1) uses the concepts of the element, atomic nucleusnucleusnucleus, isotope, proton, neutron, electron to describe the composition of matter; describes the composition of the atomic nucleus on the basis of mass and atomic numbers;
2) writes nuclear reactions using the principle of conservation of the number of nucleons and the principle of charge conservation;
3) lists the properties of nuclear radiationradiationradiation; describes alpha, beta decays;
4) uses the concept of a stable and unstable nucleus; describes the formation of gamma radiation;
5) describes the decay of a radioisotope; uses the concept of half‑life;
6) applies the principle of energy conservation to the description of nuclear reactions; uses the terms binding energy and mass deficit; calculates these quantities for any isotope;
7) indicates the influence of ionizing radiation on matter and on living organisms;
8) lists examples of the use of the phenomenon of radioactivity in technology and medicine;
9) describes the uranium Indeks górny 235235U nucleus fissionfissionfission reaction as a result of the neutron absorption; gives the conditions for the chain reaction;
10) describes the principle of operation of a nuclear power plant and lists the benefits and dangers of nuclear energy;
11) describes the thermonuclear reaction of hydrogen conversion into helium occurring in the stars;
12) describes elements of star evolution; discusses supernovae and black holes.
Nuclear physics deals with the structure of the atomic nucleusnucleusnucleus, investigates the processes occurring in it and processes involving atomic nuclei. No less important are the applications of nuclear reactions in science and technology.
1. Atomic nucleus
The atomic nucleus is the high density region located in the centre of the atom. The atomic nucleus is several orders of magnitude smaller than the size of the atom itself. It has a positive charge.
The atomic nucleus is made up of protons and neutrons called nucleons. Protons have a positive charge and neutrons are electrically neutral. Both particles have similar masses.
The composition of the atomic nucleus is symbolically written as:
where:
X - chemical symbol of the element, Z - atomic number indicating the number of protons in the nucleus, A - mass number equal to the number of nucleons (total number of protons and neutrons) in the nucleus.
The number of neutrons is the difference between mass and atomic numbers, or A - Z.
2. Isotopes
Isotopes are different forms of the same element that differ in the number of neutrons in the nucleus. The isotope nuclei have the same atomic number, while the different mass number.
The isotopes of a given element have the same chemical properties, but different physical properties.
Hydrogen is the only element whose natural isotopes have their own names: protium (1H), deuterium (2H) and tritium (3H).
Protium, the most commonly occurring hydrogen isotope, consists of a proton and an electron. Protium and deuterium are the stabile isotopes. Third isotope tritum is radioactive.
3. Mass defect
The original mass of the nucleus is smaller than the sum of the masses of its individual components. A mass defect or otherwise a mass deficit, which is the difference between the sum of the masses of the nucleus constituents and its mass, is equivalent to the energy released during the formation of the nucleus.
The mass deficit is calculated using the formula:
where is thr mass of proton, is the mass of the neutron and is the mass of the nucleus.
4. Binding energy
There are attractive nuclear forces acting between the nucleons in the nucleus (known as strong interactions), which do not depend on the electric charge. They have very large magnitude but a short range. As a result of these forces, the nucleons are strongly bound to each other.
The nuclear binding energy is responsible for the difference between the actual mass of the nucleusnucleusnucleus and the sum of the masses of the its constituents. It is the energy necessary to keep the nucleus together.
According to Einstein's law of the equivalence of mass and energy, the binding energy of the nucleus is:
where Δm is the mass deficit, c the speed of light.
For the light atomic nuclei the nuclear binding energy increases with the mass number.
5. Nuclear radiation
The nuclei of some atoms are unstable. These atoms (primary isotopes) undergo spontaneous decay creating a more stable atom (a descendant isotope) and emit radiationradiationradiation. The substances emitting radiation are called radioactive.
There are three types of nuclear radiation:
- alpha (α) - are made up of 2 protons and 2 neutrons. They have a positive charge equal to twice the elementary charge and are identical to helium nuclei. They have a low penetration ability. You can stop them with a piece of paper;
- beta (β) - beta particles have a negative charge equal to the elementary charge and a mass of 1/2000 of the mass of the proton. They are electrons (or positrons) produced in the nucleusnucleusnucleus as a result of a radioactive decay called beta decay (they are not electrons from atomic shells). They are very light and move quickly. It can be stopped by a thin aluminium plate;
- gamma (γ) - gamma rays are electromagnetic waves, not particles. They do not have mass or charge. Gamma radiationradiationradiation has the highest penetrating power. Low energy gamma rays penetrate through air, paper or a thin layer of metal. High energy rays can be stopped only by a few centimetres of lead or a few meters of concrete.
