Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Ένα από τα σοβαρότερα ραντεβού της Εμπειρίας με την ανθρώπινη αφαιρετική Σκέψη. Η Εμπειρία ήρθε στο ραντεβού με θειικό καλιοουράνιο, φωτογραφικό χαρτί, πεταλοειδείς μαγνήτες, αέρια που ιονίζονταν, και μεταλλεύματα που έρχονταν στο Παρίσι με το τραίνο από κοιτάσματα της Βοημίας. . .

Η Σκέψη προσήλθε με προϋπάρχουσες έννοιες αλλά και με ιδέες καινούριες που περιείχαν αόρατες οντότητες και άνοιξαν μονοπάτια για την ενδοχώρα της ΎΛΗΣ.

Και συγχρόνως μία εξαιρετική συνάντηση της Φυσικής με τη Χημεία. Φυσικοί που ήταν αδύνατον να προχωρήσουν χωρίς του Χημικούς και Χημικοί που χωρίς τους Φυσικούς δεν θα μπορούσαν να δώσουν απαντήσεις σε βασικά ερωτήματα.

Και επιτέλους . . . . ΜΙΑ ΓΥΝΑΙΚΑ.

Ένα κορίτσι από τη Βαρσοβία κόβει εισιτήριο τέταρτης θέσης και πάει με το τραίνο στο Παρίσι για να σπουδάσει . . . . Φυσική και Χημεία. Ετος 1891, Μαρία Σκλοντόφσκα.

«Έτος 1891, ΚΟΡΙΤΣΙ και ΦΥΣΙΚΗ». Συνδυασμός στα όρια του απίστευτου.

Κατά τις τελευταίες δεκαετίες του δέκατου ένατου αιώνα, στις θεωρητικές έρευνες για τη φύση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και ιδιαίτερα στις εργαστηριακές έρευνες για τις ηλεκτρικές εκκενώσεις, για τις καθοδικές ακτίνες που θα οδηγούσαν, μέσα από μία ειδική ανάγνωση στην ανακάλυψη του σωματιδίου ηλεκτρόνιο οι Άγγλοι ήταν οι πρωταγωνιστές. Ο λόρδος Kelvin, ο James Jeans, ο William Crookes, o J.J. Thomson. Αλλά και οι Γερμανοί. Ο Heinrich Hertz είχε δημιουργήσει στο εργαστήριο τα πρώτα ραδιοφωνικά κύματα, ο Wilhelm Röntgen είχε ανακαλύψει τις ακτίνες Χ και ο Max Planck ετοίμαζε την «ανακοίνωση».

Παρίσι, έτος 1896, και επιτέλους οι Γάλλοι στο προσκήνιο. Οι Henry Becquerel ανακαλύπτει μια αόρατη «ακτινοβολία» που έβγαινε αυθόρμητα από το θειικό καλιοουράνιο και μπορούσε να διαπερνά το χαρτί, να προκαλεί φθορισμό και να ιονίζει τον αέρα. Το εντυπωσιακό ήταν ότι η εκπομπή της δεν μπορούσε να επηρεαστεί ούτε από την θερμοκρασία ούτε από την πίεση ούτε από την παρουσία οποιουδήποτε πεδίου.

Ένας ρυθμός εκπομπής που ήταν αδύνατον να περιοριστεί από οποιαδήποτε παρέμβαση.

Λίγους μήνες αργότερα, σκυτάλη ήρθε στα χέρια της ΓΥΝΑΙΚΑΣ. Γεννημένη στην Πολωνία αλλά ζώντας στη Γαλλία και παντρεμένη με έναν από τους σημαντικότερους Γάλλους φυσικούς της εποχής η Μαρία Σκλοντόφσκα Κιουρί έδωσε όνομα στην άγνωστη αυτή «ακτινοβολία». Την είπε Radioactivité .

Στα χρόνια που ακολούθησαν οι Αγγλοι θα την έλεγαν Radioactivity

οι Γερμανοί Radioactivität, οι Ιταλοί Radioattività,

οι Ισπανοί Radiactividad , οι Πορτογάλοι Radiactividade,

οι Σουηδοί Radioaktiv strålning, οι Ρουμάνοι Radioactivitatea, οι Σέρβοι Radioaktivnost,

οι Ελληνες Ραδιενέργεια.

