Fizica nucleului

 

 

 

Caracretristicile nucleuluiElementele constructive ale nucleelor sunt protonii şi neutronii. Protonii şi neutronii au multe prpprietăţi comune şi ei sunt deseori priviţi ca două stări de sarcină diferită ale unei unice patricule numită nucleon.

Numărul A de nucleoni din nucleu este numărul de masă sau numărul nucleonic.Numărul pozitronilor dă numărul de sarcină al nucleului sau numărul atomic pentru atomul respectiv Z.Numărul neutronilor va fi A-Z=N.

Notarea unui nucleu se va face:

Nuclizii pot fi grupaţi în următoarele categorii: Izotopi definesc nuclizii care au aceeaşi sarcină Z:

      Izotoni definesc nuclizii care au acelaşi număr de neutroni N=A-Z        Izobari definesc nucleele care au celaşi număr de masă A

Unităţile dimensionale în nuceu sunt de ordinul:Unitatea atomică de masă u.a.m. este a 12-a parte din masa nucleului de 12

6C

Conoscând valorile precise ale maselor protonilor şi neutronilor se poate calcula defectul de masă al nucleului.

Această mărime corespunde energiei de legătură a nucleului.Energia de legătură raportată la numărul de nucleon are aproximativ aceeaşi valiare pentru toate nucleele stabile adică conform relaţiei lui Einstein: Nuclear binding energy = Δmc2

ZAZAMMZAMZ np ,,

      Maxima stabilitate se manifestă în regiunea nucleului de Fe . Stabilitatea tinde să se realizeze prin reacţii de fisiune în domeniul numerelor de masă mare şi prin reacţii de fuziune în regiunea cu vqalori mici pentru A.      Energia de legătură per nucleon are valori de~8MeV adică mult mai mare decăt energia de legătură a electronilor ~ eV.

Radioactivitatea naturala Anterior am arătat caracterul instabil al unor izotopi. Aceste nuclee tind să se stabilizeze. Fenomenul de radioactivitate a elementelor existente în natură este cunoscut sub numele de radioactivitate naturală.Dezintegrarea radioactivă este guvernată de o lege exponenţială de forma:

Se mai definesc de asemenea:Timpul de înjumătăţire

      Viteza de dezintegrare sau activitatea este numărul de nuclee dezintegrate în unitate de timp, sau

unitatea de măsură este s-1, dar în practică se utilizează unitatea 1curie(ci) care este activitatea unei surse ce prezintă 3,7*1010dez/sec(activitatea unui gram de radiu).

toeNN

dt

dN

      Timpul de viaţă 

În 1934 Irene şi frederic Joliot- Curie descoperă şi radioactivitatrea artificială.În procesele de dezintegrare intervin:

Dezintegrarea  Dezintegrarea a fost pusă în evidenţă în cadrul procesului de dezintegrare radioactivă Naturală şi în generalSe poate considera că procesul dezintegrării se desfăşoară în două etepe:      Formarea particulei în interiorul nucleului prin asocierea de nucleoni,      emisia particulei prin efect tunelEnergia particulelor este de ~8.78 MeV.

HeThU 42

23490

23892

HeYX AZ

AZ

42

42

Dezintegrarea

Defineşte procesul de transformare spontană a nucleelor instabile izobare cu numărul de ordine Z=1 ca rezultat al emisiei unui electron, al unui proton sau a capturii unui electron din păturile electronice. sau sau Din legile de conservare a impulsului şi momentului cinetic se impune ca dezintegrarea să fie însoţită de emisia unei partticule neutre şi de masă foarte mică neutrino. Masa de repaus(<10-3moe) se poate considera nulă.Emisia antiparticulei electronului pozitronul este numită tot radiaţie .

ePaTh 0

1234

91234

90

~0

11 eYX AZ

AZ

eCN 0

1136

137

~011 eYX A

ZAZ

spectrul electronilor şi pozitronilor emişi este continuu caracterizat de o energie maximă între 18MeV şi 16MeV.

Captura electronică constă în capturarea de către nucleu a unui electron de pe o pătură electronică internă a atomului. Acest proces este însoţit de emisia unei radiaţii X specifice sau altfel spus emite raze .Radiaţia sunt fotoni de energie foarte mare.

Familii radioactiveDin studiul radioactivităţii naturale s-a găsit că elementele radioactive se grupează în 4 familii.

