Objev fosforu, historie a výskyt v přírodě

Za objevitele radioaktivity je považován Henri Becquerel, francouzský fyzik a člen francouzské Akademie věd, který se z počátku zabýval optickými vlastnostmi látek.

Po objevu rentgenových vln německým fyzikem W. C. Roentgenem v roce 1895 se začal soustředit na vztah mezi rentgenovým zářením a fluorescencí, přičemž při zkoumání fluorescence uranových solí narazil na dosud nepopsaný jev - přirozenou radioaktivitu. Při pokusech s fotografickou deskou a materiálem, který na fotografické desce způsoboval chemické reakce bez nutnosti světelného ozáření, usoudil, že soli vyzařují záření jiné než světelné povahy.

Na jeho objevy navázali manželé Pierre Curie a Marie Curie-Skłodowska, kteří zkoumali sloučeniny thoria. Marie Curie-Skłodowska vůbec poprvé pojmenovala tuto vlastnost, do té doby známou jako Becquerelovy paprsky, jako radioaktivitu.

Po zkoumání a měření dalších hornin manželé Curieovi objevili řadu dalších radioaktivních prvků. Mezi ně se řadí polonium (150krát radioaktivnější než uran) a radium (900krát radioaktivnější než uran).

V roce 1899 doplnila Marie Curie-Skłodowska své objevy o hypotézu, že radioaktivita je přirozený děj, při kterém jádra atomů těžkých prvků vyzařují záření a zároveň se přeměňují na jádra lehčích prvků. Tento jev byl označen přirozená radioaktivita.

Čtěte také: Fosfor a ekosystémy

Frédéric a Iréne Joliot-Curieovi popsali tento jev na základě experimentů s ostřelováním hliníku částicemi alfa, během kterých vznikal nový nuklid fosforu a neutron.

Radioaktivita je jaderný děj, při kterém se nestabilní mateřský radionuklid samovolně mění na stabilnější (opět radioaktivní) nebo stabilní dceřiný nuklid, který má optimálnější poměr protonů a neutronů v jádře. Účelem radioaktivní přeměny je dosažení stability atomu.

Proces radioaktivní přeměny se opakuje, dokud není nové jádro stabilní; následně se jeho struktura již samovolně nemění. Protože jde o procesy probíhající v jádře atomu, není možné rychlost proměny jádra ovlivnit žádným fyzikálním nebo chemickým procesem.

V radioaktivním nuklidu, vyzařujícím alfa nebo beta záření, probíhají procesy přeměn, díky kterým vzniká stabilní nuklid.

Měření probíhá v jednotkách becquerel [Bq].

Čtěte také: Fosfor v přírodě

Aktivita 1 rozpadu za sekundu odpovídá 1 Bq.

Měrná aktivita se rovná aktivitě 1 kg zářiče a objemová (popř. plošná) aktivita, která odpovídá aktivitě jednoho krychlového (popř. čtverečného) metru látky.

Jako poločas přeměny T1/2 označujeme dobu, během které klesne aktivita vzorku na polovinu. Poločasy přeměny přirozených radionuklidů se pohybují v řádech sekund až miliard roků. U radioaktivní přeměny lze určit pouze pravděpodobnost dané přeměny.

Typy záření

Záření α je proud letících jader helia tzv. alfa částic.

Nuklid vzniklý rozpadem α má z důvodu zachování nukleonového čísla a elektrického náboje protonové číslo o 2 nižší, je tedy v periodické soustavě prvků posunut vzhledem k původnímu jádru o dvě místa vlevo.

Čtěte také: Úrodná půda s fosforem

Ve srovnání s hmotností emitujícího jádra má emitovaná částice velmi malou hmotnost. Kinetická energie jádra při emisi částice je prakticky zanedbatelná. Samo jádro těžkého prvku se vrací z excitovaného stavu do stavu energeticky základního emisí kvant záření γ.

Záření alfa má silné ionizační účinky, má však malou pronikavost. Rychlost šíření dosahuje až 107 m.s-1 a letící částice proniká jen několikacentimetrovou vrstvou vzduchu. Odstínit se dá i běžným listem papíru. Vnější působení na člověka nemá prakticky žádný účinek, neboť je záření pohlceno buňkami dlaždicového kožního epitelu. Vnitřní působení záření (např. v plicích) však může poškodit genetický materiál a tak vést ke vzniku nádorového onemocnění. Alfa záření lze využít také k léčebným účelům.

Záření β je druh přirozeného izobarického rozpadu radionuklidů, při němž zůstává nezměněn počet nukleonů v jádře. Z jader prvků s nadbytkem neutronů jsou však vyzářeny částice nesoucí buď kladný elektrický náboj, tzv. pozitrony (β+), nebo částice nesoucí záporně nabitý elektrický náboj, tedy elektrony (β-). Při tomto procesu je navíc emitována ještě další částice, tzv. neutrino.

• β+: Při vyzáření proudu pozitronů prvkem se uvnitř původního jádra přemění proton na neutron.
• β-: Při vyzáření proudu elektronů prvkem se uvnitř původního jádra přemění neutron na proton.

