Radiatiile electromagnetice - RADIATIILE NUCLEARE X

Radiatiile electromagnetice

RADIATIILE NUCLEARE X

RADIATIILE nucleare RADIOACTIVE ,  SI 

Radiatiile electromagnetice sunt fenomene fizice in general naturale, care constau intr-un camp electric si unul magnetic in acelasi spatiu si care se genereaza unul pe caltul pe masura ce se propaga - emisia si propagarea in spatiu a unor particule, radiatie corpusculara si unde, radiatie ondulatorie, acestea fiind insotite de un transport de energie.

Orice particula in miscare este insotita de o unda.

Lungimea de unda a unei particule in miscare este  = c/, unde c este viteza de propagare a particulei egala cu viteza luminii 2,9987^.10⁸ m/s si  frecventa de propagare a particulei.

Radiatiile electromagnetice se impart in patru categorii:

1 - radiatii care apar datorita absorbtiei si emisiei de energie care are loc la nivelul invelisului electronic al atomului:

- radiatii hertiene

- radiatii termice, care se impart in:

- radiatii infrarosii

- radiatii vizibile

- radiatii ultraviolete.

Acesta radiatii sunt alcatuite din fotoni electronici.

2 - radiatii care apar, in urma unor procese de descompunere a atomului in partile sale componente prin descarcari electrice in gaze:

- radiatii anodice

- radiatii catodice

- radiatii canal.

(Radiatiile anodice sunt alcatuite din sarcini electrice pozitive, ioni pozitivi si protoni.

Radiatiile catodice sunt alcatuite din sarcini electrice negative, electroni si ioni negativi.

Radiatiile canal sunt alcatuite din sarcini electrice pozitive, protoni si ioni pozitivi.)

3 - radiatii care apar datorita absorbtiei de electroni de catre atomii unui solid si franati in interiorul acestuia si emisia de energie care are loc la nivelul nucleului atomic:

- radiatii X (sau Rontgen)

(Radiatiile X sau Rontgen sunt alcatuite din fotoni nucleari care formeaza radiatia moale si dura nucleara.)

4 - radiatii care apar prin dezintegrare nucleara radioactiva:

- radiatii nucleare radioactive beta (), alfa () si gama ().

Radiatiile  sunt alcatuite din electroni care au sarcina electrica negativa.

Radiatiile  sunt formate din pozitroni care au sarcina electrica pozitiva.

Radiatiile  sunt compuse din neutrini, forta moale si fotoni nucleari, forta dura,

Radiatiile ultraviolete

Spectrul razelor ultraviolete este cuprins intre lungimile de unda 1 nm - 380 nm (1 nanometru = 10^-9 m), cu o frecventa de 789 Hz (380 nm) pana la 300 Hz (1 nm).

Sunt invizibile pentru ochiul uman. Acestea se obtin cu ajutorul lampilor cu vapori de mercur in care se produc descarcari electrice.

Soarele emite in mod continuu radiatii ultraviolete. In multe cazuri, oameni au fost supusi unor radiatii pe care le-au denumit radiatii termice. Acestea le-au creat probleme de sanatate prin iritarea, inrosirea pielii sau umflarea fetei, etc. De fapt, era rezultatul efectului radiatiilor ultraviolete pe care le cunoastem prin expunerea exagerata la soare.

Radiatiile ultraviolete se produc prin saltul electronilor de pe o orbita mai inalta pe orbita ceea mai apropiata de nucleul atomic.

Fiind orbiti de succesele descoperirii radioactivitati am uitat si am aruncat la gunoi de-a lungul timpului lucrari foarte importante.

Progresele facute de oamenii de stiinta in ultimi 150 de ani cu privire la constituirea materiei, au la baza fenomene observate cu prilejul descarcarilor electrice in gaze.

In timpul descarcarilor electrice in gaze, efectuate in anumite conditii se produc mai multe tipuri de radiatii diferite intre ele si diferite de radiatiile obisnuite de lumina si caldura cunoscute.

