiagos aktyvumą dar galima reikšti kiuriais (žymi-ma Ci): 1 Ci = 3,7 · 1010 Bq.

*Tokios pat masės skir-tingų radioaktyviųjų me-džiagų aktyvumas yra nevie-nodas:

*Vienų radioaktyviųjų me-džiagų virsmai vyksta labai lėtai, kitų – labai greitai. Lai-ko tarpas, per kurį radioakty-viosios medžiagos aktyvumas sumažėja perpus, vadinamas tos medžiagos pusėjimo trukme. Per šį laiką suskyla pusė radioaktyviosios me-džiagos atomų. Kuo mažesnė pusėjimo trukmė, tuo daugiau atomų suskyla per vienetinį laiką. Pavyzdžiui, urano 238U 92 pusėjimo trukmė yra 4,5 milijardo metų, radžio 226Ra 88 – 1600 metų, radono 222Ra 86 – 4 paros.

*Anglų fi zikui Čarlzui Vilsonui (Charles Wilson, 1869–1959) už Vilsono kameros išradimą 1927 m. paskirta Nobelio premija.

1.

Užduotys

4.Paaiškinkite, kokia yra medžiagų radioakty-vumo priežastis.Urano izotopas 238U92 yra nestabilus. Jis skyla išspinduliuodamas α dalelę. Nustatykite, koks elementas susidaro urano skilimo metu. Parašykite šio virsmo lygtį.Radioaktyvusis anglies izotopas 14C? skleidžia β spinduliuotę ir virsta azotu. Nurodykite azoto atominį skaičių ir masės skaičių. Para-šykite atitinkamą virsmo lygtį.

Kokiu fizikiniu procesu pagrįstas Geigerio ir Miulerio skaitiklio, Vilsono kameros veikimas?Kuris iš spinduliuotės stebėjimo prietaisų teikia daugiau informacijos? Atsakymą pagrįskite.Kaip vadinamas cheminis elementas, kurio branduolys susideda iš:a) 8 protonų ir 8 neutronų; b) 92 protonų ir 146 neutronų?Apskaičiuokite visų alavo atomo elektronų krūvį.

5.2.

3.6.

Radioaktyvioji medžiaga Jos aktyvumas

1 g radžio (Ra)37 000 000 000 Bq = 1 CiPer 1 s suskyla 37 milijardai atomų branduolių.

1 g urano (U)12 000 BqPer 1 s suskyla 12 000 atomų branduolių.

1 g natūralaus kalio (K)28 BqPer 1 s suskyla 28 atomų branduoliai.

7.

Dalelių pėdsakai Vilsono kameroje teikia dau-giau informacijos negu skaitikliai. Pagal pėdsakų pobūdį galima apskaičiuoti dalelių masę, energi-ją, greitį ir kt.

Branduol nės fotoemùlsijos. Greitos elekt-ringosios dalelės, patekusios į storą fotoemulsijos

sluoksnį, išplėšia elektronus iš atskirų emulsiją sudarančių atomų ir palieka paslėptą pėdsaką. Ryškinant iš jo atkuriama dalelės trajektorija. Iš jos ilgio bei storio galima nustatyti dalelės masę ir energiją. Pėdsakai paprastai būna labai trumpi, nes fotoemulsijos tankis didelis.

127

6.4. Jonizuojančiosios spinduliuotės poveikis gyvajam organizmuiJonizuojančiosios spinduliuotės šaltiniai

Žmoniją visą jos gyvavimo laikotarpį veikia jo-nizuojančioji spinduliuotė. Ją skleidžia gamtiniai ir dirbtiniai šaltiniai. Daugiausia spinduliuotės Žemės gyventojai gauna iš gamtos. Tokios spin-duliuotės išvengti beveik neįmanoma. Gamtiniai šaltiniai gali būti žemiškos arba kosminės kilmės. Žemės jonizuojančioji spinduliuotė susidaro dėl daugelio radioaktyviųjų izotopų, esančių jos uo-lienose, vandenyse ir atmosferoje (radono 222Rn86 ,torio 234Th90 , kalio 40K19 , urano 238U92 ir kt.). Šią spin-duliuotę taip pat skleidžia augalai, gyvūnai ir pats žmogus. Spinduliuotę, pasiekiančią mus iš kos-moso, sudaro didelės energijos protonai ir he-lio atomų branduoliai. Jie atkeliauja daugiausia iš Saulės. Gamtinė jonizuojančioji spinduliuotė žmogų gali apšvitinti dvejopai: iš išorės (kai radi-oaktyviosios medžiagos veikia kūno paviršių) ir iš vidaus (kai jos su maistu, vandeniu, užterštu oru patenka į organizmą).