Záření β je asi stokrát pronikavější než záření α, nicméně má menší ionizační účinky. Může proniknout pouze materiály s nízkou hustotou, popř. materiály s malou tloušťkou (zachytí jej i hliníková fólie).

Záření γ je na rozdíl od předchozích dvou přeměn elektromagnetickým zářením. Má nejkratší vlnové délky (pod 125-200 pm), extrémně vysoké frekvence vlnění (vyšší než 1019 Hz) a nejvyšší energii (nad 100 keV). Má výrazný kvantový ráz, takže se projevuje jako proud částic (fotonů). Energie nukleonů v jádře je kvantována, každý nukleon se vyskytuje jen v určitém kvantovém stavu. Přechod z jednoho stavu do druhého se může dít pouze za současného dodání nebo uvolnění energie. Při záření γ tedy nedochází k přeměně prvků, ale pouze ke snížení vnitřní energie nukleonů v jádře.

Vzhledem k velice krátkým vlnovým délkám má záření γ velkou energii a velkou pronikavost. Magnetické pole průběh tohoto záření nijak neovlivňuje, poněvadž je nehmotné.

Přírodní radiační pozadí (nazýváno také jako přírodní radioaktivita) lze charakterizovat jako ionizující záření z vesmíru i naší Země. Hodnota tohoto pozadí je závislá na místních podmínkách, s časem se ale výrazně nemění. Na současnou úroveň přírodního radiačního pozadí je příroda spolu se všemi organismy včetně člověka dobře přizpůsobena.

Mezi zdroje přírodního radiačního pozadí patří:

• rozpady nestabilních jader radioaktivních izotopů v zemské kůře

Ochrana před ionizujícím zářením

Vzhledem k možným negativním účinkům ionizujícího záření na lidský organismus se v praxi využívá tří základních principů pro ochranu před tímto zářením: ochrana časem, ochrana vzdáleností a ochrana stíněním.

Princip ochrany stíněním před účinky radioaktivního (ionizujícího) záření spočívá v použití překážky z určitého materiálu, která se umístí mezi zdroj záření a předpokládané místo výskytu chráněných osob. Částice ionizujícího záření poměrně snadno prochází vzduchem. Pokud se však těmto částicím nastaví do cesty nějaká překážka z materiálu hustšího, než je vzduch, překážka bude tyto částice pohlcovat (dojde k jejich vzájemné interakci), a to v míře závislé na tloušťce překážky a její hustotě.

Množství pohlceného (odstíněného) a množství prošlého záření lze popsat exponenciálním vztahem I = I o . e -u . d(platí pro rovnoběžný svazek záření), kde I je intenzita prošlého záření, Io je výchozí intenzita záření, d je tlouštka překážky a u je lineární součinitel zeslabení. Intenzita prošlého záření I tedy klesá exponenciálně s rostoucí tloušťkou stínící vrstvy d.

Místo lineárního součinitele zeslabení používá údaj tzv. polotloušťka absorpce d1/2. Zeslabení intenzity záření absorbční (stínící) vrstvou tloušťky d se pomocí polotloušťky d1/2 dá vyjádřit jednoduchým vztahem I / Io = 2 -d/(d1/2) , kde I je intenzita prošlého záření, Io je výchozí intenzita záření, d je tloušťka stínění a d1/2 je polotloušťka absorpce.

Z hodnot např. I = I o . e - u . d by se mohlo zdát, že záření nelze úplně odstínit, neboť základní vlastností exponenciální funkce se záporným exponentem je, že se blíží nule až v nekonečnu. Ve skutečnosti však každý zářič emituje jen konečný počet kvant.

Pro ochranu stíněním v praktickém využití musíme identifikovat převládající typ radiačního záření. Správnou ochranou lze významně eliminovat nebezpečí radiačního záření.

Pro gama záření je třeba použít prvků s vysokou hustotou a vysokým protonovým číslem, nejčastěji olovo (Pb). Typickým příkladem jsou olověné kontejnery pro skladování a transport gama zářičů či olověné cihly. Ze stavebních materiálů je vhodný zejména beton s příměsí barytu (obklopující jaderný reaktor), dále ocel, wolfram či magnetit. V medicíně jsou důležité především olověné zástěny odstiňující záření z rentgenového přístroje. Olověný obal nemusí být nikterak robustní - pro odstínění záření stačí obvykle několikamilimetrová, maximálně několikacentimetrová vrstva (záleží na materiálu, intenzitě a povaze záření).

Záření typu beta je v porovnání se zářením gama slabší a méně pronikavé, tudíž je i ochrana před ním snazší a méně nákladná. Nejčastěji je tvořena plexisklem, hliníkovou fólií či plastem. Důležitým faktem je, že kvůli vzniku tzv. brzdného záření se nesmí používat materiály s vysokým protonovým číslem (např. olovo).

tags: #objev #fosforu #historie #a #výskyt #v

Oblíbené příspěvky:

• Vliv kosmetiky z Mrtvého moře na pleť
• Definice Ekologického Modelu
• Více o ekologii a civilní službě
• Technologie odpadů při čištění pšenice
• Ekologické zemědělství