НУКЛЕАРНЕ СИЛЕ

Нуклеарне силе су силе које делују између нуклеона у језгру атома. Захваљујући њиховом деловању, језгро је стабилан систем.
У физици није познат закон (формула) којим су одређене нуклеарне силе, али су експериментално утврђене основне особине ових сила.
Нуклеарне силе су најјаче силе у природи, имају кратак домет, електрично су независне, имају својство засићења. Да није тако, протони се не би могли одржати заједно у језгру (растојања између протона у језгру су веома мала, па су врло јаке одбојне кулоновске интеракције).
Радијус језгра је, заправо, растојање на којем се осећа деловање нуклеарних сила. Још је Радерфорд својим огледима утврдио да на позитивно наелектрисану алфа-честицу све до растојања од 10-15 m делује електростатичка (кулоновска) сила, а тек када честица приђе на мање растојање, на њу почињу да делују друге силе – те ''друге'' силе су нуклеарне силе. Дакле, домет нуклеарних сила је мањи од 10-15 m.
Експерименти показују да нуклеарне силе не зависе од наелектрисања: исте силе делују између два неутрона, односно као између једног протона и једног неутрона.
Нуклеарне силе показују својство засићености у смислу да један нуклеон интерагује само са нуклеонима који га непосредно окружују. На то указује експериментално утврђена чињеница да је специфична енергија везе језгра скоро константна:

f= Ev/A ≈ const, па је Ev ≈ const А

Дакле, енергија везе језгра сразмерна је броју нуклеона. Ако би сваки нуклеон интераговао са свим другим, онда би енергија везе била сразмерна са бројем парова нуклеона, а број парова је А(А – 1).
На основу неких експеримената утврђено је да и нуклеарне силе мало зависе од спина нуклеона: нешто су јаче када су спинови нуклеона истог смера, него када су супротно оријентисани.

2. Нуклеарна реакција

2.1 Једначина нуклеарне реакције

Нуклеарна реакција може да се напише помоћу једначине. Свака честица која учествује у реакцији може да се представи хемијским симболом, атомским бројем и атомском масом. Неутрон се означава словом „n“, а протон „p“ или „1H“.

Једначина је тачна једино у случају када су суме атомских маса са обе стране једнаке и када су суме атомских бројева са обе стране једнаке. Пример:

3Li6 + 1H2 —»2He4 + ?

Како би суме биле једнаке, друго језгро на десној страни мора да има атомски број 2 и атомску масу 4, зато је то Хелијум-4. Потпуна једначина би изгледала овако:

 3Li6 + 1H2 —» 2He4  + 2He4

или једноставније:

 3Li6 + 1H2 —» 2 2He4

Уколико се приликом претварања једног елемента у други емитује α-честица, добија се елемент чији је атомски број мањи за два, те масени за четири. Дакле, новонастали елемент се налази два места испред почетног у периодном систему. Општа једначина је:

 ZEA —» Z-+1EA-4 + 2He4

Емитовањем β-честице, настаје елемент који се налази на месту иза полазног у периодном систему, са тим да има једнаку атомску масу, па је он изобар полазног елемента. Једначина је:

 ZEA—» Z+1EA + e-

Ову законитост пронашли су 1913. године Соди, Фајанс и Расел и позната је као Соди-Фајансов закон радиоактивног помака. Обично је распадањем првобитног радиоактивног елемента новонастали елеменат и сам радиоактиван и он наставља даље да се распада. На тај начин настаје читав низ радиоактивних елемената. Радиоактивни препарат ће при томе садржавати све те елементе, са тим да је највећа количина у том препарату оних међуелемената који су стабилнији. Однос свих тих међуелемената је тачно одређен и то се назива радиоактивна равнотежа или равнотежа зрачења.

