Jadrová fyzika sa zaoberá jadrami atómov. Zakladae¾om tohoto vedného odboru bol Becquerel a o jej rozvoj sa zaslúili Rutherford objavením jadra atómu, Chaddwick objavením protónu rodina Curieová, ktorí študovali iarenie jadra istých prvkov a ïa¾ší. Existuje viacero spôsobov štúdia jadier elementárnych èastíc, medzi ne patrí napr. Gerigerov-Mullerov poèítaè, hmlová, alebo bublinová komora. Všetky tieto zariadenie fungujú na princípe jonizácie.
Atómové jadro je sústva, zloená z protónov a neutrónov, ktoré sa tie nazývajú nukleóny. Pre znaèenie atómov jednotlivých prvkov sa pouíva toto znaèenie
Z je protónové èíslo
A je nukleónové èíslo
Ak dva atómy jedného prvku majú rovnaké protónové
èíslo, no lýšia sa nukleónovým èíslom jedná sa o izotopy atómov prvku.
Náboj jadra()
Na základe porovnania hmotnosti jadra atómu,
ktorú dostaneme súètom hmotností nukleónov()
s reálnou, experimentálne urèenou hmotnosou jadra(
)
získame vzah
Hmotno jadra je vdy menšia ako súèet hmotností()
Z protónov a hmotností(
) N neutrónov.
Väzbová energia
jadra, je energia, ktorá je potrebná na rozdelenie jadra na Z protónov a N neutrónov
a tie na syntézu jadra zo Z protónov a N neutrónov. Hmotnostný úbytok(
)
je velièina, ktorá je daná rozdielom vypoèítanej hmotnosti jadra, teda
hmotnost vyplývajúcej zo súètu hmotností protónov a neutrónov a experimentálne
dokázanou hmotnosou jadra. Vzah medzi väzbovou energiou a hmotnostným
úbytkom:
Pri štúdiu procesov, pri ktorých sa uvo¾ní
iba malá èas vnútornej energie jadier sa pouíva velièina
väzbová energia pripadajúca na jeden nukleón(),
v jadre s A nukleónmi.
Èím je táto hodnota výššia tým viac energie je potrebné na rozdelenie jadra na nukleóny.
Rozlièné hodnoty
pre rôzne jadrá objasòujú procesy, ktoré prebiehajú v jadrách hviezd, a pri
ktorých sa uv¾òuje èas vnútornej energie. Vo hviezdach nastáva
proces, kde sa uvo¾òuje energia syntézou ¾ahších jadier na ašie.
existujú dva deje pri, pri ktorých sa uvo¾òuje jadrová energia. Sú to 1. syntéza ¾ahkých jadier a 2. štiepenie ve¾mi akých jadier.
syntéza ¾hkých jadier
Energia získaná v prvej rovnici je dodaná do druhej, z ktorej získavame 22,36MeV. Aby mohla by syntéza jadier realizovaná je potrebné ve¾ké mnostvo energie. Potrebné mnostvo energie je moné získa napr. vo ve¾mi horúcom plyne a vtedy hovoríme o termonukleárnej syntéze.
Strassmann a Hahn robili pokusy, kde ostre¾ovali jadrá Uránu neutrónmi a došli k takýmto rovniciam
Tieto rovnice majú dve veci spoloèné.1. v oboch sa uvo¾òuje okolo 200Mev energir
2. vo väèšine reakcií vznikajú opä neutróny
Pri týchto reakciách vznikajú opä neutróny, ktoré buï spôsobujú, alebo nespôsobujú ïa¾šíe štiepenie. Stredný poèet úèinných neutrónov(k) je priemerný poèet neutrónov schopných štiepenia. Ak je tento poèet väèší ako 1, reazová reakcia sa lavinovite zväèšuje, ak je menší ako 1 reazová reakcia vyhasíòa a ak je rovný 1 reaz. reakcia je stacionárna(poèet štiepení za sekundu je konštantný).
V jadrových reakciách platí zákon zachovania úhrnného elektrického náboja. Pre rozpad neutrónu platí
kde je
elektrónové antineutríno
Vo všeobecnsti je moné zapísa jadrovú reakciu takto: Mikroèastica(a) strela dopadá na jadro terèíka(X) a vznikajú èastice b a Y, ktoré sú vo všeobecnosti iné ako pôvodné èastice a,X.
a+X® Y+b
ak je <
0 energia sa uvo¾òuje
ak b=a a Y=X hovoríme o prunej zráke
Ak sa pri zráke zmení štruktúra èastíc
¹ 0 hovoríme o neprunej
zráke
Zákon zachovania relativistickej hybnosti èastíc reakcie
Zákon zachovania úhrnnej relativistickej energie
Zákon zachovania relativistickej hmotnosti èastíc a však súèet pokojových hmotností sa nezachováva.
Pre všetky jadrové procesy boli experimentálne overené zákony zachovania elektrického náboja a poètu nukleónov
kde Z je poèet protónov a A je poèet nukleónov
Jadrové iarenie sa skladá z troch zloiek:
a -zloené z jadier
b - zloené z elektrónov
g -zloené z fotónov s vysokou energiou hf> 10keV
èastice a a b iarenia sú v látkach brzdené zatia¾ èo èastice g iarenia sú pohlcované.
Aktivita iarièa A urèuje poèet premien vo vzorke urèitého rádionuklidu za 1s. Jednotkou aktivity je becquerel= 1 premen za 1 sekundu. Aktivita iarièa sa èasom zmenšuje, platí
kde A(t) je aktivita iarièa v èase t , A(0) je aktivita iarièa v èase t=0 a l je rozpadová konštatnta.
Jadrová premena je náhodný proces, ktorý sa sa uskutoèòuje s istou pravdepodobnosou.
Závislos medzi aktivitou a poètom jadier nuklidu
A(t)= l N(t)
a