Atomové jádro (jaderná fyzika)

Vlastnosti jádra
Z - protonové číslo
N - neutronové číslo
A - nukleonové číslo (A=Z+N)
náboj jádra: +Ze
rozměry jádra: řádově 10^-15m

jaderné síly:
přitažlivé
krátkodosahové
působí mezi protony a neutrony nezávisle na náboji

modely jádra:
a) kapkový
- jádro jako hustá nestlačitelná kapalina (ρ=10¹⁷kgm^-3)
- poloměr závisí na nukleonovém čísle:
R=R₀A^1/3
R₀=1,3.10^-15m
b) slupkový
- nukleony jsou v určitém kvantovém stavu, při přechodu z jednoho do druhého stavu přijmou nebo vyzáří energii

klidová hmotnost jádra - m_j
vazební energie E_j
hmotnostní schodek - Δm
E_j=Δmc²
Δm=Zm_p+Nm_n-m_j
E_j - práce, kterou musíme vykonat při rozložení jádra na jednotl. nukleony
vaz. energie na jeden nukleon:
ε_j=E_j/A

jádra lehčí se spojují v jádro těžší (pro A<56),
jádra těžší se štěpí na lehčí (pro A>56)
=> uvolňuje se energie

stabilita jádra
- při určitém vzájemném vztahu Z a N (např. ⁴₂He, ¹⁶₈O, ⁴⁰₂₀Ca )
- v přírodě 242 stabilních a 50 nestabilních nuklidů
- celkem známo asi 2000 nuklidů

Radioaktivita
- objevil Henri Becquerel (1896)
- schopnost atom. jader vysílat záření, přitom se mění jádro nuklidu v jiné nebo alespoň ztratí část své energie

druhy radioaktivního záření
a) α záření
- rychle letící jádra ⁴₂He
- pohltí ho list papíru nebo několik centimetrů vzduchu
b) β záření
- rychle letící elektrony nebo pozitrony
- pohltí ho hliníkový plech
c) γ záření
- elektromagnetické záření (λ<300pm)
- pohltí ho silná vrstva olova
d) neutronové záření
- rychle letící neutrony
- energii ztrácí pouze srážkami s atom. jádry:
pružné srážky - s lehkými jádry
nepružné srážky - s těžkými jádry - z jader uvolňuje jiné částice
- pohltí jej materiály s lehkými atomy (voda, parafín, beton)


posunovací pravidla:
α: Z se zmenší o 2, A se zmenší o 4
β^-: neutron v jádře se přemění na proton, elektron a antineutrino, A se nezmění, Z se zvětší o 1
β⁺: proton v jádře se přemění na neutron, pozitron a neutrino, A se nezmění, Z se zmenší o 1
γ: Z ani A se nezmění

výzkum přirozené radioaktivity:
Marie a Pierre Curie - objevili radioaktivitu uranu a thoria, objevili prvky polonium a radium

Aktivita zářiče (A)
- počet radioaktivních přeměn za sekundu
aktivita v čase t:
A(t)=A(0)(½)^t/T
T - poločas přeměny (rozpadu)
λ - přeměnová konstanta
λ=ln2/T
A(t)=A(0)e^-λt
N=λA
N - počet nerozpadených jader
N(t)=N(0)e^-λt
přirozené přeměnové řady:
U 235, U 238, Th 232