Reakcja jądrowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Przemiana jądrowa)
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Procesy jądrowe
Procesy rozpadu jądrowego

Procesy syntezy jądrowej

Reakcje jądrowe to przemiany jąder atomowych wywołane ich oddziaływaniem wzajemnym w odległości odpowiadającej zasięgowi sił jądrowych bądź też ich oddziaływaniem z cząstkami elementarnymi lub fotonami. W ich wyniku powstają jądra atomowe innych pierwiastków, innych izotopów tego samego pierwiastka lub jądra tego samego izotopu danego pierwiastka w innym stanie energetycznym. Oddziaływania jądrowe prowadzące do reakcji jądrowych nazywane są często zderzeniami.

Reakcje jądrowe można ogólnie podzielić na:

  • reakcje syntezy, w których z jąder lżejszych powstają jądra o większej liczbie atomowej lub masowej
  • reakcje rozpadu, gdy liczby atomowe lub masowe produktów reakcji są mniejsze niż substratów.

Notacja[edytuj | edytuj kod]

Przebieg reakcji jądrowych zapisuje się w postaci równań, podobnie jak przebieg reakcji chemicznych. Po lewej stronie są jądra i cząstki wchodzące do reakcji jako substraty, po prawej zaś występują produkty reakcji. Przykładowo, reakcję litu-6 z deuterem można zapisać następująco:

{}^{6}_{}\hbox{Li}\;+{}^{2}_{}\hbox{H}\;\to\;{}^{4}_{\ }\hbox{He}\;+\;{}^{4}_{\ }\hbox{He}

Dodatkowo można zaznaczyć ilość energii wydzielonej podczas reakcji (w postaci energii fotonów lub energii kinetycznej produktów reakcji). Energia ta odpowiada deficytowi masy produktów i substratów. Przykładowo: reakcja syntezy jądra helu-3 z jąder deuteru i wodoru (jedna z reakcji zachodzących na Słońcu):

{}^2\hbox{D}\;+{}^1\hbox{H}\to {}^3\hbox{He}+\gamma+5,49\;\text{MeV}

Zamiast korzystania z pełnego równania, jak pokazano powyżej, w wielu sytuacjach do opisu używa się bardziej skrótowego zapisu reakcji jądrowych w formie A(b,c)D, co jest równoznaczne równaniu A + b → c + D. Dla często występujących w reakcjach jądrowych cząstek stosowane są skróty:

Reakcja przywołana na początku rozdziału może więc być zapisana w postaci:

{}^{6}_{}\hbox{Li}(\hbox{d},{\alpha}){\alpha}

Ta forma notacji pozwala zapisać całą rodzinę reakcji jądrowych danego typu, np. reakcję strippingu (zdzierania), kiedy to np. deuteron padający na pewne jądro atomowe zostaje "obdarty" z jednego nukleonu, np. neutronu - proton wylatuje jako jeden z produktów reakcji; w skrócie jest to reakcja typu (d,p).

Reakcje jądrowe w przyrodzie[edytuj | edytuj kod]

Reakcje jądrowe są procesami powszechnymi w naturze. Synteza jądrowa zachodzi np. na masową skalę we wnętrzach gwiazd. Reakcje rozszczepienia, najczęściej inicjowane neutronami tła promieniowania mają miejsce w skorupie ziemskiej i w całym otoczeniu człowieka, w którym w niewielkiej ilości występują izotopy promieniotwórcze, oraz w atmosferze Ziemi – głównie na skutek oddziaływania promieniowania kosmicznego.

Wymuszone reakcje jądrowe[edytuj | edytuj kod]

Reakcję jądrową może wywołać oddziaływanie z inną cząstką, jądrem lub promieniowaniem. Procesowi temu towarzyszy powstawanie nowych jąder i innych cząstek. Duże znaczenie mają tzw. reakcje dwuciałowe, których schemat ma postać

\text{X}+a  \rightarrow \text{Y}+b

gdzie X i Y są odpowiednio – jądrem początkowym i końcowym, natomiast a i b – innymi cząstkami. Szczególnym przypadkiem takiej reakcji jest zderzenie elastyczne

\text{X}+a  \rightarrow \text{X}+a

w którym nie zmienia się energia kinetyczna układu jądro-cząstka (w ścisłym znaczeniu nie jest to wówczas przemiana jądrowa) oraz zderzenie niesprężyste

\text{X}+a  \rightarrow \text{X}^*+a

w którym jądro końcowe znajduje się w stanie wzbudzonym.

Jeżeli reakcja jądrowa wywoływana jest przez kwant γ, reakcję taką nazywa się fotojądrową

\text{X}+\gamma  \rightarrow \text{Y}+a

Natomiast, gdy cząstka oddziałująca z jądrem łączy się z nim, a energia jest wypromieniowywana w postaci kwantu gamma

\text{X}+ a \rightarrow \text{Y}+\gamma

wówczas mówi się o chwytaniu lub wychwycie radiacyjnym.

Tego typu reakcje mogą również występować w przyrodzie, mogą być również wywołane sztucznie dzięki strumieniom cząstek uzyskiwanym w reaktorach atomowych lub akceleratorach.

Przemiany jądrowe mogą również mieć charakter wielociałowy, np. gdy na skutek oddziaływania z jakąś cząstką lub promieniowaniem jądro ulega rozpadowi na dwa lub więcej fragmentów, czemu towarzyszy emisja innych cząstek. Taki proces wymuszonego rozszczepienia jądra nosi nazwę spalacji.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Odkrycie, że jądra mogą ulegać przemianom, oraz pierwsze badania tych przemian i opis reakcji jądrowych ludzkość zawdzięcza Ernestowi Rutherfordowi i Marii Skłodowskiej-Curie. Również Rutherford przeprowadził pierwszą wymuszoną reakcję jądrową w 1919 r. Bombardował on azot cząstkami α (jądrami helu), uzyskując w rezultacie jądra izotopu tlenu i protony (jądra wodoru):

{}^{14}_{\ 7}\hbox{N}\;+\;\alpha\to\;{}^{17}_{\ 8}\hbox{O}\;+\;p

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

Adam Strzałkowski: Wstęp do fizyki jądra atomowego. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1978.