S-au construit numeroase feluri de tuburi de sticla cu forme si marimi diferite, in care sau produs descarcari electrice.

Deosebirea dintre ele consta in presiunea sub care se gaseste gazul din interiorul lor si de numarul si asezarea electrozilor.

In cazul acesta voi prezenta, tubul Crookes cea mai importanta bijuteriea a stiintei la care s-a renuntat cu usurinta in schimbul cercetarilor nucleare radioactive.

In tubul Crookes gazul (hidrogen) se afla la o presiune de o milionime de atmosfera.

Tubul este construit dintr-un balon de sticla prevazut cu trei gaturi, cu trei electrozi.

La unul din gaturi este fixat electrodul pozitiv, anodul, la al doilea este montat electrodul negativ, catodul confectionat dintr-o placa metalica gaurita, iar la al treilea gat este instalata o placa metalica, numita anticatodul.

Daca se leaga anodul si catodul la polii unei bobine de inductie puternice se constata ca:

- de la anod si perpendicular pe el pornesc niste radiatii purtatoare de electricitate pozitiva, numite radiatii anodice

- de la catod, oricare ar fi pozitia anodului, pornesc doua feluri de radiatii:

a - purtatoare de electricitate negativa merg perpendicular pe suprafata catodului, in spre interiorul balonului la electrodul pozitiv, anod. Acestea sunt radiatiile catodice

b - purtatoare de electricitate pozitiva, pornesc tot perpendicular pe catod, dar in directie opusa radiatiilor catodice. Ele se formeaza in cazul in care catodul este gaurit, cand este strabatut de canale in grosimea lui. Radiatiile care trec prin aceste canale in spatele catodului se numesc radiatii canal.

Mecanismul descarcarilor electrice in gaze, tinute la presiune foarte mica, consta in faptul ca, curentul electric strabate spatii foarte rarite, avand posibilitatea sa sparga atomii si moleculele gazului inchis in tub.

Atomii si moleculele se sparg in doua parti incarcate cu electricitate, electronii si protonii (in cazul hidrogenului).

Particulele incarcate negativ (electronii si ioni negativi) sunt respinse de catod si alcatuiesc radiatia catodica.

Oricare ar fi natura gazului din tub, particula negativa este intotdeauna aceeasi.

Ramasitele pozitive (protonii si ioni pozitivi) din atom sau molecula calatoresc in directia opusa drumului pe care-l ia particula negativa, strabatand canale din catod alcatuind in spatele acestuia radiatia canal.

Proprietatile acestor radiatii depind de natura gazului din care au luat nastere.

Radiatiile catodice care izbesc in drumul lor anticatodul, inclinat cu 45f pe directia radiatiilor dau nastere radiatiilor X sau Rontgen.

Electronii sunt respinsi de catod si atrasi de anticatod, iar in urma interatiunii dintre electronii si atomii metalului din care este confectionat anticatodul, au loc fenomene care genereaza radiatii X sau Rontgen.

In cazul interactiunii electronilor (-e) cu protoni din nucleul atomic, acestia emit perechi de particule electroni (-e)-pozitroni (+e) si se transforma din protoni in neutroni si trec de pe orbita fundamentala pe o orbita superioara.

Electroni (-e) si pozitroni (+e) emisi formeaza radiatiile  care sunt alcatuite din electroni, particule incarcate din punct de vedere electric negativ si radiatii  care sunt formate din pozitroni, particule incarcate din punct de vedere electric pozitiv.

Aceste particule avand sarcini electrice diferite se atrag si se neutralizeaza reciproc printr-un proces de anihilare A, in urma caruia rezulta doua particule (o) neutre din punct de vedere electric, care sunt emise sub forma unor cuante de radiatii X sau  moi, care sunt identice si au caracteristici asemanatoare cu radiatiile  radioactive emise de nucleele atomice in procesul dezintegrari nucleare radioactive.

La revenirea neutronilor de pe orbita superioara, pe orbita fundamentala, acestia emit fotonii nucleari (of) Xd duri si diferenta de energie dintre cele doua orbite nucleare.

