elementy fizyki jadrowej, Fizyka


ELEMENTY FIZYKI JĄDROWEJ

Promieniotwórczość jest wywołana zmianami w jądrze atomowym.

UKŁAD PROTONÓW I NEUTRONÓW

Jądro atomowe jest układem protonów i neutronów. Termin nukleon obejmuje zarówno proton jak i neutron. Gdy chcemy wskazać konkretne jądro atomowe, używamy słowa nuklid. Należy też stosować następujące oznaczenia i nazwy:

Jądra atomowe o jednakowych wartościach Z, ale różniące się liczbą neutronów N, nazywa się izotopami danego pierwiastka. Z kolei jądra atomowe o różnych Z i N, ale o jednakowych A, nazywa się izobarami lub jądrami izobarycznymi.

SIŁY JĄDROWE

Trudne było dla fizyków objaśnienie stabilności układu protonów i neutronów. Znane dotychczas oddziaływania - grawitacyjne i elektrostatyczne - nie objaśniały powstawania stabilnych jąder atomowych. Należało zatem wziąć pod uwagę istnienie nowego rodzaju oddziaływania. Tak odkryto oddziaływanie jądrowe. A oto jego cechy:

POZIOMY ENERGETYCZNE I PROMIENIOWANIE γ

Nukleony mogą zajmować tylko określone stany energetyczne, nie krążą jednak wokół żadnego centralnego obiektu. Mogą one też przechodzić w stan wzbudzony - przeskakują wtedy na wyższy poziom energetyczny. Ich powrót na niższy poziom powoduje emisję fotonu z wnętrza jądra atomowego. Na początku był on nazywany „cząstką γ” , a sam przeskok nazwano przemianą γ W sytuacji, gdy fotony są emitowane przez układ jąder γ-promieniotwórczych, mówimy o rozchodzeniu się promieniowania γ. Emitowane fotony γ mają energię znacznie większą od fotonów z zakresu promieniowania widzialnego.

PRZEMIANA α JĄDER CIĘŻKICH

Właściwości sił jądrowych pozwalają przewidzieć, że zbyt rozległe układy nukleonów będą dość słabo związane. Powodem jest to, iż protony znajdujące się na brzegu jądra odczuwają odpychanie elektryczne od wszystkich pozostałych protonów. Dopóki średnica jądra nie przekracza 10-14 m, czyli granicy zasięgu sił jądrowych, to jądrowe przyciąganie nukleonów równoważy elektrostatyczne odpychanie między protonem a resztą jądra; jądro pozostaje więc stabilne.

Inaczej to wygląda z jądrami atomowymi ciężkich pierwiastków. Oddziaływanie jądrowe nie jest w stanie związać wszystkich nukleonów w jądrze. Zdarza się więc, że grupa czterech nukleonów, dwa protony i dwa neutrony, zostaje wyemitowana poza macierzyste jądro atomowe. Taki proces, zachodzący bez żadnej ingerencji z zewnątrz, nazywa się przemianą α jądra atomowego. Wyemitowana grupa nukleonów to cząstka α. Jądro atomowe zdolne do emisji cząstek α nazywa się α-promieniotwórczym. Wiązka cząstek α, emitowanych z próbki zawierającej jądra promieniotwórcze określana jest jako promieniowanie α. W wyniku tej przemiany powstaje więc nowy pierwiastek o mniejszej liczbie masowej A i atomowej Z.

ODDZIAŁYWANIE SŁABE

W latach 30. XX wieku fizycy doszli do wniosku, że za niektóre zjawiska, zachodzące wewnątrz jądra atomowego, nie może być odpowiedzialne wyłącznie oddziaływanie jądrowe. W 1935 roku Fermi opracował teorię przemiany β; była ona pierwszym opisem procesu „słabego” . Podstawowe cechy oddziaływania słabego:

PRZEMIANY β- i β+

W wyniku oddziaływań słabych jądra o nadmiarze neutronów podlegają spontanicznej przemianie β-. Podobnie jądra o nadmiarze protonów podlegają spontanicznej przemianie β+.

