Ten artykuł nale?y dopracowa? : lekki bałagan; spor? cz???, a zwłaszcza sekcj? ?Zastosowania praktyczne”, lepiej chyba przenie?? do Fizyka j?drowa i innych artykułow. Dokładniejsze informacje o tym, co nale?y poprawi?, by? mo?e znajduj? si? w dyskusji tego artykułu . Po wyeliminowaniu niedoskonało?ci nale?y usun?? szablon {{Dopracowa?}} z tego artykułu.

Zobacz hasło j?dro atomowe w Wikisłowniku

J?dro atomowe ? centralna cz??? atomu składaj?ca si? z protonow i neutronow , powi?zanych siłami j?drowymi , stanowi?ca niewielk? cz??? obj?to?ci całego atomu, skupiona jest w nim prawie cała masa ^[1] .

J?dro atomowe jest charakteryzowane przez jego liczb? atomow? i liczb? masow? .

Liczba atomowa wynika z liczby protonow w j?drze, okre?la ładunek elektryczny j?dra, ktory jest głownym czynnikiem okre?laj?cym struktur? poziomow energetycznych elektronow w atomie.

Liczba masowa jest rowna sumie liczby protonow i neutronow w j?drze i decyduje o masie danego atomu.

Badaniem j?der atomowych zajmuje si? dział fizyki zwany fizyk? j?drow? .

Odkrycie [ edytuj | edytuj kod ]

Istnienie j?dra atomowego zostało zaproponowane przez Ernesta Rutherforda w 1911 roku jako uzasadnienie głownie do rozpraszania wstecznego cz?stek alfa w eksperymencie przeprowadzonym w 1909 r. W do?wiadczeniu bombardowano foli? złota , po?niej innych pierwiastkow cz?stkami alfa . Badaj?c rozkład k?towy promieniowania rozproszonego na folii, doszedł do wniosku, ?e w atomie w niewielkiej obj?to?ci jest masa znacznie wi?ksza ni? masa cz?stki alfa, nazwanej po?niej j?drem atomowym. Rutherford zauwa?ył, ?e centralny ładunek, rowny 100 ładunkom elektronow, jest w przybli?eniu rowny połowie masy 49 cz?stek alfa, sugeruje ?e atomy składaj? si? z połowek cz?stek alfa. Z du?ej energii emitowanych przez atomy cz?stek alfa wnioskuje, ?e j?dro ma ładunek dodatni ^[2] . Miesi?c po ukazaniu si? artykułu Rutherforda, w ? Nature ” został opublikowany list Antoniusa van den Broka , w ktorym wskazał, ?e ładunek j?dra atomowego jest to?samy z liczb? ładunkow w j?drze atomowym i jest rownowa?ny liczbie atomowej . Obliczył, ?e od wodoru do uranu jest 120 pierwiastkow ^[3] . W kolejnej pracy stwierdził, ?e w ci?gu atomow uło?onych w kolejno?ci ich mas atomowych , ka?demu atomowi odpowiada kolejny ładunek j?dra, ktory decyduje o wła?ciwo?ciach atomu ^[4] . Koncepcje te, doprecyzowuj?ce model atomu Rutherforda , zostały uznane przez naukowcow. W efekcie zaproponowano liczne modele j?dra atomowego, w ktorych j?dro atomowe składało si? z protonow i elektronow ^{[5] [6]} . Modele te funkcjonowały a? do odkrycia w 1932 roku neutronu i zaproponowania modelu protonowo-neutronowego przez Dmytra Iwanenk? i Wernera Heisenberga ^[6] .

Fizyka j?dra atomowego [ edytuj | edytuj kod ]

Zobacz publikacj? Wst?p do fizyki j?dra atomowego w Wikibooks

Oznaczanie [ edytuj | edytuj kod ]

J?dra atomowe oznacza si? takim samym symbolem, jak pierwiastek chemiczny odpowiadaj?cy temu j?dru, dodatkowo przed symbolem w indeksie gornym podaje si? liczb? masow? (A) , a w indeksie dolnym mo?na poda? liczb? atomow? (Z) . Przykładowo j?dro atomowe o 11 protonach i 13 neutronach , jest j?drem nietrwałego izotopu sodu -24 i oznacza si? je symbolem ²⁴ Na lub 24 11 Na .

