Pregătite de: B. Horváthová

proprietățile

Nucleii atomici sunt sisteme complexe. Sunt formate din nucleoni t. j. neutroni și protoni. Numai nucleul unui atom de hidrogen este un sistem simplu. Compoziția nucleelor ​​este importantă nu numai pentru fizică, ci și pentru chimie. Sarcina electrică a nucleului qj = + Ze, e = 1.602 * 10 -19 C, depinde doar de numărul de protoni.

Nuclizi este format din atomi ale căror nuclee au același număr de protoni Z și același număr de nucleoni A. Izotopi sunt nuclei diferiți ai unui element, au același număr de protoni și numere de nucleoni diferiți, deci au și mase diferite.

Este interesant să calculăm suma maselor de nuclee din nucleul m`j = Zmp + Nmn, să le comparăm cu masa reală, determinată experimental a nucleului mj. Masa nucleului este întotdeauna mai mică decât suma mase de protoni și neutroni. mj 2, unde? m este modificarea greutății de repaus a sistemului.

Energia de legare Ej a unui nucleu format din protoni Z și N neutroni are pierderi de masă B j legat de relația Ej = Bjc 2, Bj = Zmp + Nmp - mj.

Cu cât este mai mare Bj, comparativ cu Zmp + Nmn cu cât nucleul este mai ușor, cu atât nucleonii din nucleu sunt mai puternici. Energie E j trebuie să furnizăm nucleul dacă vrem să îl descompunem în nucleoni individuali. La fel de mare energie Ej este eliberată în timpul sintezei nucleului din nucleoni individuali. Se introduce cantitatea de energie de legare pe nucleon εj = Ej/A, cu cât energia de legare εj este mai mare, cu atât este mai dificilă împărțirea unui nucleu dat în nucleoni individuali.

În grafic vedem energia de legare pe nucleon în nuclei cu numere diferite de nucleoni A. Unele nuclee sunt foarte stabile. Diferite valori ale energiei de legare pe nucleon pentru nuclei diferiți explică procesele prin care este eliberată o parte a energiei interne a nucleelor. Astfel de procese au loc în interiorul stelelor, unde energia este eliberată prin sintetizarea nucleelor ​​mai ușoare în cele mai grele. Nucleii cu mai puțină energie de legătură se schimbă în nuclei cu mai multă energie de legare și diferența de energie este eliberată. În reactoarele nucleare, nucleele de uraniu greu sunt împărțite în cele mai ușoare, nucleele cu o valoare mai mică a energiei de legare per nucleon sunt transferate către nucleele cu o valoare mai mare a energiei de legare și diferența dintre energiile de legare este eliberată.

Valorile uriașe ale εj indică magnitudinea forțelor nucleare care leagă nucleonii din nucleu, în ciuda repulsiei electrostatice puternice a protonilor încărcați pozitiv. Forțele nucleare atractive care acționează între doi nucleoni au o rază de acțiune scurtă, de ordinul a 10-15 m.

Studiul forțelor nucleare este una dintre sarcinile dificile ale fizicii nucleare. În teoria nucleului atomic, trebuie să luăm în considerare și faptul că nucleonii sunt microparticule și se comportă conform legilor fizicii cuantice. Procesele care au loc în nucleul atomic pot fi adesea caracterizate doar printr-o anumită probabilitate.

În multe procese nucleare, compoziția particulelor nucleelor ​​se schimbă. Există două evenimente: sinteza nucleelor ​​de lumină (A 56, de obicei A> 200).

În timpul acestor reacții, energia este eliberată. Aici, simbolul Er denotă energia care trebuie furnizată pentru a avea loc reacția. Dacă energia este negativă, este eliberată în reacție. În reacții, energia eliberată se manifestă în așa fel încât produsele reacției vor avea o energie cinetică mai mare decât nucleii care au intrat în reacție.

Pentru ca sinteza nucleelor ​​să aibă loc, este necesar ca nucleele încărcate pozitiv care intră în reacție să se apropie unul de altul la o distanță aproximativ egală cu gama forțelor nucleare. Pentru a depăși repulsia electrostatică a nucleelor, particulele au nevoie de multă energie, de câțiva MeV. Pot obține energia necesară, de exemplu, în gaz fierbinte. Apoi vorbim despre fuziunea termonucleară. O reacție termonucleară controlată este o sursă promițătoare de energie. Până în prezent, nu a fost posibil să se atingă o temperatură și o densitate suficient de ridicate a plasmei. Experimentele sunt efectuate în facilități numite Tokamak. Câmpul magnetic comprimă plasma din interiorul vasului într-un fascicul îngust și o îndepărtează de pereți. Acest lucru se datorează faptului că fiecare vas s-ar topi și se va evapora la contactul cu plasma fierbinte.

Figura prezintă o diagramă simplificată a unui Tokamak, vas cu 1 inel metalic, 2-plasmă, electromagnet cu 3 nuclee, un impuls de curent în înfășurare induce un curent electric în plasmă de-a lungul circumferinței inelului și a câmpului magnetic al acestui curentul îndepărtează plasma de pereții vaselor.

După descoperirea neutronului, fizicienii au realizat că un neutron care nu avea o sarcină electrică nu va fi respins din nucleu și, prin urmare, ar putea fi eficient în inducerea reacțiilor nucleare.

Transformările nucleare induse de neutroni au început să fie studiate de Fermi. În aceste experimente, el a constatat că, atunci când a plasat un recipient cu apă sau parafină între sursa de neutroni și proba iradiată, radioactivitatea probei a crescut. Când trec prin apă sau parafină, neutronii transferă o parte din energia lor către nucleii de lumină din substanță și încetinesc. În inducerea reacțiilor nucleare, acești neutroni lenti sunt mai eficienți decât neutronii originali. Aceste cunoștințe au fost utilizate în construcția de reactoare nucleare.

Atunci când se trag nuclee de uraniu, nucleele de uraniu se împart în două nuclee medii-grele.

sunt nuclee instabile care ulterior se dezintegrează ulterior. Există mai multe stări finale ale unei reacții date, dar au două proprietăți în comun: în fiecare reacție se eliberează aproximativ 200 MeV, din care aproximativ 80% ca energie cinetică a nucleilor și neutronilor în starea finală, iar în majoritatea reacțiilor neutronii sunt eliberați. format din nou. Fisiunea nucleilor de uraniu este, prin urmare, o sursă de energie enormă.

Această energie a fost utilizată în industria armamentului, dar și în centralele nucleare.

1) Explicați pierderea în greutate a miezului.

2) Ce este sinteza nucleară?

3) Care sunt reacțiile de fisiune?

Fișier atașat:

manual Fizică pentru anul IV de liceu, J. Pišút și colab.

Referințe:

J. Pišút și colab. - Fizică pentru anul IV de liceu