1. Να ξεχωρίζει ΤΑ ΕΜΠΕΙΡΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ (φθορίζοντα άλατα ουρανίου, ορυκτός πισσουρανίτης, φωτογραφικές πλάκες, μαγνήτες) από τις ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ

2. Να εκθέτει τις ΠΡΟΫΠΑΡΧΟΥΣΕΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΙΔΕΕΣ οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν ( ΣΤΗΝ ΑΡΧΙΚΗ ΦΑΣΗ ακτίνες Χ, ηλεκτρόνια, ιόντα, επίδραση μαγνητικού πεδίου σε κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο, μη επίδραση μαγνητικού πεδίου σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, διατήρηση της ενέργειας και ΣΤΗΝ ΕΠΟΜΕΝΗ ΦΑΣΗ φωτόνιο, πυρήνες των ατόμων, πρωτόνια, νετρόνια, ισοδυναμία μάζας και ενέργειας).

3. Να αποδίδει έμφαση στις ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ έρευνας

4. Να παρουσιάζει τις σημαντικότερες από τις ΚΑΙΝΟΥΡΙΕΣ ΙΔΕΕΣ πάνω στις οποίες βασίστηκε η έρευνα του φαινομένου:

( Η ραδιενεργός εκπομπή σχετίζεται με το στοιχείο ΟΥΡΑΝΙΟ,

Η ραδιενεργός εκπομπή σχετίζεται και ΜΕ ΑΛΛΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ

Η ραδιενεργός εκπομπή έχει ως συνέπεια τη ΜΕΤΑΣΤΟΙΧΕΙΩΣΗ

Ο ρυθμός εκπομπής υπακούει σε κάποιο ΝΟΜΟ

Κάθε σωματίδιο β είναι ένα ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ

Η ραδιενεργός ακτινοβολία εκπέμπεται από ΤΟΥΣ ΠΥΡΗΝΕΣ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ

Κάθε σωματίδιο α είναι ένας ΠΥΡΗΝΑΣ ΗΛΙΟΥ

Υπάρχει και ραδιενέργεια +β με εκπομπή ΠΟΖΙΤΡΟΝΙΟΥ

Κατά τη ραδιενέργεια β εκπέμπεται και ΑΝΤΙΝΕΤΡΙΝΟ ή ΝΕΤΡΙΝΟ

Μπορούμε να δημιουργήσουμε και ΤΕΧΝΗΤΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ

Υπάρχει μία «ειδική» δύναμη, η ΑΣΘΕΝΗΣ, ΕΥΘΥΝΟΜΕΝΗ για τη μετατροπή νετρονίου σε πρωτόνιο

η οποία συντελείται κατά τη ραδιενεργό εκπομπή β. )

				1896-1900 Marie Curie. Pierre Curie Έρευνα σε πισσουρανίτη ( ουρανιούχο μετάλλευμα από το Γιοακίμσταλ της Βοημίας). Το ορυκτό περιείχε δύο νέα ραδιενεργά στοιχεία Το ΠΟΛΩΝΙΟ και το ΡΑΔΙΟ 1898.G.C. Schmidt Και το ΘΟΡΙΟ εκπέμπει 1900 A.Debierne. Ο πισσουρανίτης περιέχει και ΑΚΤΙΝΙΟ, επίσης ραδιενεργό

1896. Henry Becquerel

Το θειικό καλιουράνιο

εκπέμπει ακτινοβολία

1899. Ernest Rutherford

Η Ραδιενέργεια είναι

εκπομπή «ακτίνων» α και β.

1899 P. Villard. Εκπέμπονται

και ακτίνες γ

1902. E. Rutherford

ΜΕΤΑΣΤΟΙΧΕΙΩΣΗ.

1902. E. Rutherford

Οι ακτίνες β είναι ηλεκτρόνια.

1906 Οι ακτίνες α είναι πυρήνες Ηλίου

.

που διαπερνά το χαρτί

προκαλεί φθορισμό

μαυρίζει φωτογραφικές πλάκες

ιονίζει τον αέρα

Ένας νόμος για το ρυθμό των ραδιενεργών διασπάσεων

Οι μετρήσεις δείχνουν ότι σε κάθε ραδιενεργό στοιχείο οι διασπάσεις γίνονται με ξεχωριστό ρυθμό. Οι μετρήσεις επίσης δείχνουν ότι για όλα τα ραδιενεργά υλικά υπάρχει κάτι το κοινό, ένα είδος νόμου. «Ανά ίσους χρόνους ο αριθμός των αδιάσπαστων πυρήνων υποδιαιρείται με τον ίδιο αριθμό». Αυτό θα πει ότι εάν σε κάποιο ραδιενεργό υλικό οι αδιάσπαστοι πυρήνες σε μια οποιαδήποτε χρονική στιγμή είναι Ν₀ και σε χρόνο Τ –που έχει μία ξεχωριστή τιμή για το συγκεκριμένο υλικό- γίνουν Ν₀/2, κατά τη χρονική διάρκεια Τ που θα ακολουθήσει θα διαιρεθούν και πάλι με τον αριθμό 2 θα είναι δηλαδή Ν₀/4, στην επόμενη διάρκεια θα διαιρεθούν και πάλι με τον αριθμό 2 θα είναι δηλαδή Ν₀/8 και αυτό θα συνεχίζεται. . .

