GIMNAZIJA „MUHSIN RIZVIĆ“
školska 2016/2017.godina
KAKANJ
Ime i prezime: Lejla Helja
Izborno područje: Matematičko-informatičko
Odjeljenje: IV
3
MATURSKI RAD
iz
fizike
TEMA: EFEKAT ATOMSKE EKSPLOZIJE
Mentor:
Muamer Jagodić, prof.
Kakanj, april 2017. Godine
4
1. FIZIKA ATOMA
1.1. GRAĐA ATOMA
Atom je najsitniji dio nekog elementa ali nije nedjeljiv. Dijelovi atoma su elektroni i jezgra
(nukleus). Elektroni su elementarne čestice sa svojstvom električnog naboja negativne vrste.
U odnosu na masu jezgre njihova masa je zanemariva pa je masa jezgre ujedno i masa atoma.
Jezgra atoma je sastavljena od dvije vrste čestica. Čestice koje imaju svojstvo električnog
naboja zovu se protoni. Naboj protona suprotan je naboju elektrona odnosno pozitivan.
Količina naboja elektrona i protona je ista 1,6 x 10
-19
C. Najjednostavnija je jezgra atoma
vodika, a sastoji se samo od jednog protona. Njegov redni broj u periodnom sustavu je 1.
Element rednog broja 2 ima dva protona i tako redom. Dakle redni broj u periodnom sustavu
elemenata je i broj protona u jezgri. Taj se broj piše dolje uz oznaku elementa. Ukupan broj
protona i neutrona zove se maseni broj i piše se gore uz oznaku elementa. Broj neutrona se
dobije da se od masenog broja oduzme redni broj. Mase protona i neutrona su približno
jednake, a nešto je veća masa neutrona. Mase tih sitnih čestica ne izražavamo u kilogramima
već u atomskoj jedinici mase koja se označava s oznakom u. Važno je znati da masa neke
jezgre nije jednaka zbroju masa njezinih protona i neutrona već je manja. Ta razlika u masi
zove se defekt mase. Ta razlika u masi gubi se u energiju. Dobivena energija:
E=mc
2
Važno je istaći još jednu formulu:
∆m= zbir (p+n) – mj.
∆m= (Z ∙ m
p
+ N ∙ m
n
) – mj.
Z
–
redni broj atoma (broj protona u atomskoj jezgri)
N
–
broj neutrona u atomskoj jezgri
Mj. –
masa jezgre
Iz toga proizilazi da je:
A = Z + N → Z = A – N
∆m= (A-N) ∙ m
p
+ N ∙ m
n
) – mj.
5
Po Einsteinovoj teoriji relativnosti, energija i masa su direktno proporcionalne, odnosno
energiju dobivamo na račun smanjenja masa (defekt mase), kao i masu na račun smanjenja
energije.
∆Ev= ∆m ∙ c
2
Tako iz formule:
∆m= (A-N) ∙ m
p
+ N ∙ m
n
) – mj.
izvodimo da je:
∆Ev=[ (A-N) ∙ m
p
+ N ∙ m
n
) – mj.] ∙ c
2
-
Formula energije veze-
Za izračunavanje određene zapremine atomskog jezgra potrebno je poznavati srednji
poluprečnik atomskog jezgra, kojeg možemo izračunati kao:
r= r
o
∙ A
⅓
1.2. NUKLEARNE REAKCIJE
Pod pojmom nuklearne reakcije podrazumijevamo transformacije atomskih jezgara koje
su potaknute njihovom interakcijom s drugim jezgrama ili ostalim elementarnim česticama.
Svaka od jezgara se tokom procesa može, ali i ne mora, promijeniti. To ovisi o mehanizmu
odvijanja same reakcije koje znaju biti vrlo različite. Nuklearna reakcija može biti
međudjelovanje dva nuklida, nuklida i nukleona ili nuklida i gama - zraka. U nuklearnim
reakcijama može nastati nekoliko novih materijalnih čestica ili gama - zraka. Da bi se uopće
dogodila neka nuklearna reakcija, nukleoni upadne čestice, moraju međudjelovati s
neutronima koji se nalaze u jezgri mete. Energija upadne čestice mora biti dovoljno velika
kako bi se svladala Coulombova barijera. Coulombova barijera je zapravo energetska barijera
koja nastaje zbog elektrostatskog međudjelovanja između dvije jezgre, koje one trebaju
savladati, da bi se ostvarila nuklearna fuzija ili spajanje tih dviju jezgri. Barijera se povećava s
atomskim brojem tj. brojem protona jezgri koje međusobno djeluju. Ako je energija premala
da bi se barijera svladala, tada će se nukleoni samo međusobno otkloniti od upadnih putanja.
Kod nekih nuklearnih reakcija dolazi do oslobađanja energije (tzv. egzoergične reakcije), a
kod nekih nuklearnih reakcija potrebno je uložiti energiju da bi se ona dogodila (tzv.
endoergične reakcije). Proces se odvija prema zakonima kvantne fizike, a u nekim
7
dobivanje energije no postoje problemi koji ograničavaju primjenu. Prije svega to je
radioaktivno zračenje jer se za fisiju koriste radioaktivni elementi, a postoji i mogućnost da
zataji kontrola i dođe do velikih katastrofa.
SLIKA 1. –
Nuklearna reakcija fisije
2.3.2 FUZIJA
Nuklearna reakcija fuzije je reakcija kojom se dvije lake jezgra atoma spajaju u težu jezgru.
Ova reakcija oslobađa ogromne količine energije. Takva velika količina energije se u procesu
fuzije oslobađa u trenutku kada se dvije lake jezgre spoje. Pri tom spajanju nastaje jezgra čija
je masa manja od zbroja masa početnih jezgara. Iako je fuzija energetski pogodna reakcija za
lake jezgre, ona se ne može dogoditi pod normalnim uvjetima na Zemlji jer je za tu reakciju
potrebno utrošiti veliku količinu energije. Zbog toga što su obje jezgre, koje ulaze u reakciju,
pozitivnog naboja, dolazi do jakog elektrostatičkog odbijanja kada se spajaju. Da bi došlo do
spajanja dviju lakih jezgara koje nose pozitivan električki naboj potrebno je savladati njihovu
odbojnu električnu silu. Tek ako jedna ili obje lake jezgre imaju dovoljno veliku brzinu mogu
se približiti dovoljno jedna drugoj da bi jaka privlačna nuklearna sila prevladala odbojnu
električnu silu. Medij u kojem lake jezgre mogu postići veliku brzinu, odnosno energiju, je
plazma. Plazma se sastoji od pozitivno nabijenih slobodnih iona i slobodnih elektrona
jednakog naboja tako da je taj medij električki neutralan. Dovođenjem energije plazmi podiže
se temperatura plazme, a time i energija iona postaje dovoljno velika da bi došlo do fuzijske
reakcije. Reakcija fuzije se već milijardama godina odvija u svemiru. Najznačajniji fuzijski
proces u prirodi je onaj koji pokreće zvijezde. Za zvijezde veličine Sunca ili manje, dominira
niz proton - proton. Niz proton – proton ili p - p niz je jedna od reakcija nuklearne fuzije,
