Nuklearna fizika

Mašinski fakultet Sarajevo

Univerzitet u Sarajevu

SEMINARSKI RAD NUKLEARNA FIZIKA

Fizika 2

Nuklearna fizika 2011

Sadržaj:

Uvod

Sastav i karakteristike atomske jezgre

Masa i energija veze jezgre

Priroda nuklearnih sila

Radioaktivnost

Zakon radioaktivnog raspada

Cjepanje jezgre(fisija)

Nuklearni reaktor

Termonuklearna reakcija(fuzija)

Kontrolirana fuzija

Zaključak

Literatura

2


Uvod

Danas u vrijeme velikih naučnih otkrića , grana fizike koji izučava nuklearna fizika je jako pristupučna.Nuklearna fizika bavi se izučavanjem jezgre atoma.Prva izučavanja su bila jos 1896.godine od strane francuskog fizičara Henri Becquerel dok je radio na fosforoscentnim materijalima koji je tim putem otkrio radioaktivnost.Tokom Drugog svjetskog rata doslo se na ideju da bi se energija koju radioaktivnost otpusta mogla korsititi kao oružje masovnog unistenja. Zatim su razvijeni nuklearni reaktori za korištenje u podmornicama, brodovima i za komercijalnu upotrebu. Radioaktivni izotopi i dalje imaju mnoge značajne primjene, uključujući praćenje bioloških procesa u ljudskom tijelu za potrebe dijagnostike, očuvanje hrane u teglama ubijanjem bakterija i određivanje starosti geoloških nalaza bazirano na procjenama o brzini raspada izotopa.U daljem tekstu ćemo više razjasniti osnove nuklearne fizike.

3


Sastav i karakteristike atomske jezgre

Rutherfordovi i drugi eksperimenti pokazali su da se atom sastoji od jezgre,po dimenziji mnogo manje od atoma ali sa gotovo cjelokupnom masom jezgra.Jezgje sastavljena od protona i neutron, koje jednim imenom zovemo nukleoni.Najvažnije osobine jezgra su njena masa i naboj.Naboj jezgre Ze određen je brojem protona Z,dok ukupni broj protona i neutron određuje maseni broj jezgre A. Jezgru određenog elementa karakterterizira broj protona Z, i zove se redni broj elementa dok broj neutrona, N=A-Z, može varirati a da se pri tome ne mijenjaju kemijska svojstva elementa.Masa nuklida praktično je jednaka masi atoma, jer je masa elektronskog omotača zanemariva.Atomske mase se izražavaju u atomskim jedinicama mase ( 1 ajm).Atomska jedinica mase jednaka je 1/12 mase atoma ugljika C6

12 ,tj. :

1ajm=1u=1/12 mase atoma C612 =1.66063⋅10−27kg.

U nuklearnoj fizici je uobičajno da se mase izražavaju i jedinicama energije,prema relaciji E=mc2.Tako dobivamo za atomsku jedinicu mase ekvivalent izražen u elektronvoltima:

1muc2=931,478MeV

Protop(p) nije ništa drugo nego jezgra vodikovog atoma.On ima naelektrisanje (+e) i masu izraženu u jedinicama energije mp=938,2Mev.

Masa elektrona izrazena u istim jedinicama iznosi me=0.511Mev.

Neutron (n) je čestica bez električnog naboja i sa masom mn=939,5 MeV vrlo bliskom masi protona.Neutron kao i proton imaju spinski kvantni broj s=1/2.U slobodnom stanju neutron je nestabilan (radioaktivan) i on se spontano raspada, pretvarajući se u proton i emitirajući electron (e-) i još jednu česticu koja se naziva antineutrino (~v).Raspad protona može se prikazati na sljedeći način:

n→ p+e−¿+~v ¿

Za označavanje jezgri obično se koristi simbol XzA gdje se pod X podrazumijeva hemijski simbol

datog elementa.Desno gore stavlja se maseni broj A, lijevo dolje atomski redni broj Z. Većina hemijskih elemenata ima nekoliko različitih varijeta, koji se razlikuju u masenom broju i zovemo ih izotopi.Izotopi su jezgre sa istim brojem protona Z.Jezgre sa jednakim masenim brojem A nazivaju se izobari.Postoje također radioaktivne jezgre sa jednakim Z i A, koje se razlikuju periodoom poluraspada.Takve jezgre se nazivaju izomeri.

