Fizyka jądrowa Rozpady jąder, promieniotwórczość, reakcje rozszczepiania i syntezy jąder

Co trzyma w całości atom i dlaczego nie rozpada się jądro? Odpychanie el.stat. protonów w jądrze

Rodzaje oddziaływań Jądrowe silne ~1 8 gluonów Jądra atomów Oddziaływanie Względna wartość Cząstki przenoszące oddziaływanie Występowanie Jądrowe silne ~1 8 gluonów Jądra atomów Elektromagnetyczne ~10-3 Fotony Warstwy atomów, urządz. elektr. Jądrowe słabe ~10-5 Bozony Rozpady radioaktywne Grawitacyjne ~10-38 Grawitony(?) Ciała niebieskie

Rozmiary jąder - eksperymenty Rutherforda Mikroskop Złota folia Ekran fluorescencyjny Próbka polonu Blok z ołowiu Do czego przydała się tu mechanika klasyczna (prawo Newtona)?

Masy jąder - spektrograf masowy Źródło Czy jądro (atomu) można zważyć?

Stanford Linear Accelerator Laboratory (SLAC) in California

We wnętrzu akceleratora

Komora pęcherzykowa

Energia wiązania w atomie i w jądrze 1 eV=10-19 J Energia jonizacji rozpadu

I.D. pierwiastka (jądra) Liczba masowa (protony + neutrony) Liczba atomowa (protony)

A jednak się rozpada… promieniotwórczość naturalna Tor Rad Radon Polon Ołów

Przemiany jąder – szeregi promieniotwórcze Trwały izotop Pb Czasy rozpadu wewnątrz prostokątów dotyczą wszystkich możliwych ścieżek Układ okresowy pierwiastków

Układ okresowy pierwiastków

Dlaczego (jądro się rozpada) ?

Co „siedzi” w masie jądra? Energia wiązania Eb ujemna! Masy składników Energie kinetyczne składników Energie oddziaływania składników

Defekt (niedobór) masy

Energia wiązania na nukleon Energia wiązania na nukleon w MeV Liczba masowa A Zysk przy syntezie Kiedy reakcja jądrowa może przynieść zysk energetyczny? rozszczepieniu Średnia liczba masowa produktów rozpadu

A naprawę jest tak…. Energia Eb na nukleon w MeV

Dlaczego przy naturalnych rozpadach nie obserwuje się emisji pojedynczych nukleonów? Dla A>140 zachodzi relacja: Odp.:

Dlaczego pierwiastki o A>140 jeszcze się nie rozpadły? czyli: Dodatnia (!) energia kulombowskiego odpychania jądra (A-4) i cząstki alfa Nierówność ta spełniona jest dopiero dla r większych od pewnej granicznej wartości r(A)

Siła Coulomba „hamulcem” rozpadów Kulombowska bariera

Reakcje (przemiany) jądrowe można wymuszać - rozszczepienie uranu 235 powolny neutron Jedn. Energia z 1 kg uranu 1 Jednostka to energia zużywana na rok przez obywatela USA Jeden z możliwych podziałów

Prawie to samo, ale inaczej pokazane… powolny neutron o energii ~1eV niestabilny izotop U-236 (oscylacje) promienie gamma neutrony mogące zapoczątkować reakcję łańcuchową 215 MeV energii

Zysk energii z rozpadu Produkty rozpadu U235 Zysk procentowy % Liczba masowa A

Jest i ciąg dalszy… Produkty rozpadu U235 Zysk procentowy % Liczba masowa A Zysk procentowy % Stabilny

Synteza deuter + tryt Rozpędzone cząsteczki Zysk energii z 1kg paliwa to 676 Jednostek

Porównanie! Synteza Rozszczepienie Rozpędzone cząsteczki Powolny neutron Zysk energii z 1kg paliwa to 676 Jednostek 176 Jednostek Rozszczepienie Synteza

Reakcja łańcuchowa Neutrony termiczne Kontrolowana reakcja łańcuchowa Lawinowa reakcja łańcuchowa Masa krytyczna Bomba atomowa i reaktor jądrowy

Elektrownia atomowa How Nuclear Power Acts

Pressurized Water Reactor

Boilling Water Reactor Control the Nuclear Power Plant (Demonstration)

Liquid-Metal Fast-Breeder Reactor