The quantities and units used to measure radioactivity and its effects:
- Radioactivity (A) refers to the amount of ionizing radiation released by a given substance. It represents the number of atoms decaying over a given period of time. The unit in the SI system is becquerel (Bq).
where N is the number of decays, t - time unit.
- Radiation exposure describes the ionization of air due to radiation. The unit is a (). - Absorbed dose (D) refers to the amount of radiation absorbed by an object or person. The unit in the SI system is gray (Gy).
where E - radiation energy absorbed by the body, m - body mass.
The traditional dose unit is rad, 1 Gy = 100 rad.
- Effective dose describes the amount of radiationradiationradiation absorbed by humans, corrected by the type of radiation, described by the weight ratio of radiation and the effect on particular organs. The unit in the SI system is the sievert (Sv).
7. Half‑life
The rate of radioactive decay is measured using the concept of half‑life.
The half‑life is the time required for the radioactivity of a given isotope to be reduced by half and is denoted as T or . After two half‑lives the size of the sample is quartered, after third half‑life an eighth of atoms is left intact and so on. The half‑life does not depend on the age of the nuclei or the sample size.
Radioactive decay as a function of time is exponential.
8. The law of radioactive decay
The law of radioactive decay describes the statistical behaviour of a large number of nuclides. It says that:
where N(t) is the total amount of radioactive untransformed nuclei at a time t, ∆N is the number of radioactive nuclei decayed in the time ∆t.
The probability of a nuclear transformation is different for each radioactive nucleus and can be expressed by the decay constant λ. The unit of the decay constant is sIndeks górny -1-1.
The radioactivity of an object is measured by the number of nuclear decays it emits each second – the more it emits, the more radioactive it is.
The decay rate is known as the activity of a particular sample and is defined as a number of decays at any given moment.
The basic unit of activity is the becquerel (Bq).
9. Nuclear transformations
In the process of radioactive decay, the decaying nucleusnucleusnucleus is called the parent nucleus, and the process product is called the daughter nucleus. The law of radioactive displacements, also known as Soddy and Fajans law, describes the relationship between the parent nucleus and the daughter nucleus in terms of atomic number and mass number.
During nuclear transformations, the following is met:
- The principle of number of nucleons conservation - the sum of the number of nucleons in all decay products is equal to the number of nucleons before decay. - The principle of charge conservation - the sum of charges in the products of decay is the same before the decay as after the decay. - The principle of mass and energy - the sum of masses and energy after the decay is the same as before the decay.
α decay: In α decay, the new element has an atomic number less by 2 and a mass number less by 4 than the parent radioisotope. The α decay can be expressed as:
Example: In the α decay radon is transformed into radon .
β decay: In the β decay (the emitted particle is an electron or positon), the mass number remains unchanged, while the atomic number increases or decreases by 1 relative to the parent radioisotope. The β decay can be expressed as:
Example: In β decay thorium is transformed into protactinium .
At the same time, either an α particle or a β particle is emitted. Both cannot be emitted simultaneously during a single decay.
γ decay: When the radioactive nucleus emits γ radiationradiationradiation, only the energy level of the nucleus changes, and the atomic number and mass number remain the same.
During the decay of α or β, the daughter nucleus is usually in an excitedexcitedexcited state. Return to the ground state is associated with the emissionemissionemission of γ‑radiation.
Example: During the radon transformation into radon , radon returns from the excitedexcitedexcited state to the ground state and γ radiation of 0,187 MeV is emitted.
10. Nuclear reactions
In nuclear processes in which two nuclei or nucleons collide, different products than the initial particles are produced. This process is called a nuclear reactionnuclear reactionnuclear reaction. The nuclear reaction does not occur spontaneously, but two particles must collide.
The nuclear reaction, as in the case of nuclear decays, can be presented by a balanced equation:
where, X - target nucleusnucleusnucleus; a - bombarding particle (projectile); Y - final nucleus; b - produced particle (ejectile).
