Reakcja jądrowa: Różnice pomiędzy wersjami
[wersja przejrzana] | [wersja nieprzejrzana] |
m odwrotnie |
|||
Linia 8: | Linia 8: | ||
== Notacja == |
== Notacja == |
||
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: |
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: |
||
:<math>{}^{ |
:<math>{}^{34}_{}\hbox{Se}\;\to\;{}^{34}_{\ }\hbox{Se}^{∗}+math> |
||
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): |
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): |
||
: <math>{}^2\hbox{D}\;+{}^1\hbox{H}\to {}^3\ |
: <math>{}^2\hbox{D}\;+{}^1\hbox{H}\to {}^3\*n (neutron), |
||
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: |
|||
*n (neutron), |
|||
*p (proton, jądro protu, [[wodór|wodoru-1]] – <sup>1</sup>H), |
*p (proton, jądro protu, [[wodór|wodoru-1]] – <sup>1</sup>H), |
||
*d (deuteron, jądro [[deuter]]u – <sup>2</sup>H), |
*d (deuteron, jądro [[deuter]]u – <sup>2</sup>H), |
Wersja z 14:10, 9 gru 2012
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
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:
- Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle {}^{34}_{}\hbox{Se}\;\to\;{}^{34}_{\ }\hbox{Se}^{∗}+math> 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): : <math>{}^2\hbox{D}\;+{}^1\hbox{H}\to {}^3\*n (neutron), *p (proton, jądro protu, [[wodór|wodoru-1]] – <sup>1</sup>H), *d (deuteron, jądro [[deuter]]u – <sup>2</sup>H), *t (tryton, jądro [[tryt]]u – <sup>3</sup>H), *α ([[cząstka alfa]], jądro <sup>4</sup><sup></sup>He), *β<sup>-</sup> (cząstka beta minus, [[elektron]]), *β<sup>+</sup> (cząstka beta plus, [[pozyton]]), *γ ([[foton]] [[promieniowanie gamma|promieniowania gamma]]) itp. Reakcja przywołana na początku rozdziału może więc być zapisana w postaci: :<math>{}^{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
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
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
gdzie X i Y są odpowiednio – jądrem początkowym i końcowym, natomiast a i b – innymi cząstkami. Szczególnym przypadkiem takiej reakcji jest zderzenie elastyczne
w którym nie zmienia się energia kinetyczna układu jądro-cząstka (w ścisłym znaczeniu nie jest to wówczas przemiana jądrowa) oraz zderzenie niesprężyste
w którym jądro końcowe znajduje się w stanie wzbudzonym.
Jeżeli reakcja jądrowa wywoływana jest przez kwant γ, reakcję taką nazywa się fotojądrową
Natomiast, gdy cząstka oddziałująca z jądrem łączy się z nim, a energia jest wypromieniowywana w postaci kwantu 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
- Osobny artykuł:
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):
Zobacz też
Bibliografia
Adam Strzałkowski: Wstęp do fizyki jądra atomowego. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1978.