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
