Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 20 dotazů obsahujících »izotop«
7) Určování stáří hornin a fosílií
26. 06. 2007
Dotaz: Dobrý deň, chel by som sa opýtať, konkrétne akým sposobom sa určuje vek hornín a
vek organických látok (dreva, kostí a podobne). Ďakujem za odpoveď. Zdraví Patrik
Šibrava (Patrik Šibrava)
Odpověď: K určování stáří fosílií organického původu se často používá tzv. radiouhlíková metoda. O co jde? V přírodě se kromě nejčastějšího izotopu uhlíku 12C vyskytuje v menším množství i izotop 14C. Izotop 14C vzniká v atosféře působením kosmického záření na dusík (14N + n → 14C + p). Tento izotop uhlíku pak společně s dalšími látkami živé organismy dýchají a v organických sloučeninách zabudovávají do svého těla. Během života a v okamžiku smrti proto v živém organismu existuje určitý poměr mezi množstvím ulíku 12C a 14C. Po smrti organismu přísun uhlíku do organismu prakticky ustane. Izotop uhlíku 12C je velmi stabilní, izotop 14C se rozpadá s poločasem rozpadu okolo 5730 roků, díky čemuž se poměr množstvím ulíku 12C a 14C v mrtvé tkáni s časem mění (uhlíku 14C ubývá). Změříme-li tedy poměr množství 12C a 14C, můžeme ze známé doby poločasu rozpadu 14C a ze známého poměru uhlíků 12C a 14C v atmosféře celkem spolehlivě odhadnout stáří dané organické látky (typicky s přesností na stovky let).
K určování stáří hornin lze přistoupit několika způsoby. Lze jej určovat dle fosílií v nich obsažených (tzv. biostratigrafie), podle uložení jednotlivých vrstev hornin (mladší usazeniny jsou obvykle nad těmi staršími, dříve usazenými) a samozřejmě i zde lze použít datování pomocí radioaktivních prvků. Kvůli značným časovým odlehlostem však je potřeba hledat izotopy s dlouhým poločasem rozpadu - používají se například izotopy uranu 238U, thoria 232Th, rubidia 87Rb, draslíku 40K a další.
Dotaz: Dobrý den! Naše Země (planeta) je pod povrchem žhavá. Uprostřed Země se nachází
pevné kovové jádro, ve kterém dochází ke štěpným jaderným reakcím. Vznikajícím
teplem, na asi 6000 K ohřáté okolí jádra, je již tekuté, doběla rozžhavené.
Směrem k Zemskému povrchu teplota klesá a roztavené horniny začínají být
plastické. Stejně jako u vody v čajové konvici, i v zemském nitru vznikají
stoupající proudy roztaveného magmatu, deroucí se k Zemskému povrchu. Zajímalo
by mě, jestli je magma a láva vyvrhovaná při sopečných erupcích, radioaktivní.
Tekuté magma je přeci směs chemických prvků (sloučenin) ohřívaných Zemským
jádrem, ve kterém dochází ke štěpným reakcím, obdobně jako v jaderném reaktoru.
Předpokládám tedy existenci radiace Zemského jádra. Předpokládím proto alespoň
sekundární radioaktivitu směsi chemických prvků (magmatu), s různými poločasy
rozpadu, jádrem ozářených. Tak jak to je ve skutečnosti? Děkuji za Váš čas a
jsem s pozdravem. (Vladimír Štěpnička)
Odpověď: Nedomníváme se, že by v Zemi docházelo ke štěpným reakcím podobného typu jako v jaderném reaktoru, protože nic nesvědčí pro to, že by se v Zemi nacházela dostatečná koncentrace nějakého štěpného materiálu. Přesto jsme přesvědčeni o vysokých teplotách zemského jádra (jen o trochu nižších než uvádíte v dotazu - na rozhraní jádro-plášť by mohla být teplota o něco nižší nebo srovnatelná s 4000 K, ve středu Země cca 5000 K).
