Nuklearnafizika struktura atomske jezgre radioaktivni raspadi zakon radioaktivnog raspada nuklearane reakcije: fisija i fuzija Graa atomske jezgre Nuklearna fizika prouava atomsku jezgru (NUKLEUS) Graa jezgre- NUKLEONI: protoni (pozitivno nabijene estice) i neutroni (neutralne estice) Neutron kasno otkriven jer ga u prirodi nema slobodnog Broj protona Z ATOMSKI BROJ broj protona = broju elektrona

Broj neutrona N Ukupni broj nukleona A NUKLEONSKI ili MASENI BROJ ( A = Z + N) XAZC146 IZOTOPI jednak Z razliit N(npr. O 16, O -17, O -18 iliH-1 vodik, H-2 deuterij, H3 tricij Nukleone na okupu driJAKA NUKLEARNA SILA Osnovne sile u prirodi MEUDJELOVANJE (INTERAKCIJA) NABOJ RELATIVNA JAINA jako nuklearnoboja1 elektromagnetsko elektrini naboj 10 -2 slabo nuklearnoslabi naboj10 -5 gravitacijskomasa10 -39 Henri Becqurele Marie Sklodowska-Curie Maria i Pierre Curie Radioaktivnost Radioaktivni raspad proces spontanog mjenjanja atomske jezgre bez vanjskog utjecaja Vrste radioaktivnosti alfa zraenje, beta zraenje i gama radioaktivnost Alfa zraenje Spontano emitiranje dva p i dva n (jezgra helija) Poetna jezgra pretvara se u drugu jezgru s 2p i 2n manje He Rn Ra422228622688+ He Y XAZAZ4242 + Beta zraenje Beta minus zraenje: sponatano pretvaranje jednog neutrona u proton Poetna jezgra se pretvara u drugu _01 1v + + +e Y XAZAZ_011355313552v + + e I Te Beta plus zraenje: spontano pretvaranje jednog protona u neutron v0001 1+ + + e Y XAZAZGama raspad Elektromagnetsko zraenje(fotoni) koje emitiraju atomske jezgre Fotoni vrlo visoke energije MeV + -X XAZAZ Radioaktivno zraenje -zraenje vrlo velike energije Razlika prodiranja pojedinog zraenja kroz materijale Zakona radioaktivnog raspada Broj jezgri nekog elementa koji se raspada Zakon radioaktivnog raspada statistiki opis vanjske manifestacije t N N A = A te N N =0t NN NA A Ate N N =0 Vrijeme poluraspada izraeno preko konstante raspada Aktivnost 2 ln= TNtNA =AA =TtN N= 20 Zakon radioaktivnog raspada Primjer: Radioizotopstroncija ima vrijeme poluraspada 29 godina.Za koje se vrijeme poetna koliina radioaktivnog stroncijasmanji na jednu desetinu poetne koliine? Rjeenje:

Sr90Sr90TtN N= 202 log2910 log2 log 10 log2 1021029 129 12900gtNNgtgtgt = ===2 log2910 log2 log 10 log2 1021029 129 12900gtNNgtgtgt = ===2 log2910 log2 log 10 log2 1021029 129 12900gtNNgtgtgt = ===2 log2910 log2 log 10 log2 1021029 129 12900gtNNgtgtgt = ===3 . 0291 = gtt = 96.3 godine drugi nain te N N =0tTe NN2 ln0010=tTe2 ln110=tTe2 ln1ln 10 ln=eTtln2 ln10 ln = 2 ln 10 ln = t T2 ln10 lnT t =t =96.3 godine Nuklearne reakcije masa se pretvara u energijuE = mc2 - nuklearna energija atomska jedinica mase u (1/12 mase atoma ugljika-12) u = 1.6610-27 kg AE = 1uc2 AE = 1.6610-27 kg (2.99 108 m/s)2 AE = 1.49 10-10 J AE = 931,5 MeV energija koja se dobije pri pretvorbi 1u Defekt mase ukupna masa jezgre mj uvijek je manja od zbroja masa nukleona koji ine jezgru razliku nazivamo defekt mase j n pm Nm Zm m + = Am A pri nastanku atomske jezgre dio mase prijee u energiju energija vezanja Ev 2c m Ev A =Energija vezanja po nukleonu Fisija teka jezgra raspada se na dvije lake uz oslobaanje energije energija n Kr Ba n U + + + + 392361415623592Lanana reakcija lanana reakcija - pri procesu se oslobode neutroni koji mogu dovesti do inducirane fisije termalni neutroni energija odgovara energiji termikog gibanja T = 300 K, E = 0,025 eV - 0,04 eV moderatori (obina voda, teka voda, grafit) usporavaju neutrone kritina masa odgovarajua koliina materijala da bi se odvijala lanana reakcija Atomska bomba NAGASAKI9.8.1945. FATMAN HIROSHIMA6. 8.1945. LITTLEBOY Hiroshima: 140 000 rtava (jo vie od radijacije) temepratura blizu sredita eksplozije 5000C udarni val vjetra 800 km/h vreli gljivasti oblak visok 15 250 metara Nuklearna elektrana kontrolirana fisija regulacijski tapovi od kadmija, broma elementi koji apsprbiraju neutrone nuk. energija grije vodu, para pokree turbinu, turbina pokree generator Princip radaernobil najvea ekoloka katastrofa novijeg doba 26. 4. 1986. u 1 sat 23 minute eksplozija na 4. reaktoru nona smjena radila pokus i jedan operater opteretio reaktor od 25 kontrolnih ipki u reaktoru ostalo 6 drugi operater iskljuio dovod vode koja hladi i nastala je eksplozija radioaktivni oblak noen vjetrom iao prema Skandinaviji te sredinjoj i jugoistonoj Europi 5.-ti dan oblak nad Hrvatskom od posljedica radijacije preminulo 200 000 do 400 000 (neslubeni izvori, vlasti taje podatke) dan i po nakon eksplozije u oblinjem gradu Pripjata radijacija 300 000 puta vea od normalne danas radijacija 100 metara od reaktora 50 000 puta vea od normalne podruje ernobila neseljivo tek za oko 600 godina Na slici se vidi sarkofag oko 4. reaktora Fuzija proces u kojem se spaja vie lakih atomskih jezgri u teu jezgru pri emu se oslobaa energija MeV n He H H 6 . 1710423121+ + +Izvor energije na Suncu energija Sunca je fuzionog porijekla temperatura Sunca: - povrina 6000 K- unutranjost 1.5 107 K spajanje 4 protona u o esticu uz oslobaanje energije E = mc2 Nastajanje helija u Suncu H He He HeHe H He H H H114232320032112100012111112 + ++ ++ + ++vv 2 2 44211+ + +e He HMini zvijezda na Zemlji Dobivena energija fuzijom vea nego fisijom: pri pretvorbi 1g vodika pri procesu fuzije oslobodi se 7.6 puta vie energije nego pri pretvorbi 1 g ugljika pri procesu fisije PREDNOSTI: produkti nisu radioaktivni nije potrebna kritina masa PROBLEMI: potrebna visoka temperatura da bi se postigle visoke kinetike potrebno odrati stanje plazme Magnetna boca magnetno polje u obliku boce, estice se gibaju spiralno i ne mogu pobjei Tokamak magnetsko polje oblika torusa, sastoji se od dva magnetna polja koja daju rezultantno polje u kojem se giba plazma H bomba (termonuklearna bomba) tisuu puta jaa od atomske (fisijske) bombe zemlje koje posjeduju H bombu: SAD, Rusija, Francuska, Ujedinjeno Kraljevstvo, Kina i Indija atomska bomba kao upalja H - bombe