V sobotu 2. listopadu proběhla mohutná oslava naší plnoletosti !!
Multimediaexpo.cz je již 18 let na českém internetu !!

Jaderná reakce

Z Multimediaexpo.cz

Jaderná reakce je přeměna atomových jader, která může probíhat samovolně nebo být vyvolaná působením jiného jádra nebo částice (včetně fotonu). Dochází při ní jak ke změně struktury zúčastněných jader, tak ke změně jejich pohybového stavu.

Obsah

Obecné vlastnosti

Pro jaderné reakce platí[1]:

  • Zákon zachování elektrického náboje: Z = Zx + Za = Zy + Zb = Z
(Z, Z' jsou počty elementárních nábojů jádra a částice před reakcí a po ní)
  • Zákon zachování počtu nukleonů: A = Ax + Aa = Ay + Ab = A
(A, A' jsou počty nukleonů před reakcí a po ní)
  • Zákon zachování energie
(Celková energie reaktantů včetně kinetické energie atakující částice (střely) je rovna celkové energii produktu včetně tepelného zabarvení reakce. Samovolnost reakce je podmíněna uvolněním energie, a to ve formě tepla.)
  • Zákon zachování hybnosti
(Díky němu se dá spočítat minimální kinetická energie střely, aby byla reakce vzhledem k předchozímu zákonu možná.)
  • Zákon zachování momentu hybnosti
  • U některých reakcí zákon zachování parity
  • U některých reakcí zákon zachování izospinu

Dělení

Jaderné reakce lze dělit podle různých kriterií:

  • Podle počtu reagujících částic - mononukleární (samovolná přeměna, rozpad), binukleární, vyšších řádů
  • Podle účastníků srážky - fotojaderné reakce, reakce těžkých iontů, reakce indukované protony, aktivace neutrony…
  • Podle průběhu - (štěpná jaderná reakce, jaderná syntéza, reakce přenosu nukleonu…)
  • Podle energie reakce (exoenergetické, endoenergetické reakce)
  • Podle energie nalétávajících částic (nízkoenergetické, vysokoenergetické, relativistické srážky)

Prostá přeměna

Prostou přeměnou vzniká většinou dusík \({}^{14}_{7}N\)

\({}^{13}_{7}N + {}^1_0 n \rarr {}^{14}_{7}N\)
\({}^{12}_{6}C + {}^2_1 H \rarr {}^{14}_{7}N\)
\({}^{11}_{5}B + {}^3_2 He \rarr {}^{14}_{7}N\)

Štěpení U235 (tepelnými neutrony)

Princip štěpné jaderné reakce

Štěpení uranu U235 probíhá tak, že po průniku pomalého (tepelného) neutronu do jádra se toto složené jádro s velkou pravděpodobností rozpadne na 2 přibližně stejně těžké části, při tom dojde k uvolnění 2 až 3 volných neutronů. Tyto neutrony se mohou postupně termalizovat srážkami s okolními částicemi a ztrácet tak svoji pohybovou energii až mohou vyvolat štěpení dalšího jádra uranu U235. Jedno z jader vzniklých štěpením uranového jádra je nejčastěji členem skupiny lehkých produktů (Z = 35 (Br) - 45 (Rh)), druhé je členem skupiny těžkých produktů (Z = 51 (Sb) - 62 (Sm)). Štěpnou reakci lze znázornit rovnicí

\({}^{235}_{92}U + {}^1_0 n \rarr {}^{93}_{36}Kr + {}^{140}_{56}Ba + 3 {}^1_0 n\)

Poprvé bylo štěpení pozorováno roku 1938 něm. chemiky Otto Hahnem a Fritz Strassmannem u izotopu uranu 235.

Využití v praxi

Štěpení se podle svého průběhu dělí do 4 druhů:

  1. Podkritické – jádro se rozpadne, každý neutron je zachycen (přirozený rozpad).
  2. Kritické – jeden neutron není zachycen, štěpí další jádra, v průměru unikne právě jeden neutron (řízená řetězová reakce, viz níže).
  3. Nadkritické – 2 neutrony nejsou zachyceny.
  4. Superkritické – neřízená řetězová reakce (viz níže).

Podle toho mohou nastat následující situace:

  • Neřízená řetězová reakce, tedy že se nechají reagovat všechny vzniklé neutrony, reakce končí výbuchem tzv. atomové bomby. k tomu se používají izotopy 235U, 233U, 239Pu.
  • Řízená řetězová reakce, tehdy se nechá reagovat pouze 1 neutron. To je využito v jaderných elektrárnách. První řízenou řetězovou reakci s použitím moderátoru provedl italský fyzik Enrico Fermi 2. prosince 1942 pod stadionem Chicagské univerzity.

Tříštění

Na to, aby mohla proběhnout tříštivá jaderná reakce je potřeba dodat na začátku zhruba 500 MeV energie.

\({}^{75}_{33}As + {}^2_1 H \rarr {}^{49}_{24}Cr + 10{}^1_1 p + 18{}^1_0 n\)

Syntéza

\({}^2_1 H + {}^2_1 H \rarr {}^{3}_{2}He + {}^1_0 n \)
\({}^2_1 H + {}^2_1 H \rarr {}^{3}_{1}H + {}^1_1 H \)
\({}^2_1 H + {}^3_1 H \rarr {}^{4}_{2}He + {}^1_0 n \)

Zdroje

  • Oldřich Lepil: Malý lexikon fyziky; Prometheus, Praha 1995; 176 stran.

Reference

  1. ↑ NAVRÁTIL, Oldřich. Jaderná chemie. [s.l.] : Academia, 1985.  
Citováno z „http://ww2000w.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Jadern%C3%A1_reakce“