Dirbtinius šaltinius sukūrė žmogus, siekdamas naudos. Prie jų priskiriami pramonės objektai (atominės ir šiluminės elektrinės), pastatai (kai kuriose statybinėse medžiagose yra radono, jis kaupiasi uždarose, blogai vėdinamose patalpose), įvairūs elektromagnetiniai laukai, buitiniai prie-taisai (televizoriai, kompiuteriai ir pan.), medi-cininiai įrenginiai (rentgenologinės diagnostikos aparatai), ginkluotės bandymai ir t. t.

Jonizuojančiosios spinduliuotės žalingas poveikis

Jonizuojančiąją spinduliuotę mūsų aplinka skleidžia nuolat. Tačiau jos intensyvumas labai mažas ir gyvieji organizmai yra prie jo prisitai-kę. Labai jautrius vidaus organus iš dalies saugo oda.

Vis dėlto kai atmosferoje bandomi branduo-liniai užtaisai, įvyksta avarijos atominėse elek-trinėse, vykdomi kai kurie medicininiai tyrimai, aplinkos radioaktyvumas gali labai padidėti ir pakenkti žmonių sveikatai. Radioaktyviosios medžiagos pasidaro ypač pavojingos, kai patenka į organizmą su maistu ir oru. Jos gali jonizuoti ląstelių molekules ir atomus, nutraukti jų ryšius. Dėl to ląstelėse prasideda įvairūs cheminiai ir biocheminiai vyksmai, kurie jas pažeidžia arba naikina (6.10 pav.). Ypač sparčiai pažeidžiamos tos ląstelės, kurios greitai dalijasi. Jonizuojan-čiosios spinduliuotės poveikį galima apibūdinti tokia schema:

6.10 pav.

Žmogaus kūno ląstelių sugerta jonizuojančioji spinduliuotė

Ląstelių pokyčiai dėl molekulių ir atomų jonizacijos

Kūno ląstelių pokyčiaiGemalinių

ląstelių pokyčiai

ApsigimimaiVėžinės ligos:• leukemija (kraujo vėžys)• plaučių vėžys• krūties vėžys

Spindulinė liga:• kraujo kūnelių pažeidimai• odos pa-raudimas• vėmimas• viduriavi-mas• plaukų slinkimas

Spindulinė mirtis:infekcijos, dėl kurių sutrinka organizmo apsauginės funkcijos

128

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

Jonizuojančiosios spinduliuotės poveikis žmo-gaus organizmui priklauso nuo:

• spinduliuotės rūšies ir intensyvumo;• spinduliavimo trukmės;• organizmo jautrumo.Organizmą iš išorės veikianti α spinduliuotė

mažai pavojinga – nuo jos saugo oda. Tačiau, patekusi į organizmo vidų pro kvėpavimo takus, burną ar sužeistą odą, ji labai kenkia, nes ma-žame tūryje sukuria daug jonų. Šiuo požiūriu pavojingiausios medžiagos yra radis ir polonis. Radis kaupiasi kauluose, todėl sutrinka baltųjų

ir raudonųjų kraujo kūnelių gamyba. Žmogus suserga mažakraujyste.

β spinduliuotė prasiskverbia per suragėjusį odos sluoksnį į gyvus audinius ir gali smarkiai nu-deginti odą. Ši pasidaro sausa, o nagai – trapūs. Spinduliuotė kartais sukelia net odos vėžį. Jai la-bai jautrios akys.

γ spinduliuotė labai skvarbi, todėl gali paveikti giliai organizme esančius audinius, pakeisti krau-jo sudėtį, sukelti mažakraujystę, kataraktą (akies lęšiuko drumstį), viduriavimą ir kt.