11. Nuclear fission
Nuclear fissionfissionfission is a type of nuclear reaction in which the nucleus is divided into smaller fragments of smaller mass. The fission process produces free neutrons and gamma rays. In this process, a large amount of energy is released.
Nuclear fission is carried out in nuclear energy reactors.
Nuclear power plants perform a similar function as solid fuel power plants - their task is to supply energy. In the case of a nuclear power plant, energy is released during chain reaction. This energy, created in the reactor, is used to convert water into steam, which in turn drives the turbine rotors. As a result, electricity is generated.
A nuclear reactor is a basic element of a nuclear power plant in which a controlled chain reaction takes place.
The most important elements of a nuclear reactor are:
- Fuel - i.e. fissile material, e.g. enriched uranium, plutonium. - Moderator - a substance weakly absorbing neutrons, whose task is to slow them down, for example, heavy water, graphite. - Control rods and safety rods - made of substances strongly absorbing neutrons, e.g. cadmium, boron. - Coolant - a substance that discharges heat from the reactor core, e.g. water, liquid sodium.
14. Thermonuclear fusion
Nuclear fusionfusionfusion is a type of nuclear reactionnuclear reactionnuclear reaction where two light nuclei collide together to form a single, heavier nucleusnucleusnucleus. This nucleus is unstable and decay into more stable daughter products. In this process, according to the principle of mass‑energy equivalence the energy is released because the mass of the new nucleus is less than the sum of the colliding masses.
Some possible fusion reactions:
Thermonuclear fusionfusionfusion processes take place:
- in the interiors of stars, also in our Sun; - in hydrogen bombs; - in thermonuclear reactors (so far only experimental, devoid of industrial applications).
Devices for detecting and recording nuclear (ionizing) radiation are called particle detectors. Most often these are devices that use the phenomena:
- gas ionization (ionization chamber, Wilson chamber, bubble chamber, Geiger‑Müller counter); - excitation of certain substances to emit light (scintillation counter); - chemical reaction (photographic emulsion).
16. Radioactivity in technology and medicine
Artificial radioactivity has found wide application in many areas:
- Power engineering - power plants, nuclear batteries (used, for example, for pacemakers). - Medicine - radioisotopes, markers for diagnostic tests, treatment of cancerous diseases (cobalt bomb), accelerators. - Science - determining the age of archaeological finds by radiocarbon dating method (Indeks górny 1414C‑dating), activation analysis (a very sensitive method of studying the elemental composition of a sample). - Technique - atomic engines of ships and spacecraft, precise thickness gauges, glowing paints, smoke detectors. - Industry - detection of defects in the elements of aircraft engines, sterilization of food and medical equipment, control of the expiry date of products.
Podczas reakcji rozszczepienia uwalniane są neutrony. Mogą uderzać w inne jądra rozszczepialne i powodować ich rozszczepienie. Na wskutek tego zostaje uwolnionych coraz więcej neutronów, które z kolei mogą rozszczepić więcej jąder. Proces ten nazywany jest reakcją łańcuchową. Reakcja łańcuchowa w reaktorach jądrowych jest kontrolowana po to, by powstrzymać jej zbyt szybki przebieg. Reakcja łańcuchowa trwa tak długo, jak długo jądra rozszczepialne są obecne w próbce.
Fizyka jądrowa to dziedzina fizyki, która zajmuje się strukturą jądra atomowego, bada zachodzące w nim procesy oraz procesy z udziałem jąder atomowych.