In cazul interactiunii electronilor (-e) cu neutroni din nucleul atomic, acestia emit perechi de particule electroni (-e)-neutrini (on)) si se transforma din neutroni in protoni si trec de pe orbita fundamentala pe o orbita superioara.

Electroni (-e) si neutrini (on)) emisi formeaza radiatiile  care sunt alcatuite din electroni, particule incarcate din punct de vedere electric negativ si radiatii X sau  moi, care sunt formate din neutrini, particule neutre din punct de vedere electric.

Protoni nu au o situatie stabila pe aceasta orbita superioara si revin pe orbita fundamentala, emitand fotonii nucleari (of) Xd duri si diferenta de energie dintre cele doua orbite nucleare.

Aceste radiatii X nu sunt purtatoare de sarcini electrice.

Radiatiile X au o mare putere de patrundere si proprietatea de a fi absorbite de tesuturile moi, oasele capului, metalele grele si plumbul. Rontgen a iradiat mana sotiei sale, obtinand prima fotografie in care apareau oasele mainii si verigheta sotiei.

Sotii Curie descopera radiul, totodata si existenta a trei feluri de radiatii nucleare radioactive ,  si  emise de acesta.

Acestia au observat ca, radiatiile radioactive beta si alfa sunt deviate de un camp electric format din doi electrozi, unul avand polaritatea electrica pozitiva (+), iar celalalt polaritatea electrica negativa (-), iar radiatiile gama nu sunt deviate.

Radiatiile  sunt deviate si curbate foarte puternic spre polaritatea electrica pozitiva (+), fiind alcatuite din particule care au sarcina electrica negativa (-), electronii, radiatiile  sunt deviate de polaritatea electrica negativa (-), acestea sunt compuse din particule care au sarcina electrica pozitiva (+), pozitronii, iar radiatiile  nu sunt deviate de polaritatile electrice pozitive (+) si negative (-) a celor doi electrozi, fiind particulele neutre din punct de vedere electric si alcatuite din neutrini si fotoni nucleari (0).

In interiorul acestui metal radioactiv, radiu are loc un proces de dezintegrare nucleara radioactiva care duce la transformarea spontana a nucleului atomic, in urma caruia din interiorul acestuia sunt expulzate particulele nucleare subatomice electroni, pozitroni si neutrini.

Urmarind cu atentie alcatuirea din punct de vedere al sarcinilor electrice si proprietatile radiatiilor anodice, canal, catodice, X si comparate cu radiatiile radioactive ,  si  se poate constata cu usurinta ca sunt identice, singura deosebire importanta consta in faptul ca, prima categorie de radiatii se obtin pe cale artificiala si pot fi usor controlate, iar radiatiile nucleare radioactive sunt emise spontan si total necontrolat de metale sau substante radioactive.

1. Radiatiile anodice - sunt atomi sau molecule incarcate cu electricitate pozitiva protoni si ioni pozitivi:

- radiatii corpusculare alcatuite din particule

- sunt deviate de un camp electric si magnetic

- putere de patrundere mica

- sunt atrase de polaritatea negativa

- impresioneaza placa fotografica

- ionizeaza aerul in drumul lor.

Radiatiile canal - sunt atomi sau molecule incarcate cu electricitate pozitiva protoni si ioni pozitivi:

- radiatii corpusculare alcatuite din particule

- viteza cuprinsa intre 300 - 600 km/s

- putere de patrundere mica

- sunt deviate de camp electric si magnetic, in camp electric sunt accelerate spre polaritatea negativa, iar in camp magnetic le sunt curbate traiectoriile

- impresioneaza placa fotografica

- ionizeaza aerul in drumul lor.

Radiatiile  radioactive - sunt particule subatomice, pozitroni incarcati cu electricitate pozitiva:

- radiatii corpusculare alcatuite din corpuscule

- viteza aproximativ 10 000 km/s

- putere de patrundere mica - foite de aluminiu avand o grosime de 1/100 mm

- sunt deviate de campul electric si magnetic

- impresioneaza placa fotografica

- ionizeaza aerul in drumul lor - 20 000 - 40 000 ion/cm.