4


Jezgro je oko 104 do 105 puta manje od atoma.Eksperimentalna raspršenja nukleona na jezgrama odredjen je radijus jezgre R=r0 A1/3,gdje je A maseni broj r0 konstanta i iznosi oko 1,2∙

10-15m.Srednja gustoća nuklearne supstance iznosi 2 ∙1017 što je za 1014 puta veća gustoća od gustoće materijala i ne ovisi o vrsti nukleida.

MASA I ENERGIJA VEZE JEZGRE

Masa mirovanja jezgre Mn je uvijek manja od sume mase mirovanja čestica koje sačinjavaju jezgru.To je uvjetovano time što se pri sjedinjavanju nukleona u jezgru oslobađa energija veze Eveze jednaka radu koji bi bilo potrebno izvrsiti izvršiti , da bi se jezgra rastavila na nukleone, koji ga obrazuju i da bi se ti nukleoni međusobno udaljili na rastojanja na kojima praktično ne međudjeluju jedan sa drugim.Znači, energija jezgre je manja od energije sistema nukleona koji međusobno ne djeluju za veličinu jednaku Eveze.Prema relativističkoj relaciji promjeni mase sistema za velicinu ∆ m, odgovara promjena energije za veličinu ∆ E=∆ mc2.Prema tome, smanjenje mase sistema za ∆ M :

∆ M=Z m p+N mn−MN

odgovara smanjenju njegove veze za ∆ M c2.Ova energija se naziva energija veze i iznosi Eveze= c2

(Zmp+N mn−MN ¿.Ova razlika u masi ∆ Mnaziva se defekt mase jezgra i predstavlja karakterisktiku svake jezgre.Energija veze koja otpada na jedan nukleon (Eveze/A) naziva se specifična energija veze.

Najjače su vezani nukleoni u jezgrama sa masenim brojem 50-60.S porastom A specifična energija veze postepeno opada.Ovakva zavisnost specifične energije veze o masenom broju,

5

grafikon zavisnosti Eveze i A


energetski omogućava dva procesa:cijepanje teških jezgri na nekoliko lakših i spajanje lakih jezgri u jednnu jezgru.Oba procesa dešavaju se uz oslobađanje velike količine energije.

PRIRODA NUKLEARNIH SILA

Ogromna energija veze nukleona u jezgri govori o tome da između nukleona postoje vrlo intenzivno međudjelovanje(interakcija).Privlačnog je karaktera i održava nukleone na međusobnom rastojanju reda velicine 10-15m, uprkos djelovanju jakog elektrostatskog odbijanja između protona.Nuklearna interakcija između nukleona dobila je naziv jaka interakcija.Jaka interakcija može se opisati pomoću polja nuklearnih sila,čije su osobine sljedeće:

Kratkog su dosega i ovisno o rastojanju među nukleonima ponašaju se na sljedeći način:

r>2 ∙10−15m, međudjelovanje se ne opaža;

10−15m<r<2 ∙10−15m, privlačno međudjelovanje;

r<10−15m, jako odbojno međudjelovanje;

Jako međudjelovanje ne ovisi o naboju nukleona.Nuklearne sile koje djeluju između dva protona,između protona i neutron i između dva neutrona, jednaka su po veličini.Ova osobina naziva se neovisnost nuklearnih sila o naboju.Nuklearne sile imaju osobine zasićena, to znači svaki nukleon u jezgri međudjeluje sa ograničenim brojem nukleona.Savremena teorija nuklearnih sila pretpostavlja da se uzajamno djelovanje nukleona ostvaruje posredstvom nuklearnog polja, i to putem razmjene kvanata tog polja tzv. mezona.1935.godine je japanski fizičar Yukawa(Jukava) pretpostavio da u prirodi postoje tada još neotkrivene čestice,čija je masa 200-300 puta veća od mase elektrona, a koje imaju ulogu prenosnika nuklearnih interakcija.Po analogiji sa fotonima ove hipotetičke čestice nazvao teški fotoni.Kasnije su dobile naziv mezoni.1947.godine u kozmičkim zracima pronađeni su tzv.pioni ili π-mezoni, za koje se pokazalo das u nosioci nuklearnih sila.Prema mezonskoj teoriji nuklearnih sila jaka interakcija se objasnjava virtualnom razmjenom mezona između protona i neutron u jezgri,što se šematski moze predstaviti na ovaj način:

p↔n+π+¿ p↔ p+π 0¿

n↔ p+π−¿n↔ n+π0¿

6


U kvantnoj mehanici virtuelnim se nazivaju čestice koje ne mogu biti opažene za vrijeme njihovog postojanja.Vrijeme života π+ i π- mezona iznosi 2.55 10∙ -8s, a π0 mezona 2,1 10∙ -

16s.Najveći dio nabijenih mezona dobije se po šemi:

π+¿→ μ+¿+v¿ ¿

π−¿ →μ−¿+~v¿ ¿

gdje su μ+¿ ¿ i μ−¿ ¿ pozitivni i negativni mion, v neutrino, a ~v antineutrino.

RADIOAKTIVNOST

Radioaktivnost je spontani prijelaz nestabilnih izotopa nekog kemijskog elementa u izotop drugog elementa, koji se dešava uz emisiju elementarnih čestica ili jezgri.Osnovni tipovi radioaktivnog raspada su:

alfa raspad

beta raspad

spontana fisija

gama raspad

Radioaktivnost izotopa koji se sreću u prirodnim uvjetima, naziva se prirodnom, dok se radioaktivnost dobivena posredstvom nuklearnih reakcija naziva vjestačkom.Proces radioaktivnog pretvaranja u oba slučaja pokorava je istim zakonima.

Alfa raspad.Alfa čestice su jezgre helija 2He4 i nastaju pri radioaktivnom alfa raspadu.Kada nestabilna jezgra emitira α-česticu,maseni broj smanji za četiri, a redni za dva.Općenito α raspad moze se predstaviti po šemi:

X AZ → XZ−2

A−4+ He24

Prolazeći kroz supstancu,alfa čestice postepeno gube svoju energiju trošeći je na ionizaciju molekula supstance in a kraju se zaustavljaju.Prirodno sto je veća gustoća supstance, to je manji domet alfa čestice u njoj.Alfa čestice se mogu potpuno zaustaviti običnim listom papira.

7


Beta raspad.Postoje tri različita tipa beta raspada.U jos jednom slučaju jezgra koja se raspada emitira electron, u drugom positron, a u trećem slučaju nazivamo K-zahvat(ili elektronski zahvat) jezgra apsorbira jedan od elektrona K-sloja atoma.

Prvi oblik raspada nazivamo beta minus raspad(β-). β—raspad se može šematski prikazati na ovaj način:

X AZ → YZ+1

A+ e−10+~v .

Kada radi jezgra emitira čestica(electron), redni broj joj se poveća za jedan, dok se maseni broj ne mijenja.Pored elektrona emitira se također i antineutrino ~v.Cjeli process promiče kao kad bi se jedan od neutrona jezgre X pretvorio u proton,pretrpivsi raspad po šemi:

n01→ p1

1+ e−10+~v.

Beta raspad se može odigrati uz emisiju gama zraka.Razlog njihove pojave je isti kao i u slucaju alfa raspada,jezgra potomak može nastati kako u normalno tako i u pobudjenom stanju.Prelazeći u stanje sa manjom energijom jezgra zrači gama foton.Za razliku od alfa čestica,beta-elektroni imaju najrazličitije energije od 0 do Emax.

Drugi oblik beta raspada je beta plus raspad(β+).Neke nestabilne jezgre koje imaju manjak neutron emitiraju pozitivne čestice mase jednake masi elektrona, ali naboja +e i tako postaju stabilnije.To je beta plus raspad (β+) pri kome se jedan proton pretvara u neutron, a iz jezgre izlazi positron (e+) i neutrino (v).Šemu β+ raspada pišemo:

X AZ → YZ−1

A + e+10+v

ili

p11→ n0

1+ e10+v .