Hlavní zdroj tepla v nitru Země je patrně dvojího původu:
gravitačního, kdy při vzniku Země došlo ke smrštění prapůvodního materiálu a odpovídající úbytek gravitační potenciální energie se přeměnil na teplo; není vyloučeno, že i v současnosti gravitační potenciální energie zemského tělesa poněkud klesá, pokud dochází ke gravitační diferenciaci materiálu (spekuluje se např. o možnosti, kdy se na rozhraní vnitřního a vnějšího jádra oddělují lehčí příměsi od železa). (Poznámka: Vnější jádro je tekuté.)
radioaktivního - materiál tvořící zemské těleso obsahuje i radioaktivní izotopy některých prvků, vylétávající částice alfa či beta mají určitou kinetickou energii, která se nakonec přemění na teplo - z hlediska energetického mají v současnosti význam hlavně izotopy U238, U235, Th232 a K40, jejichž poločasy rozpadu jsou řádově srovnatelné se stářím Země. O těchto izotopech se domníváme, že pocházejí z původního materiálu, z něhož vznikla Země, nebyly tedy vytvořeny v průběhu existence Země. Není vyloučeno, že v mladší Zemí hrála z energetického hlediska určitou roli i radioaktivita některých prvků s kratšími poločasy rozpadu, jejichž koncentrace je nyní zanedbatelná.
Hovoříme-li tedy o radioaktivních prvcích v Zemi, mluvíme o tzv. přirozené radioaktivitě na rozdíl od umělé radioaktivity, která je (na Zemi) důsledkem technické činnosti jaderných zařízení. Otázka týkající se přirozené radioaktivity horkého magmatu souvisí s tzv. diferenciaci materiálu u zemského povrchu: Zemský plášť je plastický, nikoliv však tekutý, protože teplota tání tohoto materiálu značně závisí na tlaku a jen v oblasti nízkých tlaků u zemského povrchu nastává situace, kdy se horký materiál pláště začíná tavit, díky čemuž vzniká tekuté magma. Geochemici tvrdí, že "tendence" jednotlivých prvků vytvářet magma je značně variabilní a právě radioaktivní prvky, do něj "vstupují" snadno. Z magmatu nakonec vznikají jednotlivé minerály tvořící horniny kůry. Tento proces vede k tomu, že se ze zemského pláště postupně "odčerpávají" radioaktivní prvky, takže jejich koncentrace v kontinentální kůře je nyní mnohem vyšší než ve ("vyčerpaném") materiálu pláště.
Jen pro zajímavost: cca 20 km vrstva žuly by byla schopna (díky vysokému obsahu radioaktivních prvků) produkovat tepelný tok, který je srovnatelný s průměrným tepelným tokem měřeným na povrchu kontinentu.
Dotaz: Chtěl bych se zeptat na jodové tabletky v souvislosti s radioakttivitou. Děkuji (radek)
Odpověď: V jaderném reaktoru se stěpením jaderného paliva (nejčastěji uranu U235, méně často pak uranu U238 či plutonia Pu239) vytváří různé jiné radioaktivní látky, mezi nimi i radioaktivní izotopy jódu (nejčastěji se uvádějí I131 a I133).
Zdravý člověk přijímá jód z potravy (například z mořských ryb) a ukládá si jej ve štítné žláze, ta potřebuje jód pro svou správnou funkci. Při ukládání přitom tělo nijak nerozeznává, zda jde o radioaktivní izotopy či nikoli. Pokud by se tedy člověk ocitl v prostředí zamořeném radioaktivními izotopy jódu, jeho tělo by mělo tendenci je akumulovat ve své štítné žláze a docházelo by k jejímu poškození. Aby se takovému zdravotnímu riziku v případě havárie reaktoru předešlo, jsou obyvatelům žijícím v několikakilometrovém okruhu okolo jaderných elektráren rozdávány tablety jodidu draselného, aby je v případě havárie snědli. Obyčejný jód, který je v těchto tabletách přítomen, brání ukládání radioaktivního jódu do štítné žlázy a významně tak snižuje nebezpečí následného poškození zdraví.