J?dro atomowe a atom [ edytuj | edytuj kod ]

Własno?ci j?dra, w jego stanie podstawowym, s? determinowane poprzez liczb? znajduj?cych si? w nim nukleonow . Liczba protonow, okre?la ładunek elektryczny j?dra. Wielko?? tego ładunku wyznacza mo?liwe konfiguracje elektronow otaczaj?cych j?dro, z mo?liwych konfiguracji elektronow wynikaj? mo?liwo?ci ł?czenia si? atomow z sob?, a tym samym ich własno?ci chemiczne, co decyduje o tym jakiego pierwiastka chemicznego jest ten atom, okre?laj?c tym samym liczb? atomow? . Atomy o j?drach o tej samej liczbie protonow, ale ro?nej neutronow nazywa si? izotopami . Liczba neutronow ma pewien wpływ na przebieg reakcji chemicznych poprzez tzw. efekt izotopowy .

W reakcjach j?drowych wa?na jest nie tylko liczba protonow, ale rownie? liczba neutronow.

Siły j?drowe [ edytuj | edytuj kod ]

Mi?dzy dodatnio naładowanymi protonami wyst?puje odpychanie elektryczne , ktorego efekty s? rownowa?one przez oddziaływanie silne mi?dzy nukleonami. Oddziaływania silne działaj? jednak tylko na bardzo krotkich dystansach, zbli?onych do rozmiarow samych j?der. Przy wi?kszych odległo?ciach przewa?aj? siły odpychania elektrycznego.

Modele budowy j?dra [ edytuj | edytuj kod ]

J?dra atomowe bada si?, analizuj?c samorzutne i wymuszone rozpady j?der, a tak?e badaj?c rozpraszanie cz?stek na j?drach (promieniowanie gamma, elektrony, neutrony, protony itp.). Stwierdzono, ?e wi?kszo?? j?der ma kształt zbli?ony do kuli, a niektore s? owalne. G?sto?? wewn?trz j?der jest jednakowa i szybko spada do zera w pewnej odległo?ci od ?rodka, ktor? okre?la si? jako promie? j?dra.

J?dra maj? rozmiary rz?du 10 ^?14 ? 10 ^?15 m, co stanowi około jedn? stutysi?czn? rozmiaru atomu . Jednak to w j?drze skupione jest ponad 99,9% masy atomu.

Zakładaj?c jednakow? g?sto?? j?der atomowych, tak jak okre?la to model kroplowy j?dra atomowego, rozmiar j?dra zale?ny od jego liczby masowej z wyj?tkiem kilku najl?ejszych j?der okre?la zale?no??:

${\displaystyle R=(1{,}2\times \mathrm {10^{-15}m)A^{1/3}} ,}$

gdzie:

${\displaystyle \mathrm {A} }$ ? liczba masowa,

${\displaystyle R}$ ? promie? j?dra,

${\displaystyle \mathrm {m} }$ ? metr.

Model kroplowy [ edytuj | edytuj kod ]

Jednym z pierwszych modeli budowy j?dra był model kroplowy . Zakłada on, ?e nukleony w j?drze zachowuj? si? jak cz?steczki w kropli cieczy i w zwi?zku z tym własno?ci j?dra jako cało?ci powinny by? podobne do własno?ci kropli cieczy. Mikroskopowe oddziaływania, oddziaływanie silne j?drowe oraz siły elektrostatyczne s? w tym modelu przedstawiane przez analogi? do sił lepko?ci i napi?cia powierzchniowego . Najwa?niejszym zało?eniem modelu jest to, ?e j?dra s? kuliste. Przez analogi? do energii kropli cieczy, w tym modelu energi? wi?zania j?der atomowych oblicza si? z uwzgl?dnieniem poprawki na wysycanie si? sił j?drowych wraz z sze?cianem odległo?ci.