Ο χρόνος Τ στον οποίο ο αριθμός των αδιάσπαστων πυρήνων υποδιπλασιάζεται αποτελεί μια φυσική σταθερά για κάθε πυρήνα και λέγεται ΧΡΟΝΟΣ ΗΜΙΖΩΗΣ.

Για να καταλάβετε καλύτερα τα γνωστικά αυτά αντικείμενα κάντε κλικ σε καθεμία από τις παρακάτω διευθύνσεις.

http://einstein.byu.edu/~masong/HTMstuff/radioactive.html

http://vcourseware4.calstatela.edu/VirtualDating/files/2.0_HalfLife.html

http://membres.lycos.fr/bnathalieb/divers/radioactivite/odyframe.htm

ΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ. Σε χρόνο t = κT οι αδιάσπαστοι πυρήνες (Ν) θα είναι Ν₀ /2^κ ή Ν₀ /2^t/T ή Ν₀. 2^-t/T Προκύπτει έτσι μία η συνάρτηση Ν = Ν ₀.2 ^-t/T (του αριθμού Ν με τον χρόνο t) την οποία οι μαθηματικοί χαρακτηρίζουν εκθετική και την μετασχηματίζουν έτσι ώστε να έχει ως βάση, αντί για τον αριθμό 2, τον αριθμό e, τη βάση των νεπέριων λογαρίθμων. (lne=1). Αντικαθιστούν δηλαδή τον αριθμό 2^-t/Tμε τον e ^-λt .

Η ισότητα 2^-t/T= e ^–λt μας δίνει και την απάντηση στο ερώτημα «ποια είναι η σχέση της σταθεράς λ με τον χρόνο ημιζωής;»

2^-t/T= e ^–λt άρα –t/T ln2 = -λt οπότε λΤ= ln2

Από τους 350 περίπου γνωστούς πυρήνες οι 50 είναι ασταθείς. Διασπώνται δηλαδή αυθόρμητα εκπέμποντας ραδιενέργεια

Η σταθερά λ αποτελεί μία ακόμα φυσική σταθερά για κάθε ασταθή πυρήνα , έχει μονάδα μέτρησης το s^-1 και λέγεται ΣΤΑΘΕΡΑ ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ. Κάθε δηλαδή ασταθής πυρήνας χαρακτηρίζεται από τις σταθερές Τ και λ. Εξυπακούεται ότι εάν ξέρουμε την τιμή της μιας σταθεράς μπορούμε, από τη σχέση λΤ= ln2= 0,693, να υπολογίσουμε και την τιμή της άλλης. O πυρήνας Οξυγόνο-15 έχει χρόνο ημιζωής 2 min, άρα λ= 0,693/120 s^-1 . Ο πυρήνας Αζωτο-13 έχει χρόνο ημιζωής 9,97 min, άρα λ = ⁼ 0,693/9,97.60s^-1

Οι χρόνοι ημιζωής για άλλους ασταθείς πυρήνες είναι

Βισμούθιο-212 Τ= 60,5 min Νάτριο-24 Τ= 15 ώρες, Ιώδιο-131 Τ= 8 ημέρες ,

Φώσφορος-32 Τ=14,3 ημέρες , Υδρογόνο-3 Τ= 4500 ημέρες Κοβάλτιο-60 Τ= 5,3 έτη,

Στρόντιο –90 Τ= 29,1 έτη Ανθρακας-14 Τ= 5370 έτη Ράδιο-226 Τ= 1600 έτη

Πλουτώνιο-239 Τ= 24110 έτη Ουράνιο-238 Τ= 4,5 δισεκατομμύρια έτη

Όσο για την Ν = Ν₀ e ^-λt

την θεωρούμε συνάρτηση η οποία περιγράφει, στη γλώσσα των μαθηματικών,

τον ΝΟΜΟ ΤΩΝ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΔΙΑΣΠΑΣΕΩΝ

Που τα ξέρουμε όλα αυτά; Μας οδήγησαν εκεί οι έμπρακτες εργαστηριακές ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ και τα Μαθηματικά ή τα συμπεράναμε βασιζόμενοι στη ΛΟΓΙΚΗ μας και στα Μαθηματικά; Ποιος δρόμος μας οδήγησε εδώ; Η οδός Λοκ, ή η οδός Καρτέσιου;

Και η απάντηση