De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Radiochemistry vs. Nuclear Chemistry when radio elements or nuclear radiation are involved in the solution of a problem disintegration laws properties.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Radiochemistry vs. Nuclear Chemistry when radio elements or nuclear radiation are involved in the solution of a problem disintegration laws properties."— Transcript van de presentatie:

1 Radiochemistry vs. Nuclear Chemistry when radio elements or nuclear radiation are involved in the solution of a problem disintegration laws properties of rays/particles effects of transformations detection of radiation chemical properties of radio elements nuclear reactions used for analysis area of basic science structure of (un)stable nuclei nuclear reactions applications: nuclear energy, dating, … M. Lefort Professor of Nuclear Chemistry Laboratoire Joliot-Curie, Université de Paris, Orsay, France

2 Doel/opbouw van de cursus basisbegrippen uit de radioactiviteit toepassingen van radioactieve straling in de Analytische Scheikunde 1.Historisch kader 2.Kernstabiliteit, verval(wetten) 3.Kinetiek v/h radioactief verval 4.Interactie nucleaire straling/materie 5.Detectie van nucleaire straling 6.Neutronenactiveringsanalyse 7.Andere toepassingen

3 Hoofdstuk 1 Historisch kader kathodestraal buis, e -, X-ontdekkingen ontdekking van de radioactiviteit karakterisering van de straling transformatiehypothese natuurlijke radioactiviteit artificiële radioactiviteit hypothesen over de kernstructuur

4 De buis van Thompson einde 19e eeuw : ‘salon’-wetenschap experimenten met electriciteit en gasontladingsbuizen hoge druk (> 1 mm Hg): lichtgevende verschijnselen (plasma) dalende druk (< 1 mm Hg): donkere ruimte van Crookes wordt groter als donkere ruimte glaswand raakt: fluorescentie bij positie O  kathodestralen (CRT: cathode-ray tubes)

5 De proef van Thompson bepaling van q/m voor het electron – Electrisch veld: E = V/d PP’  straal van O naar O’ afwijking d: d/L = qEa/mv 2 – Compenserend magnetisch veld qE = qvB : O’  O samen met proef van Millikan (q e ): schatting van m e C: kathode A,A’: anoden

6 W.C. Röntgen Invallen kathodestraling op glaswand: –onbekende soort straling komt vrij –schaduwbeelden op fotoplaat 1896 (beperkte experimentele mogelijkheden): –geen refraktie (breking) –geen polarisatie –geen reflectie (weerkaatsing) –zeer diep indringingsvermogen  “onbekende straling” of “X”-straling

7 Ontdekking v/d Radioactiviteit Familie Becquerel –“wetenschappers” van vader-op-zoon –“interesse”: fosforescentie in U-zouten K 2 UO 2 (SO 4 ) 2.2H 2 O (uranyl zout) –bereid door H. Becquerel –sterke UV fosforescentie  verband X-straling/fosforescentie ? 25/2/1896: –na bestraling met intens zonlicht –kristallen  zwarting fotoplaat –dwars door zwart papier, glas etc. Bij nader inzien: –geen verband met zonlicht –ook zwarting bij vers bereidde kristallen –zwarting bij andere U verbindingen (zonder fosforescentie) Henri Becquerel ( )

8 Pierre & Marie Curie 1989 : productie van ‘Uranium stralen’ is atomaire eigenschap  radioactiviteit Thorium verbindingen : vertonen ook radioactiviteit Pechblende : –zwart erts (~ 75% U 3 O 8 ) –Isolatie van sterk radioactieve fracties: Polonium, Radium 1902: –100 mg zuiver radiumchloride uit 2 ton pechblende –M = 225, later 226.5; nu:

9 Karakterisering v/d straling X-straling: ontladen van electroscopen  ioniserende werking 1899: Absorptie experimenten  2 componenten  -component: ~10  m Al stopt  -component: ~ 1 mm Al nodig Absorptie: volgens e -  d  :  ~ 15 cm -1, constant in de diepte  :  ~ 1600 cm -1, niet constant  -deeljes: ‘range’ (indringdiepte) 1904 (W.H. Bragg):  -range is materiaal-afhankelijk Ernest Rutherford ( )

