מבנה האטום

1. מבנה האטום גרעין האטום סידור האלקטרונים אנרגיית ינון זיקה אלקטרונית יונים רדיואקטיביות

2. מבנה האטום Atomic mass unit (a.m.u)-- מסת אטום פחמן C חלקי 12 -פרוטונים ונויטרונים קרויים נוקלאונים

3. אנרגיה 18 n=4 8 n=3 8 n=2 2 n=1 רמות אנרגיה באטום • חלקיקים תת אטומים אינם נשמעים לחוקים כמו הגופים הגדולים. • נמצא שאנרגיית האלקטרון באטום יכולה לקבל רק ערכים מוגדרים מסוימים. • רמות אנרגיה - האנרגיות ה”מותרות” לאלקטרונים באטום. • לאטומים השונים חלוקה דומה לרמות. • מספר “המקומות” ברמות האנרגיה הראשונות: ראה בתרשים. (2,8,8,18) • במצב רגיל מאכלסים האלקטרונים את הרמות הנמוכות, “הקרובות” לגרעין.

5. קו היציבות

6. המספר האטומי • מסומן באות Z המתאר את גודל המטען החשמלי הסובב את גרעין האטום, מספר האלקטרונים, או מספר הפרוטונים בגרעין. • קובע את התכונות הכימיות של היסוד ואת מיקומו בטבלה המחזורית. • 1<Z<106

7. מספר המסה • מסומן באות A ומתאר את סך כל הנוקלאונים בגרעין האטום, פרוטונים ונויטרונים הקובעים את מסת האטום. • 1<A<206

8. איזוטופים • יסודות בעלי אותו מספר פרוטונים(Z) ומספר שונה של נויטרונים בגרעין(A) , נקראים איזוטופים של אותו יסוד. לרבים מהיסודות בטבע יותר מאיזוטופ אחד • לדוגמה : חמצן בטבע מופיע במספר איזוטופים בשכיחות קבועה 0.2% 0.04% 99.76%

9. ISOTOPS

10. מסה ואנרגיה • אחד ההבדלים בין פיזיקה קלאסית לפיזיקה גרעינית מעבר בין מסה לאנרגיה • 2p+2n = 4.032884 a.m.u • מסת גרעין אטום - 4.00260 a.m.u • חלק מהמסה הפך לאנרגית קשר של גרעין האטום.

11. מסה ואנרגיה - דוגמה • נחשב את הערך האנרגטי של 1a.m.u (מסת אטום פחמן) משוואה של אינשטיין למעבר מסה לאנרגיה E=MC2 נקבל:

12. יחידות אנרגיה • Joul , erg יחידות אנרגיה בפיזיקה הקלאסית. =1N*m1J=107erg • יחידות האנרגיה בפיזיקה הגרעינית [ev] אלקטרון וולט בהשאלה מתחום האצת מטען חשמלי בשדה חשמלי. • 1evשווה לאנרגיה שרוכש אלקטרון אחד כאשר מואץ במפל מתח של וולט אחד. 1ev=1.6x10-12erg

13. יחידות אנרגיה - דוגמה • נבדוק אנרגיה של פוטון מתחום האולטרא סגול באורך גל של

16. Ionization

20. יחידות קרינה • אקטיביות – התפרקויות לשניה 1curi=3.7x1010d.p.s 2.7x10-11cu=1Bq=1d.p.s • רנטגן – (R) יחידת חשיפה באוויר שתגרום ליצירת כמות מטען השווה ליחידה אלקטרוסטאטית אחת בסנטימטר מעוקב אחד של אוויר יבש בתנאים סטנדרטיים. אקוויוולנטי ליצירת 1R=2.58x104coulomb/kgair=2x109 זוגות יונים.

21. יחידות קרינה • גריי (Gy) יחידת מנת אנרגיה הנבלעת בחומר (Dose) 1Gy=1J/Kg matter 1rad=100erg/gr 1Gy=100rad חשיפה של הגוף לרנטגן אחד תגרום לבליעה של ראד אחד בקירוב. • סיוורט (Sv) יחידת מנה אקוויוולנטית המודדת את האפקט הביולוגי המתקבל ממכפלת מנת קרינה ביחידות Gy בגורם האיכות Q (Quolity Factor) המשתנה עבור סוגי הקרינה השונים. 1 Sv = 100 Rem (Biology effect)

23. Air Kerma • Air kerma means kerma in a given mass of air. The unit used to measure the quantity of air kerma is the Gray (Gy).. • Notes:• Kerma is the quantity that represents the kinetic energy transferred to charged particles by the uncharged particles per unit mass of the irradiated medium.• The word kerma is effectively an acronym for kinetic energy released in material. It was coined by the ICRU in 1962 [ICRU Report 10a (1962), published as NBS Handbook 84] and in the SI has units of J/kg.

25. סוגי קרינה • קרינת - גרעין הליום הנפלט מאיזוטופים כבדים, LET גבוה, נעצר בעשרות מקרונים, • קרינת - אלקטרונים או פוזיטרונים הנפלטים מגרעינו של איזוטופ רדיואקטיבי, עשרות מילימטרים. • קרינת - קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת מגרעינם של איזוטופים ר"א, אין טווח סופי, בליעה אקספוננציאלית. • קרינת X – פוטונים של קרינה אלקטרומגנטית הנפלטים בדרך כלל מחמרים מוצקים ה"מופצצים" באלקטרונים, יעילות ייצור הפוטונים תלויה באנרגית האלקטרונים ובסוג החומר המופצץ.

