Reactii Nucleare [PDF]

Zitiervorschau

Reactii nucleare - scurt istoric Rutherford a fost primul care a reusit sa demonstreze ca o transmutatie nucleara poate fi realizata si pe cale fortata - proces care a primit denumirea de reactie nucleara. El obtine, in anul 1919, protoni prin bombardarea nucleelor de azot cu particule α rezultate dintr-un preparat radioactiv natural, reactia desfsurandu-se dupa schema: 147N

+

42α

→

178O

+

11p.

La scurt interval de timp a fost realizata si prima reactie nucleara cu protoni accelerati, in care nucleul de 73Li se descompune in doua particule α, dupa schema 73Li

+

42α

→

178O

+

11p,

In anul 1934 Irene si Frederic Joliot-Curie obtin nuclee de fosfor 3015P*, β+ - active, descoperind astfel radioactivitatea artificial din urmatoarea reactie: 2713Al

+

42α

-

3015P*

+

10n

Reactiile nucleare - sunt transformarile suferite de nucleele atomilor unor substante, cand sunt bombardate cu particule alfa, beta si neutroni. Intr-o reactie nucleara numarul de nucleoni care intra in reactie este egal cu numarul de nucleoni rezultati din reactie. A) DACA ENERGIA DE REACTIE Q MAI MICA DECAT 0, avem reactii endoenergetice, care se petrec numai cu absorbtia unei parti din energia cinetica a particulelor incidente. B) DACA ENERGIA DE REACTIE Q MAI MARE DECAT 0, avem reactii exoenergetice, in care se elibereaza energie nucleara sub forma de energie

cinetica, se mai numesc si reactii exoterme, deoarece se elibereaza energie si sub forma de caldura.

Tipuri de reactii nucleare Reactia de fisiune -> Reactia de fisiune in lant Reactia de fuziune

Reactii de fisiune Sa conseideram ca un atom de uraniu 235 este lovit de un neutron. Are loc in acest caz o reactie nucleara in urma careia atomul de uraniu se scindeaza practic instantaneu in doua fragmente, denumite produse de fisiune. Cele doua fragmente sunt de fapt doua elemente mai usoare cu mase aproximativ egale. Scindarea atomului de uraniu 235 are loc cu eliberarea unei mari cantitati de energie, data de diferenta dintre energiile ce asigura coeziunea particulelor nucleelor, energia de legatura, inainte si dupa reactie. Aceasta reactie este numita REACTIE NUCLEARA DE FISIUNE, atomii rezultati din reactie, PRODUSE DE FISIUNE, iar atomul de uraniu 235 care se scindeaza, MATERIAL FOSIL.

Scurt istoric Lise Meitner (1878 - 1968) a demonstrat ca atomii grei pot fi scindati in atomi mai usori - proces pe care ea l-a numit "fisiune nucleara". Otto Hahn si Hans Stressman au lucrat alaturi de Meitner si au descoperit fisiunea stimulata atomilor de uraniu si au primit in anul 1944 Premiul Nobel pentru chimie.

Reactia in lant Cand un atom fisioneaza are loc eliberarea a doi-trei neutroni. Daca unul dintre acesti neutroni ciocneste un atom de uraniu 235 are loc o noua reactie de fisiune cu eliberarea altor doi-trei neutroni, care la randul lor pot ciocni alti atomi. Se produce astfel asa numita REACTIE DE FISIUNE IN LANT.

Astfel, pentru a mentine o reactie in lant controlata, doar unul dintre cei doi-trei neutroni liberi trebuie sa loveasca un alt atom de uraniu. Daca aceasta ratie este sub 1, reactia se va stinge, iar daca este peste 1, va deveni necontrolata, degenerand intr-o explozie atomica. Pentru a putea mentine aceasta rata a ciocnirii, sunt folositi MODERATORI. Energia eliberata in urma reactiei de fisiune in lant poate fi folosita pentru incalzirea apei si transformarea ei in abur. Din nefericire, REACTIA IN LANT poate fi folosita si in scopuri distructive, daca ne gandim la BOMBA ATOMICA.

Reactia de fuziune ENERGIA NUCLEARA poate, de asemenea, fi obtinuta prin fuziunea a doua elemnte usoare, elemente cu numar atomic mic. Reactia de fuziune consta in alaturarea a doi izotopi ai hidrogenului, deuteriul si tritiului, reactie din care rezulta un atom de heliu si un neutron. In urma acestei reactii rezulta, de asemenea, caldura, lumina si alte radiatii, insa mai ales energie. Reactia de fuziune are loc in momentul in care doua nuclee ale unor elemente usoare (cu numar atomic mic) se alatura pentru a forma un element greu. Cand cele doua nuclee fuzioneaza, o cantitate mica de substanta se transforma intr-o cantitate mare de energie. Reactia de fuziune nu poate avea loc decat daca cele doua nuclee se apropie la o distanta de cel putin 10 la -13 centimetri, astfel incat sa fie invinsa forta electrica de respingere. Din cauza acestei forte de respingere, care de altfel este si o forta eficace in a tine nucleele separate, reactivii folositori pentru reactia de fuziune raman doi izotopi ai hidrogenului, deuteriul si tritiul, care au nucelee cu cea mai mica sarcina posibila. Avantajul reactiei de fuziune este ca ea produce mai putin material radioactiv decat fisiunea si rezerva de combustibil poate dura mai mult decat Soarele, adica este practic inepuizabila. Spre exemplu, intr-un pahar cu apa se afla aproximativ 1 g de deuteriu, a carui energie obtinuta prin fuziune echivaleaza cu 2500 l de benzina.

APARITIA PRIMEI BOMBE NUCLARE Fizicianul Albert Einstein ii trimite o scrisoare presedintelui american Franklin D. Roosevelt, prin care il avertizeaza asupra faptului ca doi cercetatori germani lucreaza la construirea unei bombe atomice. Roosevelt organizeaza un comitet special pentru analiza implicatiilor militare ale cercetarilor atomice. Astfel, in septembrie 1942 s-a oficializat PROIECTULUI MANHATTAN. Este intitulat Proiectul Manhattan, avand ca scop crearea unei arme atomice inaintea germanilor. Bomba a fost creata pe baza fisiunii uraniului, stimulata cu neutroni lenti - experimentata in America de Enrico Fermi. In acest context, Enrico Fermi, fizician italian stabilit in S.U.A pentru a evada din Italia nazista aliata cu Hitler, a folosit stiinta pentru inclinarea balantei in favoarea aliatilor in al Doilea Razboi Mondial, prin faptul ca, alaturi de Einstein si alti cercetatori a reusit sa o ia inaintea Germaniei hitleriste in producerea bombei atomice. Daca nu ar fi reusit aceasta, Hitler ar fi avut primul bomba atomica, iar soarta omenirii ar fi fost de neinchipuit. Primele explozii Astfel, rezultatul Proiectului Manhattan a fost "LITTLE BOY", numele de cod al primei bombe atomice utilizata intr-un conflict armat, care a lovit in dimineata zilei de 6 august 1945, orasul japonez Hiroshima. Doar la trei zile dupa, a fost lansat "FAT MAN", numele de cod pentru bomba atomica detonata deasupra orasului Nagasaki de catre Statele Unite ale Americii la ora 22:47(ora locala). Aceste doua bombe au dus la capitularea neconditionata a Japoniei, aliatul Germaniei naziste, in cel de-al Doilea Razboi Mondial - la 15 augusut 1945.