29) Stavba atomového jádra a jeho přeměny: experimentální metody jaderné fyziky, stavba jádra z protonů a neutronů, jaderná reakce, radioaktivita, vazebná energie jádra a způsoby jejího uvolnění, jaderný reaktor, termonukleární reakce, užití radionuklidů, elementární částice a jejich přeměny.
Experimentální metody jaderné fyziky
detektory částic:
Geiger-Müllerův počítač využívá toho že částice vyvolává ionizaci plynu v trubici
Wilsonova mlžná komora při průletu částice parou vznikají kapičky kapaliny
Bublinková komora Ionty vzniklé průletem částice se stávají zárodky bublinek
urychlovače:
lineární urychlovač - přímá urychlovací trubice s řadou válcových elektrod.
kruhový urychlovač - cyklotron
Stavba jádra z protonů a neutronů
- jádro je přibližně kulové, tvořené nukleony, které mají kladný náboj – protony, nebo jsou
elektricky neutrální – neutron
- počet protonů - protonové číslo Z
- počet nukleonů - nukleonové číslo A, počet neutronů je potom N=A-Z
- chemický prvek – látka jejíž atomy mají stejné Z
- nuklid – je látka, jejíž atomy mají naprosto stejné složení (A i Z)
- izotopy – různé nuklidy (stejné Z), ale jiný počet neutronů (např. deuterium, tritium)
Aby atomové jádro drželo po hromadě musí jaderné síly překonat elektrostatické odpudivé síly a gravitační sílu (přitažlivá).
poloměr jádra:
Radioaktivita = jaderný děj, při němž se nestabilní izotop určitého prvku (radionuklid) mění na izotop jiného prvku, přičemž se z jádra radionuklidu uvolňují určité částice.
- v přírodě jsou jednak stabilní nuklidy, a potom radionuklidy, které mají přirozenou
radioaktivitu
- 1896 - A. H. Becquerel objevil přirozenou radioaktivitu (samovolná přeměna jader)
- manželé Curieovi (M. Sklodovská) – pokusy se smolincem, objevení polonia a radia
Radioaktivní záření
záření alfa – pohlcuje ho už list papíru, jde o svazek rychle letících jader atomů helia, má silné ionizační účinky, je vychylováno v elektrickém i magnetickém poli.
záření beta (+ a -) – pohltí ho destička z hliníku. Je tvořeno rychle letícími elektrony (-) nebo pozitrony (+). Je vychylováno v elektrickém i magnetickém poli.
záření gama – je pohlcováno silnou olověnou deskou. Elektromagnetické záření s nejkratší vlnovou délkou (méně než 300 pm). Není vychylováno v polích. Jádro se excituje.
- 1934 dcera Curieových Irena + manžel – umělá radiace
poločas rozpadu:
zákon radioaktivní přeměny:
. . .přeměnová konstanta
N0 . . . počet jader v čase t = 0 s
N . . . počet jader v čase t
aktivita radioaktivního zářiče: A0 = . N0
Jaderná reakce = jaderné přeměny, k nimž dochází při vzájemných interakcích jader s různými částicemi nebo jader navzájem.
Jaderné reakce, které uvolňují energii jsou jednak reakce spojování lehkých jader – fúze, jednak reakce jaderného štěpení.
X + a Y + b - terčíkové jádro X ostřelujeme nějakou částicí a, vznikne nové jádro Y a nová
částice b
- ZZH, ZZE, ZZQ, ZZA musí platit
např. 1919 – Ruherford (umělá transmutace)
objevení protonu
vazebná energie jádra a způsoby jejího uvolnění – je rovna práci, kterou bychom museli vykonat k rozložení jádra na jednotlivé elementy. Je způsobena hmotnostním úbytkem
Jaderný reaktor
= zařízení ve kterém probíhá řízená řetězová štěpná reakce. Odstíněná tlaková nádoba, chlazená vodou (nebo i kovem), obsahující palivové články (zirkoniové tyče s oxidem uraničitým), regulační tyče (C, Cd), moderátor (voda, uhlík, těžká voda) a reflektor.
Termonukleární reakce = jaderná fúze
spočívá v tom že se dvě jádra lehkých prvků (např. deuteria) spojí v jádro těžšího prvku uvolní se velké kvantum energie. (Probíhá např. uvnitř hvězd.)
aby mohlo dojít k jaderné fúzi je nutné překonat elektrostatické odpudivé síly dodáním kinetické energie - aktivační energie (zahřátím na asi na 108K a stalačením na vysokou hustotu). Řízená jaderná syntéza probíhá v zařízení zvané tokamak, JET, a je stále ve fázi výzkumu.
Užití radionuklidů
časté je využívání jevu, že jaderné záření se při průchodu látkou oslabuje – slouží k vyhledávání skrytých materiálových vad.
Pod vlivem záření se mění vlastnosti látek (barva, polymerace, vulkanizace).
V lékařství – k diagnostice a k léčení zhoubných nádorů (ozařování).
Určování stáří hornin a fosílií (metoda radioaktivního uhlíku).
Zdroj energie (např. na družicích termočlánky)
Elementární částice a jejich přeměny
Známá je spousta druhů částic, k částicím existují antičástice (stejná hmotnost, opačný náboj)
Při srážce částice s antičásticí obě zaniknou a uvolní se dva fotony => ANIHILACE ČÁSTIC.
Foton se může rozdělit na elektron a pozitron
dělení podle spinů:
fermiony - poločíselný spin
bosony – celočíselný spin
Podle vzájemného silového působení:
Leptony – působí mezi sebou malými silami: elektron, elektronové neutrino, záporný mion, mionové neutrino, tau minus, neutrino tau
Hadrony : mezony, baryony
Fotony
Maturita.cz - referát (verze pro snadný tisk)
http://www.maturita.cz/referaty/referat.asp?id=2914