DEFEKT MASE I STABILNOST JEZGRA Mase jezgra izaraavaju

DEFEKT MASE I STABILNOST JEZGRA

Mase jezgra izaražavaju se i mere u atomskim jedinicama mase (u). Atomska jedinica mase jednaka je 1/12 mase atoma ugljenika čije je jezgro izotop 12 C. 3 U ovoj skali mase protona, neutrona i jezgra urana (238 U) iznose: mp= 1, 00782 u, mn= 1, 00876 u, m. U= 238, 0486 u Precizna merenja mase jezgra pokazuju da je masa mirovanja jezgra Mj za svako jezgra pokazuju da je masa mirovanja protona i neutrona koji ulaze u njegov sastav, tj. : Mj < Zmp + Nmn

• Za sva jezgra u prirodi postoji pozitivan defekt mase ∆M, definisan kao: ∆M = Zm p + Nmn – Mj Defekt mase je nepromenjivo svojstvo svakog jezgra koje nam pomaže pri klasifikaciji jezgra i razumevanju njegove strukture. Smanjivanje mase sistema čestica za veličinu jednaku defektu mase znači da se umanjila energija sistema čestica za veličinu jednaku energiji veze jezgra B (Z, N). Energija veze jednaka je proizvodu defekta mase i brzine svetlosti na kvadrat, tj. : • B(Z, N) = (Zmp + Nmn – Mj) c 2 = ∆Mc 2 • Za jezgro od Z protona i N neutrona potrebno je uložiti iz spoljašnje sredine energiju jednaku B (Z, N) je količina energije koja se dobija u vidu visokoenergetskih gama-kvanata pri formiranju jezgra iz slobodnih nukleona.

• Energija veze je veoma velika u odnosu na energetske veličine u našem svetu. Preciznim spektroskopskim merenjima nađeno je da masa jezgra helijuma iznosi: • m ( 4 He) = 4, 0026 u. • Kako je 2 (mp + mn) =4, 0320 u, nalazimo da je defekt mase jezgra helijuma jednak 7/1 000 delova njegove mase. Prema tome, defekt mase jezgra helijuma iznosi: • ∆m ( 4 He) = 0, 0294 u. • Ovaj defekt mase odgovara vezivnoj energiji od: • B(2, 4)=∆M (4 He) c 2=4, 53*10 -12 J=28, 3 Me. V.

• Vezivna energija jednog mola helijuma iznosi 2, 7*1012 J. Ovolika količina energije dobija se sintezom jednog mola helijuma iz slobodnih nukleona. • Važna karakteristika za svako jezgro je energija veze po jednom nukleonu definisana kao f = B(Z, N)/A. Ukoliko je f utoliko je i jezgro stabilnije u odnosu na moguće raspade i transformacije. Srednja vrednost po svim jezgrima u prirodi, energija veze po nukleonu iznosi približno 8 Me. V.

RADIOAKTIVNI RASPADI JEZGRA • Prva saznanja o raspadima jezgra potiču s kraja 19 veka. Sistematskom analizom uranovih ruda izdvojena su još dva elementa sa istim osobinama: polonijum (Po) i radijum (Ra). Po radijumu je prodorno zračenje nazvana radioaktivno, a pojava radioaktivnosti. • Anri Bekerel, Pjer Kiri, Marija Skalodovska-Kiri, kao i mnogi drugi fizičari i hemičari na početku 20. veka otkrili su da radioaktivni elementi sa Z > 83 emituju tri vrste zraka (α, β, γ). Ovi zraci razlikuju se po sposobnostima prodiranja kroz materijale, kao i po ponašanju u električnim i magnetnim poljima.

• α-zraci su jezgra helijuma naelektrisanja +2 e, mase približno 4 puta veće od mase protona. Kreću se brzinom od nekoliko hiljada kilometara u sekundi. Mogu da se potpuno apsorbuju listom hartije • β-zraci su visoko energetski elektroni koji imaju širok spektar brzina sve do brzina bliskih brzini svetlosti. Potpuno se apsorbuju listom aluminijuma debljine 1 mm. • γ-zraci su najprodorniji. To je visokoenergijsko elektromagnetno zračenje koje ne skreće ni u električnim, ni u magnetnim poljima. Prodiru kroz olovnu ploču debljine nekoliko centimetara. • α, β, γ-zraci dolaze iz jezgra. Emisijom γ-zraka jezgro prelazi iz nekog energijski višeg u neko energijski niže stanje.

• Prilikom emisije α-čestice jezgro, osim energijskih, doživljava i druge promene. Ova pojava se zove α-raspad. Maseni broj se menja za 4 jedinice, a redni za 2. • Emisijom β-čestica jezgro ne menja maseni ali zato menja redni broj. Emisijom elektrona povećava se redni broj za 1 a emisijom pozitrona smanjuje za 1. • Energijski spektri α i β-čestica su suštinski različiti; α-čestice imaju uvek tačno definisanu kinetičku energiju, dok β-čestice imaju kontinuiran spektar kinetičke enrgije od 0 do neke maksimalne energije E 0.

• Odredićemo sada formulu za smanjivanje broja radioaktivnih atoma u fonkciji vremena za radioaktivni element sa periodom poluraspada T 1/2. Označimo sa N 0 broj radioaktivnih atoma u trenutku t = 0. Posle isteka prvog perioda poluraspada broj radioaktivnih atoma biće – N 0/2 n. Dakle: • N = N 0 1/2 n • Posle isteka vremena t = n. T 1/2 u posmatranom radioaktivnim uzroku ostaće još uvek ukupno neraspadnutnih atoma: • N = N 02 -n = N 02 -t/T 1/2

• Hvala na pažnji • Radoje Brajović • Nikola Klasanović II/1