Jaderná energie, elementární částice

Jaderné reakce
1. jaderná reakce 1919 Rutherford:
⁴₂He + ¹⁴₇N -> ¹⁷₈O + ¹₁H
nejprve pomocí α částice, po objevu neutronu i pomocí neutronu
objev neutronu (1932):
⁴₂He + ⁹₄Be -> ¹²₆C + ¹₀n
detekce neutronů - nepřímo:
¹₀n + ¹⁰₅B -> ⁷₃Li + ⁴₂He

pro jadernou reakci platí:

1) spojený z. z. energie a hmotnosti
Σm₀c²+E_ka (+hf) = Σm´₀c²+E_kY+E_kY (+hf´)
2) z. z. hybnosti

3) z. z. el. náboje
Z_a+Z_X=Z_Y+Z_b

E=c²(m_a+m_X-m_Y-m_b)=Bc²
B - hmotnostní úbytek
B=m_a+m_X-m_Y-m_b
E>0 - exoergické reakce
E<0 - endoergické reakce

pro jadernou energetiku jsou důležité exoergické reakce:

Jaderná fúze
- slučování lehčích jader v těžší, které je stabilnější, uvolňuje se energie
¹₁H + ¹₁H –> ²₁H + e⁺ + ν probíhá ve hvězdách, výchozí reakce cyklu, při kterém vzniká He
²₁H + ³₁H –> ⁴₂He + ¹₀n
²₁H + ²₁H –> ³₂He + ¹₀n
²₁H + ²₁H –> ³₁H + ¹₁H
³₁H v přírodě v malém nožství
²₁H lze získat z těžké vody
¹₁H + ¹¹₅B –> 3⁴₂He nevzniká neutron ani záření gama

Štěpení těžkých jader
řetězová reakce proběhne tehdy, když je k dispozici tzv. kritické množství látky
¹₀n + ²³⁵₉₂U –> ¹⁴⁴₅₆Ba* + ⁸⁹₃₆Kr* + 3¹₀n (*-excit. stav)
štěpné materiály:
přírodní: U235
umělé: U233, Pu239, Pu241

Jaderná energetika
1. jad. reaktor - 1942 Enrico Fermi (1938 Nobelova cena) - 1. řetězová jad. reakce

Systém částic

částice×antičástice - stejné hmotnosti, opačný el. náboj a magn. moment

rozdělení částic podle spinu:
a) fermiony (spin 0,5; 1,5) - platí pro ně Pauliho vylučovací princip
b) bosony (celočíselný spin) - neplatí pro ně Pauliho vylučovací princip

rozdělení částic podle sil:
1) leptony - působí slabé síly (např. e, ν)
2) hadrony - působí silné síly
- podle spinu se hadrony dělí na:
a) baryony (fermiony) (např. p, n)
b) mezony (bosony)

dnes je známo více než 100 částic (nejprve byla jejich existence předpovězena, pak byly objeveny)

leptony považujeme za elementární
hadrony složeny z kvarků: baryony ze 3 kvarků, mezony z kvarku a antikvarku