10 Corpusculair karakter van ,  Electrische/magnetische afbuigexperimenten zowel  als  -straling: deeltjes met hoge snelheid  -straling: zoals kathodestralen (e - ), bijna lichtsnelheid c  -straling: + lading, (q/m)  = ½ (q/m) H, v ~ c/10  -straling doorheen dunne wand van vacuum buis: na verloop van tijd: spectroscopisch aantoonbaar He-gas   -straling = Helium kernen  -straling: derde component, niet afgebogen door E/M velden  zoals X-straling, maar (veel) kortere golflengte X-straling: uit de electronenwolk;  -straling: uit de kern

11 Natuurlijke radioactiviteit Meten van activiteiten –electroscoop: ontladingssnelheid  activiteit –dunne Au folie t.o.v. wijzerplaat electrische lading Radioactief monster “The NBS Standard gold leaf electroscope” (1927)

12 Transformatiehypothese Th-verbindingen –soms onverklaarbare variaties bij intensiteitsmetingen 1899: –diffusie van radioactieve stof uit Th-zout (“Thoron”) –ook bij Ra, Ac verbindingen (“Radon”, “Actinon”) Rutherford & Soddy: ‘emanaties’ = inerte gassen die bij –150 o C condenseren Conclusies: 1. Activiteit van radioactieve stoffen neemt geleidelijk af; mate van vermindering is karakteristiek v/d stof 2. Radioactieve processen gaan gepaard met veranderingen in chemische eigenschappen v/d actieve atomen

13 Uranium X en Thorium X Uit U en Th verbindingen : –U-X en Th-X radiochemisch af te scheiden (eigen vervalconstanten) –Bvb.: U/U-X scheiding door neerslag met (NH 4 ) 2 CO 3 ; ‘gewoon’ U lost opnieuw op door complexvorming –Bvb.: Th/Th-X scheiding door Th-X neerslag met NH 4 OH Na enkele dagen: –X-componenten vervallen sneller dan origineel U en Th –opnieuw X-componenten gevormd in gezuiverd U/Th Gezuiverd U/Th: enkel  -actief; X-componenten: ook  -actief Lente 1903: conclusies over radioactieve transformaties

14 Radioactieve transformaties Conclusies van Rutherford & Soddy (1903) –radioactieve elementen ondergaan spontaan transformatie van één chemische atoomsoort naar een andere –veranderingen gaan gepaard met de uitzending van radioactieve straling –radioactieve processes zijn sub-atomische veranderingen, i.e., binnen een atoom [begrip ‘atoomkern’ dan nog onbekend]

15 Natuurlijke radioactiviteit Zoektocht naar nieuwe producten ( ) –in Europa (F,D,UK) en VS –nieuw: radiolood, radiotellurium, radiothorium, mesothorium 1, mesothorium 2,... –RaEm (emanatie van Ra)  RaA  RaB ...  RaF –apart ‘ontdekte’ nucliden blijken hetzelfde, bvb. radiotellurium (W. Marckland, 1902, uit pechblende geisoleerd) polonium (P. & M. Curie, 1989) Uit: E. Rutherford, Phil. Trans. Royal Soc. London, 1905

16 Natuurlijke radioactiviteit : Verwarring door veelvuldige ‘ontdekkingen’ Systematiek –1910, F. Soddy: mesothorium 1, radium, thorium X zijn chemisch identiek met verschillende atoommassa’s (resp , 228.4, 224.4) –systematisatie van alle gepubliceerde gegevens  Soddy: introduceert begrip ‘isotopen’  Fajans & Soddy: natuurlijke radioactiviteitsreeksen F. Soddy,

