web - OA, 4.A, 4.B

24. Jaderná fyzika

pozn. v záhlaví je dekorativní grafika - free licence foto učitelky

štěpení (1,9 min)

štěpení a slučování (3,2 min)

pokračování v úterý 17.3.2020

štěpení - atomová bomba (1 min)

štěpení a slučování - vodíková bomba (0,85 min)

Kurzívou je slovní komentář

Jádro

  • Rozměr atomů je cca 1E-10 m, rozměr jádra cca 1E-15 m, což odpovídá kouli o průměru 100 m pro obal a špendlíkové hlavičce 1 mm uprostřed (podíl je 100 000/1).
  • V jádře nukleony (A) - protony (Z), neutrony (N), (obojí z kvarků)
  • Přestože se protony výrazně odpuzují, mezi nukleony převažují mnohem silnější jaderné síly
  • je dobré si připomnět: jádro vodíku 1 p (obal 1 e); jádro helia 2 p, 2 n (obal 2 e); izotop vodíku - deuterium 1 p, 1 n (obal 1 e) atd.
  • ještě si aspoň připomeňme atomovou hmotnostní konstantu mᵤ = 1,66E-27 kg, když vodík váží asi 1 ničeho (rel. at. hmotnost), pak v kg je to 1 × 1,66E-27 kg


Vlastnosti jaderných sil

  • krátkodosahové
  • nasycené (působí jen na omezený počet sousedních nukleonů)
  • přitažlivé i odpudivé
  • mnohem silnější než elektrické


Vazebná energie jádra

Kdybychom teoreticky složili jádro (např. helium 2 p a 2 n) z jednotlivých nukleonů, ukázalo se :-), že jádro je vždy malinko lehčí, než v součtu součástky (které byly původně samostatně). Toto platí při teoretickém složení jakéhokoli jádra z jednotlivých nukleonů. Tento rozdíl hmotností se nazývá úbytek hmotnosti. Tedy část hmotnosti se přeměnila na energii Ev = Δmc².

  • Ev = (mp + mn - mj) c²

Ev = (hmotnost protonů + hmotnost neutronů - jádro) × c², někdy se úbytek hmotnosti značí B, tedy Ev = Bc²

  • Ev je vazebná energie jádra

Představuje energii, která se uvolní při vzniku jádra z volných nukleonů. Je to také energie, kterou je nutno jádru dodat, aby došlo k jeho rozdělení na jednotlivé nukleony.

  • Vazebná energie jádra je rovna práci, kterou bychom vykonali při rozložení jádra na jednotlivé nukleony. Hmotnost součástek by při tom vzrostla.

Závěr: nejdůležitější vztah je tučně

Stabilita jader

Ev neukazuje, jak dobře jádro drží pohromadě, pokud se taková vazebná energie rozloží mezi mnoho nukleonů. Aby šlo jednotlivá jádra porovnávat - zavedla se:

Єv = Ev/A (epsilon) - vazebná energie na jeden nukleon (A je nukleonové číslo). "Energie na odtržení jednoho nukleonu".


  • Graf ukazuje, že největší Єv má železo Fe 56 (přestože nemá největší Ev)


  • Jádra s velkou Єv jsou stabilní - mezi A = 50 až A = 90


V grafu je závislost Єv (nikoli Ev) na A (počtu nukleonů), fúzió je slučování a hasadás je štěpení (v maďarštině)


  • Jádra vlevo od železa - když sloučíme dvě lehká jádra, posuneme se doprava a nahoru a Єv vzroste (energie se uvolnila, hmotnost vzniklého jádra (nebo jader) klesne vzhledem k původním jádrům v součtu) - JADERNÉ SLUČOVÁNÍ
  • Když sloučíme dvě železa, posuneme se doprava a dolů - Єv klesne a energii je třeba dodat. (?)
  • Jádra vpravo od železa - když rozložíme těžké jádro, posuneme se doleva a nahoru a Єv vzroste (energie se uvolnila, hmotnost vzniklých jader v součtu klesne vzhledem k původnímu jádru) - JADERNÉ ŠTĚPENÍ
  • Když rozložíme železo, posuneme se doleva a dolů - Єv klesne a energii je třeba dodat. (?)

pozn. k otazníkům, rozložením jádra železa nebo jeho složením se žádná energie neuvolní.

pozn. slučování a štěpení jader je něco jiného než teoretické skládání (rozkládání) jádra z jednotlivých nukleonů. Vystupuje tu vazebná energie na jeden nukleon, nikoli vazebná energie.

Druhy radioaktivního záření

α jádra hélia, β+ proud pozitronů, β- proud elektronů, γ (gama) proud fotonů, n proud neutronů

α, β+, β- mají náboj, lze vychýlit el., mg. polem,

γ - pod řádově 1E-10 m (nad 10 keV, pod 124 pm = 1,24E-10 m)

pozn.

p se rozpadá (při reakci) na n + e+ (pozitron β+ záření) (pomůcka + = 0 a +)

n se rozpadá na p + e- (elektron β- záření) (pomůcka 0 = + a -)

Graf zákona radioaktivní přeměny

Tady končí upřesnění

Pokračování - pátek 20.3.2020

Využití radionuklidů

  • PET pozitronová emisní tomografie
  • sterilizace nástrojů
  • léčení nádorových onemocnění
  • určování stáří vzorků

Jaderná fúze (slučování)

princip vysvětlen výše

Jaderné štěpení

princip vysvětlen výše

Jaderný reaktor

Zařízení na štěpení např. U 235 pomalým neutronem, vzniknou dvě lehčí jádra (uvolní se energie) a 2 až 3 další neutrony, jež se podílejí na dalším štěpení, celé se to zahřívá a ohřívá tak vodu (páru). Mohou vzniknout různé kombinace jader.

Pokračování příště 25. otázkou