Proces se dešava uz emisiju pozitrona i neutrino, a moguće je i nastajanje gama zraka.Pozitron je antičestica elektrona, a neutrino antičestica antineutrino.

Treći oblik beta raspada K-zahvat sastoji se u tome da jezgra apsorbira jedan od K-elektrona svog atoma, a kao rezultat toga, jedan proton prelazi u neutron emitirajući pri tome neutrino:

p11+ e−1

0→ n01+v .

Jezgra koja je nastala može biti u pobuđenom stanju.Prelazeći zatim u energetski niže stanje ona emitira foton.Šema procesa može se prikazati na ovaj način:

X AZ + e−1

0→ YZ −1A+v .

8


Gama raspad.Poslije alfa ili beta raspada, jezgra potomak može biti u nekom od pobuđenih stanja.Jezgra potomak se vraća u svoje osnovno stanje emitirajući pri tome gama zračenje (γ-fotone) odgovarajuce energije.Moguće je da jedna jezgra emitira i vise γ-fotona po jednom raspadu.

ZAKON RADIOAKTIVNOG ZRACENJA

Trenutak spontanog raspada jezgre nekog radioaktivnog izotopa je nemoguće predvidjeti, ali se može odrediti vjerovatnost tog raspada u toku određenog vremenskog interval.prema tome, radioaktivni raspad je statistički process,koji se pokoravazakonima vjerovatnosti.Brzina kojom se raspada radioativni material naziva se aktivnost i jednaka je broju raspada u jedinici vremena:

A=−dNdt

.

Znak minus oznacava da se broj raspada u toku vremena smanjuje.Aktivnost se mjenja sa vremenom i proporcionalna je broju nestabilnih jezgri N(t):

A=λN ( t ) ,

gdje je λ konstanta raspada i karakterisika je pojedinačnog radioaktivnog elementa.Iz ove dvije relacije sljedi diferencijalna jednačina:

dN=−λN ( t ) dt ,

koja daje broj raspada za vrijeme dt u trenutku t.Integracijom izraza dobiva se :

lnN=−λt +C

gdje je C- integraciona konstanta.Za t=0,dobivamo da je C=lnN0 pa je ,

N=N 0 e−λt ,

gdje je N0 broj jezgara u momentu t=0, a N broj neraspadnutih jezgri do trenutka vremena t.Relacija predstavalja zakon radioaktivnog raspada.Ako je A0 početna aktivnost uzorka:

9


A0=(−dNdt

)0

=λ N0 .

Vrijeme poloraspada T 1/2 predstavlja onaj vremenski interval u kojem se raspadne polovina atoma radioaktivnog elementa.Uvrsivši T=T 1/2 i N=N 0/2 u relaciju dobivamo da je vrijeme poluraspada jednako:

T 1/2=ln 2λ

=0.693λ

.

Grafički prikaz zakona radioaktivnog raspada:

Jedinica za aktivnost radioaktivnih izvora je bekerel (Bq).Takodje se koristi i vansistemska jedinica za aktivnost ,kiri (Ci).

1Ci=3,7 ∙107Bq

10


CJEPANJE JEZGRE(FISIJA)