W początkach badań nad promieniotwórczością mianem cząstki β określano elektron emitowany przez jądro β-promieniotwórcze. Wiązka elektronów emitowanych przez całą próbkę takich jąder nazywana była promieniowaniem β. Dopiero po wielu latach badań utożsamiono cząstki β- z elektronami a cząstki β+ z pozytonami.

PRAWO ZANIKU PROMIENIOTWÓRCZEGO

Przyjmuje się, że procesy przemian mają charakter czysto losowy. Nie potrafi się przewidzieć zachowania się pojedynczego jądra promieniotwórczego i zdecydować, czy ulegnie ono przemianie. Można jednak, badając układ wielu jednakowych jąder promieniotwórczych, podać prawdopodobieństwo zajścia określonej przemiany w jednostce czasu.

Najważniejsze pojęcia dotyczące prawa zaniku promieniotwórczego to:

REAKCJE JĄDROWE

Sztuczne przemiany jądrowe są realizowane na drodze reakcji jądrowych. Ogólny schemat typowej reakcji jest następujący:

X + x daje Y + y ;

gdzie X, Y oznaczają odpowiednio początkowe i końcowe jądra, a x, y - cząstki biorące udział w reakcji.

ZASADY ZACHOWANIA

Nie każda dowolnie zapisana reakcja jądrowa jest możliwa do zrealizowania. Niezbędnym warunkiem jej zajścia jest spełnienie zasad zachowania, między innymi:

Ta ostatnia zasada pozwala na obliczenie energii „wydzielonej” w reakcji w postaci całkowitej energii kinetycznej produktów. Oprócz mas nuklidów i cząstek biorących udział w reakcji należy wtedy znać energię kinetyczną substratów reakcji.

REAKCJA ROZSZCZEPIENIA

Jest ona ważnym rodzajem reakcji jądrowej. Niekontrolowana, lawinowo zachodząca reakcja rozszczepienia ma miejsce w tzw. bombie atomowej, kontrolowana - w reaktorze jądrowym.

Jądro 235U uderzone przez neutron absorbuje go na moment, po czym rozpada się na dwa jądra „pośrednie” o zbliżonych masach. W procesie tym zostają wyrzucone dodatkowo dwa lub trzy neutrony. Ponieważ każda reakcja rozszczepienia dostarcza 2 lub 3 neutrony, to mogą one spowodować następne reakcje, stąd mówi się o reakcji łańcuchowej. Gdy liczba reakcji narasta lawinowo, prowadzi to do wykładniczego wzrostu wydzielanej energii. Tak jest podczas wybuchu bomby jądrowej.

REAKCJE SYNTEZY JĄDROWEJ

Drugim rodzajem reakcji egzoenergetycznych są reakcje syntezy. Wydają się one bardziej interesujące od reakcji rozszczepienia, głównie z następujących powodów:

Ważniejsze pojęcia to:

Do opracowania:

Podręcznik:

Praca z komputerem:



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Elementy fizyki jądrowej
Wykł 12 Elementy fizyki jądrowej
przykladowe zadania z fizyki jadrowej, Fizyka, 13.Fizyka jądrowa, mat ch1
Elementy fizyki jądrowej
Fizyka elementy fizyki kwantowej
ORP podstawowe zagadnienia z fizyki jądrowej
Test z fizyki jądrowe-Kl4, biologia operon testy sprawdzające, sprawdziany, Sprawdziany, Atom i Jądr
Ściągi z fizyki-2003 r, Fizyka w cyrku
Energia jądrowa, fizyka+astronomia +energetyka+ochrona środowiska
3dynamika (3), MiBM, Nauczka, 2 semstr, sesja, Test z fizyki (jacenty86), FIZYKA ZERÓWKA, 3 dynamika
7 bryla sztywna, MiBM, Nauczka, 2 semstr, sesja, Test z fizyki (jacenty86), FIZYKA ZERÓWKA, 7 bry a
REAKCJA SYNTEZY JĄDROWEJ, Fizyka
Laboratorium fizyki, sgsp, fizyka, fizyka laborki
jadrowa, fizyka, zadania
02 rachunek różniczkowy pól wektorowych [feynmana wykl z fizyki tom2 1]fizyka] [www osiolek com] WYV
kartkówka z fizyki wzory, fizyka

więcej podobnych podstron