Jonizuojančiosios spinduliuotės naudaTačiau jonizuojančiosios spinduliuotės poveikis

ne visada yra žalingas. Ja medicinoje diagnozuo-jamos ir gydomos įvairios ligos. Antai nedideliais radioaktyviojo natrio kiekiais tiriama kraujo apy-taka, radioaktyviojo jodo preparatais diagnozuoja-ma Bazedovo liga (skydliaukės veiklos sutrikimas). Kadangi greitai besidalijančias ląsteles (pavyzdžiui, vėžio) ši spinduliuotė ardo sparčiau, ja švitinami piktybiniai augliai (taikoma spindulių terapija, 6.11 paveiksle pavaizduotas chemoterapijos ka-binetas). Taip sustabdomas jų plėtimasis. Ląsteles ardanti spinduliuotė naudojama ir bakterijoms, vi-rusams bei kitiems ligų sukėlėjams naikinti sterili-zuojant chirurginius įrankius ir medžiagas. 6.11 pav.

*Jonizuojančiosios spindu-liuotės poveikį gyviesiems organizmams apibūdina su-gertoji spinduliuotės dozė, t. y. sugerta spinduliuotės energija, tenkanti 1 kg kūno masės. Jos matavimo viene-tas SI sistemoje yra grėjus (žymimas Gy): 1 Gy = 1 J/kg.

*Spinduliuotės dozė tik kiekybiškai nusako sugertą

Tai įdomu

spinduliuotės energiją. Jos poveikis priklauso ir nuo spinduliuotės rūšies. Pavyz-džiui, tokia pat į organizmą prasiskverbusios α spindu-liuotės dozė yra 20 kartų pavojingesnė negu β ir γ spinduliuotės (6.12 pav.).

*Per viešą paskaitą Anri Bekereliui prireikė radioak-tyviųjų medžiagų. Iš Pjero ir Marijos Kiuri šeimos

gautą mėgintuvėlį su šiomis medžiagomis mokslininkas įsidėjo į liemenės kišenę. Kitą dieną ant savo kūno ties ta vieta, kur buvo lie-menės kišenė, jis pastebėjo mėgintuvėlio pavidalo raudoną dėmę. Apie at-sitikimą Bekerelis papa-sakojo Kiuri, o šis atliko bandymą su savimi – prie savo rankos dilbio pririšo

129

1.

Užduotys

5.Kokius žinote gamtinius ir dirbtinius joni-zuojančiosios spinduliuotės šaltinius?Nurodykite, kokiais dviem būdais jie gali apšvitinti žmones ir gyvūnus.Dėl kokios savo savybės jonizuojančioji spinduliuotė yra labai kenksminga gyviesiems organizmams?Kaip pasireiškia kenksmingas juonizuojančio-sios spinduliuotės poveikis?

α spinduliuotę sulaiko popieriaus lapas, tačiau ji yra pavojingesnė už γ spinduliuotę,kuri prasiskverbia net pro storą švino sluoks-nį. Paaiškinkite šį teiginį.Nuo ko priklauso jonizuojančiosios spindu-liuotės poveikis žmogaus organizmui?Atsižvelgdami į jonizuojančiosios spinduliuo-tės savybes ir poveikį, suformuluokite keletą taisyklių, kurių reikėtų laikytis norint apsi-saugoti nuo šios spinduliuotės.

6.

2.

3.

4.

7.

Pramonėje ta spinduliuote tiriama metalo lie-jinių sandara – nustatoma, ar juose nėra defektų. Žemės ūkyje švitinimu paspartinamas augalų ir gyvulių augimas, gerinama jų kokybė: apšvitin-tos sėklos greičiau sudygsta, vynuogės sukaupia

daugiau cukraus ir pan. Archeologams jonizuo-jančioji spinduliuotė padeda apskaičiuoti senovi-nių organinės kilmės radinių (pavyzdžiui, Egipto mumijų) amžių.

6.12 pav.

mėgintuvėlį su radioakty-viuoju preparatu ir panešiojo jį dešimt valandų. Rankos oda paraudo, vėliau atsivėrė gili žaizda, kuri užgijo tik po dviejų mėnesių.

