Fizyka jÄ…drowa
Rozpady jÄ…der,
promieniotwórczość, reakcje
rozszczepiania i syntezy jÄ…der
Co trzyma w całości atom i
dlaczego nie rozpada siÄ™ jÄ…dro?
14 N
p p
Odpychanie el.stat.
protonów w jądrze
Rodzaje oddziaływań
Oddziaływanie Względna Cząstki Występowanie
wartość przenoszące
oddziaływanie
Jądrowe silne ~1 8 gluonów Jądra
atomów
Elektromagnety ~10-3 Fotony Warstwy
czne atomów, urządz.
elektr.
Jądrowe słabe ~10-5 Bozony Rozpady
radioaktywne
Grawitacyjne ~10-38 Grawitony(?) Ciała niebieskie
Rozmiary jÄ…der - eksperymenty
Rutherforda
Mikroskop
Blok z
ołowiu
Ekran
fluorescencyjny
Próbka
polonu
ZÅ‚ota
folia
Do czego przydała się tu mechanika klasyczna (prawo Newtona)?
Masy jÄ…der - spektrograf masowy
y
ródło
Czy jądro (atomu) można zważyć?
Stanford Linear Accelerator
Laboratory (SLAC) in California
We wnętrzu akceleratora
Komora pęcherzykowa
Energia wiÄ…zania w atomie i w jÄ…drze
Energia Energia
jonizacji rozpadu
1 eV=10-19 J
I.D. pierwiastka (jÄ…dra)
Liczba masowa
(protony + neutrony)
A
X
Liczba atomowa
(protony)
Z
A jednak siÄ™ rozpada&
promieniotwórczość naturalna
Tor
Rad
Radon
Polon
Ołów
Przemiany jąder  szeregi promieniotwórcze
Czasy rozpadu
wewnątrz prostokątów
dotyczÄ… wszystkich
Trwały izotop
możliwych ścieżek
Pb
Układ okresowy pierwiastków
Dlaczego (jÄ…dro siÄ™ rozpada) ?
E =ð mc2
c2 =ð 3×ð108m/s
Co  siedzi w masie jÄ…dra?
Energia
przyciÄ…gajÄ…cych
się nukleonów:
E
m =ð
ujemna!
c2
E =ð
åðE +ðåðE
o p
Masy
Energia
składników
oddziaływania
składników
Defekt (niedobór) masy
A 1 1
m(ð X)ð<ð Z×ð m(ð H)ð+ð (A -ð Z) ×ð m(ð n)ð
Z 1 0
A
m(ð X)ð<ð Z×ð mprotonu +ð (A -ð Z) ×ð mneutronu
Z
A
Dðm =ð Z×ð mprotonu +ð (A -ð Z) ×ð mneutronu -ð m(ð X)ð
Z
Energia odziaływania na jeden
nukleon& . (-)
Energia
na nukleon
w MeV
Energia wiÄ…zania na nukleon
Zysk przy
rozszczepieniu
Åšrednia liczba
masowa produktów
rozpadu
Zysk przy
syntezie
E =ð
åðE +ðåðE
o p
Liczba masowa A
Kiedy reakcja jądrowa może przynieść zysk energetyczny?
Energia wiÄ…zania na nukleon w MeV
Dlaczego przy naturalnych rozpadach nie
obserwuje siÄ™ emisji pojedynczych
nukleonów?
Odp.:
Eb(A) >ð Eb(A -ð1)
Neptun239..???..Uran238 +ð neutron
7.5MeV*ð239 >ð 7.51MeV*ð238
1792.5MeV >ð1787.38MeV
E =ð
åðE -ðEb
o
Dlaczego nie obserwuje siÄ™ emisji czÄ…stek
lżejszych niż jądro helu (cząstka ą)?
Podobnie:
Eb(A) >ð Eb(A -ð 2) +ð Eb(2)
Eb(A) >ð Eb(A -ð 3) +ð Eb(3)
Dla A>140 zachodzi relacja:
Eb(A) <ð Eb(A -ð 4) +ð Eb(4)
E =ð
åðE -ðEb
o
Dlaczego pierwiastki o A>140
jeszcze się nie rozpadły?
E0(A) -ð Eb(A) >ð E0(A -ð 4) -ð Eb(A -ð 4) +ð E0(4) -ð Eb(4) +ð
(Z -ð 2)2e2
+ð
r
czyli:
-ð Eb(A) <ð -ðEb(A -ð 4) -ð Eb(4) +ð
Dodatnia (!) energia
(Z -ð 2)2e2
kulombowskiego odpychania
+ð
jÄ…dra (A-4) i czÄ…stki alfa
r
Nierówność ta spełniona jest dopiero dla r większych od pewnej granicznej
wartości r(A)
Siła Coulomba  hamulcem rozpadów
Kulombowska bariera
Reakcje (przemiany) jądrowe można
wymuszać - rozszczepienie uranu 235
powolny
neutron
Jeden z możliwych
podziałów
1 Jednostka to energia
Jedn.
zużywana na rok przez
Energia
obywatela USA
z 1 kg
uranu
Prawie to samo, ale inaczej
pokazane&
215 MeV
energii
promienie
gamma
niestabilny
izotop U-236
powolny
(oscylacje)
neutron o
neutrony mogÄ…ce
energii ~1eV
zapoczątkować
reakcję łańcuchową
Zysk energii z rozpadu
Produkty
rozpadu U235
Liczba masowa A
Zysk procentowy %
Jest i ciÄ…g dalszy&
Stabilny
Produkty
rozpadu U235
Liczba masowa A
Stabilny
Zysk procentowy %
Reakcja łańcuchowa
" Neutrony termiczne
" Kontrolowana reakcja łańcuchowa
" Lawinowa reakcja łańcuchowa
" Masa krytyczna
" Bomba atomowa i reaktor jÄ…drowy
charge face
boron control rod
hot gas
graphite moderator
reactor core
fuel element channel
heat exchanger
concrete
steel
Cut away of a
Magnox nuclear
cold gas
reactor
B-10 + neutron Li-7 + alpha + energy
Elektrownia atomowa
How Nuclear Power Acts
Pressurized Water Reactor
Boilling Water Reactor
Control the Nuclear Power Plant (Demonstration)
Liquid-Metal Fast-Breeder Reactor
Synteza deuter + tryt
Rozpędzone
czÄ…steczki
Zysk energii
z 1kg paliwa to
676 Jednostek
Porównanie!
Synteza
Rozszczepienie
Rozpędzone
czÄ…steczki
Powolny
neutron
Zysk energii
z 1kg paliwa to
676 Jednostek
676 Jednostek 176 Jednostek
Proton-Proton Chain Collision