Nuklearna fizika nstruktura atomske jezgre nradioaktivni raspadi nzakon

Nuklearna fizika nstruktura atomske jezgre nradioaktivni raspadi nzakon radioaktivnog raspada nnuklearane reakcije: fisija i fuzija

Građa atomske jezgre • Nuklearna fizika – proučava atomsku jezgru (NUKLEUS) • Građa jezgre- NUKLEONI: protoni (pozitivno nabijene čestice) i neutroni (neutralne čestice) • Neutron – kasno otkriven jer ga u prirodi nema slobodnog

• • Broj protona Z – ATOMSKI BROJ broj protona = broju elektrona • Broj neutrona N • Ukupni broj nukleona A – NUKLEONSKI ili MASENI BROJ ( A = Z + N) • IZOTOPI – jednak Z različit N (npr. O – 16, O -17, O -18 ili H-1 vodik, H-2 deuterij, H– 3 tricij

Nukleone na okupu drži JAKA NUKLEARNA SILA

Osnovne sile u prirodi MEĐUDJELOVANJE (INTERAKCIJA) NABOJ RELATIVNA JAČINA jako nuklearno boja 1 elektromagnetsko električni naboj 10 -2 slabo nuklearno slabi naboj 10 -5 gravitacijsko masa 10 -39

Maria i Pierre Curie Henri Becqurele Marie Sklodowska-Curie

Radioaktivnost • Radioaktivni raspad – proces spontanog mjenjanja atomske jezgre bez vanjskog utjecaja • Vrste radioaktivnosti – alfa zračenje, beta zračenje i gama radioaktivnost

Alfa zračenje • Spontano emitiranje dva p i dva n (jezgra helija) • Početna jezgra pretvara se u drugu jezgru s 2 p i 2 n manje

Beta zračenje • Beta – minus zračenje: sponatano pretvaranje jednog neutrona u proton • Početna jezgra se pretvara u drugu

• Beta – plus zračenje: spontano pretvaranje jednog protona u neutron

Gama raspad • Elektromagnetsko zračenje (fotoni) koje emitiraju atomske jezgre • Fotoni vrlo visoke energije – Me. V

• Radioaktivno zračenje - zračenje vrlo velike energije • Razlika prodiranja pojedinog zračenja kroz materijale

Zakona radioaktivnog raspada • Broj jezgri nekog elementa koji se raspada • Zakon radioaktivnog raspada –statistički opis vanjske manifestacije

• Vrijeme poluraspada izraženo preko konstante raspada • Aktivnost Zakon radioaktivnog raspada

• Primjer: Radioizotop stroncija ima vrijeme poluraspada 29 godina. Za koje se vrijeme početna količina radioaktivnog stroncija smanji na jednu desetinu početne količine? Rješenje: t = 96. 3 godine

• drugi način t =96. 3 godine

Nuklearne reakcije • masa se pretvara u energiju E = mc 2 - nuklearna energija • atomska jedinica mase u (1/12 mase atoma ugljika-12) • u = 1. 66 10 -27 kg E = 1 u c 2 E = 1. 66 10 -27 kg (2. 99 108 m/s)2 E = 1. 49 10 -10 J E = 931, 5 Me. V – energija koja se dobije pri pretvorbi 1 u

Defekt mase • ukupna masa jezgre mj uvijek je manja od zbroja masa nukleona koji čine jezgru • razliku nazivamo defekt mase • pri nastanku atomske jezgre dio mase prijeđe u energiju – energija vezanja Ev

Energija vezanja po nukleonu

Fisija • teška jezgra raspada se na dvije lakše uz oslobađanje energije

Lančana reakcija • • lančana reakcija - pri procesu se oslobode neutroni koji mogu dovesti do inducirane fisije termalni neutroni – energija odgovara energiji termičkog gibanja T = 300 K, E = 0, 025 e. V - 0, 04 e. V moderatori (obična voda, teška voda, grafit) – usporavaju neutrone kritična masa – odgovarajuča količina materijala da bi se odvijala lančana reakcija

Atomska bomba HIROSHIMA 6. 8. 1945. “LITTLE BOY” NAGASAKI 9. 8. 1945. “FAT MAN” • Hiroshima: • 140 000 žrtava (još više od radijacije) • temepratura blizu središta eksplozije 5000 C • udarni val vjetra 800 km/h • vreli gljivasti oblak visok 15 250 metara

Nuklearna elektrana • kontrolirana fisija • regulacijski štapovi od kadmija, broma – elementi koji apsprbiraju neutrone • nuk. energija grije vodu, para pokreće turbinu, turbina pokreće generator

Černobil • najveća ekološka katastrofa novijeg doba • 26. 4. 1986. u 1 sat 23 minute eksplozija na 4. reaktoru • noćna smjena radila pokus i jedan operater opteretio reaktor • od 25 kontrolnih šipki u reaktoru ostalo 6 • drugi operater isključio dovod vode koja hladi i nastala je eksplozija • radioaktivni oblak nošen vjetrom išao prema Skandinaviji te središnjoj i jugoistočnoj Europi • 5. -ti dan oblak nad Hrvatskom

• od posljedica radijacije preminulo 200 000 do 400 000 (neslužbeni izvori, vlasti taje podatke) • dan i po nakon eksplozije u obližnjem gradu Pripjata radijacija 300 000 puta veća od “normalne” • danas radijacija 100 metara od reaktora 50 000 puta veća od “normalne” • područje Černobila neseljivo tek za oko 600 godina Na slici se vidi sarkofag oko 4. reaktora

Fuzija • proces u kojem se spaja više lakih atomskih jezgri u težu jezgru pri čemu se oslobađa energija

Izvor energije na Suncu • energija Sunca je fuzionog porijekla • temperatura Sunca: - površina 6000 K - unutrašnjost 1. 5 107 K • spajanje 4 protona u česticu uz oslobađanje energije E = mc 2

Nastajanje helija u Suncu

“Mini zvijezda” na Zemlji • Dobivena energija fuzijom veća nego fisijom: • pri pretvorbi 1 g vodika pri procesu fuzije oslobodi se 7. 6 puta više energije nego pri pretvorbi 1 g ugljika pri procesu fisije PREDNOSTI: • produkti nisu radioaktivni • nije potrebna kritična masa PROBLEMI: • potrebna visoka temperatura da bi se postigle visoke kinetičke • potrebno održati stanje plazme

• Magnetna boca – magnetno polje u obliku boce, čestice se gibaju spiralno i ne mogu “pobjeći • Tokamak – magnetsko polje oblika torusa, sastoji se od dva magnetna polja koja daju rezultantno polje u kojem se giba plazma

H – bomba (termonuklearna bomba) • tisuću puta jača od atomske (fisijske) bombe • zemlje koje posjeduju H – bombu: SAD, Rusija, Francuska, Ujedinjeno Kraljevstvo, Kina i Indija • atomska bomba kao upaljač H - bombe