Nuklearne reakcije

Pripremio: Varga IštvanHEMIJSKO-PREHRAMBENA SREDNJA ŠKOLA

ČOKAvarga.i@neobee.net

-raspad:4 238 2342 92 90

A AZ ZX Y na primer U Th

- raspad:

Kad je u jezgru višak neutrona u odnosu na protone,neutron se transformiše u proton,uz

emisiju elektrona i čestice antineutrina.1 10 1

1

3 31 2

A AZ Z

n p e

X Y na primer

H He e

:

:

Kada je u jezgru višak protona u odnou na neutrone,proton se transformiše u neutron uz

emisiju pozitrona i neutrina. 1 11 0

1

11 116 5

A AZ Z

p n e

X Y na primer

C Be e

Veštačka radioaktivnostPrilikom veštačke radioaktivnosti najčešće

dolazi do emisije elektrona ili pozitrona da bi u novom jezgru nastao povoljan odnos

protona i neutrona.Veštačka radioaktivnost otkrivena je 1934.

godine. Brzo posle toga broj radioaktivnih atomskih vrsta sa postojećih 50 povećao

se na današnjih oko 1000.

Fisija Fisija je nuklearni proces u kome se teško

jezgro razdvaja (cepa) na dva manja jezgra.

Cepanje se vrši bombardovanjem uranovog jezgra neutronima.

Za bombardovanje se koriste spori neutroni.

Primer fisije je iskorišćen u izradi atomske bombe.

235 1 141 9292 0 56 36

10 2003 nU n Ba Kr MeV

U reakciji dolazi do oslobađanja 2-3 neutrona i velike količine energije.

Nastali neutroni mogu izazvati i izazivaju cepanje novih jezgara i

oslobađanje novih neutrona, usled čega dolazi do nekontrolisane

LANČANE REAKCIJE.

Fisijom može nastati bilo koja kombinacija lakših jezgara, sve dok zbir protona i neutrona u novonastalim jezgrima ne

prelazi broj u početnom jezgru. Velika količina energije se može osloboditi

u procesu fisije zato što zbir masa lakših jezgara (produkata) manji od mase jezgra

koje se cepa u procesu fisije. Za odvijanje lančane reakcije potrebno je

obezbediti dovoljno veliku masu urana, kako bi se neutroni mogli sudarati s

dovoljnim brojem jezgara.

Ta masa, ispod koje se lančana reakcija ne može odvijati, naziva se kritična masa.Ako postignemo masu urana veću od

kritične, dolaziće do lančane reakcije, koja traje 10-6 (milioniti deo) sekunde.

Iz jednog kilograma urana oslobađa se energija od nekoliko milijardi džula.

FuzijaFuzija je nuklearni proces u kojem se dva

laka jezgra spajaju da bi se stvorilo jedno, teže jezgro.

Pri tom spajanju nastaje jezgro čija je masa manja od zbira masa početnih

jezgara. Da bi došlo do takvog spajanja, potrebna

je velika kinetička energija čestica, jer treba savladati odbojne sile između

jezgara.

(Na primer, za spajanje dva protona potrebno je uložiti 0,1 MeV energije, a to znači da je potrebno obezbediti vrlo visoku temperaturu 10-20 miliona C).

Reakcije fuzije se odvijaju već milijardama godina u svemiru. Ove reakcije su izvori energije većine zvezda, pa tako i našeg

Sunca. Naučnici su uspjeli da proizvedu reakciju

fuzije na Zemlji tek u poslednjih šezdesetak godina.

Fuzija koja se odvija na zvezdama je sledeća:1 1 2 01 1 1 1

2 1 31 1 2

3 3 4 12 2 2 12

H H D e Energija

D H He Energija

He He He H Energija

Ove reakcije se odvijaju i na Suncu. Reakcije se odvijaju sve dok se ne stvori Fe,

jezgro sa najvećom količinom vezane energije.

Kada jezgro dostigne masu 60, više se ne odvija fuzija na zvezdi, jer su uslovi

energetski nepovoljni za proizvodnju jezgra veće mase.

Onda kada se većina jezgra neke zvezde pretvori u gvožđe, ona se približava kraju

svog života.

Eksplozija hidrogenske bombe je prva nuklearna fuzija koja je proizvedena na zemlji.

Smatra se da je najlakše izazvati fuziju atoma deuterijuma i tricijuma:

2 2 3 11 1 2 0

2 2 3 11 1 1 1

3 2 4 11 1 2 0

3,2

4

17,6

D D He n MeV

D D T H MeV

T D He n MeV

Ove reakcije teku nekontrolisano i veoma brzo. Ukoliko bi se reakcije fuzije mogle usporiti, imali bi mogućnost proizvodnje

tzv. čiste, jeftine energije, jer deuterijuma u vodi ima 0,015 atomskih procenata.

Danas se istražuje proces fuzije sa nadom da ćemo uskoro biti u prilici da

kontrolišemo proces.

Defekt mase U procesu fisije i fuzije, deo nuklearne energija

koja je bila akumulirana u jezgrima, prelazi u druge vidove energije.

Primećeno je da se u toku ovih procesa smanjuje masa, tj. da je masa produkata manja od mase

reaktanata. Razlika mase, naziva se defekt mase i ona se u

toku reakcije pretvara u energiju.

42He4,0340 4,00390,0301

mm

Energija koja se oslobađa može da se izračuna iz Ajnštajnove relacije:

2E m c

2

Emc

Albert Ajnštajn

(1879 – 1955)

2E m c

Gubitak mase je merljiv samo kod onih reakcija kod kojih se izdvajaju izuzetno

velike količine enrgije.Na primer, kod reakcije za 1 mol atoma:

3 2 4 11 1 2 0 17,6T D He n MeV

19 23

22 8

5

17,6 1,6 10 6,02 10

3 10

1,88 10

Emc

m kg