Branduolinė fizika

Radioktyvaus preparato aktyvumas – jo skilimo greitis. Paprasčiausias prietaisas, tinkantis a dalelių sukeliamiems žybsniams stebėti – spintariskopas.

Elektringos dalelės skriedamos per dujas, susiduria su dujų atomais ir juos jonizuoja. Šis reiškinys panaudotas dalelėms registruoti greigerio skaitiklyje.

Vilsono kameros veikimas pagrįstas persotintų garų kondensacija – skysčio lašelių susidarymu – apie kondensacijos branduolius, kurias būna dujų jonai, atsirandantys išilgai dalelės trajektorijos. Apie kiekvieną joną aktyviai kondensuojasi garai ir išilgai dalelės trajektorijos susidaro ryškus rūko siūlelis – pėdsakas.

Glaserio kameros veikimas pagrįstas staigiu perkaitinto skysčio užvirimu ir garų burbuliukų susidarymu apie viirimu centrus – skysčio jonus, atsirandančius išilgai dalelės trajektorijos. Apie kiekvieną joną susikaupia verdančio skysčio garai, ir jų burbuliukai sudaro išilgai dalelės trajektorijos ryškų pėdsaką.

Savaiminis skilimas: skylant branduoliams išlekia a, b dalelės ir skleidžiami g spindulių kvantai, o atomai virsta kitų cheminių elementų atomais (torio atomas, išspinduliavęs a dalelę, virsta radono atomu).

Kiekvieno radioaktyviojo elemento skilimo greitį apibūdina vadinamasis jo pusamžis (puskiekio periodas) – laikas, per kurį suskyla pusė radioaktyviosios medžiagos atomų (per tą laiką spinduliavimo galia sumažėja du kartus). Pusamžis žymimas raide T.. jeigu pradiniu laiko atskaitos momentu yra No radioaktyviosios medžiagos atomų, tai praėjus n pusamžių, t.y. momentu t=nT, neskilusių atomų skaičius N bus lygus N=No/2n; per laiką t suskilusių atomų skaičiui DN rasti galime naudotis apytiksle formule: DN=0,693Not/T (tai radioaktyvaus sk

kilimo dėsnis).

Nustatytas, kad urano turinčiuose mineraluose jų susidarymo metu švino nebuvo – jis atsirado ir kaupėsi jau kietoje uolienoje skylant uranui. Iš švino ir urano santykio mineraluose, taikant radioaktyvaus skilimo dėsnį, apskaičiuojamas uolinis amžius.

Vykstant gyvybiniams procesams palaikoma pastovi anglies, kartu ir radioaktyvios anglies atmainos 14C, koncentracija (kiekvienas gramas šios anglies skleidžia 15,3 b dalelių per minutę). Organizmui žuvus, radioaktyviosios anglies į jį daugiau nepatenka ir dėl skilimo jos koncentracija mažėja. Žinant 14C pusamžį (5568 m.) ir nustačius organizmo liekanose esančios anglies spinduliavimo aktyvumą, galima apskaičiuoti, kiek laiko prabėgo nuo jo žūties.

Neutronai kartu su protonais įeina į atomų branduolius. Tai neutralios dalelės, kurių masė maždaug lygi protono masei. Neutrono, kurio krūvis lygus nuliui, o masė artima atominiam masės vienetui, simbolis: 10n. neutronų gimimo branduolinė reakcija: 94Be+42aą126C+10n; neeturėdami krūvio, neutronai nejonizuoja atomų nes nesąveikauja su atomų elektronais. Todėl jie labai skvarbūs. Jų neveikia nė branduolių elektrostatinė stūma. Susidūrę su branduoliais, neutronai į juos įsiskverbia, sutrikdo jų stabilumą ir sukelia branduolines reakcijas. Apie jų buvimą galima spręsti tik iš antrinių reiškinių (susidūręs su boro branduoliu neutronas nustoja egzistavęs, o atsiranda ličio branduolys ir a dalelė 105B+10ną73Li+42a).

Protonų skaičius branduolyje ir elektronų skaičius atomo apvalkale (Z) yra lygūs. Cheminio elemento eilės numeris Z periodinėje lentelėje kartu rodo ir atomo branduolio krūvį. At

tomo masės skaičius A rodo tik bendrą neutronų ir protonų skaičių branduolyje (A=N+Z). vykstant branduolinėms reakcijos, vieni cheminiai elementai virsta kitais.

Visų izotopų branduoliuose yra tiek pat protonų, bet skirtingas skaičius neutronų.

Išmetusio a dalelę (42He) branduolio masė sumažėja 4 a.m.v., o krūvis sumažėja dviem vienetais. Dėl to elementas pakinta – virsta naujo elemento, esančio periodinėje lentelėje dviem langeliais arčiau pražios, vienu izotopu. Išmetus b dalelę (0-1e) branduolio masė nepakinta. Tačiau elektronų branduolyje nėra, vadinasi, vienas branduolio neutronas skyla virsdamas protonu ir elektronu. Dėl to atomo krūvis vienu vienetu padidėja. Atsiranda naujo elemento, esančio lentelėje vienu langeliu toliau izotopas.

Protonus ir neutronus (kartu jie vadinami nukleonais) branduolyje laiko stiprios jėgos, vadinamos branduolinėmis jėgomis.