m26507a8fde527eae_1528449000663_0
Podsumowanie wiadomości z fizyki jądrowej
m26507a8fde527eae_1528449084556_0
Trzeci
m26507a8fde527eae_1528449076687_0
XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:
1) posługuje się pojęciami pierwiastek, jądro atomowe, izotop, proton, neutron, elektron do opisu składu materii; opisuje skład jądra atomowego na podstawie liczb masowej i atomowej;
2) zapisuje reakcje jądrowe stosując zasadę zachowania liczby nukleonów i zasadę zachowania ładunku;
3) wymienia właściwości promieniowania jądrowego; opisuje rozpady alfa, beta;
4) posługuje się pojęciem jądra stabilnego i niestabilnego; opisuje powstawanie promieniowania gamma;
5) opisuje rozpad izotopu promieniotwórczego; posługuje się pojęciem czasu połowicznego rozpadu;
6) stosuje zasadę zachowania energii do opisu reakcji jądrowych; posługuje się pojęciami energii wiązania i deficytu masy; oblicza te wielkości dla dowolnego izotopu;
7) wskazuje wpływ promieniowania jonizującego na materię oraz na organizmy żywe;
8) wymienia przykłady zastosowania zjawiska promieniotwórczości w technice i medycynie;
9) opisuje reakcję rozszczepienia jądra uranu Indeks górny 235235U zachodzącą w wyniku pochłonięcia neutronu; podaje warunki zajścia reakcji łańcuchowej;
10) opisuje zasadę działania elektrowni jądrowej oraz wymienia korzyści i niebezpieczeństwa płynące z energetyki jądrowej;
11) opisuje reakcję termojądrową przemiany wodoru w hel zachodzącą w gwiazdach;
12) opisuje elementy ewolucji gwiazd; omawia supernowe i czarne dziury.
m26507a8fde527eae_1528449068082_0
45 minut
m26507a8fde527eae_1528449523725_0
Utrwala wiadomości dotyczące fizyki jądrowej.
m26507a8fde527eae_1528449552113_0
1. Opisuje budowę jądra atomowego.
2. Opisuje mechanizm i typy reakcji jądrowych.
3. Opisuje zastosowanie zjawisk jądrowych w nauce i technice.
m26507a8fde527eae_1528450430307_0
Uczeń:
- wyjaśnia budowę jądra atomowego,
- wymienia typy reakcji jądrowych i ich znaczenie.
1. Jądro atomu. 2. Izotopy. 3. Defekt masy. 4. Energia wiązania. 5. Promieniowanie jądrowe. 6. Dawka promieniowania. 7. Okres połowicznego rozpadu. 8. Prawo rozpadu promieniotwórczego. 9. Przemiany jądrowe. 10. Reakcje jądrowe. 11. Rozszczepienie jądra atomowego. 12. Reakcja łańcuchowa. 13. Elektrownia jądrowa. 14. Synteza termojądrowa. 15. Detekcja promieniowania. 16. Promieniotwórczość w technice i medycynie.
m26507a8fde527eae_1528446435040_0
Fizyka jądrowa zajmuje się strukturą jądra atomowego, bada zachodzące w nim procesy oraz procesy z udziałem jąder atomowych. Niemniej ważne są zastosowania reakcji jądrowych w nauce i technice.
1. Jądro atomu
Jądrem atomowym nazywamy obszar o dużej gęstości znajdujący się w centrum atomu. Jądro atomowe jest o kilka rzędów wielkości mniejsze od rozmiaru samego atomu. Jest ono obdarzone ładunkiem dodatnim.
Jądro atomowe zbudowane jest z protonów i neutronów zwanych razem nukleonami. Protony mają ładunek dodatni, neutrony są elektrycznie obojętne. Obie cząstki mają zbliżone masy.
Skład jądra atomowego symbolicznie oznaczamy jako:
gdzie:
X – symbol chemiczny pierwiastka, Z – liczba atomowa informująca o liczbie protonów w jądrze, A – liczba masowa równa liczbie nukleonów (sumie protonów i neutronów) w jądrze.
Liczba neutronów to różnica liczby masowej i porządkowej, czyli A - Z.
2. Izotopy
Izotopy to różne postacie tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów w jądrze. Jadra izotopów mają tę samą liczbę atomową, natomiast różną liczbę masową.
Izotopy danego pierwiastka mają takie same właściwości chemiczne, ale różne właściwości fizyczne.
Wodór to jedyny pierwiastek, którego naturalne izotopy mają swoje nazwy własne: prot (1H), deuter (2H) i tryt (3H).
Prot, najpowszechniej występujący izotop wodoru, składa się z protonu i elektronu. Prot i deuter są to izotopy stabilne. Tryt jest izotopem radioaktywnym.
3. Defekt masy
Masa jądra jest mniejsza niż suma mas poszczególnych jego składników. Defekt masy lub inaczej deficyt masy, który jest różnicą między sumą mas składników jądra a jego masą, jest równoważny energii uwolnionej podczas tworzenia jądra.
