Rad iz fizike na temu:

qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnm

Rad iz fizike na temu:ATOMSKO JEZGRO2/2/2015II grupa

SADRAJOsnove nuklearne fizike3Graa atomskog jezgra4Meudjelovanje nukleona u jezgri7Modeli jezgra8Energija veze jezgra i defekt mase9Nuklearne reakcije.11 Nuklearni reaktor13 Literatura.14

1.OSNOVE NUKLEARNE FIZIKENuklearna fizika se bavi istraivanjem strukture atomskog jezgra i procesa koji se u njemu odigravaju.Ta istraivanja su donijela fizici najvea iskuenja u njenoj povijesti.Naime,kada su 1945. godine baene atomske bombe na japanske gradove Hiroimu i Nagasaki,koje su izazvale uasnu smrt stotina hiljada ljudi,i ogromna materijalna razaranja,nametnulo se moralno pitanje o odgovornosti znanstvenika koji su otkrili zakonitosti nuklearnih reakcija na kojima je bazirano funkcioniranje bombi.Da li znanstvenici imaju pravo vriti istraivanja koja omoguavaju izgradnju sredstava za masovno unitenje?

2.GRAA ATOMSKOG JEZGRANukleus ili jezgro atoma je izgraeno od dvije vrste elementarnih estica:protona i neutrona,koji se jednim imenom nazivaju nukleoni.Proton i neutron zapravo predstavljaju dva stanja jedne iste estice-nukleona.Proton p je stabilna estica koja ima pozitivni elektrini naboj,po veliini jednaku negativnom naboju elektrona.Naboj jezgra je odreen brojem protona Z i iznosi Z IeI .Broj protona u jezgru jednak je broju elektrona u elektronskom omotau neutralnog atoma.Taj broj se naziva atomski broj.Atomski broj odreuje identitet atoma i predstavlja njegov redni broj u periodnom sistemu elemenata.ak i kad se broj elektrona promjeni,govorimo o pozitivnim i negativnim jonima tog istog atoma,jer je jezgro atoma ostalo nepromjenjeno.Do promjene identiteta atoma dolazi kada se promjeni broj protona u jezgu.U prirodi se susreu elementi (jezgra) sa atomskim brojem od Z=1 za vodik H,pa redom do Z=92 za uran U. Ukupan broj nukleona u jezgru oznaava se sa A i naziva se maseni broj,jer odreuje masu jezgra.Broj neutrona u jezgru oznaava se sa N,pa je oigledno: A=Z+N

Za razliku od slobodnog protona,neutron n u slobodnom stanju je nestabilna (radioaktivna ) estica,koja se spontano raspada na proton,elektron i elektronski antineutrino ve: np + e + ve Vrijeme ivota slobodnog neutrona je oko 15 minuta. Odnos broja neutrona N i broja protona Z u jezgru varira sa masom jezgra.Za laka jezgra taj odnos je priblino jednak jedinici,dok se poveanjem teine taj odnos poveava i za najtea jezgra iznosi oko 1.6.Ako je hemijski simbol nekog elementa X,redni broj Z,a maseni broj A,onda se za odgovarajui atom (jezgro) upotrebljava simbolina oznaka: ili ZXA ili AXZ ili

Jezgra sa istim brojem rednim brojem se nazivaju izotopi. Npr. poznata su 3 izotopa vodika H11,H12 deuterij H13 tricij. Danas je poznato preko 1 000 razliitih izotopa svih elemenata. Jezgra koja imaju isti maseni broj nazivaju se izobari.

Masa protona je mp= 1,67243x 10-27 kg, to je 1,836 puta vee od mase elektrona (mp = 1.836 me), a masa neutron je mn = 1,67474x 10-27 kg, (mn=1,838,5 me)Masa slobodnog nukleona je priblino jednaka atomskoj jedinici mase (1u ili 1AJM), koji se definira kao 1/12 mase atoma C612 i iznosi : 1u = 1AJM = 1,6604* 10-27 kgPrema tome, atomska masa nekog elementa (masa izraena u atomskim jedinicama mase) priblino je jednaka masenom broju A.Pored navedenih u atomskoj fizici, u upotrebi je jedinica 1 , koja je izvedena iz Einsteinove relativistike relacijeizmeu enegije i mase.Iz ove relacije slijedi da je masa: m= []

Mase elektrona, protona i neutrona izraene u spomenutim jedinicama su:

me= 0,0054 = 0,51 []mp=1,0078 = 938,21 []mn=1,0087 = 939,50 []