R e a c ţ i i n u c l e a r e

R u t h e r f o r d a f o s t c e l c a r e a d e m o n s t r a t c ă t r a n s m u t a ţ i a n u c l e a r ă p o a t e fi r e a l i z a t ă ş i p e c a l e

f o r ţ a t ă c e e a c e s - a n u m i t m a i t â r z i u r e a c ţ i e n u c l e a r ă .

s a u bYaX AZ

AZ

AZ

AZ

2

2

1

1

''

Î n 1 9 1 9 s - a r e a l i z a t p r i m a r e a c ţ i e n u c l e a r ă b o m b a r d â n d c u p a r t i c u l e , r e z u l t a t e d i n t r - u n p r e p a r a t r a d i o a c t i v n a t u r a l , n u c l e e d e a z o t

pON 11

1 78

42

1 47

M a i t â r z i u s e r e a l i z e a z ă p r i m a r e a c ţ i e n u c l e a r ă c u p a r t i c u l e a c c e l a r a t e

42

11

73 2pLi

i a î n 1 9 3 4 s o ţ i i C u r i e r e a l i z e a z ă r a d i o a c t i v i t a t e a a r t i f i c i a l ă p r i n r e a c ţ i a

nPAl 10

3015

42

2713 *

Reacţiile nucleare satisfac o serie de legi de conservare ale reacţiilor nucleare:      legea conservării numărului de sarcini electrice elementare       legea conservării numărului de sarcini baritonice (a numărului de masă)       legea conservării energiei relativiste a participanţilor la reacţie Reacţiile nucleare pot fi o    exoenergetice Q>0,o    endoenergetice Q<0,o    împrăştiere elastică Q=0.Reacţiile endoenergetice pot fi declanşate numai de particule proiectil cu energie mai mare decât energia prag.      Legea conservării impulsului,      Legeea conservării parităţii (funcţia de undă îşi conservă caracterul par sau impar determinat de numărul cuantic orbital)

21 ' ZZZZ

21 ' AAAA

Mărimile caracteristice reacţiilor nucleare sunt secţiunea eficace de reacţie şi randamentul y . Ambele mărimi au caracter probabilistic.Secţiunea eficace de reacţie se referă la probabilitatea ca un nucleu să producă într-o secundă un anumit tip de reacţie nucleară.

unde       No este numărul de particule proiectil care cad în unitatea de timp pe unitate de suprafaţă a ţintei,      N este numărul de particule proiectil care ajung la o distanţă x în interiorul ţintei,      n este numărul de nuclee existente în unitatea de volum.

nxeNN

NndxdN

0

Randamentul y este raportul între numărul mediu de reacţii produse faţă de numărul de particule proiectil utilizate.

N

Ny

Mecanismul de reacţie.Există reacţii nucleare care la acelaşi tip de particule incidente produc rezultate diferite deci se pot pune în evidenţă mai multe canale de reacţie:

00

6530

42

6128

10

6430

11

6429

6329

21

Zn

Ni

nZn

pCu

Cud

În explicarea acestui fenomen N. Bohr formulează ipoteza nucleului compus, adică în prima fază nucleul conţinând şi particula proiectil se găseşte într-o stare de puternică excitare şi abea în a doua etapă reacţia se desfăşoară pe diferite canale de reacţie.

Reacţia de fisiuneReacţia de fisiuneDescoperită de O.Hann, F. Strassmann şi Liese Meitner şi constă în scindarea nucleului de uraniu sub acţiunea bombardamentului cu neutroni.

Uranium Uraniul este cel mai rar metal din grupul cromiului. Nu a fost considerat a avea valoare până la descoperirea în 1942 a faptului că permitea fisiunea nucleară generând o cantitate enormă de energie. Uraniul se găseşte în ores pitchblendă(U3O8) şi carnotită(K2U2V2O12.3H2O)..

Reactor NATURAL de fisiune nuclearăIn actualul Gabon, Africa de Vest in 1972, cercetatorii francezi au descoperit un deposit de uranium care prezenta numai 0,44% U-235 comparativ cu valoarea normală de 0,72%. Aceasta indica faptul ca o parte din U-235 a suferit o fisiune nucleară spontană la un anumit moment din trecut. De asemenea, izotopii produsi prin fisiune ai neodiniului si samariului au fost descpperiti. Unele probe au prezentat concentratii de U-235 de pana la 0,29%. Modele ale procesului au sugerat faptul ca reactiile de fisiune întreţinută au avut loc pe parcursul unui million de ani, in urma cu aproximativ doua milioane de ani. Varsta estimata din miezul reactoarelor sugereaza o perioada de timp intre 1,7 si 1,9 milioane de ani in urma. Pentru U-235 (timp de injumatatire de 700 milioane de ani) si U-238 (timp de injumatatire de 4,5 milioane de ani), aceasta ar da o concetratie de aproximativ 3% pentru U-235 la momentul reactiei. Se presupune ca apa freatica patrunzând printre formaţiuni geologice a servit ca moderator natural pentru a incetini neutronii de fisiune. Una dintre observatiile interesante a fost aceea ca masivul de produse de fisiune se afla inca in depozitul geologic dupa aproape 2 milioane de ani. Aceasta ar putea fi o dovada ca stocarea geologica a deseurilor radioactive este fezabila.

IOV BOGDANXII-C