Otrzymane w ten sposob wzory przewiduj? stał? energi? wi?zania na jeden nukleon dla j?der lekkich i mniejsz? dla j?der o du?ej masie. Prowadzi to do wniosku, ?e w du?ych j?drach mo?e nast?powa? rozdzielenie si? na dwa fragmenty, co wyja?nia zjawiska rozszczepienia j?der atomowych ci??kich pierwiastkow. Model ten jest bardzo przybli?ony i nie wyja?nia wszystkich własno?ci j?der.

Model powłokowy [ edytuj | edytuj kod ]

Powłokowy model j?dra atomowego powstał na zasadzie analogii do powłokowego modelu atomu i zgodnie z obserwacjami poziomow wzbudzenia j?der atomowych zakłada ?e, nukleony nie mog? wewn?trz j?dra przyjmowa? dowolnych stanow energetycznych, lecz tylko te zgodne z energiami kolejnych powłok. Ka?d? powłok? mo?e zajmowa? okre?lona liczba nukleonow. Kiedy zostanie ona wypełniona, energia wi?zania dla pierwszego nukleonu na kolejnej powłoce jest wyra?nie mniejsza. Model zakłada, ?e nukleony poruszaj? si? w j?drze prawie niezale?nie, a oddziaływanie nukleonu z pozostałymi nukleonami mo?na zast?pi? oddziaływaniem tego nukleonu ze ?rednim polem działaj?cym na niego. W modelu okre?la si? rozkład pola w j?drze, tak by poziomy wzbudze? j?dra odpowiadały danym do?wiadczalnym.

Model wyja?nia odst?pstwa energii wi?zania j?der od energii okre?lonej w modelu kroplowym. Wyja?nia te? istnienie ?liczb magicznych”: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 dla ktorych j?dra atomowe s? najstabilniejsze. Je?eli j?dro ma jeden nukleon mniej lub wi?cej, to energia wi?za? jest w nim wyra?nie mniejsza.

Cech? modelu powłokowego j?dra jest istnienie oddzielnych powłok dla neutronow i protonow. Je?eli jednocze?nie zarowno liczba neutronow, jak i liczba protonow jest rowna liczbie magicznej, to j?dro jest “podwojnie magiczne” (np. hel ) i cechuje je wyj?tkowa trwało??. Warto?ci liczby magicznych s? pewne tylko do 82. Istniej? hipotezy, według ktorych liczby 126 i 184 s? magiczne dla neutronow, a 114 dla protonow.

Jednym z postulatow wynikaj?cych z powłokowego modelu j?dra atomowego jest istnienie wyspy stabilno?ci . Fizycy j?drowi wysun?li hipotez?, ?e j?dra o liczbach atomowych powy?ej 184 mog? mie? znacznie wi?ksze okresy połrozpadu od wi?kszo?ci transuranowcow . Badania nad syntez? j?der o liczbie atomowej 116 wskazuj? na zwi?kszaj?c? si? ich trwało?? ^[7] .

Model powłokowy odnosi si? rownie? do zjawiska magnetycznego rezonansu j?drowego. Zauwa?ono zale?no?? poziomow energetycznych j?der o spinie połowkowym od nat??enia zewn?trznego pola magnetycznego.

Modele kolektywne [ edytuj | edytuj kod ]

Modele te zakładaj?, ?e nie wszystkie zjawiska j?drowe da si? wytłumaczy? jako oddziaływanie nukleonow. Według tych modeli nukleony, ł?cz?c si? w grupy, tworz? nowe cz?stki wewn?trz j?dra. Jednym z tego rodzaju modeli jest koncepcja bozonow ( ang. interacting boson model , IBM). Opiera si? ona na analogii do zjawisk kwantowych wyst?puj?cych w nadprzewodnikach . Cz?stki elementarne ł?cz? si? w pary, uzyskuj?c nowe własno?ci. Neutrony maj? ł?czy? si? z protonami i oddziaływa? jako jeden bozon z całkowitym spinem 0, 2 lub 4. Istniej? dwa warianty tego modelu, czyli IBM-I i IBM-II .