2 - Radiatiile catodice - sunt alcatuite din ioni negativi sau atomi liberi de electricitate negativa si electroni:

-radiatii corpusculare alcatuite din particule

- viteza cuprinsa intre 60 000 -100 000 km/s

- au o putere mica de patrundere

- sunt deviate de camp electric si magnetic, in camp electric sunt accelerate spre polaritatea negativa, iar in camp magnetic le sunt curbate traiectoriile

- impresioneaza placa fotografica

- masa electronului 1835 de ori mai mica decat a atomului de hidrogen

- ionizeaza aerul in drumul lor.

Radiatiile  radioactive - sunt alcatuite din electroni, particule incarcate din punct de vedere electric negativ:

- radiatii corpusculare alcatuite din particule

- viteza de deplasare intre 100 000 - 300 000 km/s

- au o putere de patrundere mai mare, pot strabate substante solide in grosime de cativa mm

- sunt deviate foarte puternic in campul electric si magnetic, atrase de polaritatea pozitiva

- impresioneaza placa fotografica

- masa electronului variaza cu viteza de deplasare, electroni care se deplaseaza cu 94% din viteza luminii, are greutatea de 3 ori mai mare din greutatea atomului de hidrogen, iar un electron care se deplaseaza cu viteza egala cu cea a luminii are masa infinita

- ionizeaza aerul in drumul lor.

3 - Radiatiile X sau R-ntgen - nu sunt incarcate cu electricitate, sunt neutre din punct de vedere electric:

- radiatii corpusculare alcatuite din particule, fotoni nucleari moi si duri

- au o mare putere de patrundere, strabate straturi groase de corpuri opace pentru lumina obisnuita - hartie, carton, trec prin placi de aluminiu si fier

- nu sunt deviate de campul electric si magnetic

- impresioneaza placa fotografica

- lungime de unda foarte mica de 1000 ori mai mica decat lumina obisnuita

- se propaga cu viteza luminii.

Radiatiile  radioactive- nu sunt incarcate cu electricitate, sunt neutre din punct de vedere electric:

- radiatii corpusculare alcatuite din particule, neutrini radiatia moale si fotoni nucleari radiatia dura

- au o mare putere de patrundere, strabat 115 m de aer, trec printr-un bloc de metal de 30 cm grosime

- nu sunt deviate de campul electric si magnetic

- impresioneaza placa fotografica

- lungime de unda foarte mica

- se propaga cu viteza luminii.

Acestea sunt asemanarile in parte dintre radiatiile anodice, canal, catodice, X si radiatiile radioactive ,  si , totusi unele dintre ele prezinta viteze variate de deplasare, respectiv:

1 - radiatiile canal - 300 - 600 km/s

radiatiile  - aprox. 10 000 km/s

2 - radiatiile catodice - 60 000 - 100 000 km/s

radiatiile - 100 000 - 300 000 km/s.

Aici doresc sa fac precizarea ca, particulele din care sunt alcatuite radiatiile respective nu contin o boala sau maladie cu o anumita specificatie. Acestea sunt simple sarcini electrice pozitive, negative sau neutre, dar se comporta ca niste proiectile minuscule care lovesc corpul uman, animal sau al planetelor.

Boala sau leziunile care apar in urma iradierii cu aceste particule se datoresc in mare masura numarului de particule si viteza cu care acestea strabat corpul uman.

Orificiile pe unde intra aceste particule in corpul uman sunt invizibile, dar leziunile pe care aceste particule le provoaca in drumul lor, in interiorul corpului uman sunt imense, greu de tratat si vindecat.

In fizica inca, se mai sustine faptul ca, radiatiile X si  sunt de natura ondulatorie si nu de natura corpusculara.

Aici, intram in domeniul confuziilor si al erorilor in fizica.