Norint suskaidyti branduolį į pavienius nukleonus, reikėtų nugalėti milžiniškas branduolines jėgas, atlikti darbą, išeikvoti energiją. Ši energija vadinama branduolio ryšio energija.

Branduolio masė yra visada mažesnė už ją sudarančių nukleonų masių sumą. Nukleonų masių sumos ir branduolio masės skirtumas Dm vadinamas masės defektu. DE=Dmc2. Vadinasi masės defektas Dm yra branduolinio ryšio energijos matas.

Jonizuojančių spindulių energijos kiekis, absorbuotas 1 kg kūno masės, vadinamas sugertąją radijacijos (spindulių) doze (D): D=E/m (E – visų absorbuotų spindulių energija, m – kūno masė). vienetas – grėjus [Gy]. Grėjus yra tokia jonizuojančių spindulių sugertoji dozė, kai kiekvienam kūno masės kilogramui tenka 1 J spindulių energija. Dozės ga

alia – dozė, kurią organizmas sugeria per sekundę (D su tašku viršuje) @D/t [Gy/s].

branduolio dalijimasis – branduolys skyla į dvi apylyges dalis, vadinamas branduolio skeveldromis, todėl atsiranda du nauji elementai, esantys apie periodinės lentelės vidurį. Branduoliui dalijantis išsiskiria daug energijos ir išmetami 2 – 3 didelę kinetinę energiją turintys neutronai (pvz.: 23592U+10ną13956Ba+9536Kr +210n). skylant vienam branduoliui išsiskiria apie 200 MeV energija.

Branduolio skeveldrų ir neutronų bendra masė mažesnė už buvusio urano branduolio masę 0,1%. Būtent su šiuo masės sumažėjimu reakcijos metu ir susijusi didžiulė išsiskirianti energija E=Dmc2.

Dalijimosi reakcija urano izotope gali savaime plėstis: skilus branduoliui atsiradę neutronai skaldo kitus branduolius, ir t.t. savaime besiplečianti branduolinė reakcija vadinama grandinine reakcija. Jai vykti reikalingos sąlygos: urano koncentracija turibūti padidinta iki 5 – 20%; branduolinio kuro kiekis turi būti ne mažesnis už tam tikrą ribinį (krizinė masė). Krizinę masę galima žymiai sumažinti apsupus branduolinį kurą neutronų reflektoriumi – gerai atspindinčia neutronus medžiaga (grafitu). Jeigu branduolinio kuro masė staiga pasidaro didesnė už krizinę, grandininė reakcija gali sparčiai stiprėti. Vyksta branduolinis sprogimas.

Įrenginys, kuriame vyksta valdoma branduolinė reakcija, vadinamas branduoliniu reaktoriumi. Reakcija valdoma neutronus absorbuojančio kadmio strypais. Atominis reaktorius, garo turbina ir elektros generatorius sudaro atominės elektrinės energinę schemą.

Reakcija, kurios metu du lengvi branduoliai susilieja į haują branduolį, vadinama branduoline sintezės reakcija (deuterio ir tričio sintezės į

helį reakcija: 21H+31Hą42H+10n+17,5MeV). Kad įvyktų sintezės reakcija, branduoliai turi suartėti iki tokio atstumo, kuriame pradeda veikti branduolinės jėgos. Turi turėti didelę kinetinę energiją (įgyjama nepaprastai didelėje temperatūroje). Todėl reakcijos dar vadinamos termobranduolinėmis reakcijomis.

Kosminiai spinduliai -nepaprastai didelė energijos dalelių srautas. Dalelės atskrieja įvairiomis kryptimis ir greičiais (pirminiai kosminiai spinduliai). Susidūrę su atmosferos atomų branduoliais sukelia branduolines reakcijas. Produktai – antriniai kosminiai spinduliai.

Elementariosiomis vadinamos mažiausios nedalomos materijos dalelės. Kiekviena elementarioji dalelė gali virsti kita arba kitomis dalelėmis. Dalelių virsmus valdo silpnoji sąveika.

Pozitronai: masė ir elektros krūvio absoliutinė vertė tiksliai tokia pat kaip elektrono, bet krūvio ženklas teigimas (e+).

Neutrinas: dalelė neturinti nei krūvio nei rimties masės. 00v egzistuoja skriedamas šviesos greičiu.

Leptonai: lengvosios dalelės. Jų žinomos aštuonios tik vieno iš leptonų – m mezono masė beveik 207 kartų didesnė už elektrono.

Mezonai: dalelės, kurių masė svyruoja nuo 260 iki 1100 elektronų masių. Lengvieji – p mezonai, sunkieji K mezonai (kaonai). Mezonai nestabilūs. Superunkieji mezonai – ipsilonai.

Barionai: sunkiųjų dalelių grupė. Pati gausiausia. Be protonų ir neutronų jai priklauso hiperonai.

Dalelių ir antidalelių rimties masė, gyvavimo trukmė ir kai kurios charakteristikos vienodos, tik krūviai priešingų ženklų. Kai bet kuri dalelė susiduria su savo antidalele – anihiliuoja (t.y. susinaikina virsdamos lauko kvantais (e+ + e- ą2g). Materija egzistuoja medžiagos ir lauko forma; bet kurios formos materija gali virsti kitos formos materija.

Leave a Comment