Nuklearne reakcije

1. UVOD

Nuklearne sile su sile koje deluju između nukleona u jezgru atoma. Zahvaljujući njihovom delovanju, jezgro je stabilan sistem.
U fizici nije poznat zakon (formula) kojim su određene nuklearne sile, ali su eksperimentalno utvrđene osnovne osobine ovih sila.
Nuklearne sile su najjače sile u prirodi, imaju kratak domet, električno su nezavisne, imaju svojstvo zasićenja. Da nije tako, protoni se ne bi mogli održati zajedno u jezgru (rastojanja između protona u jezgru su veoma mala, pa su vrlo jake odbojne kulonovske interakcije).

Radijus jezgra je, zapravo, rastojanje na kojem se oseća delovanje nuklearnih sila. Još je Raderford svojim ogledima utvrdio da na pozitivno naelektrisanu alfa-česticu sve do rastojanja od 10-15 m deluje elektrostatička (kulonovska) sila, a tek kada čestica priđe na manje rastojanje, na nju počinju da deluju druge sile – te ”druge” sile su nuklearne sile. Dakle, domet nuklearnih sila je manji od 10-15 m.

Eksperimenti pokazuju da nuklearne sile ne zavise od naelektrisanja: iste sile deluju između dva neutrona, odnosno kao između jednog protona i jednog neutrona.
Nuklearne sile pokazuju svojstvo zasićenosti u smislu da jedan nukleon interaguje samo sa nukleonima koji ga neposredno okružuju. Na to ukazuje eksperimentalno utvrđena činjenica da je specifična energija veze jezgra skoro konstantna:

f= Ev/A ≈ const, pa je Ev ≈ const A

Dakle, energija veze jezgra srazmerna je broju nukleona. Ako bi svaki nukleon interagovao sa svim drugim, onda bi energija veze bila srazmerna sa brojem parova nukleona, a broj parova je A(A – 1).

Na osnovu nekih eksperimenata utvrđeno je da i nuklearne sile malo zavise od spina nukleona: nešto su jače kada su spinovi nukleona istog smera, nego kada su suprotno orijentisani.

2. NUKLEARNA REAKCIJA

Nuklearna reakcija je reakcija u kojoj učestvuju jezgra atoma. Takođe, možemo reći da su nuklearne reakcije transformacije atomskih jezgara pri uzajamnim delovanjima sa drugim česticama, kao što su alfa-čestice, protoni, neutroni i druge, ili jednog jezgra sa drugim jezgrom. Reakcija pri tome ne mora da bude samo između dve čestice, može ih biti i više, ali se time smanjuje verovatnoća sudara. Ova transformacija je spontana u slučaju radioaktivnog raspada, dok je u slučaju veštačke nuklearne reakcije potrebna inicirajuća čestica. Ukoliko se čestice sudare i odvoje bez promena, proces se naziva elastični sudar.

Nuklearna reakcija se razlikuje od hemijske reakcije iz više razloga. Prilikom nuklearne reakcije nastaju novi elementi i ovakva reakcija je uvek ireverzibilna. Njena brzina ne zavisi od spoljašnjih fizičkih i hemijskih uticaja, a energija koja se oslobađa je i do milion puta veća od one koja se oslobađa prilikom hemijskih reakcija.

Prilikom radioaktivnog raspada jedan hemijski element se pretvara u drugi uz emisiju zračenja (α, β i γ) i takav elemenat je radioaktivan. On se raspada spontano.

Raderford je prvi, 1919. godine dokazao postojanje nuklearne reakcije tako što je azot izložio radioaktivnom uticaju radijuma. Tako je počela da se razvija nuklearna hemija. Nakon toga su usledile nuklearne reakcije istog tipa, odnosno bomardovanje α-česticama atomskih jezgara. Međutim, zbog velikog pozitivnog naelektrisanja ovih čestica, one nisu mogle da izazovu ove reakcije kod teških atoma, pa su pronađene čestice manjeg naelektrisanja, a veće energije.

Nauke koje proučavaju nuklearne reakcije su nuklearna fizika, nuklearna hemija i nuklearna tehnologija. Pravi značaj otkrića ovih nauka još uvek se sagledava. Jedan od najznačajnijih aspekata je dobijanje nuklearne energije, koja igra važnu ulogu u industriji i svim drugim oblastima ljudskih delatnosti, ali je i bitan zagađivač prirode.