Introducing
Your new presentation assistant.
Refine, enhance, and tailor your content, source relevant images, and edit visuals quicker than ever before.
Trending searches
Proiect realizat de:
*Murguleț Andrei
*Pricop Andrei
*Repede Monica
*Săcrieriu Alexia
*Stoleru Ana
Fizica Nucleara
Fizica nucleară este disciplina din domeniul fizicii care se ocupă de structura și proprietățile nucleelor atomice. În cadrul fizicii nucleare există părți atât teoretice cât și practice care se ocupă cu studiul reacțiilor nucleare de dezintegrare radioactivă.
Aplicațiile fizicii nucleare sunt foarte diverse. Aceasta este folosită în:
-Astrofizică: doar pentru explicarea formării corpurilor în univers și a apariției materiei – nucleosinteză.
-Arheologie: se face datare radioactivă a artefactelor.
-Medicină: se studiază interacțiunea radioactivă cu țesuturile umane în vederea găsirii de tratamente sau diagnosticare: radioterapie și radiologie.
-Producția de energie nucleară: centrale nucleare, sau tokamak și propulsie termonucleară.
-Domeniu militar: bombe atomice cu fisiune, bombe cu hidrogen și arme cu proiectile radioactive.
Nucleul unui atom este o regiune foarte densă din centrul său, constând din protoni și neutroni. Dimensiunea nucleului este mult mai mică decât dimensiunea atomului însuși; masa unui atom este determinată, aproximativ, doar de masa protonilor și neutronilor.
Noţiunea de nucleu a fost introdusă de Rutherford în urma experimentelor de difuzie a particulelor α pe foiţe metalice subţiri efectuate de Geiger şi Marsden, colaboratorii săi apropiaţi, între anii 1906 şi 1912, la Universitatea din Manchester. Pentru a explica deviaţia mare a unor particule, în contradicţie cu modelul atomic Thomson, singurul existent la acea vreme, Rutherford emite în anul 1911 ipoteza că atomul are un „nucleu” cu dimensiuni mult mai mici decât ale atomului în care se concentrează peste 99% din masa atomului. În jurul nucleului, gravitează electronii atomici (ca într-un sistem solar în miniatură).
Structura
Un atom este format din:
-câmp electromagnetic unde se găsesc Z electroni grupați în jurul unui nucleu
-nucleu, format din nucleoni – denumire generică pentru:
+protoni (Z)
+neutroni (N = A (–) Z)
Protonii sunt particule încărcate cu energie elementară pozitivă și sunt compuși din două up quarkuri și un down quark. Numărul acestora în atom determină elementul chimic. Masa protonului este de 938 MeV. Sarcina electrica este 1,60x10-19 culombi (C).
Neutronii nu au valență energetică, valență nulă și sunt compuși dintr-un up quark și două down quarkuri. Numărul de neutroni, determină izotopul elementului chimic. Masa neutronului este de 940 MeV.
Majoritatea masei unui atom provine de la protoni și neutroni. Numărul total al acestor particule (numite „nucleoni”) într-un anumit atom se numește numărul de masă. Este un număr întreg pozitiv și adimensional (în loc de a avea dimensiunea de masă), pentru că exprimă un număr. Un exemplu de utilizare a unui numărul de masă este „carbon-12,” care are 12 nucleoni (șase protoni și șase neutroni).
Masa unui atom în repaus(d) este de multe ori exprimată folosind unitatea unificată atomică de masă (u), numită și dalton (Da). Această unitate este definită ca o a douăsprezecea parte din masa liberă a unui atom neutru de carbon-12(d), care este de aproximativ 1.66×10−27 kg. Valoarea acestui număr se numește masă atomică.
Raza unui nucleon (neutron sau proton) este de ordinul 1 fm = 10−15 m. Raza nucleară poate fi aproximată prin: R = R0A1/3 unde A este numărul de masă și R0 = 1,2 fm.
Raza nucleului reprezintă 0,01% (1/10000) din raza atomului. În felul acesta, densitatea nucleului este de 1012 ori mai mare decât densitatea atomului.
Prin aprofundarea practică a fizicii nucleare, s-au identificat mai multe tipuri de reacții nucleare:
-Fuziunea nucleară constă în contopirea a două sau mai multe nuclee atomice mai ușoare, într-unul mai mare și mai greu.
-Fisiune nucleară
Un nucleu greu se scindează în mai multe fragmente – nuclee atomice – mai ușoare, având o masă comparabilă.
