Fyzika atomového jádra – maturitní otázka

 

   Otázka: Fyzika atomového jádra

   Předmět: Kosmetika

   Přidal(a): Denča

 

 

Fyzika atomového jádra

• Zabývá se jádrem atomu, jádro obsahuje téměř veškerou hmotnost atomu

 

V jádru 2 druhy částic:

1. Protony
2. Neutrony

• Jsou prakticky identické
• Téměř stejná hmotnost
• Proton (+ e) náboj (elementární)
• Neutron (- e) náboj
• Protony + neutrony – nukleony
• Nukleony v jádře vázány jadernými silami (silné)

 

• Vlastnosti jaderných sil

• • Přitažlivé bez ohledu na náboj
  • Nejintenzivnější síly
  • Krátký dosah (= 2 × 10^-15m)
  • Jeví stav nasycení

 

• Základní označení
  • Protonové číslo – udává počet protonů (Z), určuje také typ chemických prvků a pořadí v PSP
  • Nukleonové číslo – počet nukleonů (A)

 

Izotopy

• Prvky, jejichž jádra mají stejná protonová, ale různá nukleonová čísla

Např. izotopy uhlíku – , ; izotopy vodíku –  (lehký vodík),  (těžký vodík),  (supertěžký vodík)

• Izotopy mají stejné chemické vlastnosti, ale liší se fyzikálními vlastnostmi
• Nejdůležitější používané prvky jsou izotopy uranu (lze použít k výrobě jaderné zbraně),  (nelze použít k výrobě jaderné zbraně)
• Nukleony nejsou elementární (nejmenší) částice, ale skládají se ze 3 kvarků, mezi kvarky působí silné jaderné síly
• Energie nukleonu v jádře nemůže nabývat jakýchkoliv hodnot, ale je kvantována
• Energie jádra

 

o   Jestliže jádro vzniká z volných nukleonů, uvolňuje se energie, kterou nazýváme jaderná = Jádro má menší hmotnost, než je součet hmotností nukleonů, rozdíl nazýváme hmotnostním schodkem jádra (△m)

o   △m = Součet hmotností všech nukleonů v jádře – hmotnost jádra

o   Každé jádro má určitou vazebnou energii, vazebná energie souvisí s hmotnostním schodkem tímto Einsteinovým vztahem – E_V = △m × c²

o   Dodáme-li jádru vazebnou energii, rozložíme jej na jednotlivé volné nukleony

 

Jaderná energie

·         Rozdíl mezi chemickou a jadernou reakcí

·         Při jaderné se mění jádro atomu (jde o přeměnu jednoho prvku na jiný)

·         Při chemické reakci se jádro nemění

 

Jaderné reakce rozdělujeme:

1.       Jaderné štěpení

·         Těžká jádra se štěpí na dvě lehčí

·         Využití: Jaderný reaktor, jaderná bomba

2.       Jaderné slučování (jaderná fúze/syntéza)

·         Ze dvou lehčích jader vzniká těžší jádro

·         Tato reakce probíhá ve všech hvězdách, ve Slunci se slučují 2 jádra vodíku na jádro vodíku, podmínkou slučování je velmi vysoká teplota

·         Využití: zatím se zkoumá, ale existuje vodíková bomba, která má daleko ničivější účinky než štěpná, zatím nepoužita

·         Při všech jaderných reakcích se uvolňuje značné množství energie

·         Látka je ve formě plazmy, což je směs volných elektronů a holých jader

 

Radioaktivní záření

Atomová jádra mohou být:

1.       Stabilní

2.       Nestabilní

 

1)      Stabilní

o   Jádra mohou existovat v nezměněném stavu neomezeně dlouho

 

2)      Nestabilní

o   Mohou se měnit na jádra jiná

 

Radioaktivita

·         Objev radioaktivity Henry Becquerel

Marie Curie – žačka H. B.

+ Piere Currie

= Přírodní radioaktivita

 

·         3 základní typy radioaktivity

1)      Záření α (alfa)

o    Proud letících héliových jader (2p 2n)

o    Vlastnosti – malá rychlost, pronikavost

o    Odstíníme listem papíru, malá vrstva vzduchu

o    Pro člověka nebezpečné – vdechnutí, požití ozářené potraviny

o    Ionizující záření (z neut. at. → ionty)

 

2)      Záření β (beta)

o    Rozlišujeme záření β- (elektrony) a β+ (pozitrony – „kladný elektron“)

o    Vlastnosti – ionizuje prostředí, vetší dolet než záření α, větší energie než α

o    Odstíníme tenkým plechem

 

3)      Záření  γ (gama)

o    Ionizuje prostředí

o    Větší energie než α a β – větší dolet

o    Neexistuje samostatně, vždy doprovází záření α a β

o    Elektromagnetické záření

o    Odstínění vrstvou olova, železa, betonu

 

Další dělení radioaktivity:

1.       Přirozená – samovolný rozpad nestabilních jader (Curie, Sklodowská, Becquerel)

2.       Umělá – nestabilita vyvolána uměle, původní stabilita jádra se mění na radionuklid (Joliot, Joliot – Curie)

 

Základní zákon Radioaktivní přeměny

·         Vyjádřen exponenciální funkcí

 

N – počet nukleotidů, dosud nepřeměněných jader

N₀ – počet jader na počátku

e – Eulerovo číslo… e = 2,71

t – čas

T – poločas rozpadu

Λ – přeměnová konstanta

 

Počet radioaktivních jader klesá exponenciálně s číslem

 

Neutronové záření

·         Proud neutronů

·         Uměle vyvolané jaderné reakce

·         Slabě interaguje s hmotou

·         Značně pronikavé a nebezpečné

·         Odstínění – materiály z lehkých prvků (H, C)

 

Využití radioaktivního záření

·         Jaderná energetika

·         Jaderné zbraně

·         Průmysl – defektoskopie

·         Měření tloušťky materiálu

·         Stopovací metody (únik kapalin a netěsnost)

·         Medicína – diagnóza, radiofarmaka¨

·         Diagnostika

·         Radioterapie

·         Radiochirurgie (Leksellův gama nůž)

·         Sterilizace materiálu

·         Ochrana skladovaných potravin

·         Archeologie

·         Balneologie – Radonová vada