Spin protona i neutron je , toznai da spadaju u fermione. Zbog toga se nukleoni, kao i elektroni u omotau atoma podvrgavaju Paulijevom principu zabrane. To znai da u jezgru ne postoje dva nukleona u istom stanju (sa jednakim kvantnim brojevima). Naime, veliine koje karakteriu stanje nukleona (energija, impuls, moment impulsa) su kvantinizirane i opisane pomou kvantnih brojeva, analognih kvantnim brojevima u elektronskom omotau.U grubim razmatranjima se uzima da jezgro ima oblik sfere iji je volumen proporcionalan ukupnom broju nukleona.Eksperimenti rasprenja visokoenergetskih elektrona na jezgru pokazali su da je radijus jezgre mogue izrazit irelacijom :

Gdje je R0 konstanta,koja se odreuje eksperimentalno.Radijus protona ili neutrona je oko 1.210-15m.Meutim,mali volumen jezgra uzrokuje da je gustoa jezgra ogromna.Gustoa jezgra iznosi oko 1.310 kg/m ili 130 miliona tona po 1 cm,to je oko 2.310 puta vee od gutoe vode.Ova gustoa je priblino jednaka za sva jezgra.U kosmosu postoje objekti,gdje se pod uticajem gravitacionog privlaenja,jezgra pribliavaju,formirajui mikroskopsku supstancu koja ima gustou jednaku gustoi jezgra.Takvi objekti se nazivaju neutronske zvijezde.U procesu saimanja dolo je do neutralizacije supstance na taj nain to se elektron i proton pretvaraju u dvije neutralne estice: neutron i elektronski neutrino:p + e n + ve

3. MEUDJELOVANJE NUKLEONA U JEZGRIStabilnost jezgra veine atoma, uprkos djelovanju snanih odbojnih elektrostatikih sila izmeu protona, znak je da u jezgru postoji posebno tzv. Nuklearno meudjelovanje koje dri nukleone na okupu unutar nukleusa. Nuklearno meudjelovanje se ponekad naziva i jako meudjelovanje.Ovo meudjelovanje danas predstavlja sloeno ispoljavanje meudjelovanja izmeu kvarkova u protonima I neutronima.Osnovne osobine nuklearnog meudjelovanja :1.Nuklearno meudjelovanje je kratkog dosega.Na rastojanjima veim od 2x m, nukleoni meusobno efektivno ne djeluju, odnosno nuklearne sile su zanemarljive, a dolaze do izraaja samo elektrostatike sile.Na rastojanjima od 0,4xm do 2xm nuklearno meudjelovanje je privlano i po svom intenzitetu znatno premauje odbojno elektromagnetsko meudjelovanje. Dokaz za to je postojanje atomoskog jezgra. Na rastojanjima manjim od 0,4xm meudjelovanje nukleona je odbojno to je u skladu sa injenicom da je volume jezgra proporcionalan ukupnom broju nukleona.2. Sila nuklearnog meudjelovanja je oko 100 puta jaa od elektrostatike sile I oko 1040 puta jaa od gravitacione sile izmeu nukleona.3. Nuklearno meudjelovanje ne zavisi od elektrinog naboja nukleona. To znai da jednako meudjeluju proton i proton, proton i neutron, neutron i neutron. Naravno ,u sluaju meudjelovanju protona i protona doprinos daje i elektrostatiko odbijanje protona,tako da je privlaenje slabije nego u sluaju meudjelovanja protona i neutrona ili neutrona i neutron.Elektrostatika odbojna sila je znaajna na rastojanjima veim od 2*10-15, ali ve na rastojanju 1.9*10-15 iznosi svega 1% od privlane nuklearne sile.To znai da su neutroni vre vezani u jezgru nego protoni.Oni svojim prisustvom povecavaju stabilnost jezgra.Eksperimenti pokazuju da su najstabilnija jezgra sa priblino jednakim brojem protona i neutron. Pri nuklearnim reakcijama sa pozitivnim esticama potrebno je da takva estica ima veliku energiju,odnosno, brzinu, kako bi mogla savladati odbojne sile prije nego to ue u zonu nuklearnog meudjelovanja. Neutrone, pak odbojna sila ne spreava u prodoru ka jezgru , pa otud i veoma spori neutroni mogu da izazovu nuklearnu reakciju.

4. Nuklearno meudjelovanje pokazuje svojstvo zasienosti,tj. svaki pojedini neukleon ne meudjeluje sa svim nukleonima u jezgru, nego samo sa odreenim brojem prvih susjeda. To je posljedica kratkog dosega nuklearnih sila, a eksperimentalna potvrda ovog svojstva je injenica da je energija meudjelovanja po nukleonu priblino jednaka za sva jezgra.