Nuklearna fisija je dijeljenje jezgre atoma na manje dijelove (manje jezgre), pri čemu nastaju + slobodni neutroni i druge male jezgre, što bi moglo dovesti do proizvodnje fotona (u obliku gama-zraka). Fisija teških elemenata je egzotermna reakcija koja oslobađa velike količine energije kao što su elektromagnetska radijacija i kinetička energija dijelova (zagrijavanjem veličine materijala gdje se fisija događa). Fisija je oblik elementarne pretvorbe zato što nastali dijelovi nisu istog kemijskog elementa kao orginalni atom.Nuklearna fisija proizvodi snagu za nuklearnu energiju i pokreće eksploziju nuklearnih oružja. Obje uporabe su moguće zbog određenih sastojaka zvanih nuklearna goriva. Nuklearna goriva prolaze kroz fisiju kod sudara sa slobodnim neutronima a za uzvrat stvaraju neutrone kad se razdvoje. To omogučava samoodržavajuću lančanu reakciju koja oslobađa energiju kontrolirano u nuklearnom reaktoru ili vrlo brzo i nekontrolirano kod nuklearnih oružja.Količina nuklearne energije sadržane u nuklearnom gorivu je milijun puta veća od količine slobodne energije sadržane u sličnoj količini kemijskog goriva kao što je benzin, što čini nuklearnu fisiju vrlo primamljivim izvorom energije.

Primjeri nekoliko reakcija fisije 235U od velikog broja mogućih:

n+235U → 236U → 140Ba+94Kr+2n

→ 139Ba+94Kr+3n

→ 137Cs+96Rb+3n.

Lančana reakcije fisije

Samoodržanje fisije omogućuju u procesu fisije oslobođeni neutroni, prosječno oko 2,5 po fisiji jedne jezgre. Samoodržanje fisije može se ostvariti ako bar jedan od tih neutrona prouzroči novu fisiju u okolnim jezgrama. Samoodržanje fisijske reakcije tako da fisijski neutroni uzrokuju nove fisije, naziva se lančanom reakcijom. Za odvijanje lančane reakcije odlučne su dvije veličine: faktor multiplikacijek i trajanje fisijske generacije τ u lančanoj reakciji. Trajanjem jedne

11


fisijske generacije naziva se prosječno vrijeme između dviju uzastopnih fisija (da bi fisijski neutroni bili emitirani iz neke jezgre i dospjeli do drugih fisibilnih jezgara potrebno je neko vrijeme). Faktor multiplikacije k omjer je između broja fisija jedne fisijske generacije i broja fisija prethodne generacije. Lančana je reakcija divergentna ako je k > 1, konvergentna ako je k < 1. Ako je k = 1, lančana reakcija održava se trajno s istim brojem fisija u jediničnom volumenu. Prosječna je energija fisijskih neutrona relativno visoka, oko 2 MeV, pa je malena vjerojatnost da oni prouzroče iduće fisije jezgri urana. Sudaranjem s jezgrama urana njihova se energija smanjuje, a sposobnost za fisiju povećava. U tom procesu fisijski se neutroni mogu izgubiti za fisiju ili nefisijskom apsorpcijom u U238 (zbog relativno velike apsorpcije neutrona energije između 5 eV i 300 eV) ili bijegom u okoliš iz prostora u kome se nalazi uran.Nefisijska apsorpcija može se smanjiti tako da se masi urana dodaju laki elementi, pa neutroni u sudaru s njihovim jezgrama malog masenog broja brže gube energiju i brže prolaze kroz energijsko područje rezonancije za U238. Takve jezgre nazivaju se moderatorskim jezgrama, a tvari sa sposobnošću da usporavaju neutrone nazivaju se moderatorima. Dodatni način da se smanji gubitak neutrona nefisijskom apsorpcijom u U238 jest da se u gorivu smanji udio U238, a poveća udio U235 na više od 0,7 % (koliko ga ima u prirodnom uranu). Nadalje, gubitak neutrona bijegom u okolni prostor može se smanjiti postavljanjem tzv. reflektora oko mase goriva. Od jezgara tih materijala dio se neutrona reflektira i vraća u uran. Smanjenje gubitka neutrona bijegom postiže se i povećanjem mase urana: time se smanjuje odnos površine kroz koju neutroni bježe prema obujmu odnosno masi u kojoj nastaju fisijom. Za odabrani moderator i reflektor te određeni sastav urana i njegov geometrijski raspored, postoji granična masa urana, tj. najmanja masa u kojoj se još može ostvariti faktor multiplikacije k = 1. S manjom masom urana ne može se održavati lančana reakcija jer je gubitak neutrona bijegom prevelik. Najmanju masu potrebnu za održavanje lančane reakcije uz zadane uvjete nazivamo kritičnom masom. U specijalnim uvjetima, kritične mase izdvojenih nuklida, Pu239 ili U235, mogu biti i manje od jednog kilograma, a u reaktorima one iznose i više desetaka tona. Za U235 metal i sfernu raspodjelu goriva te berilijski reflektor kritična je masa približno 16 kg. U istim uvjetima kritična masa Pu239 jest približno 4,5 kg.

