Reakcje jądrowe i sztuczna promieniotwórczość

1.

Reakcje jądrowe

Wszystkie jądra mogą brać udział w procesach zderzeń i w ich wyniku ulegać różnym przemianom. Procesy te noszą
ogólną nazwę reakcji jądrowych. We wszystkich reakcjach jądrowych zachowany jest całkowity ładunek
(liczba Z) i całkowita liczba nukleonów (A), np.

W tej reakcji powstaje stabilny izotop

17

O. Powyższa reakcja jest pierwszą reakcję jądrową, którą odkrył Rutherford

w 1919 r. bombardując jądra azotu cząstkami α (emitowanymi przez jądra

214

Po).

Niekiedy reakcje jądrowe prowadzą do powstania izotopów niestabilnych (promieniotwórczych) znanych
pierwiastków, np.

Promieniotwórczy izotop

30

P* rozpadnie się samorzutnie, emitując cząstkę β

+

, czyli pozyton (antycząstkę elektronu):

Ogólnie reakcję jądrową zapisujemy w postaci : a + X → b + Y

gdzie a jest cząstką bombardującą, X – jądrem-tarczą, Y i b odpowiednio jądrem i cząstką powstałymi w wyniku
reakcji.

Często stosuje się uproszczony zapis X(a,b)Y, lub gdy interesuje nas tylko typ reakcji – (a,b).

2.

Reakcje jądrowe możemy podzielić ze względu na

a)

Bilans energii

- egzoenergetyczne, Q > 0
- endoenergetyczne, Q < 0

b) rodzaj powstającego jądra atomu

- reakcja analizy (podziału) Z

Y

< Z

X

- reakcja sytezy (łączenia) Z

Y

> Z

X

- reakcja wymiany

Z

Y

= Z

X

Wszystkie reakcje jądrowe podlegają następującym prawom

1) Prawo zachowania ładunku,
2) Prawo zachowania nukleonów (liczby masowej i atomowej),
3) Prawo zachowania pędu,
4) Prawo zachowania spinu,
5) Prawo zachowania masy – energii.

3.

Reakcja rozszczepienia (analizy – podziału)

4.

Reakcja syntezy (łączenia)

5.

Synteza jądrowa (termojądrowa)

Jako paliwo termojądrowe można wykorzystać szereg substancji.

Podstawowym warunkiem uzyskania kontrolowanej reakcji termojądrowej jest utrzymanie
stabilnej, wysokiej temperatury dziesiątek i setek milionów stopni w pewnej objętości
deuteru lub jego mieszaniny z trytem. Przy tak wysokiej temperaturze gaz będzie całkowicie
zjonizowany; taki stan gazu nazywamy plazmą. Zauważmy, że jeżeli problem kontrolowanej
reakcji termonuklearnej zostanie rozwiązany, to ludzkość rozwiąże problem braku energii na
zawsze.

Cykl wodorowy (w gwiazdach – np. w jądrze Słońca n

ajcz

ęś

ciej (86%) zachodzi cykl ppl)

Podstawową reakcją zachodzącą w gwiazdach jest „spalanie” wodoru. Zaczyna się ono przy
temperaturze 5x10

6

K trwa przy powolnym wzroście temperatury,

Deuteron wyłapuje proton w szybkiej reakcji

Ponieważ reakcja jest szybka stężenie deuteronu w gwiazdach jest bardzo małe. Następnie
następuje znowu szybka reakcja:

Sumarycznie

Sło

ń

ce w trakcie swojego

ż

ycia traci mas

ę

w tempie równowa

ż

nym mocy promieniowania, czyli ok.

4x10

9

kg/s. W j

ą

drze powstaje 95% całej energii wytwarzanej przez Sło

ń

ce. Oszacowano,

ż

e zawarto

ść

wodoru w j

ą

drze wynosi obecnie około 40%. Najcz

ęś

ciej (86%) zachodzi cykl ppl

Jaka energia jest uwalniana w każdej sekundzie poprzez cykl ppl ?

Więcej znajdziesz na:

http://www.if.pwr.wroc.pl/dokumenty/podreczniki_elektroniczne/podstawy_fizyki_jadra_atomow
ego.pdf

http://www.wtc.wat.edu.pl/dydaktyka/fizyka-wykRogalski/Wyklad18.pdf

http://www.ichtj.waw.pl/ichtj/general/documents/reakcje_jadrowe.pdf

http://pl.wikipedia.org/wiki/Cykl_protonowy