5. Nuklearno meudjelovanje zavisi od meusobne orijentacije spinova meudjelujuih nukleona. Naime, naeno je da se energija dva nukleona kod kojih su spinovi paralelni razlikuje od energije kada su spinovi antiparalelni. Zbog tog deuterij se moe formirati samo kada su spinovi protona i neutrona paralelni.

4.MODELI JEZGRANedovoljno poznavanje nuklearnog meudjelovanja i veliki broj nukleona u jezgru onemoguavqju dosljedne kvantnomehanike proraune za jezgro. Da bi se objasnile osobine jezgra nastalo je nekolko modela jezgra.Jedan od njih je model kaplje, kojeg je predloio N.Bohr 1936.godine. Prema ovom modelu jezgro je kaplja nuklearnog fluida. Nuklearni fluid je pozitivno naelektrisana tekuina velike gustoe. Stabilnost jezgra ovisi o ishodu nadmetanja dvaju suprotnih tendencija. Elektrostatiko odbijanje tei da razori kaplju. Povrinski napon nuklearne tekuine nastoji smanjiti povrinu kaplje, tj. kaplju odrati na okupu. Model nuklearnih ljuski u osnovi sadri pretpostavku da se svaki nukleon kree nezavisno u srednjem polju ostalih nukleona.Iz te pretpostavke slijedi da postoje razliiti energetski nivoi nukleona u jezgru. Energetski nivoi protona se razlikuju od energetskih nivoa neutrona zbog razliitih vrsta meudjelovanja( nuklearno i elektrostticko i samo nuklearno ).Grupe bliskih energetskih nivoa obrazuju energetske ljuske. Protonske i neutronske ljuske se razlikuju .Jezgra kod kojih su nuklearne ljuske popunjene veoma su stabilna.Slino je i za atome kod koih su popunjene elektronske ljuske (plemeniti plinovi koji su veoma stabilni i hemijski neaktivni ). Vriijednosti Z ili N koje odgovaraju popunjenim protonskim ili neutronskim ljuskama su 2,8,20,28,50,82 i 126.Ovi brojevi se nazivaju se magini brojevi,a jezgra kod kojih je Z ili N jednako jednom od njih nazivaju se magina jezgra.Model nuklearnih ljuski je nastao kao posljedica injenice o postojanju veoma stabilnih maginih jezgri. Tako je od 1948 do 1959.godine izgraen ovaj model, uz doprinos vie nuklearnih fiziara(M.Gopert-Mayer, H. Jensenidr.)Osnovna pretpostavka modela nuklearnih ljuski je u suprotnosti sa modelom kaplje u kojem nije mogue govoriti o nezavisnom kretanju pojedinih nukleona.Nijedan od ovih modela ne moe objasnit sve eksperimentalne injenice o jezgru i zbog toga se danas primjenjuju sloeniji modeli koji nastoje opisati sva svojstva jezgra i procese u njima sa jedinstvene take gledita.

5.ENERGIJA VEZE JEZGRA I DEFEKT MASEEnergija veze jezgra Ev jednaka je radu koji treba izvriti da se jezgro razloi na nukleone, ne ukljuujui tu njihovu kinetiku energiju. Razloiti jezgro na nukleone znai razmaknuti nukleone na rastojanja na kojima meu njima nema nuklearnog meudjelovanja. Tako npr. najjednostavniji nuklearni sistem- jezgro deuterija (koje se sastoji iz protona i neutrona ) moe se razgraditi ako se gaa visokoenergetskim fotonima. Pri tome minimalna energija fotona mora biti 2,2 MeV, to odgovara energiji veze nukleona u deuteriju. S druge strane eksperimentalno je naeno da je masa atomskog jezgra mj uvijek manja od zbira masa svih nukleona koji ga izgrauju ( Zmp + Nmn ). Ova razlika u masama se naziva defekt mase (m). Energija koja odgovara defektu mase (mc2) je jednaka energiji koju je potrebno utroiti za razgradnju jezgra na nukleone ili energija koja se oslobodi pri izgradnji atomskog jezgra.Prema tome, energija veze atomskog jezgra je :EV = mc2 =[ Zmp + (A - Z)mn mj ] c2 ; A-Z =Nmn

