Reakcje jądrowe

Różnice pomiędzy reakcjami

jądrowymi a reakcjami

chemicznymi

• reakcjom jądrowym ulegają jądra atomowe, w

reakcjach chemicznych zmiany następują tylko w

walencyjnej powłoce elektronowej atomów;

• izotopy danego pierwiastka wykazują niemal

identyczne właściwości chemiczne, lecz ulegają

różnym reakcjom jądrowym;

• reakcja jądrowa prowadzi z reguły do powstania

pierwiastka nie występującego początkowo, co nie

zachodzi nigdy w przypadku reakcji chemicznej;

• reakcjom jądrowym towarzyszą znacznie większe

efekty energetyczne niż reakcjom chemicznym

Porównanie efektu

energetycznego

Reakcja chemiczna

Reakcja jądrowa

spalenie 1 g metanu CH

4

1 g

235

U

ok. 50 kJ

ok. 80 000 000 kJ

Energia wiązania jądra E

wiąz

energia, która zostaje uwolniona, gdy

protony i neutrony łączą się ze sobą,
tworząc jądro

E = mc

2

gdzie c – prędkość światła w próżni

(2,99792 . 108 m/s)

Energia wiązania nukleonu

Rozpad promieniotwórczy

Nietrwałe jądra atomowe emitując cząstki
różnych rodzajów ulegają przemianie w jądra
trwalsze.

Wszystkie pierwiastki o liczbie atomowej
powyżej Z=83 (bizmut) są promieniotwórcze, a
żaden pierwiastek powyżej Z=92 (uran) nie
występuje w warunkach naturalnych na Ziemi.

Samorzutne przemiany

jądrowe

Samorzutne przemiany

jądrowe

Szereg uranowo - radowy

Szereg uranowo - radowy

Szereg torowy

Szereg uranowo - aktynowy

Szereg neptunowy

Reakcje jądrowe

• Proste reakcje jądrowe

• Kruszenie jąder

• Rozszczepienie jąder

• Reakcje termojądrowe

Synteza jądrowa

D + D 

3

He + n

D + D  T + p
D + T 

4

He + n

D + 3He 

4

He + p

Sumarycznie:
6D  2

4

He + 2p + 2n

W reakcjach termojądrowych jądra muszą się

zderzać z olbrzymią energią.

Rodzaje rozpadu jądra

rozpad 

rozpad 

wychwyt elektronu
emisja pozytonu
emisja protonu
emisja neutronu
rozszczepienie jądra

Rozpad 

emisja cząstki  ( jądra

4

He - 2 protony i 2

neutrony) powoduje zmniejszenie liczby
atomowej o 2 i liczby masowej o 4; występuje u
ciężkich jąder

Ra

226

88







4

2

222

86

Rn

Z, A



Z - 2, A - 4

Rozpad 

emisja bogatych w energię elektronów przez
jądro; rozpad polega na przemianie neutronu w
proton; liczba atomowa wzrasta o 1 bez zmiany
liczby masowej; rozpad charakterystyczny dla
lekkich jąder.

n  p + e

–

H

3

1



 e

He

3

2

Rozpad 

towarzyszy innym rozpadom jąder; jądro w
stanie wzbudzonym emituje nadmiar energii w
postaci fotonów promieniowania
elektromagnetycznego o długości fali poniżej 1
pm. Przemianie tej nie towarzyszy zmiana liczby
atomowej i masowej.

*

60

27

Co





Co

60

27

Wychwyt elektronu

jądro może wychwycić jeden z elektronów
otaczających; proton przekształca się w neutron;
liczba masowa się nie zmienia, liczba atomowa Z
zmniejsza się o 1

p + e

–

 n



 e

Ti

44

22

Sc

44

21

Emisja pozytonu

pozyton jest cząstką identyczną jak elektron, ale
posiada ładunek dodatni; proton po stracie
ładunku (pozytonu) przekształca się w neutron;
liczba atomowa maleje o 1, liczba masowa nie
ulega zmianie

p  n + e

+

Ti

43

22



 e

Sc

43

21

Emisja protonu i emisja

neutronu

zachodzi tylko w szczególnych przypadkach. Przy
emisji protonu liczba atomowa i liczba masowa
maleją o 1.

Zn

57

30

p

Cu

56
29



Przy emisji neutronu liczba atomowa się nie
zmienia, liczba masowa maleje o 1.

Se

91

34

n

Se

90
34



Inne reakcje jądrowe

147

N (,p)

178

O

94

Be (, n)

126

C

73

Li (p, 2)

2412

Mg (n, p)

2411

Na

Rozszczepienie jądra

rozpad jądra na dwa lub więcej jąder o zbliżonych
masach

rozszczepienie samorzutne

Am

244

95



I

134

53

n

3

Mo

107

42



rozszczepienie wymuszone – poprzez
bombardowanie ciężkich jąder strumieniem
szybkich neutronów

U

225

92



Ba

139

56

n

3

Kr

94
36



Reakcja łańcuchowa

W wyniku rozszczepienia

wymuszonego następuje

reakcja łańcuchowa,

powodująca rozszczepianie

następnych jąder

(eksplozja jądrowa).

Rozpad jąder atomów ma

charakter statystyczny –

nie możemy określić, które

z jąder i kiedy ulegnie

rozpadowi. Rozpadu

promieniotwórczego nie

można przyspieszyć ani

zahamować.

Okres półtrwania 

1/2

czas, w którym ulega rozpadowi połowa
początkowej liczby jąder

Nuklid (izotop)

Okres półtrwania 

1/2

3

H

12,3 lat

14

C

5,73

.

10

3

lat

15

C

2,4 s

131

I

8,05 dni

137

Cs

30,17 lat

244

Fm

3,3 ms

Dziękuję za uwagę