Radiochemia

Podstawowe informacje dotyczące promieniotwórczości, przemian promieniotwórczych oraz budowy jądra atomowego (zakres programowy liceum ogólnokształcącego).

Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela akademickiego)

Wykład 15

Laboratorium 30

Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego 45

Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego 1,5

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta) 15

Przygotowanie się do laboratorium 5

Przygotowanie się do egzaminu 10

Łączna liczba godzin nie kontaktowych 15

Liczba punktów ECTS za godziny nie kontaktowe 0,5

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu 2

Sposób weryfikacji efektów kształcenia na podstawie UchwałyY Nr XXIV – 28.28/19 Senatu Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie z dnia 26 czerwca 2019 r.

W1-W3, wykład - egzamin pisemny

W1-W4, laboratorium - pisemne kolokwium,

U1-U4, wykład - egzamin pisemny,

U1-U4, laboratorium - pisemne kolokwium,

K1-K2, wykład - egzamin pisemny,

K1-K2, laboratorium - pisemne kolokwium, prezentacja multimedialna

Sposób weryfikacji efektów kształcenia na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-18.23/18 z dnia 27 czerwca 2018 r. tj. od cyklu kształcenia 2018/2019

W1-W3, K1-K2 - Egzamin

U1-U5, K1-K2 - kolokwia w trakcie ćwiczeń, obecność na zajęciach-wykonanie ćwiczeń, opracowanie wyników po wykonaniu ćwiczeń.

Moduł obejmuje podstawową wiedzę z zakresu z radiochemii i chemii jądrowej, w tym budowę jądra atomowego, oddziaływania promieniowania z materią, reakcje jądrowe, procesy radiolizy i wymiany izotopowej, budowę i zasadę działania liczników promieniowania jonizującego, energetykę jądrową i pokrewne.

Wykład obejmuje następujące zagadnienia:

1. Wprowadzenie - przedmiot badań radiochemii i jej działy. Historia odkryć w dziedzinie promieniotwórczości.

2. Jądro atomowe. Klasyfikacja jąder atomowych. Energia wiązania nukleonów w jądrze i jej zmiana wraz ze wzrostem liczby masowej. Izotopy, izobary, izotony. Siły jądrowe i ich właściwości.

3. Prawo rozpadu promieniotwórczego. Definicja aktywności promieniotwórczej, czasu połowicznego zaniku, stałej rozpadu, średniego czasu życia jądra atomowego. Jednostki aktywności (kiur, bekerel) i zależność między nimi.

4. Przemiana alfa, schemat rozpadu, bilans energetyczny, reguła Geigera-Nuttala, widmo energetyczne promieniowania alfa.

5. Przemiana beta, rodzaje przemian beta, schematy rozpadów, wychwyt K, bilans energetyczny, rola neutrino w wyjaśnieniu ciągłości widma promieniowania beta.

6. Emisja promieniowania gamma, izomeria jądrowa, konwersja wewnętrzna.

7. Oddziaływanie promieniowania alfa z materią, drogi przekazywania energii promieniowania (rozproszenie, wzbudzenie, jonizacja). Zasięg cząstek alfa, jonizacja właściwa w stosunku do zasięgu (krzywa Bragga).

8. Oddziaływanie promieniowania beta z materią (rozproszenie, wzbudzenie, jonizacja, promieniowanie hamowania, promieniowanie Czerenkowa, anihilacja pozytonu). Zasięg promieniowania beta (osłony). Współczynniki pochłaniania: liniowy, masowy, definicja gęstości powierzchniowawej.

9. Oddziaływanie promieniowania gamma z ośrodkiem - zjawiska: fotoelektryczne, Comptona, tworzenia par elektron-pozyton (osłony).

10. Chemia radiacyjna – rodzaje przemian radiacyjno-chemicznych, radioliza wody (modele Samuela-Magee oraz Graya-Platzmana), radioliza substancji organicznych, autoradioliza, pojęcia: wydajność radiacyjno-chemiczna, szybkość reakcji radiacyjno-chemicznej, LET, współczynnik przenoszenia energii, kerma).

11. Reakcje jądrowe - typy reakcji. Przekrój czynny. Zasady zachowania w przebiegu reakcji jądrowych. Energia reakcji jądrowych. Reakcje termojądrowe.

12. Wymiana izotopowa – klasyfikacja reakcji wymiany, efekty izotopowe, mechanizmy reakcji wymiany, wymiana izotopowa w związkach chemicznych różnych klas, stała równowagi reakcji wymiany, współczynnik i stopień wymiany, kinetyka wymiany jednorodnej (wykładnicze prawo wymiany, czas połowicznej wymiany).

Ćwiczenia laboratoryjne dotyczą następujących zagadnień:

1. Podstawowe pojęcia z zakresu budowy jądra atomowego (m.in. nukleon, nuklid, izotopy, izobary, liczba atomowa, liczba masowa).

2. Podstawowe pojęcia dotyczące rozpadu promieniotwórczego (m.in. czas połowicznego zaniku, stała rozpadu promieniotwórczego, aktywność źródła, prawo rozpadu i nagromadzania, prawo przesunięć Soddy’ego Fajansa).

3. Liczniki promieniowania jonizującego.

a) podział liczników gazowych oparty na zależności liczby jonów zbieranych na elektrodach licznika od napięcia przyłożonego do elektrod.

b) schemat budowy i zasada działania licznika G-M i licznika scyntylacyjnego,

c) charakterystyki napięciowo zliczeniowe licznika G-M i licznika scyntylacyjnego,

d) wyznaczanie napięcia pracy wyżej wymienionych liczników,

e) wielkości, które można mierzyć poszczególnymi typami liczników.