Energija veze po jednom nukelonu (EV/ A) se naziva specifina energija veze i zavisi od masenog broja A.Specifina energija veze moe se izraunati za svako jezgri. Dobiveni rezultati u zavisnosti od masenog broja A mogu biti grafiki prikazani pomou tzv. Astonove krivulje. Energija veze po jednom nukleonu predstavlja mjeru stabilnosti jezgra.Stabilnija su jezgra sa veom energijom veze po nukleonu i njih je tee dezintegrirati. Eksperimentalni i raunski dobiveni rezultati prikazani Astonovom krivuljom govore da su najjae vezani nukleoni u jezgrima sa masenim brojevima od 50 do 60. To su najstabilnija (najvre vezana) jezgra. Sa porastom i sa smanjenjem masenog broja A specifina energija veze i stabilnost jezgri opada sporo i brzo, respektivno. Tako za uran (A=238) iznosi 7,5 MeV, a za deuterij (A=2) iznosi 1,1 MeV po nukleonu.Ovakva zavisnost energije veze po nukleonu od masenog broja A omoguava dobijanje velikih koliina energije u dva procesa :1.Cijepanje ili dioba tekih jezgara (sa velikim masenim A brojem, sa kraja PSE) na vie lakih, pri emu ta laka jezgra pripadaju sredini periodnog sistema, gdje je specifina energija veze vea. Proces se zove NUKLEARNA FISIJA.2.Sinteza lahkih jezgara u tee, pri emu tee jezgro ima veu spec.energiju veze od lahkih. Proces se zove NUKLEARNA FUZIJA.U oba sluaja dolazi do poveanja specifine energije veze pri emu se razlika energije oslobaa.U hemijskim procesima se takoer oslobaa energija, ali je ona milion puta manja od energije koja se oslobodi u nuklearnim procesima. Tako naprimjer prilikom sagorijevanja ugljika C+O2=CO2 , doe do oslobaanja energije od 3 eV po jednoj stvorenoj molekuli. A prilikom sinteze dva jezgra deuterija H12 u jezgru helija He24 se oslobodi 24 MeV energije.Defekt mase je stoga specifian ne samo za nuklearne procese, nego i za hemijske egzotermne reakcije. Ali kako je energija koja se tada oslobodi mala, i defekt mase je milion puta manji, ona je praktino bez znaaja, i zato se uzima da je masa u hemijskim procesima sauvana(zakon o odranju mase).Za ostvarivanje procesa cijepanja jezgra, potrebno je takvom jezgru dovesti aktivacionu energiju ubacivanjem neutrona u njega. Za proces sinteze lahkih jezgara (nuklearna fuzija)je potrebno to jezgro pribliiti na doseg djelovanja nuklearnih sila,savladavajui njihovo elektrostatiko odbijanje. Pri tome je potrebno da jezgra prije reakcije imaju dovoljnu kinetiku energiju koja odgovara temeperaturi 109 K. I prema tome se nuklearna fuzija moe ostvariti samo snanim toplotnim kretanjem na visokoj temperaturi. Takvi procesi se odvijaju na Suncu i drugim zvijezdama, gdje se iz jezgra H formiraju jezgra He pri emu se oslobaa ogromna energija koja stie i do Zemlje milijardama godina, uglavnom putem elektromagnetskog zraenja.

6.NUKLEARNE REAKCIJEA + B C + D

Ako se vanjskim djelovanjem prinude dva jezgra ili elementarne estice,A i B,da nuklearno meudjeluju,pri emu kao rezultat meudjelovanja nastanu druga dva jezgra ili elementarne estice,C i D,to piemo kao:

govori se o procesu koji se naziva nuklearna reakcija.To je poces transformacije jezgra izazvana njihovim meudjelovanjem ili meudjelovanjem sa elementarnim esticama.Meujlovanje se deava kada se jezgra ili estice priblie na doseg djelovanja nuklearnih sila.Najei oblik nuklearne reakcije je meudjelovnje lahke estice a sa jezgrom X,pri emu,kao rezultat meudjelovanja,nastaju druga lahka estica b i jezgro Y,to se simbolino pie na slijedei nain: X + a Y + b ili skraeno X(a,b)Y

U ulozi lahkih estica pojavljuju se: alfa estice ili jezgro H24 deuterij d ili jezgro H12 ,proton p ili jezgro H11,neutron n i fotona .Ove estice se prethodno ubrzavaju u akceleratorima do ogromnih energija(reda veline 1MeV) kako bi se mogle pribliiti jezgru u doseg nuklearnog meudjelovanja.Transformacija elemenata je mogua samo putem nuklearnih reakcija,a za njih je potrbno milion puta vea energija nego za hemijske reakcije.Toplotni efekt nuklerne rekcije odreen je defektom mase u reakciji i dat je relacijom:E=m*c2=(mX+ma)-(m+mb)*c2

gdje su mX, mY, ma i mb mase jezgra X i Y i lahkih estica a i b..Ako je E>0,pri reakciji se oslobaa energija,a ako je E