Astfel, la transmutatia artificiala provocata nucleelor atomice prin bombardarea cu particule  emise de radiu sau poloniu asupra beriliului pot, sa excite nucleele acestuia si ca urmare sunt expulzati neutroni, conform ecuatiei:

 + ⁹₄Be =>¹²₆C + ¹₀n

Neutroni apar datorita faptului ca, la contopirea particulei ⁴₂ cu nucleul de beriliu ⁹₄Be, se formeaza un izotop foarte excitat al carbonului ¹³₆C care trece in stare normala ¹²₆C si emite un neutron.

Cu aceasta transmutatie artificiala Chadwick descopera neutronul (1930) ca fiind particula neutra din punct de vedere electric, particula componenta a nucleului atomic, avand o masa apropiata de masa protonului.

Chadwick nu se opreste aici, studiaza radiatia  si ajunge la concluzia ca, radiatiile  sunt alcatuite din urmatoarele particule:

- fotoni - pana la 15,5 MeV

- neutroni - de la 15,5 - 90 MeV

Deci, in cazul radiatiilor X si  este vorba de particule nucleare, corpusculi respectiv, fotoni nucleari, neutrini si neutroni.

Nu este exclus ca in anumite conditii aceste radiatii sa fie alcatuite si din atomi simpli, neionizati, particule neutre din punct de vedere electric.

Confuziile si erorile persista (sunt numeroase) in fizica mai ales in ecuatia prezentata anterior privind obtinerea neutronilor, mai mult trebuie sa avem in vedere faptul ca, Chadwick a obtinut premiul Nobel pentru descoperirea neutronilor.

In ecuatia data avem urmatoarele elemente:

 - particula alfa - atom de heliu dublu ionizat (lipsa electronilor din invelisul electronic) sau mai simplu, nucleu de heliu alcatuit din 2 protoni si 2 neutroni - corect ar fi: ⁴₊₂ .

Be - atom de beriliu alcatuit din 4 electroni, 4 protoni si 5 neutroni.

In urma acestei transmutatii artificiale nucleare obtinem:

C - ion de carbon dublu ionizat alcatuit din 4 electroni, 6 protoni si 6 neutroni, corect este ¹²₆C⁺⁺.

n - neutron - particula elementara neutra din punct de vedere electric, componenta a nucleului atomic.

In cazul acesta ecuatia data ar fi enuntata corect, in felul urmator:

 + ⁹₄Be => ¹²₆C⁺⁺ + ¹₀n

Exemple de genul acesta ar putea continua, dar nu acesta este scopul acestei lucrari.

Crookes in experimentele sale a observat ca, radiatiile catodice produc caldura in locul unde intalnesc un obiect in calea lor. Acesta a inlocuit un catod plan cu un catod concav si a potrivit in asa fel focarul catodului incat acesta sa cada pe peretele tubului de sticla.

Astfel, a observat ca, sticla in punctul lovit de radiatiile catodice se incalzeste tare, se inmoaie nu mai poate rezista diferentei dintre presiunea atmosferica si cea din interiorul tubului, tubul de sticla se sparge.

Folosind acelasi experiment Crookes a reusit sa topeasca in felul acesta o placa facuta dintr-un aliaj de platina si iridiu (1500fC - 1800fC) cu ajutorul radiatiilor catodice. Placa metalica a fost fixata in tub in asa fel incat mijlocul ei sa se gaseasca in focarul catodului concav. Cand curentul de inductie nu e prea puternic, placa se incalzeste pana la incandescenta. Daca se mareste intensitatea curentului, atunci placa se topeste.

Pornind de la acest experiment care a avut loc in urma cu mai bine de 100 de ani am putea realiza un generator nuclear termoelectric.

Generatorul nuclear termoelectric se compune dintr-un balon de sticla prevazut cu doi electrozi, un electrod plat, anodul si un electrod concav, catodul.

Spatiul din interiorul acestui balon de sticla este vidat si introdus un gaz (hidrogen, heliu, etc) asupra caruia se produc descarcari electrice.