Deficyt masy oblicza się za pomocą wzoru:
gdzie jest masą protonu, jest masą neutronu a jest masą jądra.
4. Energia wiązania
Między nukleonami w jądrze działają przyciągające siły jądrowe (zwane również odziaływaniem silnym), które nie zależą od ładunku elektrycznego. Mają one bardzo duże wartości, ale krótki zasięg. W wyniku działania tych sił nukleony są ze sobą silnie związane.
Energia wiązania jądra odpowiada za różnicę między rzeczywistą masą jądra a sumą mas jego składników. Jest to energia niezbędna do utrzymania jądra razem.
Zgodnie z prawem Einsteina o równoważności masy i energii, energia wiązania jądra wynosi:
gdzie ∆m jest deficytem masy, c prędkością światła.
Energia wiązania jądra rośnie wraz z liczbą masową atomu.
5. Promieniowanie jądrowe
Jądra niektórych atomów są niestabilne. Atomy te (izotopy pierwotne) ulegają spontanicznemu rozpadowi tworząc bardziej stabilny atom (izotop pochodny) i emitują przy tym promieniowanie radiacyjne. Substancje emitujące promieniowanie nazywane są radioaktywnymi.
Występują trzy rodzaje promieniowania jądrowego:
- alfa (α) – są zbudowane z 2 protonów i 2 neutronów. Mają dodatni ładunek równy dwukrotnemu ładunkowi elementarnemu i są identyczne z jądrami helu. Mają małą zdolność przenikania materii. Można je zatrzymać za pomocą kartki papieru;
- beta (β) – cząstki beta mają ujemny ładunek i masę stanowiąca 1/2000 masy protonu. Są elektronami (lub pozytonami) wytworzonymi w jądrze w wyniku rozpadu promieniotwórczego zwanego rozpadem beta (nie są to elektrony pochodzące z powłok atomu). Są one bardzo lekkie i poruszają się szybko. Zatrzymać go może cienka płyta z aluminium;
- gamma (γ) – promienie gamma są falami elektromagnetycznymi, nie cząstkami. Nie mają masy, ani ładunku. Promieniowanie gamma ma największą zdolność przenikania materii . Niskoenergetyczne promienie gamma przenikają przez powietrze, papier lub cienką warstwę metalu. Wysokoenergetyczne promienie może zatrzymać jedynie kilka centymetrów ołowiu lub kilka metrów betonu.
6. Dawka promieniowania
Wielkości i jednostki używane do pomiaru radioaktywności i jej skutków:
- Aktywność promieniotwórcza (A) odnosi się do ilości promieniowania jonizującego uwalnianego przez daną substancję. Reprezentuje ona liczbę atomów ulegających rozpadowi w danym okresie czasu. Jednostką w układzie SI jest bekerel (Bq).
gdzie N jest liczbą rozpadów, t – jednostka czasu.
- Napromieniowanie opisuje ilość promieniowania przechodzącego przez powietrze. Jednostką jest (). - Dawka pochłonięta (D) odnosi się do ilości promieniowania pochłoniętego przez obiekt lub osobę. Jednostką w układzie SI jest grej (Gy).
gdzie E – energia promieniowania pochłoniętego przez ciało, m – masa ciała.
- Dawka równoważna opisuje ilość promieniowania pochłoniętego przez człowieka, skorygowana przez rodzaj promieniowania, opisany przez współczynnik wagowy promieniowania i wpływ na poszczególne narządy. Jednostką w układzie SI jest siwert (Sv).
7. Okres połowicznego rozpadu
Szybkość rozpadu promieniotwórczego mierzy się przy pomocy pojęcia czasu połowicznego rozpadu.
Okres połowicznego rozpadu jest to czas potrzebny na to, by radioaktywność danego izotopu zmalała o połowę i oznaczany jest jako T lub TIndeks dolny 1/21/2. Po dwóch okresach połowicznego rozpadu wielkość próbki zmniejszy się czterokrotnie, po trzecim okresie połowicznego rozpadu pozostanie jedna ósma atomów, które nie uległy rozpadowi, i tak dalej. Okres połowicznego rozpadu nie zależy od wieku jąder ani od ich ilości.