J?dra trwałe i nietrwałe [ edytuj | edytuj kod ]

Tylko niektore j?dra atomowe s? trwałe. Decyduj? o tym oddziaływania mi?dzy tworz?cymi je nukleonami. Dla wszystkich j?der atomowych o liczbie atomowej od 1 ( wodor ) a? do 83 ( bizmut ^[a] ); 80 z nich ma trwałe lub bardzo długo?yciowe izotopy (wyj?tki to technet i promet ). Ci??sze pierwiastki nie maj? trwałych izotopow, jednak maj? izotopy o czasie połowicznego rozpadu tak du?ym, ?e mo?na znale?? je w naturze. Najci??szym z tych pierwiastkow jest pluton o liczbie atomowej 94. Ci??sze pierwiastki nie wyst?puj? na Ziemi , jednak mo?na je sztucznie wytworzy? w akceleratorach cz?stek . Najci??szym obecnie uzyskanym pierwiastkiem jest oganeson o liczbie atomowej 118, ktory mo?e by? gazem szlachetnym ; został otrzymany w Zjednoczonym Instytucie Bada? J?drowych w Dubnej w 2006 r. ^[9]

Trwało?? j?dra mo?na przewidzie? na podstawie energii wi?zania, ktor? da si? wyznaczy? do?wiadczalnie, porownuj?c mas? j?dra z mas? składnikow hipotetycznego rozpadu ( niedoboru masy ). Porownuj?c mas? j?dra z mas? hipotetycznych produktow rozpadu, mo?na okre?li? energi?, ktora wydzieliłaby si? podczas oderwania od j?dra okre?lonej cz?stki (protonu, neutronu, elektronu, pozytonu , cz?stki alfa). Je?li energia wyrwania cz?steczki jest wi?ksza od zera, to taka reakcja zazwyczaj zachodzi. Je?li energia jest mniejsza od zera to reakcja nie zachodzi, a j?dro jest trwałe. Zakładaj?c kształt bariery potencjału (przewidziany na podstawie czasu rozpadu znanych atomow), mo?na oszacowa? czas rozpadu.

Dla ?rednich i ci??kich j?der energia wi?zania jest wprost proporcjonalna do liczby nukleonow. Wzrost liczby nukleonow o jeden powoduje zwykle podniesienie energii o 7?8 MeV . Prawo to jest zachowane dla j?der w zakresie liczb masowych od 30 do 70. Potem nast?puje wyra?ne odej?cie od tej zale?no?ci. Energie wi?zania ci??szych j?der s? w efekcie mniejsze ni?by to wynikało z liczby nukleonow.

J?dra z parzyst? liczb? neutronow i protonow (parzysto-parzyste) cechuj? si? najwi?ksz? trwało?ci? i mo?na je odnale?? na Ziemi w znacznych ilo?ciach. J?dra z nieparzyst? liczb? protonow lub neutronow (parzysto-nieparzyste) s? ju? du?o mniej trwałe. Nieparzysta liczba protonow i neutronow powoduje nietrwało?? j?der, cho? od tej reguły s? wyj?tki (np.: j?dro wodoru ). Zjawisko to wyja?nia model powłokowy j?dra atomowego.

Przemiany j?drowe [ edytuj | edytuj kod ]

  Osobny artykuł: Reakcja j?drowa .

Zarowno wyst?puj?ce w naturze, jak i sztuczne j?dra atomowe podlegaj? przemianom zwanym reakcjami lub przemianami j?drowymi. Przemiany j?drowe mog? by? samorzutne (j?dra nietrwałe ulegaj? rozpadowi) albo s? inicjowane przez dostarczenie energii do j?dra. J?dro posiadaj?ce wy?sz? energi? ni? podstawowe j?dro nazywa si? j?drem wzbudzonym. Oznacza to, ?e zmiana j?dra mo?e by? zainicjowana w dwoch nast?puj?cych przypadkach:

• pochłoni?cia cz?stki elementarnej,
• pobudzenie do wy?szego stanu kwantowego przez cz?stki nios?ce energi?.

Reakcje takie mog? mie? miejsce pomi?dzy j?drem a neutronami, neutrinami czy innymi j?drami atomowymi. Przemiany j?drowe nie podlegaj? wszystkim zasadom zachowania. Ze wzgl?du na du?? ilo?? energii przypadaj?cej na jednostk? masy w przemianach j?drowych nie jest zachowana masa (tak jak w mechanice klasycznej) zachowana jest jednak suma energii i materii, co jest zgodne z rownaniem Einsteina :

${\displaystyle E=mc^{2},}$

gdzie:

${\displaystyle E}$ ? energia ,

${\displaystyle m}$ ? masa ,

${\displaystyle c}$ ? pr?dko?? ?wiatła w pro?ni.

Energia wydziela si? w postaci promieniowania elektromagnetycznego ( gamma ) oraz emisji cz?stek (j?der helu, elektronow, protonow, neutronow i neutrin) cz?sto o du?ych energiach. Proces rozpadu wielu j?der atomowych prowadzi do powstania promieniowania jonizuj?cego o du?ym nat??eniu.

Przemiany j?drowe zapisuje si? przez analogi? do reakcji chemicznych np.

${\displaystyle _{11}^{24}{\hbox{Na}}\;\to \;_{12}^{24}{\hbox{Mg}}+e^{-}+{\overline {\nu }}_{e}.}$

J?dro atomu sodu o liczbie masowej 24 i liczbie atomowej 11 ${\displaystyle (_{11}^{24}{\hbox{Na}})}$ przechodzi w j?dro atomu magnezu o liczbie masowej 24 i liczbie atomowej 12 ${\displaystyle (_{12}^{24}{\hbox{Mg}}),}$ przy czym zachodzi emisja elektronu ${\displaystyle (e^{-})}$ oraz antyneutrina elektronowego ${\displaystyle ({\overline {\nu }}_{e}).}$

Efekty kwantowe [ edytuj | edytuj kod ]

J?dra atomowe mo?na w wielkim uproszczeniu traktowa? jako wiruj?ce ciała naładowane elektrycznie. W kategoriach mechaniki kwantowej ?wirowanie” to okre?la si? terminem spinu i opisuje przy pomocy rachunku tensorowego .

J?dra o parzystej liczbie atomowej maj? w stanie podstawowym spin całkowity, a o nieparzystej połowkowy. Spin j?der o parzystej liczbie protonow i neutronow w stanie podstawowym jest rowny zero. J?dra w stanie wzbudzonym mog? mie? spin wi?kszy od stanu podstawowego.

Opis pola magnetycznego j?dra nie jest pełny, je?eli nie uwzgl?dni si? jego własno?ci kwantowych. W takiej sytuacji pole magnetyczne j?dra staje si? superpozycj? wielu pol odpowiadaj?cym poszczegolnym stanom kwantowym. Du?e znaczenie maj? tu liczby neutronow i liczby protonow w j?drze. Je?eli s? one nieparzyste, to spin j?dra staje si? połowkowy.

Zgodnie z klasycznymi prawami Maxwella obiekt tego typu generuje pole magnetyczne . Przyło?enie zewn?trznego pola magnetycznego powinno spowodowa? w takiej sytuacji ustawienie si? wektora spinow j?der atomowych zgodnie z wektorem pola. Jednak spin j?der nie jest prostym wirowaniem mechanicznym, lecz zło?onym zjawiskiem kwantowym, co powoduje, ?e j?dra w polu magnetycznym ulegaj? zjawisku precesji .

Orientacja biegunow pola magnetycznego dla j?der atomowych jest przewa?nie przypadkowa. Gdy do j?der atomowych o spinie połowkowym przyło?ymy zewn?trzne pole magnetyczne, to nie b?d? one mogły ustawi? si?, ani zgodnie z wektorem pola magnetycznego, ani w przeciwnym kierunku. J?dra ustawione niezgodnie z wektorem zewn?trznego pola magnetycznego, b?d? zajmowa? okre?lone kwantowe stany energetyczne.

Je?eli przyło?one pole magnetyczne oscyluje zgodnie z cz?stotliwo?ci? precesji, to j?dra atomowe wzmacniaj? to pole, co prowadzi do zjawiska magnetycznego rezonansu j?drowego , przydatnego w technikach analitycznych stosowanych w chemii i medycynie.