12


NUKLEARNI REAKTOR

Kao material koji dezintegrira u reaktorima koriste se prirodni uran obogacen uranom U235.Da bi se spriječio zahvat neutron jezgrama U238 nuklearno gorivo se razmješta u blokove između kojih se stavlja moderator,tj. matererijal koji usporava neutrone do termalnih brzina. Mada se neutron česće sudaraju sa jezgrima U238, vjerovatnost da dođe do cijepanja jezgre U235 je veća od vjerovatnosti zahvata neutron u jezgru U238.Jezgre moderator treba da imaju malu vjerovatnost zahvata neutron i veliku vjerovatnost elastičnog raspršenja.Ovakve uvjete ispunjava deuterij, grafit i berilij (Be).Da bi se smanjila energija neutron dobivenih fisijom (2 MeV) do termickih brzina (0.0025eV) potrebno je oko 25 sudara u teskoj vodi.Prvi nuklearni reaktor pušten je u rad 1942.godine u Čikagu pod rukovodstvom talijanskog fizičara Enrika Fermia.Kao gorivo korišten je uran a moderator je bio grafit pa se ovakav reaktor naziva uran-grafitni reaktor.

13


TERMONUKLEARNA REAKCIJA(FUZIJA)

Spajanje lakih jezgri u jednu jezgru naziva se fuzija i dešava se uz oslobađanje ogromnih količina energije.Pošto je za sintezu jezgri potrebna visoka temperatura, ovaj proces se naziva termonuklearna reakcija.Da bismo savladali potencijalnnu barijeru , uvjetovanu Coulombovim (Kulonovim) odbijanjem, jezgre sa rednim brojevima Z1 i Z2 treba da imaju energiju:

E= 14 π ε0

∙Z1∙ Z2 ∙ e

2

rN

,

gdje je r N radijus djelovanja nuklearnih sila koji iznosi oko 2 ∙10−15m.Čak i za najlakše jezgre sa Z1=Z2=1, ta energija iznosi:

E=1,15∙10−6 J ≈0.7MeV .

Na svaku jezgru koja se sudara otpada polovina navedene veličine.Srednjoj energiji toplotnog kretanja od 0,35MeV odgovara temperatura reda veličine 2 ∙109K .Međutim ,fuzija lakih jezgri može se ostvariti na znatno nižim temperaturama(107K).Ovo se moze objasniti statističkom raspodjelom čestica po brzinama,gdje se podrazumijeva da postoji uvijek jedan broj jezgri čija energija znatno prelazi srednju vrijednost.Na principu fuzije zasniva se hidrogenska bomba.Da bi se postigla potrebna temperatura koristi se kao upaljač atomska bomba.Za hidrogensku bombu obično se koristi sinteza deuterija i tricija:

H12+ H1

3→ He24+n+17,6MeV .

Pri ovoj reakciji oslobađa se energija od 17,6MeV što iznosi oko 3,5MeV po nukleonu.Radi usporedbe navedimo da cijepanje jezgre urana oslobađa oko 0,85MeV po nukleonu.

Sinteza jezgri vodika u jezgre helija je izvor energije Sunca i zvijezda,u čijoj unutršnjosti tempretura dostiže 107-108K.Sinteza u zvijezdama ostvaruje se na dva načina.Pri nižim temperaturama javlja se sinteza dva protona koji obrazuju jezgra helija 2He2, koja se raspada radioaktivnim beta β+ raspadom:

H11+ H1

1→ He22→ He21 +β+¿+v+1,35MeV . ¿

Tako dobivena jezgra teškog vodika (deuterija) H12 sudara se sa protonom i sa njim tvori tricij:

H11+ H1

2→ H13+β+¿+v +4,6MeV . ¿

Proces se završava reakcijom:

14


He23+ He2

3→ He24+2 p .

tj. formiranjem jezgre helija i dva protona.