Rozpad radioaktywny w funkcji czasu ma charakter wykładniczy.
8. Prawo rozpadu promieniotwórczego
Prawo rozpadu promieniotwórczego opisuje statystycznie, w jaki sposób zachowują się duże ilości nuklidów. Mówi ono, że:
gdzie N(t) jest całkowitą liczbą radioaktywnych jąder, które nie uległy przemianie, w danej chwili t, ∆N jest liczbą radioaktywnych jąder, które rozpadły się w przedziale czasu ∆t.
Prawdopodobieństwo przemiany jądrowej jest różne dla każdego jądra radioaktywnego i wyrażone jest przy pomocy stałej rozpadu λ. Jednostką stałej rozpadu jest sIndeks górny -1-1.
Radioaktywność danego obiektu mierzona jest jako ilość rozpadów w ciągu sekundy – im więcej ich jest, tym bardziej jest on radioaktywny.
Szybkość rozpadu mówi o tym, jaka jest aktywność danej próbki i jest zdefiniowana jako liczba rozpadów w danym przedziale czasu.
Podstawową jednostką aktywności jest bekerel (Bq).
9. Przemiany jądrowe
W procesie rozpadu promieniotwórczego jądro ulegające rozpadowi nazywa się jądrem macierzystym, a produkt procesu nazywa się jądrem potomnym. Prawo przesunięć, znane również jako prawo Soddy’ego i Fajansa, opisuje relacje między jądrem macierzystym a jądrem potomnym pod względem liczby atomowej i liczby masowej.
Podczas przemian jądrowych spełnione jest:
- Zasada zachowania liczby nukleonów – suma liczby nukleonów we wszystkich produktach rozpadu jest równa liczbie nukleonów przed rozpadem. - Zasada zachowania ładunku – suma ładunków w produktach rozpadu jest po rozpadzie taka sama jak przed rozpadem. - Zasada masy i energii – suma mas i energii po rozpadzie jest taka sama jak przed rozpadem.
Rozpad α: W rozpadzie α, nowy pierwiastek ma liczbę atomową mniejszą o 2 i liczbę masową mniejszą o 4 od macierzystego radioizotopu. Rozpad α można wyrazić jako:
Przykład: W rozpadzie α rad ulega przemianie w radon .
Rozpad β: W rozpadzie β (emitowana cząstka jest elektronem lub protonem), liczba masowa pozostaje niezmieniona, podczas gdy liczba atomowa zwiększa się lub zmniejsza się o 1 w stosunku do macierzystego radioizotopu. Rozpad β można wyrazić jako:
Przykład: W rozpadzie β tor ulega przekształceniu w protoaktyn .
Rozpad γ: Kiedy radioaktywne jądro emituje promieniowanie γ, zmienia się tylko poziom energii jądra, a liczba atomowa i liczba masowa pozostają takie same.
Podczas rozpadu α lub β jądro potomne znajduje się przeważnie w stanie wzbudzonym. Powrót do stanu podstawowego wiąże się z emisją promieniowania γ.
Przykład: Podczas przemiany radu w radon , radon powraca ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego i emitowane jest promieniowanie γ o energii 0,187 MeV.
10. Reakcje jądrowe
W procesach jądrowych, w których zderzają się dwa jądra lub nukleony, powstają produkty inne niż początkowe cząstki. Proces ten nazywa się reakcją jądrową. Reakcja jądrowa nie zachodzi spontanicznie, lecz musi dojść do zderzenia dwóch cząstek.
Reakcję jądrową, podobnie jak w przypadku rozpadów jądrowych, można przedstawić za pomocą równania zbilansowanego:
gdzie, X – jądro bombardowanego pierwiastka, tzw. tarcza:
a – cząstka bombardująca; Y – jądro powstałe w czasie reakcji; b – cząstka powstała w czasie reakcji.
11. Rozszczepienie jądra atomowego
Rozszczepienie jądrowe jest rodzajem reakcji jądrowej, w której jądro dzieli się na mniejsze fragmenty o mniejszej masie. W procesie rozszczepienia powstają swobodne neutrony i promieniowanie gamma. W procesie tym uwalniana jest duża ilość energii.
Rozszczepienie jądrowe przeprowadzane jest w jądrowych reaktorach energetycznych.
