Warto przeczytać

Reakcje jądrowe polegają na przemianach jąder atomowych, z których powstają jądra innych pierwiastków. Zazwyczaj są to przemiany wywołane przez cząstki wnikające do jądra. Schemat takiej reakcji można przedstawić w postaci:

gdzie $\mathrm{A}$ – jądro wyjściowe, $x$ – cząstka uderzająca, $\mathrm{B}$ – nowe jądro, $y$ – cząstka powstała w wyniku reakcji.

Przy zapisie reakcji podaje się liczby masoweliczba masowa $A$liczby masowe i atomoweliczba atomowa $Z$atomowe jąder i symbole cząstek. Ta sama reakcja może być zapisana na dwa sposoby. Na przykład reakcja, dzięki której odkryto neutron ($n$), może być zapisana następująco:

Przy drugim sposobie zapisu reakcji w nawiasie umieszcza się symbole cząstek biorących udział w reakcji. W podanej wyżej reakcji są to: cząstka $\alpha$, czyli jądro ${}_2^4\mathrm{He}$ i neutron $n$.

Reakcje jądrowe można klasyfikować według różnych kryteriów:

• rodzaju bombardujących cząstek,

• energii bombardujących cząstek,

• masy bombardowanego jądra,

• rodzaju reakcji ze względu na substraty i produkty,

• mechanizmu reakcji.

Przy klasyfikacji według rodzaju bombardujących cząstek rozróżnia się reakcje wywoływane neutronami, lekkimi jądrami, ciężkimi jądrami, fotonami i inne. Lekkie jądra to jądra izotopów wodoru: proton, deuterondeuterondeuteron i trytontrytontryton oraz jądro ${}_2^4\mathrm{He}$, czyli cząstka $\alpha$. Jądra pierwiastków cięższych od helu nazywane są ciężkimi jonami. W reakcjach z ciężkimi jonami zostały wytworzone jądra wszystkich pierwiastków o liczbie atomowej większej niż 101. Reakcje wywoływane fotonami (kwantami $\gamma$) nazywane są reakcjami fotojądrowymi.

Przy podziale według energii (podawanej w elektronowoltacheV, elektronowoltelektronowoltach) padających cząstek $E_x$ rozróżnia się:

• reakcje niskich energii, gdy $E_x<1\mathrm{MeV}$

• reakcje średnich energii dla $1MeV\le E_x\le 100MeV$

• reakcje wysokich energii, dla $E_x>100\mathrm{MeV}$

Do reakcji wywoływanych przez cząstki o wysokich energiach należą reakcje wywoływane promieniowaniem kosmicznym.

Ze względu na masę uczestniczących w reakcji jąder atomowych rozróżnia się:

• reakcje zachodzące na jądrach lekkich, czyli jądrach o liczbie masowej $\mathrm{A}<50$,

• reakcje zachodzące na jądrach średnich o liczbie masowej $50\le A\le 100$,

• reakcje zachodzące na jądrach ciężkich - o liczbie masowej $\mathrm{A}>100$.

Przy klasyfikacji według rodzaju reakcji ze względu na substraty i produkty wyróżnia się:

• reakcje syntezy (reakcje fuzji), na przykład łączenie jąder deuteru i trytu w jądro helu: ${}_1^2\mathrm{H}+{}_1^3\mathrm{H}\to {}_2^4\mathrm{He}+n$

• reakcje wymiany, na przykład pierwsza reakcja jądrowa przeprowadzona przez Rutherforda: ${}_7^{14}\mathrm{N}+{}_2^4\mathrm{He}\to {}_8^{\mathrm{17}}\mathrm{O}+p$

• reakcje podziału (rozszczepienia, rozpadu), na przykład reakcja rozszczepienia jądra uranu 235 przez neutron: ${}_{92}^{235}\mathrm{U}+n\to {}_{\mathrm{37}}^{\mathrm{90}}\mathrm{Rb}+{}_{55}^{144}\mathrm{Cs}+2n$

W reakcji syntezy, która zachodzi w bardzo wysokich temperaturach, następuje łączenie dwóch lekkich jąder w cięższe. Powstaje też nowa cząstka.

Reakcja wymiany polega na dołączeniu do jądra bombardującej je cząstki i emisji innej cząstki z powstałego jądra.

Reakcja rozszczepienia to zwykle podział ciężkich jąder pod wpływem wnikających w nie neutronów. Produktami reakcji są dwa lżejsze jądra i tak zwane neutrony wtórne.

Reakcje jądrowe, podobnie jak chemiczne, dzielimy na reakcje egzo- i endoenergetyczne. W reakcji egzoenergetycznej wydziela się energia. W reakcji tej całkowita energia spoczynkowa produktów jest mniejsza niż całkowita energia spoczynkowa substratów reakcji, a więc część masy zamienia się na energię, która jest wydzielana głównie w postaci energii kinetycznej produktów reakcji. Przykładem reakcji egzoenergetycznych są rozpady promieniotwórcze i reakcje rozszczepienia.

W reakcjach endoenergetycznych konieczne jest dostarczenie energii w postaci energii kinetycznej substratów. Przykładem może być reakcja powstawania w górnych warstwach atmosfery izotopuizotopizotopu węgla ${}^{14}\mathrm{C}$:

Neutrony powodujące tę reakcję mają dużą energię kinetyczną. Reakcja ta jest też przykładem reakcji wymiany. Do jądra azotu został dołączony neutron, a proton został wyrzucony z jądra.

Podział reakcji na różne typy nie zawsze jest jednoznaczny. Ta sama reakcja może być przyporządkowana do różnych typów.

Rozpady promieniotwórcze, zachodzące samorzutnie w przyrodzie, nazywane są przemianami jądrowymi (alfa, beta, gamma).

We wszystkich reakcjach jądrowych obowiązują prawa zachowania: energii, ładunku, liczby nukleonów, pędu i momentu pędu. Jest to szczegółowo wyjaśnione w e‑materiałach: „Zasada zachowania ładunku elektrycznego i całkowitej liczby nukleonów w reakcjach jądrowych”, „Zasada zachowania energii w reakcjach jądrowych”, „Zasada zachowania pędu i momentu pędu w reakcjach jądrowych”.

Słowniczek