*Bene svarbiausias joni-zuojančiosios spinduliuo-tės šaltinis yra radonas –bespalvės, bekvapės,

beskonės, sunkesnės už orą dujos. Jos sklinda iš Žemės plutos. Į kamba-rius radonas gali patekti per pamatus ir grindis, išsiskirti iš statybinių namo medžiagų, vandens, degant gamtinėms du-joms. Daugiausia apšvitos iš radono žmogus gauna

būdamas uždarose, blogai vėdinamose patalpose. Nustatyta, kad vidutinio klimato zonoje radono kie-kis uždarose patalpose yra vidutiniškai 8 kartus dides-nis negu lauke. Natūraliai vėdinant patalpas, radono koncentracija sumažėja 70–80 %.

130

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

6.5. Branduolinė energijaBranduolinės reakcijos samprata

Atradus radioaktyvumą, jau apie 1900 m. bu-vo mėginama dirbtinai paversti vienų atomų branduolius kitų atomų branduoliais, apšaudant tinkamomis dalelėmis. Pirmą dirbtinį branduo-lių virsmą 1919 m. sukėlė Ernestas Rezerfordas, apšaudydamas azoto dujas α dalelėmis (4He2 ). To-kiu būdu jis pavertė azotą deguonimi. Šio virsmo metu kartu su deguonies atomo branduoliu buvo išspinduliuotas protonas (žymimas 1p1 ). Atomų branduolių, kurie sąveikauja su elementa-riosiomis dalelėmis arba tarp savęs, virsmai vadinami branduol nėmis reãkcijomis. Re-zerfordo sukeltą branduolinę reakciją galime už-rašyti simboliais:

14N7 + 4He2

17O8 + 1p1 . (1)

Antriniai branduoliaiPirminiai branduoliai

6.13 pav.

Panašiomis reakcijomis galima iš branduolių iš-mušti neutronus (žymimus 1n0 ), pavyzdžiui, be-rilio branduolys, apšaudomas α dalelėmis, virsta anglies branduoliu ir dar išspinduliuojamas neu-tronas:

(2)Bendras protonų ir neutronų skaičius, vyks-

tant branduolinei reakcijai, nepakinta: pirminių branduolių atominių skaičių (taip pat ir masės skaičių) suma lygi antrinių branduolių atominių skaičių (masės skaičių) sumai. Antai pirmosios reakcijos 7 + 2 = 8 + 1 ir 14 + 4 = 17 + 1, an-trosios reakcijos 4 + 2 = 6 + 0 ir 9 + 4 = 12 ++ 1.

Branduolių dalijimasisVokiečių mokslininkai Otas Hanas (Otto Hahn,

1879–1968) ir Fricas Štrasmanas (Fritz Strassman, 1902–1980) 1938 m. pastebėjo, kad, apšaudomi lėtaisiais neutronais, urano branduoliai skyla į dvi apylyges dalis – branduolio skeveldras, be to, dar

E = mc2.

išmetami 2–3 neutronai. Šis reiškinys buvo pa-vadintas bránduolio dal jimusi. 6.13 paveiksle schemiškai pavaizduotas urano branduolio daliji-masis: neutronas, pataikęs į urano 235U 92 branduolį, padalija jį į stroncio 90Sr 38 ir ksenono 144Xe54 bran-duolius, be to, dar išlekia du nauji neutronai. Tai-gi bendras protonų ir neutronų skaičius, vykstant skilimui, nepakinta. Reakcijos lygtis tokia:

235U 92 + 1n0 90Sr38 + 144Xe54 + 21n0

Dalijantis branduoliams, išsiskiria milžiniš-kas kiekis energijos, vadinamos branduolinè enèrgija. Iš kur ji randasi? Bandymai rodo, kad nejudančių antrinių branduolių masė (rimties masė) yra mažesnė už pirminių branduolių rim-ties masę. Vadinasi, išsiskyrusi energija susijusi su rimties masės pokyčiu.