17 Natuurlijke radioactiviteit Isotopen –1913 (Thompson): afbuiging van Ne-ionen in EM velden  2 isotopen: 20 Ne, 22 Ne (later: ook 21 Ne) –zoektocht naar isotopen niet-radioactieve elementen: m.b.v. massa-spectrografie (F.W. Ashton, 1919)  bijna alle elementen bestaan uit isotopen mengsels

18 206 Pb 238 U Natuurlijke radioactiviteit Uranium, thorium, actinium reeksen –alle elementen met Z > 82 (Bi) zijn radioactief –vervaltijden: miljarden jaren  sec –behoren alle tot één van drie vervalreeksen –U-reeks: 238 U  206 Pb (na 8  en 6  emissies), A = 4n+2 Ac: 4n+3 Th: 4n U: 4n+2 emanatie

19 Natuurlijke radioactiviteit Radioactiviteit bij andere elementen –waarnemingen bemoeilijkt door aanwezigheid van U, Th, Ac reeksen, kosmische straling,... –1906 (Campbell, Wood): zwakke radioactiviteit bij K, Rb –weinig abundant of zeer lange vervaltijden

20 Artificiële radioactiviteit < 1934: enkel natuurlijke radioactiviteit 1934: radioactief B, Al door  -bestraling – positronen onderzoek: I. Curie, F. Joliot – 9 B  13 N; 26 Al  30 P ( 31 P is enige stabiele P isotoop) daarna: explosieve groei van aantal radio-isotopen – van elke atoomsoort: tenminste 1 radio-isotoop gekend –  -verval is meest voorkomend –  -verval: enkel bij zware kernen synthetische elementen: –Pu, Tc, Pr (niet op aarde) –4n + 1 verval reeks: 237 Np  209 Bi

21 Kernstructuur hypothesen Atoomtheorie: gebrek aan experimenteel bewijs –400 BC (Democritos): atomaire opbouw –19e eeuw (Dalton, Avogadro): eenvoudige verhoudingen 1901 (Planck): schatting van N A  atomaire diameter: ~ m, amu: ~ kg 1897 (Thompson): ontdekking electron –e - -verstrooiing: aantal e - van dezelfde orde als A –atomaire massa: vooral in positief-geladen delen –verdeling +/- ladingen: ?/plum-pudding model  Verstrooiingsexperimenten van Rutherford

22 Kernstructuur hypothesen Verstrooiingsexperiment van Rutherford It was almost as incredible as if you had fired a 15-inch shell at a piece of tissue paper and it came back and hit you." [E. Rutherford]  bepaling van Z    sterke electrische velden binnenin een atoom

23 Kernstructuur hypothesen Afstand van dichtste nadering d 0 –initiele kinetische energie volledig omgezet in potentiele energie –Rutherford exp.:  ’s met v 0 = m/s  d 0 = Z m  Al: 0, m Cu: m Au: m i.e kleiner dan atoomdiameters ( m) –kerndichtheid: enorm hoog (10 17 kg/m 3 = 10 8 ton/cm 3 ) Ze d0d0 

24 Kernstructuur hypothesen Electron-proton hypothese –  - -verval: electronen in de kern – kern opbouw: A protonen + (A-Z) electronen –  -deeltje: 4 protonen + 2 electronen – echter: electronen met   kerndiameter te energetisch  electronen sterk gebonden aan kerndeeltjes  1920 (Rutherford): proton-electron combinatie = neutron 1932 (Chadwick):  -bombardement van 9 Be  penetrante straling, niet af te buigen via EM velden –initieel: 9 Be + 4 He  [ 13 C]*  13 C +  –later: 9 Be + 4 He  [ 13 C]*  12 C + 1 n

25 Kernstructuur hypothesen Proton-neutron hypothese –vanaf 1935 algemeen aanvaard –neutronen niet stabiel buiten kern (t ½ = 13 min) –N-Z: neutronen overschot (‘neutron excess’) Andere elementaire deeltjes


Download ppt "Radiochemistry vs. Nuclear Chemistry when radio elements or nuclear radiation are involved in the solution of a problem disintegration laws properties."

Verwante presentaties


Ads door Google