Reakcja jądrowa

Reakcje jądrowe to procesy zachodzące w jądrach atomowych. W ich wyniku powstają jądra atomowe innych pierwiastków, innych izotopów tego samego pierwiastka lub jądra tego samego izotopu w innym stanie energetycznym.

Reakcje jądrowe można ogólnie podzielić na

• reakcje syntezy, w których powstają jądra o większej liczbie atomowej
• reakcje rozpadu, gdy liczba atomowa produktów reakcji jest mniejsza; do reakcji tych zalicza się również rozpad gamma, w którym liczba atomowa pozostaje stała, natomiast zmniejsza się energia jądra.

Reakcje jądrowe w przyrodzie

Reakcje jądrowe są procesami powszechnymi w naturze. Synteza jądrowa zachodzi np. na masową skalę we wnętrzach gwiazd. Reakcje rozszczepienia 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.

Naturalne przemiany jądrowe opisuje tabelka.

Wymuszone reakcje jądrowe

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

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):

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

Zobacz też

• nukleosynteza
• cykl protonowy
• reakcje pikojądrowe

Bibliografia

Adam Strzałkowski: Wstęp do fizyki jądra atomowego. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1978.brak strony w książce