Na višim temperaturama veću vjerovatnost ima jedna druga termo nuklearna reakcija, tzv. ugljično-dušični ciklus.Konačni rezultat svih etapa ovog ciklusa je obrazovanje jezgri helija.Ovakvim termonuklearnim fuzionim reakcijama na Suncu i zvijezdamam dolazi do smanjenja količine vodika i povećanje količine helija.Međutim, obzirom na postojeće količine vodika može se očekivati da će se tokom sljedećih nekoliko milijardi godina ove reakcije odvijati nesmanjenim intenzitetom.

KONTROLIRANA FUZIIJA

Na zemlji je fuziona energija dobivena samo u veoma kratkotrajnim eksplozijama hidrogenskih bombi.Međutim, ovo su nekontrolisane fuzione reakcije.Kontrolisane fuzijske reakcije,bit će moguće tek onda, kada se u labaratorijskim uslovima ostvare uvjeti slični onima koji vladaju u zvijezdama.Kontrolisana fuzija, pružit će čovječanstvu neiscrapn izvor čiste i jeftine energije.Kao sirovinu za kontroliranu fuziju treba koristiti deuterij i tricij, čije su zalihe u okeanima neiscrpne.Posebno su interesantne ove reakcije koje se mogu ostvariti u ionizovanoj vreloj plazmi vodika.

U hidrogenskoj bombi termonuklearna reakcija ima nekontrolisan karakter.Za ostvarivanje kontrolisane termonuklearne reakcije potrebno je dostići i održavati u nekoj zapremini temperature reda veličine 108K.Na tako visokoj temperature supstanca predstavlja potpuno ionizovanu plazmu.Za ostvarivanje kontrolirane termonuklearne reakcije postoje ogromne poteškoće.Pored toga što je potrebno ostvariti visoku temperature,problem je održavanje plazme u zadanoj zapremini.Dodirivanje plazme sa zidovima suda dovodi do njenog hlađenja .Osim toga, zidovi od bilo kakvog materijala na takvoj temperature brzo bi isparili.Problem izolacije plazme pokušava se rijesšiti tzv.magnetnom termoizolacijom.Kada se kroz smjesu lakih plinova propusti veoma jaka električna struja,dolazi do sljedećih pojava:

a)usljed intenzivne ionizacije dolazi do stvaranja plazme;

b)plazma se zagrijava na račun izdvojene toplotne energije;

15


c)dolazi do formiranja plazmenog stupa oko uzdužne ose.

Magnetsko polje električne struje djeluje na svaku naelektrizinu česticu, koja se kreće duž plazmene niti,Lorentzovom silom F, usljed čega plazmeni stup biva odvojen od zidova suda i koncentrira se oko uzdužne ose suda.Pojava sažimanja plazmenog sloja u magnetskom polju poznata je kao ‘’pinčefekt’’.Nažalost,plameni sloj pokazao se veoma nestabilan .

16


ZAKLJUČAK

Ovim smo prosli kratak seminar o nuklearnim fizici,sastavima atomskih jezgara,silama u jezgri procesima raspada te nuklearnim reakcijama fusije i fizije.Iz ovog kratkog seminarskog rada ustanovljavamo vaznost nuklearne fizike i njenu moguću primjenu u budućnosti kao jedan od nezamjenjivih izvora energije koji bi u ovom svijetu utrke za novcem i za naftom mogao donijeti mozda mir i blagostanje.Takodje ne tako humana i validna primjena u svrhe rata i vojne nadmoći nuklearna fizika bi mogla kako nas spasiti primjenom njenih dobrih strana tako i dovesti do svršetka neadekvatnim pristupima i nerazumnim vodjenjem za moći sto danas možemo jako često vidjeti.

17


LITERATURA

Fizika za student tehničkih fakulteta, Dr.Stjepan Marić

Wikipedia.org

18

Documents

Nuklearna fizika