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

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

3 Rodzaje oddziaływań Jądrowe silne ~1 8 gluonów Jądra atomówOddziaływanie 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

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

5 Masy jąder - spektrograf masowyŹródło Czy jądro (atomu) można zważyć?

6 Stanford Linear Accelerator Laboratory (SLAC) in California

7 We wnętrzu akceleratora

8 Komora pęcherzykowa

9 Energia wiązania w atomie i w jądrze1 eV=10-19 J Energia jonizacji rozpadu

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

11 A jednak się rozpada… promieniotwórczość naturalnaTor Rad Radon Polon Ołów

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

13 Układ okresowy pierwiastków

14 Dlaczego (jądro się rozpada) ?

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

16 Defekt (niedobór) masy

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

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

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

20 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)

21 Siła Coulomba „hamulcem” rozpadówKulombowska bariera

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

23 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

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

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

26 Synteza deuter + tryt Rozpędzone cząsteczki Zysk energiiz 1kg paliwa to 676 Jednostek

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

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

29 Elektrownia atomowa How Nuclear Power Acts

30 Pressurized Water Reactor

31 Boilling Water ReactorControl the Nuclear Power Plant (Demonstration)

32 Liquid-Metal Fast-Breeder Reactor