XX a. pradžioje garsus fi zikas Albertas Einš-teinas nustatė tokį masės ir energijos sąryšį:

Šią formulę galima užrašyti ir kitaip: Δm = ΔE

c2 . Keičiant kūno vidinę energiją, pavyzdžiui,

kūną šildant, medžiagai dalyvaujant cheminė-se arba branduolinėse reakcijose, kinta medžia-gos masė. Einšteino formulėje šviesos greičio c

9Be4 + 4He2 12C6 + 1n0 .

131

kvadratas yra labai didelis, o santykis 1c2 – labai

mažas dydis, todėl su mažais reakcijoje daly-vaujančių elementų masės pokyčiais Δm susiję dideli energijos pokyčiai ΔE:

ΔEΔm = c2.

6.14 pav.

Branduolinis reaktorius

6.15 pav.

Pavyzdys. Dalijantis 1 kg masės urano gaba-lui, susidaro medžiagos, kurių rimties masė lygi 999 g. Masė sumažėja 1 g, nes išspinduliuojama energija („išnešama“ masė). Šios reakcijos metu energijos išsiskiria tiek pat, kiek sudegant 2 mln. litrų naftos arba 2500 t anglių.

Grandininė branduolinė reakcijaIš besidalijančio urano branduolio ar jo skevel-

drų išlėkę neutronai (antriniai neutronai) gali su-kelti vis naujų branduolių dalijimąsi (6.14 pav.). Tokia savaime stiprėjanti reakcija vadinama gran-d nine branduolinè reãkcija. Reakciją suke-liančios dalelės (neutronai) yra jos pačios produk-tai. Jei grandininė branduolinė reakcija sužadina-ma tam tikros (kritinės masės) ar didesnės masės

Norint panaudoti branduolinę energiją (bran-duolių dalijimosi energiją) ūkio tikslams, reikia ne tik sukelti grandininę reakciją, bet ir ją valdy-ti – pagreitinti arba sulėtinti. Tai daroma įrengi-niuose, vadinamuose branduol niais reãkto-riais (6.15 pav.). Jų konstrukcija gali būti įvairi, tačiau pagrindinės dalys yra tos pačios:

• branduolinis kuras – medžiagų, kuriose yra galinčių dalytis 235U 92 ir nesidalijančių 238U 92 bran-duolių, mišinys (branduolinio kuro strypai įde-dami į siaurus nerūdijančio plieno vamzdelius);

urano ar plutonio gabale, staiga išsiskiria milži-niška energija – įvyksta branduolinis sprogimas. Tokiu pat principu sprogsta atominės bombos.

Tačiau grandininę reakciją gali sukelti ne bet kokie branduoliai. Iš visų gamtoje egzistuojan-čių elementų branduolių tinka tik urano 235U 92 ir plutonio 239Pu 94 izotopų branduoliai.

132

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

• neutronų lėtiklis – sunkusis arba paprastas vanduo, grafi tas; jo reikia branduolių dalijimosi metu atsirandantiems greitiesiems neutronams lėtinti, kad jie galėtų skaldyti uraną 235U 92 ;

• neutronų atšvaitas, aplink branduolinio kuro strypus įtaisytas įrenginys (dažniausiai grafi to plokštės), trukdantis neutronams išlėkti iš reak-toriaus;

• reakcijos greičio reguliatorius – neutronus sugeriantys kadmio arba boro strypai (ištrau-kiant arba giliau įleidžiant šiuos strypus, galima reguliuoti dalijimosi reakcijų skaičių).

Veikiančiame branduoliniame reaktoriuje iš-siskiria labai daug radioaktyviųjų medžiagų. Kad jos nepatektų į aplinką, reaktorius apgau-

*Dalijantis urano branduo-liams, išsiskiria 3 milijonus kartų daugiau energijos negu sudegant tokiai pat masei akmens anglių. Antai iš 1 kg urano gaunama 25 mln. kWh energijos, o iš 1 kg akmens anglių – tik 8 kWh.

Tai įdomu

*Kritine mase vadinama mažiausia skylančios radio-aktyviosios medžiagos masė, kuriai esant dar gali vykti grandininė dalijimosi reakcija.

*Pirmąją grandininę urano dalijimosi reakciją 1942 m. įvykdė JAV mokslininkų grupė, vadovaujama Enri-

ko Fermio (Enriko Fermi, 1901–1954). Šis fi zikas prisidėjo ir prie pirmosios atominės bombos kūrimo.

