ENERGIA JĄDROWA

Rozpad promieniotwórczy: przemiana promieniotwórcza, promieniotwórczość, radioaktywność, samorzutna przemiana jądra atomu, której towarzyszy emisja promieniowania jądrowego. Emitowaną cząstką promieniowania mogą byś: foton (rozpad Y), elektron lub para elektron-pozyton (konwekcja wewnętrzna), elektron lub pozyton i antyneutrion lub neutrion (rozpad β), nukleon lub jądro (rozpad protonowy, rozpad α), rozpad egzotyczny, rozszczepianie). Tylko w jednym z powyższych przykładów cząstka (elektron konwersji wewnętrznej) jest emitowane nie bezpośrednio z jądra, lecz z powłoki elektronowej.

W wyniku emisji powstaje jądro ( A-liczba masowa równa

liczbie nukleonów a jądrze, Z-liczba porządkowa równa liczbie

protonów w jądrze) elektronu powstaje jądro pozytonu-

jądro , wychwytu elektronu-również jądro , rozpadu

protonowego-jadro , zaś rozpadu α -jadro .

Rozpad promieniotwórczy może zachodzić na skutek oddziaływania

słabego, elektromagnet. lub silnego. Rozpad promieniotwórczy jest

procesem statycznym. Istnieje określone prawdopodobieństwo

równe λ(λ-stała rozpadu, charakterystyczna dla danego jadra i

stanu, w którym się ono znajduje0, że jądro rozpadnie się w

jednostkowym czasie.

- początkowa liczba jąderN- liczba jąder, które się jeszcze nie rozpadłyt- czas od chwili rozpoczęcia pomiaru

Promieniotwórczość naturalna odkrył 1896 A.H Becquerel.

Szeregi promieniotwórcze, grupy powiązanych ze sobą genetycznie promieniotwórczych nukleoidów, z których każda powstaje przez rozpad alfa i beta poprzedniego. W przyrodzie występują 3 naturalne rodziny promieniotwórcze, rozpoczynające się nuklidami o bardzo długim czasie połowiczego zaniku i kończące twardymi izotopami ołowiu:rodzina torowa ( ), rodzina aktynowa ( ), rodzina uranowa ( ). Istnieje również czwarta rodzina promieniotwórcza zaczynająca się od sztucznie wytworzonego nukleoidu i nazwana od swego najbardziej długowiecznego składnika -rodzina neptunową (kończy się na ).

Tempo rozpadu jąder promieniotwórczych. Jest proporcjonalna do ilości jader radionuklidu i nie zależy od prostych procesów fizycznych czy chemicznych. Wyraża się wzorem:

(rozpadów/sekundę)

gdzie: λ- stała rozpadu promieniotwórczego, N (t)- liczba jąder radionuklidu w chwili t. Zanika aktywności wyrażenia wykładniczego:

A (t)= λNo e - λ t [Bq]gdzie: No –liczba jąder promieniotwórczych w momencie początkowym.

To czas, w ciągu którego liczba nietrwałych jader atomowych (promieniotwórczych) pierwiastka, a zatem i aktywności promieniotwórcza, zmniejsza się o połowę. Czas połowicznego zaniku charakteryzuje dany izotop promieniotwórczy niezależnie od czynników zewnętrznych (np. temperatura, ciśnienie, postać chemiczna, stan skupienia itp.). Czas połowicznego zaniku jest pojęciem wykorzystywanym dla każdego rodzaju rozpadu promieniotwórczego.

gdzie In2=0,693

Jest to szczególny rodzaj reakcji chemicznej lub jądrowej. Po zainicjowaniu reakcja przebiega tylko w niewielkiej części ośrodka, lecz jej punkt (np.. Ciało, światło, substancja chemiczna) inicjuje reakcję w kolejnym wzrostem objętości ośrodka, który obejmuje. Dzieje się tak do chwili, gdy warunki ośrodku uniemożliwiają zainicjowanie następnych reakcji składowych (wyczerpią się substraty, ośrodek ulegnie nadmiernemu rozrzedzeniu itp.).

Czerpie swoja energie z reakcji rozszczepienia ciężkich jąder atomowych (np. uranu lub polonu) na lżejsze pod wpływem bombardowania neutronami. Rozpadające się jądra emitują kolejne neutrony, które bombardują inne jadra, wywołują reakcję łańcuchową. Nazwa bomba atomowa może być myląca, gdyż konwencjonalne chemiczne materiały wybuchowe czerpią swą energię z wiązań atomowych; ponadto inne rodzaje broni nuklearnej są mniej atomowe.. Zasada działania bomby atomowej polega na wytworzeniu w jak najkrótszym czasie masy nadkrytycznej ładunku jądrowego. Masę nadkrytyczną uzyskuje się poprzez połączenie kilku porcji materiałów rozczepionego lub zapadnięcie materiału uformowanego w powłokę. Połączenie to musi odbyć się szybko by reakcja nie została przerwana już w początkowej fazie wyniku energii powstającej podczas rozszczepiania jąder dlatego połączenia materiałów rozszczepialnych używa się konwencjonalnego materiału wybuchowego. Reakcja łańcuchowa wydziela ogromna ilość energii, ogromna temperatura i energia produktów rozpadu powodują rozproszenie materiału rozszczepialnego i przerwanie reakcji łańcuchowej. Jako ładunku nuklearnego używa się uranu-235 lub plutonu-139. Z jednego kilograma U-235 można uzyskać do 82 TJ (teradżuli) energii. Typowy czas trwania reakcji łańcuchowej to 1 µ s, wic moc wynosi 82 EW/kg .

Zwana jest też bombą termojądrową. Zasada działania bomby wodorowej opiera się na wykorzystaniu reakcji termojądrowej, czyli łączenia się lekkich jąder atomowych (np. wodoru lub helu) w cięższe, czemu towarzyszy wydzielanie ogromnej ilości energii. Ponieważ rozpoczęcie i utrzymanie fuzji wymaga bardzo wysokiej temperatury, bomba wodorowa zawiera ładunek rozszczepialny (pierwszy stopień), którego detonacja inicjuje fuzję ładunku drugiego stopnia. Ładunki drugiego stopnia mogą być łączone w prawie dowolnej ilości i wielkości (jedna reakcja fuzji inicjuje następną), co umożliwia budowę broni o mocy daleko większej niż w przypadku.

# eksplozja próbna: 16 lipca 1945- pustynia w stanie Nowy Mksyk (USA), miejsce próby nazwano nieoficjalnie Jornada del Muerto (Podróż śmierci);

# użycie bojowe: 6 sierpnia 1945- Hiroszima (bomba Little Boy); 9 sierpnia 1945 Nagaski (bomba Fat Man).

Różnica Δm między sumą mas nukleonów wchodzących w skład jądra atomowego, a masą jądra. Iloczyn niedoboru masy i kwadratu prędkości światła w próżni jest równy energii wiązania jądra, ΔE.

Δ E = Δ m c² Δ m =N m + Z m p – m E (Z, N)

gdzie: A

E (Z, N) = Z E- nuklid zawierający N neutronów i Z protonów (N +Z =A)mp=1,00727- masa protonu w jednostkach masy atomowej mn=1,00866- masa neutronum E- masa jądra nukliduc=3·108 m/s- prędkość światła w próżniPrzemiana 1 g masy na energię to równoważność energii Δm · c²= 9 ·10¹ºk J- a więc mamy przelicznik masa/ enegria równy 9 ·10¹ºk J/g= 9 ·10¹3

Magdalena Kocłajda