Dotaz: Dobrý den, chtěl bych se zeptat, co znamená číslo u značky U325, při výrobě v
jaderných elektrárnách a jak jednoduše popsat štěpení jádra? Děkuji (Martin Kvapil)
Odpověď: U235 je označení izotopu uranu. "U" je chemická značka uranu a číslo 235 udává, že jádro tohoto atomu má kromě 92 protonů (což způsobuje, že je atom uranem a ne jiným prvkem) ještě 143 neutronů, celkem je tedy v jádře 92+143=235 nukleonů.
Uran U325 zmíněný v dotazu neexistuje. V přírodě se nejčastěji vyskytuje uran U238, který tvoří přes 99% veškerého uranu. K použití v jaderných elektrárnách není příliš vhodný, ikdyž za určitých podmínek jej ve speciálních reaktorech použít lze. Daleko vhodnější je Uran U235, který tvoří ale asi jen tři čtvrtě procenta veškerého uranu. V jaderných elektrárnách se bohužel uran U235 nevyrábí, ale naopak spotřebovává - štěpí se na lehčí atomy a tím získáváme (kromě směsi různých lehčích atomů a vyletujících neutronů) obrovské množství tepla, které následně (stejným procesem jako v tepelných elektrárnách) dokážeme přeměnit na elektřinu.
Hodně zjednodušeně lze říct, že v jaderném reaktoru se snažíme trefovat se vhodně zpomalenými neutrony do jader atomů U235 tak, aby ty "srážky" ta jádra neustála a rozpadla se. Popsat ale nějak detailněji štepení jádra není jednoduché. Pohybujeme se totiž už v tak malých rozměrech, že zde už moc neplatí klasická fyzika. Na malých rozměrech se svět chová dost podivně a jinak, než jsme zvyklí - je kvantovaný a hrají zde důležitou roli pravděpodobnosti. K pochopení mikrosvěta je proto potřeba studovat kvantovou mechaniku.
Dotaz: Délka 1m je definována jako 1650763,73 vlnových délek oranžové čáry izotopu 86.
Jaká je vlnová délka oranžové čáry a její frekvence? (Libuše Weinerová)
Odpověď: Nemáte tak úplně pravdu. Délka jeden metr byla původně definována jako jedna desetimilióntina části zemského kvadrantu. O trochu později se za definici metru začala považovat vzdálenost mezi 2 vrypy na platinoiridiové tyči uložené v archívu Mezinárodního úřadu pro váhy a míry v Sévres (Francie). Další změna nastala roku 1960, kdy bylo ustanoveno, že jeden metr je "délka rovnající se 1 650 763,73 násobku vlnové délky záření šířícího se ve vakuu, která přísluší přechodu mezi energetickými hladinami 2p10 a 5d5 atomu kryptonu 86". Ani to však není aktuálně platná definice. Od roku 1983 platí, že jeden metr je "délka dráhy světla ve vakuu během časového intervalu 1/299 792 458 sekundy." Důvod pro poslední změnu je ryze praktický - čas umíme měřit nejpřeněji ze všech fyzikálních veličin a odměřit 1/299 792 458 sekundy je snadnější (a tím i přesnější) než měřit 1 650 763,73 násobku vlnové délky nějakého záření.
Ale zpět k původní otázce: vlnová délka oranžového světla je okolo 600 nm, frekvence pak okolo 5·1014Hz. Přesnou vlnovou délku a frekvenci světla odpovídajícímu přechodu mezi energetickými hladinami 2p10 a 5d5 atomu kryptonu 86 se mi nepodařilo zjistit, nebude však výše uvedeným hodnotám vzdálená.