*Pirmoji atominė bomba buvo susprogdinta 1945 m. JAV dykumoje esančiame Alamagordo raketų poli-gone.

biamas storu (iki 3 m storio) betoniniu apsaugi-niu apvalkalu.

Branduoliniai reaktoriai įrengiami povandeni-niuose atominiuose laivuose, taip pat atominėse elektrinėse, kurios branduolinę energiją verčia elektros energija. Tokia elektrinė 1983–2009 m. veikė ir Lietuvojè (Ignal noje). Atominės elekt-rinės principinė schema parodyta 6.16 paveiks-le. Branduoliniame reaktoriuje vyksta grandini-nės branduolinės reakcijos. Jų metu išsiskyrusi energija virsta šilumine energija, kuri kaitina vėsinimo sistemos vandenį – šilumnešį. Jis per-duoda šilumą kito kontūro vandeniui, kuris, pa-virtęs garais, suka garo turbiną, o ši – elektros generatorių. Atvėsę garai iš turbinos patenka į

6.16 pav.

133

1.

Užduotys

5.Apibūdinkite vyksmus, vadinamus branduolinėmis reakcijomis.Persirašykite branduolinių reakcijų lygtis, vie-toj klaustukų įrašydami tinkamus simbolius:a) 4He2 + 9Be4 12C6 + ?;b) 27Al13 + ? 30P15 + 1n0 ;c) ? + 1H1 = 22Na11 + 4He2 .

Iš kur atsiranda energija, išsiskirianti dalijan-tis branduoliams?Išvardykite 3–4 elementų poras, kuriomis dalydamasis gali virsti 235U92 branduolys. Atsakymą pagrįskite.

Kuo skiriasi urano branduolių dalijima-sis branduoliniame reaktoriuje ir atominėje bomboje?Kam branduoliniame reaktoriuje reikalingas vanduo?Išvardykite svarbiausias atominės elektrinės dalis. Paaiškinkite, kaip jos veikia.Palyginkite energijos virsmus atominėje elektrinėje ir šiluminėje elektrinėje. Kuo jie panašūs ir kuo skiriasi?Kodėl radioaktyviųjų atliekų negalima de-ginti arba mesti į šiukšlių konteinerius kaip buitinių atliekų?

6.2.

3.

4.

7.

8.

9.

kondensatorių. Čia jie kondensuojasi ir siurbliu pumpuojami atgal į katilą. Vanduo garams kon-densatoriuje aušinti imamas iš upės ar ežero šalia elektrinės.

Atominės elektrinės, kaip hidroelektrinės ar šiluminės elektrinės, turi privalumų ir trūkumų. Atominės elektrinės yra ekonomiškos, nesukelia šiltnamio efekto, išskiria į aplinką daug mažiau

CO2 dujų negu šiluminės elektrinės, neteršia aplinkos pelenais, gamina pigią elektros energiją, turi milžiniškas branduolinio kuro atsargas. An-tra vertus, jos kelia pavojų, nes, įvykus avarijai, į aplinką gali patekti labai kenksmingų radio-aktyviųjų medžiagų, branduolinio kuro atliekos yra pavojingos, jas sudėtinga transportuoti, sau-goti ir perdirbti.

134

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

Skyriaus „Radioaktyvumas ir branduolinė energija“ santrauka

Atomo sandara

Cheminio elemento atomo žymėjimasAXZ

X – cheminio elemento simbolis;Z – atominis skaičius, arba elemento eilės numeris; jis rodo, kiek elektronų yra neutraliame atome arba kiek protonų – atomo branduolyje;A – masės skaičius, rodantis, kiek nukleonų yra branduolyje: A = Z + N (N – neutronų skaičius).

Radioaktyvumas Radioaktyvumu vadinamas savaiminis medžiagų atomų branduolių virsmas kitais branduoliais, kurio metu skleidžiamos įvairios dalelės ir elektromagnetinė spinduliuotė.