2.2. Нуклеарна фисија и фузија

Нуклеарна фисија такође позната и као атомска фисија, је процес у нуклеарној физици у којем се језгро једног атома дели на два или више мањих језгара као фисионих производа и обично још неколико нуспродуктних честица. Дакле, фисија је једна врста трансмутације хемијских елемената. Нуспродукти фисије могу бити неутрони, затим фотони и то обично у облику гама зрака, као и други делићи нуклеарне фрагментације какве су на пример бета честице и алфа честице. Фисија тежих елемената је егзотермна реакција при којој може да се ослободи корисна енергија у огромним износима и то у два облика; kао енергија гама зрака и као кинетичка енергија фрагмената фисије (загревајући масивни материјал унутар којег се фисија одвија).
Енергија нуклеарне фисије користи се за производњу електричне енергије у нуклеарним реакторима али служи и за одржавање експлозије у нуклеарном орзжју (атомској бомби). Фисија је практична као извор енергије у нуклеарним електранама зато што неки материјали, које називамо нуклеарним горивом, производе нове неутроне као делове фисионог процеса, a започињу и нову фисију када су погођени слободним неутронима. Нуклеарно гориво може да буде део самоодржавајуће нуклеарне реакције обично назване ланчана реакција, која ослобађа енергију контролисаном брзином у нуклеарном реактору или веома великом неконтролисаном брзином у нуклеарним оружјима.
Нуклеарна фузија је процес током којег се више атомских језгара спајају формирајући једно теже језгро. Овај процес прати ослобађање енергије зависно од масе језгара која су у њега укључена. Да би дошло до нуклеарне реакције, у којој се лакша језгра спајају у тежа, потребно је да се атомска језгра нађу на растојањима мањим од 10-15 m. Тада међу њима почиње да делује привлачна јака нуклеарна сила. Међутим, да би се честице приближиле до тако малих растојања, потребно је савладати огромну Кулонову силу одбијања истоимених наелектрисања (Кулонова баријера), која је утолико већа уколико су растојања међу честицама мања. Један од услова је да се честице крећу великим брзинама, од виже стотина километара у секунди. Такве брзине могу се реализовати на температурама које су реда величине 107 K (термонуклеарна фузија). Уколико су термалне брзине мале, честице ће се расејавати пре него што доспеју до растојања на којима привлачна сила постаје јача од одбојне Кулонове силе. За фузију два протона потребне су енергије од 1 MeV. Гас може да има и више температуре, при чему ће већи број честица (протона) учествовати у реакцији. Нуклеарна фузија лаких елемената ослобађа енергију која је извор зрачења звезда или изазива експлозију у нуклеарним бомбама.

3. Нуклеарна енергија

Нуклеарна енергија је енергија која се ослобађа из атомског језгра. Контролисане нуклеарне реакције у којима се ослобађа нуклеарна енергија користе се у реакторима за добијање електричне енергије. У нуклеарној ланчаној реакцији се производи енергија која се користи за грејање воде како би се произвела пара која касније покреће парну турбину. Турбина се може користити за механички рад као и за производњу електричне енергије. Данас, највећи произвођачи електричне енергије су Литванија (око 80%), Француска (78%) и Белгија (60%).
Развој нуклеарних реактора уздрмале су две велике несреће - хаварија у Чернобиљу (1986. године) и једна мања несрећа у Америци (Електрана Острво три миље) 1979. године

Општа неприхваћеност нуклеарне енергије последњих година 20. века произилази из страха према могућим нуклеарним катастрофама, страха од радијације и производње нуклеарног отпада. Шведска, Италија и Немачка, под утицајем хаварије у Чернобиљу, на референдуму су одлучили да ће престати са коришћењем нуклеарне енергије заувек.

Нуклеарна катастрофа у Чернобиљу  

3.1 Технологија реактора

       Нуклеарна безбедност укључује следеће:
- Истраживање и тестирање о могућим инцидентима и хаваријама у нуклеарним електранама
-Опрему коју треба користити како не би дошло до инцидента
-Калкулацију вероватноће да до хаварије дође
-Какве мере треба предузети како би се запослени и околина заштитили у таквој ситуацији
-Демонстрација хаварија

Организација која се брине o томе да реактори, који данас раде у свету, буду безбедни се назива Међународна агенција за нуклеарну енергију, са седиштем у Бечу, Аустрија.

Нуклеарни реактори
 

4. Нуклеарно оружје

Нуклеарно оружје је оружје чија разорна снага потиче од нуклеарних реакција, било од нуклеарне фисије,или од много јаче фузије. Као резултат, чак и нуклеарно оружје са релативно малим учинком је значајно јаче од најјачег конвенционалног експлозива, такво оружје је способно уништити или озбиљно онеспособити цели град.

4.1. Атомска бомба

• http://en.wikipedia.org/
• Филиповић И. & Липановић С. (1982.) Општа и неорганска хеимја.
• http://map.gsfc.nasa.gov
• С. Манцура, АТОМИСТИКА, Факултет за физичку хемију универзитета у Београду, Београд 2004.

  preuzmi seminarski rad u wordu » » »

Besplatni Seminarski Radovi