Przykładowa reakcja:
[Grafika interaktywna]
12. Reakcja łańcuchowa
Podczas reakcji rozszczepienia uwalniane są neutrony. Mogą uderzać w inne jądra rozszczepialne i powodować ich rozszczepienie. Na wskutek tego zostaje uwolnionych coraz więcej neutronów, które z kolei mogą rozszczepić więcej jąder. Proces ten nazywany jest reakcją łańcuchową. Reakcja łańcuchowa w reaktorach jądrowych jest kontrolowana po to, by powstrzymać jej zbyt szybki przebieg. Reakcja łańcuchowa trwa tak długo, jak długo jądra rozszczepialne są obecne w próbce.
13. Elektrownia jądrowa
Elektrownie jądrowe spełniają podobną funkcję jak elektrownie na paliwa stałe – ich zadaniem jest dostarczanie energii. W przypadku elektrowni jądrowej jest energia uwalniana podczas reakcji łańcuchowej. Energia ta, wytworzona w reaktorze, wykorzystywana jest do zamiany wody w parę wodną, która z kolei napędza wirniki turbin. W wyniku tego powstaje energia elektryczna.
Reaktor jądrowy to podstawowy element elektrowni jądrowej, w którym zachodzi kontrolowana reakcja łańcuchowa.
Najważniejsze elementy reaktora jądrowego stanowią:
- Paliwo – czyli materiał rozszczepialny np. wzbogacony uran, pluton. - Moderator – substancja słabo absorbująca neutrony, której zadaniem jest ich spowolnienie np. ciężka woda, grafit. - Pręty sterujące (kontrolne) i pręty bezpieczeństwa – zbudowane z substancji silnie pochłaniających neutrony, np. kadm, bor. - Chłodziwo – substancja odprowadzająca ciepło z rdzenia reaktora np. woda, ciekły sód.
14. Synteza termojądrowa
Synteza jądrowa to rodzaj reakcji jądrowej, w której dwa lekkie jądra zderzają się ze sobą, tworząc pojedyncze, cięższe jądro. Jądro to jest niestabilne i rozpada się na bardziej stabilne produkty pochodne. W tym procesie, zgodnie z zasadą równoważności masy i energii, uwalniana jest energia, ponieważ masa nowego jądra jest mniejsza niż suma mas zderzających się jąder.
Niektóre możliwe reakcje syntezy jądrowej:
Procesy syntezy termojądrowej zachodzą:
- we wnętrzach gwiazd, również w naszym Słońcu; - w bombach wodorowych; - w reaktorach termojądrowych (jak dotąd tylko eksperymentalnych, pozbawionych zastosowań przemysłowych).
15. Detekcja promieniowania
Urządzenia służące do wykrywania i rejestrowania promieniowania jądrowego (jonizującego) nazywamy detektorami cząstek. Najczęściej są to urządzenia wykorzystujące zjawiska:
- jonizacji gazu (komora jonizacyjna, komora Wilsona, komora pęcherzykowa, licznik Geigera‑Müllera); - pobudzania pewnych substancji do świecenia (licznik scyntylacyjny); - reakcji chemiczne (emulsja fotograficzna).
16. Promieniotwórczość w technice i medycynie
Sztuczna promieniotwórczość znalazła szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach:
- Energetyka – elektrownie, baterie jądrowe (używane np. do rozruszników serca). - Medycyna – radioizotopy, znaczniki do badań diagnostycznych, leczenie chorób nowotworowych (bomba kobaltowa), akceleratory. - Nauka – określanie wieku znalezisk archeologicznych metodą datowania radiowęglowego (datowanie izotopem Indeks górny 1414C), analiza aktywacyjna (bardzo czuła metoda badania składu pierwiastkowego próbki). - Technika – silniki atomowe okrętów i statków kosmicznych, precyzyjne grubościomierze, świecące farby, czujniki dymu. - Przemysł – wykrywanie defektów w elementach silników samolotowych, sterylizacja żywności i sprzętu medycznego, kontrola terminu ważności produktów.
m26507a8fde527eae_1528450119332_0
Fizyka jądrowa to dziedzina fizyki, która zajmuje się strukturą jądra atomowego, bada zachodzące w nim procesy oraz procesy z udziałem jąder atomowych.