reakcje jądrowe - Romuald Kędzierski

Reakcje jądrowe
dr inż. Romuald Kędzierski
Wybuch bomby Ivy Mike (fot. National Nuclear Security Administration/Nevada Site Office, domena publiczna)
Przemiany jądrowe
1. Spontaniczne (niewymuszone)
 związane z przemianami alfa, beta
emisja promieniowania:
 samorzutne rozszczepienie jąder
Pierwsze obserwacje takich przemian:
Henri Becquerel – 1896 r.
Pierre Curie i Maria Skłodowska-Curie – 1898 r.
2. Wymuszone (reakcje jądrowe)
 polegają na oddziaływaniu między sobą dwóch jąder atomowych lub
jąder atomowych i cząstek
Zapis symboliczny przemian jądrowych
lub
- jądro „bombardowane” (wyjściowe)
- jądro lub cząstka „bombardująca” (wywołująca reakcję)
- jądro powstałe po reakcji lub przemianie spontanicznej
- cząstka (cząstki) emitowana w czasie przemiany jądrowej
Zasady spełnione w czasie wszelkich przemian jądrowych
 zasada zachowania pędu
 zasada zachowania energii-masy
 zasada zachowania ładunku elektrycznego:
suma liczb atomowych („dolnych”) po lewej stronie zapisu przemiany spontanicznej
lub reakcji jądrowej, ma taką samą wartość, jak ich suma po stronie prawej
 zasada zachowania liczby nukleonów:
suma liczb masowych („górnych”) po lewej stronie zapisu przemiany spontanicznej
lub reakcji jądrowej, ma taką samą wartość, jak ich suma po stronie prawej
Przemiana alfa
Rozpadowi temu ulega większość jąder i izotopów pierwiastków o
liczbie atomowej Z > 83 i liczbie masowej A>209.
Wniosek:
W czasie przemiany alfa z niestabilnego jądra, emitowana jest cząstka alfa oraz
powstaje jądro nowego pierwiastka chemicznego; przy czym jego liczba
masowa jest o 4 mniejsza, natomiast liczba atomowa o 2 mniejsza.
Przykład przemiany alfa zachodzącej w przyrodzie:
Przemiana beta minus
antyneutrino
Wniosek:
Przemiana polega na emisji z jądra nietrwałego elektronu ujemnego (tzw.
. elektrycznie cząstki elementarnej, tj. antyneutrina (o zerowej
negatonu) i obojętnej
masie spoczynkowej). W efekcie powstaje nowe jądro pierwiastka o takiej samej
liczbie masowej i liczbie atomowej o jeden większej.
Ponieważ negaton nie stanowi składnika jądra atomowego, to przemiana przebiega
tak, jak gdyby jeden z neutronów rozpadł się na proton, który w jądrze pozostaje
oraz negaton i antyneutrino, które są emitowane z jądra.
Przykład przemiany beta minus zachodzącej w przyrodzie:
Przemiana beta plus
neutrino
Wniosek:
Przemiana polega na emisji z jądra nietrwałego elektronu dodatniego (tzw.
pozytonu) i obojętnej elektrycznie cząstki elementarnej, tj. neutrina (o zerowej
masie spoczynkowej). W efekcie powstaje nowe jądro pierwiastka o takiej samej
liczbie masowej i liczbie atomowej o jeden mniejszej.
Ponieważ pozyton nie stanowi składnika jądra atomowego, to przemiana przebiega
tak, jak gdyby jeden z protonów rozpadł się na neutron, który w jądrze pozostaje
oraz pozyton i neutrino, które są emitowane z jądra.
Przykład przemiany beta minus zachodzącej w przyrodzie:
Zadanie domowe.
1. Wykorzystując układ okresowy pierwiastków, uzupełnij zapis poniższych
spontanicznych i wymuszonych przemian jądrowych
2. Wykorzystując układ okresowy pierwiastków, zapisz poniższe
spontaniczne i wymuszone przemiany jądrowe.
a. Jądro neonu zawierające 11 neutronów zostało „zbombardowane” neutronem
wskutek czego powstało jądro tlenu zawierające 18 nukleonów i wyemitowana została cząstka alfa.
b. Jądro glinu zawierające 27 nukleonów zostało „zbombardowane” cząstka alfa
wskutek czego powstało jądro fosforu oraz wyemitowany został neutron.
c. Jądro azotu zawierające 7 neutronów zostało „zbombardowane” neutronem
wskutek czego wyemitowany został proton oraz powstało jądro węgla.
d. Jądro złota zawierające 197 nukleonów zostało „zbombardowane” jądrem azotu
zawierającym 7 neutronów wskutek czego powstało jądro radonu oraz
wyemitowanych zostało 6 neutronów.
e. Jądro bizmutu zawierające 126 neutronów „zbombardowano” cząstką alfa
wskutek czego powstało jądro astatu oraz wyemitowane zostały dwa
neutrony.