4. Promieniowanie alfa, beta, gamma.

a) przemiany alfa, beta, gamma (wychwyt K, konwersja wewnętrzna),

b) rodzaje osłon stosowanych do ochrony przed promieniowaniem alfa, beta, gamma

c) widma promieniowania alfa, beta, gamma

d) absorpcja promieniowania alfa, beta, gamma (wykresy absorpcji z zaznaczeniem zasięgu maksymalnego i średniego),

e) oddziaływanie promieniowania alfa, beta, gamma z materią.

5. Poprawki uwzględniane przy obliczaniu aktywności bezwzględnej źródła (m.in. poprawka na kąt bryłowy, tło detektora, czas martwy, rozproszenie wsteczne, samoabsorpcję, absorpcję w powietrzu i okienku detektora).

6. Układ koincydencyjny i antykoincydencyjny – schemat budowy i zasada działania.

7. Analizatory amplitudy - schemat budowy i zasada działania.

a) dyskryminator progowy,

b) analizator jednokanałowy,

c) analizator wielokanałowy.

8. Dozymetria (m.in. dawka ekspozycyjna, dawka pochłonięta, dawka równoważna, dawka skuteczna, obowiązujące jednostki).

1. W. Szymański, Chemia jądrowa, zarys problematyki przemian jądrowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1996.

2. M. Muchin, Doświadczalna fizyka jądrowa, t.1 - Fizyka jądra atomowego, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1978.

3. A.N. Niesmiejanow, Radiochemia, PWN, Warszawa, 1975.

4. J. Sobkowski, Chemia jądrowa, PWN, Warszawa, 1981.

5. Araminowicz J., Małuszyńska K., Przytuła M., – Laboratorium z fizyki jądrowej, PWNa, Warszawa 1978.

6. Hilczer T. – Ćwiczenia z fizyki jądrowej, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 1975.

7. Kroh J. – Wybrane zagadnienia z chemii radiacyjnej, PWN, Warszawa 1986.

8. Praca zbiorowa - Ćwiczenia laboratoryjne z chemii jądrowej i radiometrii, Wydawnictwo UMCS, Lublin 2010.

Na podstawie UCHWAŁY Nr XXIV – 28.28/19 Senatu Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie z dnia 26 czerwca 2019 r.

WIEDZA

W1. Absolwent zna i rozumie wybrane zagadnienia, teorie i metody z fizyki, wyjaśniające zależności między poznawanymi faktami, umożliwiające prawidłową interpretację zachodzących zjawisk i procesów fizycznych oraz rozwiązywanie problemów z tej dziedziny K_W02

W2. Absolwent zna i rozumie wybrane pojęcia z zakresu radiochemii oraz dysponuje rozszerzoną wiedzą w zakresie tej dziedziny pozwalającą na posługiwanie się właściwą terminologią i nomenklaturą oraz opisem zjawisk typowych dla radiochemii, radiometrii i chemii jądrowej. K_W04

W3. Absolwent zna i rozumie podstawowe metody i techniki oraz narzędzia badawcze stosowane w radiochemii, a w szczególności zasady i procedury postępowania typowe w pracy ze źródłami promieniotwórczymi K_W06

W4. Absolwent zna i rozumie podstawy budowy i działania aparatury naukowej typowej dla radiometrii K_W07

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Absolwent potrafi wykorzystywać zdobytą wiedzę do rozwiązywania różnych problemów typowych dla radiochemii K_U01

U2. Absolwent potrafi wykonywać podstawowe czynności w laboratorium radiometrycznym, samodzielnie jak i w grupie od właściwego planowania, poprzez realizację poszczególnych etapów, do interpretacji uzyskanych wyników. K_U04

U3. Absolwent potrafi wyciągać wnioski oraz formułować i testować hipotezy związane z problemami z zakresu radiochemii w ramach studiowanej specjalności. K_U05

U4. Absolwent potrafi powiązać wiedzę z podstawowych przedmiotów chemicznych z wiedzą z radiochemii. K_U06

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Absolwent jest gotów do oceny własnej wiedzy i rozumie konieczność dalszego kształcenia. K_K01

K2. Absolwent jest gotów do samodzielnego podejmowania decyzji, oceny działań własnych i grupy, a także przyjmowania odpowiedzialności za skutki tych działań. K_K02

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV-18.23/18 z dnia 27 czerwca 2018 r. tj. od cyklu kształcenia 2018/2019

WIEDZA

W1. Zna podstawowe pojęcia chemii ogólnej w zakresie umożliwiającym mu zrozumienie treści nauczania w chemii jądrowej i radiacyjnej; K_W03,

W2. Posiada wiedze opisującą modele jąder atomowych, rozumie procesy rozpadu promieniotwórczego a także efekty oddziaływania promieniowania z materią, zna procesy chemiczne zachodzące pod wpływem promieniowania jonizującego oraz procesy wymiany izotopowej; K_W09,

W3. Zna zasady racjonalnego i bezpiecznego obchodzenia się z substancjami promieniotwórczymi; K_W19,

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Potrafi definiować podstawowe pojęcia chemiczne związane z radiochemią i chemią jądrową. K_U03,

U2. Potrafi posługiwać się prawidłowym językiem chemii; K_U06,

U3. Potrafi rozróżnić typy reakcji jądrowych. K_U16,

U4. Potrafi analizować przemiany, reakcje jądrowe i problemy dotyczące prawa rozpadu promieniotwórczego; K_U24,

U5. Potrafi dobierać i prawidłowo posługiwać się różnymi detektorami promieniowania; K_U25,

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Rozumie ograniczenia własnej wiedzy i rozumie konieczność dalszego kształcenia. K_K01,

K2. Potrafi pracować zespołowo: rozumie konieczność pracy zespołowej w badaniach w dziedzinie współczesnej chemii; K_K02,

brak