Jaderná fyzika (fyzika atomového jádra) – maturita

 

   Otázka: Jaderná fyzika (fyzika atomového jádra)

   Předmět: Fyzika

   Přidal(a): verunaacek14

 

 

Složení atomového jádra
– jádro je složeno z částic – nukleonu – jejich počet označuje nukleonové číslo – A (A = Z+N)

 

Nukleony

  • částice v jádře (protony i neutrony)
  • nukleony se dělí na:
    • Neutron
      • bez náboje
      • hmotnost mn = 1,0087 mu = 1,675*10-27 kg
    • Proton
      • kladný náboj
      • hmotnost  mp = 1,0073 mu = 1,673*10-27 kg

 

  • hmotnosti protonu a neutronu jsou řádově srovnatelné, hmotnost elektronu je mnohonásobně menší
  • nukleony jsou vázány v jádře jadernými silami, vlastnosti sil: přitažlivé bez ohledu na náboj, krátký dosah, jeví stav nasycení


Protonové a neutronové číslo

  • Protonové číslo
    • počet protonů v jádře
    • informuje o náboji jádra (Z.e)
    • značka: Z
  • Neutronové číslo
    • počet neutronů v jádře
    • značka: N

 

Nukleonové číslo

  • počet nukleonů v jádře
  • informuje o hmotnosti jádra (A.mu)
  • značka: A  -> A = Z + N

 

Nukleony

  • Neutron
    • ve volném stavu nestabilní – přeměňuje se na proton (+elektron a antineutrino)
  • Proton
    • jestliže jádru atomu dodáme energii může se proton přeměnit na neutron (+pozitron a neutrino)

 

Vazebná energie jádra

  • mezi nukleony působí jaderné síly (>> elektrostatické)
  • = práce, kterou je třeba vykonat, aby jádro bylo rozčleněno na jednotlivé nukleony
  • = energie, která by se uvolnila při vzniku jádra z jednotlivých nukleonů

 

Hmotnostní schodek

  • Podle ΔE=Δmc2 odpovídá změně vnitřní energie změna hmotnosti
  • = rozdíl mezi celkovou hmotností nukleonů a skutečnou hmotností jádro, z nichž je složeno

 

Vazebná energie jádra

  • hmotnost at. Jádra, vždy menší než klidová hmotnost jednotlivých nukleonů
  • u jednotlivých nuklidů se liší

 

Radioaktivita

= schopnost některých atomových jader vysílat záření
přirozená – radioaktivní prvky běžně se vyskytující v přírodě
umělá – radioaktivní prvky umělé vyrobeny jadernými reakcemi

  • radius – paprsek, activitas – činnost (z lat.)
  • objevena 1896
    • Henry Becquerel
    • při studiu fluorescence uranové soli
  • 3 druhy záření (a, b, g)
    • liší se např. schopností pronikat látkou, chováním v magnetickém poli

 

Záření α

  • svazek rychle letících jader atomů helia (kladný náboj)
  • ­rychlost ® silné ionizační účinky (než se zabrzdí vytvoří 105 iontů ve vzduchu)
  • pohlcuje se listem papíru, oděvem, ve vzduchu se pohltí po uběhnutí několika cm

 

Záření β

  • proud elektronů, které vyletují z jádra
  • rychlost se blíží rychlosti světla
  • elektrony vznikají v jádře přeměnou neutronu
  • pohlcuje se tenkým hliníkovým plechem, plexisklem

 

Záření β+

  • tvořeno kladně nabitými pozitrony (antičástice elektronu)
  • vyzařováno některými umělými radionuklidy při jaderných přeměnách
  • vzniká v jádře přeměnou protonu

 

Záření g

  • elektromagnetické záření o velmi malé λ
  • nejpronikavější
  • lze oslabit silnou vrstvou materiálu obsahujícího jádra těžkých kovů (olovo, beton,…)

 

a, b, g v magnetickém poli

  • a, b+ – Fleming. pravidlo levé ruky
  • b – Fleming. pravidlo pravé ruky
  • a menší zakřivení než b
    • způsobené ­ hmotností
  • g se nevychyluje
    • vlnění

 

Poločas přeměny

  • značí se T
  • doba, za kterou se rozpadne polovina původního počtu jader

 

Aktivita radioaktivního zářiče

  • značka: A, jednotka: Bq (becquerel)
  • = počet nepřeměněných jader v daném okamžiku
  • 1 Bq – 1 přeměna za 1 s

 

Zákon radioaktivních přeměn

N = N0e –(ln2/T)*t

A = A0e –(ln2/T)*t

Λ = ln2/T

N = N0e Λt

A = A0e Λt

  • N – počet jader v čase t
  • N0 – počet jader na počátku (t=0)
  • e – Eulerovo číslo (2,71…)
  • λ – přeměnová konstanta (relativní úbytek jader za 1 s)

 

Další veličiny

  • Dávka – energie záření, kterou pohltí ozářený lidský organismus
    • Jednotka: Gy (grey)
  • Dávkový ekvivalent – jak nebezpečnému záření byl člověk za určitou dobu vystaven
    • Jednotka: Sv (sievert)

 

Vazebná energie jádra

  • vazebná energie na 1 nukleon
  • j = Ej/A

 

Jaderné reakce

  • jaderná přeměna vyvolaná vzájemným působením (srážkou) s jinými jádry nebo částicemi
  • platí zákony zachování (energie, hybnosti, hmotnosti, elektrického náboje)

 

Příklady jaderných reakcí:

  • Jaderná syntéza
    • spojováním lehčích jader vznikají jádra těžší (stabilnější)
    • uvnitř hvězd
    • jde jen po Fe
    • např.: (uvolní se 3,27 MeV)
  • Jaderné štěpení
    • štěpením těžkých jader vznikají stabilnější jádra těžší
    • využití v jaderné energetice
    • uvolní se další 3 neutrony → další štěpení → řetězová reakce

 

Neutronové zařízení

  • proud rychle letících neutronů
  • lze získat ze zdrojů v nichž probíhají jaderné reakce za vzniku neutronů (např. jaderné reakce)
  • vysoká pronikavost
  • k ochraně je třeba materiál s lehkými prvky (voda, těžká voda, parafín,…)

 

Částice

  • nestabilní (doba života 10-6 – 10-23 s)
  • vytváří se při srážkách mezi protony nebo elektrony urychlenými na vysoké energie v urychlovačích (Např. CERN v Ženevě)





Další podobné materiály na webu: