Atomske jezgre, nuklearne reakcije i defekt mase

Jaka sila i atomske jezgre

Atomska se jezgra sastoji od čestica koje zovemo protoni \(p^+\) i neutroni \(n^0\), a jednom ih rječju zovemo nukleoni.

Jezgra atoma X ima protonski broj \(Z\) i maseni (nukleonski) broj \(A\). Protonski broj govori koliko je protona u jezgri tog atoma, a nukleonski je broj jednak zbroju protona i neutrona. Atomske su jezgre reda veličine \(10^{-15} \mathrm{m}\). Jezgru kao cjelinu na okupu održava jaka sila. Ta je sila kratkodosežna i na malim je udaljenostima do stotinu puta jača od elektromagnetske sile kojom bi se dva protona u jezgri odbijala.

Izotopi

Izotopi nekog kemijskog elementa su elementi koji imaju jednak protonski broj \(Z\) ali različit maseni broj \(A\). Dakle, izotopi se razlikuju po broju neutrona u jezgri.

Defekt mase i energija vezanja

Ukupna masa jezgre koja sadrži određeni broj protona i neutrona razlikuje se od zbroja pojedinačnih masa svih čestica koje se u njoj nalaze. Točnije, masa jezgre je manja od pojedinačnih masa protona i neutrona zbrojenih. To zovemo defektom mase \(\Delta m\).

Prilikom spajanja slobodnih nukleona u jezgru oslobađa se energija koju zovemo energijom vezanja:

Nuklearne reakcije

Reakcije pri kojima se sudaraju dvije atomske jezgre i oslobađa se iznimno velika količina energije zbog promjena u masi tih jezgri. Ta se energija najčešće izražava u elektronvoltima.

Za svaku nuklearnu reakciju vrijedi očuvanje ukupnog nukleonskog broja i naboja. Zbroj nukleonskih brojeva prije nuklearne reakcije jednak je njihovom zbroju nakon reakcije. Isto vrijedi i za naboje.

Fisija i fuzija

Fisija i fuzija su dvije nuklearne reakcije. Fisija predstavlja raspad teških jezgri, a fuzija je spajanje lakših jezgri. Pri ovim se reakcijama oslobađa velika količina energije.

Bombardiranjem jezgre torija neutronom ona se raspada na manje atomske jezgre. Jezgru torija zovemo još i jezgra roditelj, a nastale produkte jezgre kćeri. U nuklearnoj reakciji možemo vidjeti da vrijedi jednakost protonskih i nukleonskih brojeva s lijeve i desne strane.

Fuzija je jedan od osnovnih procesa koji se odvijaju na Suncu. Spajanjem vodikovih izotopa deuterija i tricija nastaje helij, neutron i velika količina energije.