α spinduliuotė β spinduliuotė γ spinduliuotė

Helio atomų branduoliai4He2

Elektronai0e–1

Trumpesnės už rentgeno spindu-liuotę elektromagnetinės bangos

Skvarba ore

Iki 10 cm Keletas metrų Labai daug metrų

Apsauga nuo spinduliuotės

Popieriaus lapas,drabužiai

Aliuminio plokštelė,namų sienos

Storas švino sluoksnis, kelių metrų storio betono sluoksnis

Jonizuojančiosios spinduliuotės stebėjimo prietaisai:• Geigerio ir Miulerio skaitiklis,• Vilsono kamera,• branduolinės fotoemulsijos.

Branduolinės reakcijos Atomų branduolių, kurie sąveikauja su elementariosiomis dalelėmis arba tarp savęs, virsmai vadinami branduolinėmis reakcijomis.Savaime stiprėjanti branduolių dalijimosi reakcija, kurią palaiko jos pačios produktai, vadinama grandinine branduoline reakcija.

Branduolinis reaktorius Branduoliniu reaktoriumi vadinamas įrenginys, kuriame vyksta valdoma grandininė branduolinė reakcija.

134134

6

Rad

ioak

tyvu

mas

ir

bra

nd

uo

lin

ė en

erg

ija

Atomas

Nukleonai

Branduolys (teigiamas) Elektronai (neigiami)

Neutronas (neutralus) Protonas (teigiamas)

e = 1,6 · 1019 C me = 9,1 · 1031 kg

134

135

1. Iš ko sudaryti elementų 60Ni 28 ir 9Be 4 bran-duoliai?

2. Kuo panašūs anglies izotopas 13C 6 ir azoto izotopas 14N 7 ?

3. Kokio cheminio elemento atomo branduo-lyje yra 12 protonų ir 14 neutronų? Kiek elekt-ronų skrieja apie neutralų šio elemento atomą?

4. Kuri spinduliuotė turi daugiau energijos: ga-ma ar rentgeno? Atsakymą pagrįskite.

5. Kurios spinduliuotės jonizuojantysis povei-kis yra stipriausias?

A γ spinduliuotės B β spinduliuotėsC α spinduliuotės D Visų vienodas

6. Kuris iš šių teiginių tiksliausiai apibūdina medžiagų radioaktyvumą?

A Radioaktyvumu vadinama kiekvienai me-džiagai būdinga savybė skleisti jonizuojančiąją spinduliuotę.

B Radioaktyvumu vadinama kai kurioms me-džiagoms būdinga savybė tam tikromis sąlygo-mis skleisti jonizuojančiąją spinduliuotę.

C Radioaktyvumu vadinamas medžiagų ato-mų branduolių virsmas kitais branduoliais.

Savikontrolės užduotys

D Radioaktyvumu vadinamas savaiminis me-džiagų atomų branduolių virsmas kitais bran-duoliais, kurio metu skleidžiamos įvairios dale-lės ir elektromagnetinė spinduliuotė.

7. Polonio izotopas 218Po 84 yra nestabilus. Jis sky-la išspinduliuodamas α dalelę.

a) Nurodykite, kiek protonų ir neutronų yra polonio izotopo 218Po 84 branduolyje.

b) Nustatykite, koks elementas susidaro polo-nio skilimo metu.

c) Parašykite šio virsmo lygtį.

8. Radioaktyvusis švino izotopas 209Pb ? sklei-džia β spinduliuotę ir virsta bismutu.

a) Kiek protonų ir kiek neutronų sudaro švino izotopo branduolį?

b) Nurodykite bismuto atominį skaičių ir ma-sės skaičių. Kuo skiriasi švino ir bismuto izotopų branduoliai?

c) Parašykite atitinkamą virsmo lygtį.

9. Kuri iš šių reakcijų yra branduolių daliji-mosi reakcija?

A 238U 92 + 22Ne 10 256No 102 + 41n0 B 235U 92 + 1n0 144Ba 56 + 89Kr 36 + 31n0

C 238Np 99 234Pu 94 + 0n–1

D 9Be 4 + 4He 2 12C 6 + 1n0

10

10Fizikos mokomąjį komplektą X klasei sudaro:

Vadovėlis

Pratybų sąsiuviniaiPirmasis sąsiuvinisAntrasis sąsiuvinis

ISBN 978-5-430-05655-1