In interiorul acestuia se afla instalata o spirala de sticla in care exista apa, provenita dintr-un rezervor de apa printr-o conducta de sticla din care este confectionata si spirala.

La partea superioara a balonului de sticla se gaseste un lacas exterior in care se introduce un termometru, cu care se supravegheaza caldura din interiorul acestuia.

Generatorul este prevazut cu doua circuite electrice de alimentare a electrozilor cu energie electrica.

Un circuit electric este alcatuit dintr-un generator G si un intrerupator I.

Cand se inchide circuitul electric cu ajutorul intrerupatorului I, atunci are loc o descarcare electrica in gazul din interiorul balonului de sticla situat intre anod si catod.

Curentul electric strabate spatiu foarte rarit dintre cei doi electrozi avand posibilitatea sa sparga atomii si moleculele gazului inchis in tub. Atomii si moleculele se sparg in doua parti incarcate cu electricitate, electronii si protonii (in cazul hidrogenului).

Particulele incarcate pozitiv sunt respinse de anod si atrase de catod, acestea formeaza radiatiile anodice, iar particulele negative (electronii) sunt respinse de catod si alcatuiesc radiatia catodica care datorita formei concave a catodului, electronii se concentreaza intr-un loc central numit focar care va incalzi si vaporiza apa din spirala de sticla.

Vaporii de apa rezultati sunt dirijati printr-o conducta de sticla spre paletele generatorului electric Ge care produc invartirea lor, astfel intra in functiune si generator electric Ge care produce la randul sau energie electrica.

Vapori de apa isi continua traseul si ajung in rezervorul de apa de unde au plecat initial.

Din momentul puneri in functiune a acestui generator electric Ge, energia electrica rezultata poate fi utilizata pentru alimentarea cu energie electrica a unor consumatori electrici externi sau chiar a electrozilor din balonul de sticla, prin intermediul celui de al doilea circuit electric.

Astfel, se deschide primul circuit electric, prin intermediul intrerupatorului I si se inchide cel de al doilea circuit electric cu ajutorul intrerupatorul In. Curentul electric trece printr-un potentiometru P cu cursor C conectat la bornele A si B pentru a utiliza energia necesara functionarii in conditii optime a generatorului nuclear termoelectric. Energia electrica utilizata este controlata cu ajutorul unui voltmetru V si ampermetru A.

In felul acesta obtinem energie in conditii optime, simplu, eficace si nepoluanta.

In prezent exista o tendinta generala a mai multor oamenii de a separa radiatia vizibila, termica, etc., de radiatia electromagnetica, dar nu este posibil acest lucru deoarece, tocmai unitatea sau suma acestor radiatii alcatuiesc radiatia electromagnetica.

Mai mult decat atat, James Clark Maxwell demonstreaza ca: electrostatica, electrocinetica, eloctrodinamica, magnetismul si optica sunt aspecte ale unei teorii electromagnetice unitare.

Din cele prezentate anterior reiese un aspect foarte important: lumina vizibila face parte din marea familie a radiatiilor electromagnetice, iar toate aceste radiatii se propaga in vid cu aceeasi viteza, c = 299870 km/s.

Aceste radiatii se deosebesc intre ele prin lungimea de unda  si frecventa . Iar pentru toate tipurile de radiatii este valabila legea c = .

Astfel, se poate constata ca, toate realizarile stiintifice obtinute pana in prezent (sau vor avea loc in viitor), cat si marile descoperiri stiintifice care au dus la progresul rapid al civilizatiei noastre s-au produs odata cu dezvoltarea tehnicii vidului.

In Univers exista deja un spatiu vidat sau rarefiat, spatiul cosmic, iar pentru a ne putea deplasa cu usurinta in acest vid cosmic si cu viteze apropiate de viteza luminii sau chiar mai mari este necesar sa construim acel mecanism care prin lumina vizibila si invizibila emisa sa ajute la deplasarea unei nave.