26. סוגי קרינה • קרינת פרוטונים (P) – חלקיקים בעלי מטען חיובי הנפלטים מגרעינו של איזוטופ ר"א, טווח של מספר סנטימטרים. • קרינת נויטרונים (n) – חלקיקים חסרי מטען הנפלטים בריאקציות גרעיניות מסוימות ובמיוחד בתהליך הביקוע.

27. סוגי קרינה רדיואקטיבית קרינת - קרינה חלקיקית. כל חלקיק מורכב משני פרוטונים ומשני נויטרונים - גרעין של He.

28. קרינת  - קרינה חלקיקית. כל חלקיק הוא אלקטרון.

29. קרינת  - קרינת אנרגיה. • תהליכים רדיואקטיביים הם תהליכים ספונטניים השונים זה מזה בקצב ההתפרקות של האטומים.

30. זמני דעיכה לכל יסוד רדיואקטיבי יש אחוז פרוק קבוע ואופייני. המדד המשווה את קצב דעיכת החומרים הוא זמן מחצית חיים. זמן מחצית חיים הוא פרק הזמן העובר עד שמחצית מהחומר מתפרק (שים לב : זמן זה בלתי תלוי בכמות החומר ההתחלתי).

31. גרעינים לא יציבים מתפרקים עד לקבלת יסוד יציב. לדוגמא, שרשרת ההתפרקויות של אורניום: שרשרת התפרקות • איזוטופים בעלי גרעינים לא יציבים נקראים רדיואיזוטופים. • במהלך הפרוק הגרעיני נפלטת קרינה רדיואקטיבית.

33. אינטראקציה של קרינה עם חומר • אלקטרונים עם חומר 1. עירור – אנרגיה נמסרת מהאלקטרון הפוגע באחד מהאלקטרונים בקליפת האטום "מקפיץ" לקליפה מרוחקת יותר. 2. יינון – אם האנרגיה הנמסרת גבוה מאנרגית הקשר (Ek) יורחק האלקטרון מהאטום, נוצרים זוג יונים. • האנרגיה הדרושה ליינון תלויה בסוג האטום ובאנרגית הקשר, במתכות כבדות אנרגיה זו מסדר גודל של מאות ועד עשרות אלפי אלקטרון וולט. • כתוצאה מיינון נשאר האטום מעורר ועם חור חיובי, המערכת שואפת למצב האנרגטי הנמוך ביותר (יציבות), תוך זמן קצר יתמלא המקום הפנוי על ידי אלקטרון מקליפה גבוה יותר, הפרש האנרגיה נפלט בצורת גל אלקטרומגנטי ויתכן יציאה של אלקרון אוג'ה.

34. רמות אנרגיה באטומים • K L M N O P שם היסוד מס' אטומי • 2 הליום 2 • 2 8 ניאון 10 • 2 8 8 ארגון 18 • 2 8 18 8 קריפטון 36 • 2 8 18 18 8 קסנון 54 • 2 8 18 32 18 8רדון 86

35. אינטראקציה של קרינה עם חומר • קרינת בלימה – אלקטרון אנרגטי יכול לעבור בין הקליפות ובמעבר ליד גרעין האטום החיובי נקבל שינויי במהירות האלקטרון ובכיוונו, שינויים אלה הם שינויים באנרגיה ההפרש יפלט בצורת קרינה אלקטרומגנטית, קרינת בלימה (Bremstrahlung) • אנרגית האלקטרון • עצירה מוחלטת בהתנגשות אחת

37. אינטראקציה של קרינה עם חומר • קרינת X עם חומר 1. בין הפוטון והאלקטרונים בקליפה. 2. בין הפוטון והגרעין. • כתוצאה משתי האפשרויות הפוטון יכול לסטות ממסלולו א. מבלי להפסיד אנרגיה, פיזור אלסטי, עד 40kv ב. להפסיד חלק מהאנרגיה, פיזור אנאלסטי או להיבלע ולמסור את כל האנרגיה.

38. Compton Scattering (C) • Compton Scattering (C), also known a incoherent scattering, occurs when the incident x-ray photon ejects a electron from an atom and an x-ray photon of lower energy is scattered from the atom. Relativistic energy and momentum are conserved in this process (demonstrated in the applet below) and the scattered x-ray photon has less energy and therefore greater wavelength than the incident photon. Compton Scattering is important for low atomic number specimens. At energies of 100 keV -- 10 MeV the absorption of radiation is mainly due to the Compton effect. (Compton electron + Scattered photon)

39. Photoelectric (PE) • absorption of x-rays occurs when the x-ray photon is absorbed resulting in the ejection of electrons from the outer shell of the atom, resulting in the ionization of the atom. Subsequently, the ionized atom returns to the neutral state with the emission of an x-ray characteristic of the atom. This subsequent emission of lower energy photons is generally absorbed and does not contribute to (or hinder) the image making process. Photoelectron absorption is the dominant process for x-ray absorption up to energies of about 500 KeV. Photoelectron absorption is also dominant for atoms of high atomic numbers. (Photo electron + Charateristic X-ray +Auger electron)

40. Pair Production (PP) • can occur when the x-ray photon energy is greater than 1.02 MeV, when an electron and positron are created with the annihlation of the x-ray photon. Positrons are very short lived and disappear (positron annihilation) with the formation of two photons of 0.51 MeV energy. Pair production is of particular importance when high-energy photons pass through materials of a high atomic number. Energy: > 1.02 MeV

41. יצירת זוגות – מעבר מסה ואנרגיה • פוטון נבלע באזור גרעין האטום, נוצרים אלקטרון ופוזיטרון, בסוף התהליך פוזיטרון ואלקטרון עוברים positron annihilation • נחשב את ערכו האנרגטי של מסת האלקטרון