-Difuzie nucleară
-Radioactivitate
Termenul de radioactivitate a fost inventat de Marie Curie în 1898. Radioactivitatea este un fenomen fizic rezultat din dezintegrarea unui nucleu atomic. Prin dezintegrare, se degajă energia sa sub diferite forme și se propagă, acestea numindu-se radiații. La ora actuală se cunosc radiații de tip: alfa – α, beta – β și gamma – γ. Expunerea la fluxuri puternice de radiații a oamenilor, a animalelor sau a vegetației, poate cauza probleme de sănătate sau moartea vietății supuse.
-Reacția de tip knock-out
Stabilitatea nucleara
In general, ansamblul de neutroni si protoni din care este alc̆atuit nucleul formeaz̆a o structura instabila in timp. Anumite combinaţii de neutroni si protoni sunt mai stabile decat altele. Tendinţa generala de stabilitate este data de relatia dintre fortele nucleare puternic atractive si fortele de respingere Coulomb dintre protoni. Peste ele se suprapun efecte cuantice specifice care fac spre exemplu ca nucleele pare sa fie mult mai stabile decat cele impare.
Daca se reprezinta energia medie de legatura pe nucleon bA(Z) in functie de numarul atomic Z ̧si numarul de masa A, se obtine o suprafata care, intr-o prima aproximatie, are forma unei ̧sei a carei coama corespunde celor mai stabile nuclee din natura.
Observam ca nucleele cu numarul de masa mediu au energia de legatura per nucleon maxima, adica aceste nuclee sunt cele mai stabile. Nucleul ce corespunde nr de masa A=56 este fierul, a carui energie de legatura pe nucleon este maxima.
Proiecţia acestei coame in planul (Z,A) determina asa numita curba Green in jurul careia se aseaza toate nucleele stabile din natura. O relatie mult mai precisa care furnizeaza legatura intre Z si A pentru nucleele stabile, cu o precizie mai buna de 3% pentru nuclee cu Z < 93, a fost dedusa de Kantele si are expresia
Forța nucleară este o forță care acționează între protoni și neutronii din atomi. Ambii nucleoni sunt afectați de forța nucleară aproape identic. Deoarece protonii au sarcină +1 e, ei interacționează printr-o forță electrică care tinde să-i îndepărteze unii de alții, dar la mică distanță forța nucleară de atracție este suficient de puternică pentru a depăși forța electromagnetică.
Forța nucleară joacă un rol esențial în stocarea energiei utilizate în energia nucleară și în armele nucleare.
Energia nucleară, numită și energie atomică, este definită ca energia eliberată în procesele care afectează nucleul atomic.
Energia nucleară este eliberată prin reacții nucleare de fisiune și de fuziune sau prin dezintegrare radioactivă.
Sursele de energie nucleară ridică însă și probleme de poluare a mediului, deoarece stocarea acestora trebuie făcută în depozite geologice săpate în straturi de rocă la adâncimi foarte mari sau în adâncul mărilor și oceanelor. Acestea sunt însă soluții temporare, deoarece în urma încălzirii puternice determinate de dezintegrarea radioactivă a deșeurilor nucleare, materialul din care sunt confecționate containerele de depozitare se pot deteriora cu timpul, contaminând solul și apele.
Arma nucleară (sau Bomba nucleară) este un dispozitiv ce eliberează într-o manieră explozivă energia nucleară produsă de o reacție în lanț de fisiune sau fuziune.
Arma nucleară face parte din categoria armelor de distrugere în masă destinate uciderii unui număr mare de oameni și distrugerii structurilor construite de om, respectiv a biosferei în general.
În prezent există două tipuri de arme nucleare: cele bazate exclusiv pe reacția de fisiune nucleară și cele care utilizează fisiunea nucleară pentru amorsarea reacției de fuziune nucleară.
Prima armă nucleară cu fisiune a eliberat o cantitate de energie echivalentă cu cea rezultată din explozia a 20.000 tone de TNT (trinitrotoluen), în timp ce prima armă termonucleară (cu fisiune și fuziune) a eliberat o energie echivalentă cu 10.000.000 tone de TNT.
Explozia nucleară are efecte imediate și întârziate. Unda de șoc, radiația termică, radiația ionizantă promptă produc distrugeri mari în câteva secunde sau minute de la detonare. Efectele întârziate precum căderile radioactive acționează pe perioade mari de timp, de la ore la ani.