W kategoriach mechaniki kwantowej cz?stotliwo?? oscylacji pola magnetycznego okre?la energi? tworz?cych je fotonow. Gdy ta energia b?dzie zgodna z ro?nic? kwantowych stanow energetycznych j?der, to ich pola magnetyczne b?d? przechodzi? do stanu wzbudzonego. W stanie wzbudzonym superpozycja stanow kwantowych pol magnetycznych j?dra doprowadzi do obrocenia si? wynikowego wektora pola magnetycznego.

Przej?cie na wy?szy poziom energetyczny, b?dzie oznacza?, ?e nast?pnie j?dra atomowe b?d? powraca? do stanu podstawowego. Spowoduje to emisj? fotonow. Ich energia b?dzie zgodna z fotonami wywołuj?cymi pobudzenie. Oznacza? to b?dzie emisj? takich samych fotonow, jak te wywołuj?ce pobudzenie. Je?eli energia fotonow zewn?trznego pola magnetycznego zostania odpowiednio dobrana do własno?ci kwantowych j?der atomowych, to pojawi si? zjawisko magnetycznego rezonansu j?drowego.

Mo?e si? wydawa?, ?e opisy rezonansu j?drowego w mechanice klasycznej i kwantowej s? skrajnie ro?nie. Jednak w wi?kszo?? przypadkow obliczone na podstawie tych modeli zachowanie j?der atomowych jest podobne. W praktyce podczas pomiarow wykorzystuje si? oba opisy matematyczne dla zwi?kszenia dokładno?ci czujnikow.

Cz?stki elementarne buduj?ce j?dro atomowe w fizyce kwantowej s? opisywane czasami poprzez warto?? izospinu . Według pewnych koncepcji neutron i proton to dwa warianty tej samej cz?stki ro?ni?cej si? wła?nie izospinem. Jest to podej?cie analogiczne do traktowania spinu elektronow zajmuj?cych ro?ne powłoki w atomie.

Pochodzenie j?der atomowych [ edytuj | edytuj kod ]

Według teorii Wielkiego Wybuchu we Wszech?wiecie pierwotnie istniały tylko protony i neutrony. J?dra o l.a. ≤4, głownie deuter, tryt i hel oraz małe ilo?ci litu i berylu powstały bezpo?rednio po Wielkim Wybuchu w procesie pierwotnej nukleosyntezy zachodz?cej przez pierwsze ~20 min istnienia Wszech?wiata ^[10] . Z pierwiastkow tych powstały i nadal powstaj? pierwiastki ci??sze. Ich ?rodła to głownie:

• reakcje syntezy j?drowej wewn?trz gwiazd
• supernowe .

Wi?kszo?? j?der atomowych o liczbie atomowej z zakresu 3?26 (tj. do ?elaza wł?cznie) powstaje w gwiazdach w trakcie ich powolnej ewolucji. J?dra ?elaza, niklu i j?dra o wi?kszej liczbie atomowej wytwarzane s? w ko?cowych etapach ?ycia gwiazd ? podczas wybuchu supernowych ( proces r ) i w czerwonych olbrzymach typu AGB ( proces s ).

Od ko?ca XX w. postuluje si? jednak, ?e w?giel , azot i tlen (?CNO”) tak?e mogły powsta? w trakcie pierwotnej nukleosyntezy, głownie w ci?gu pierwszych 10 min po Wielkim Wybuchu ^[10] .

Wiedza na temat przemian j?drowych jest podstaw? astrofizyki . Dynamika reakcji j?drowych zachodz?cych w gwiazdach decyduje o ich losie. Wiek gwiazdy oraz pochodzenie buduj?cego j? materiału mo?na okre?li? na podstawie ilo?ci zawartych w niej ro?nych rodzajow j?der atomowych. Gwiazdy przekształcaj? l?ejsze j?dra atomowe w ci??sze, proces ten jest głownym ?rodłem energii gwiazd. Wysoka temperatura Sło?ce jest wynikiem syntezy helu z wodoru w j?drze gwiazdy.

W gwiazdach neutronowych grawitacja jest tak silna, ?e j?dra atomow ł?cz? si?, tworz?c jedn? wielk? struktur? neutronow?.

J?dra wodoru (protony) oraz helu (czyli jony He ²⁺ ) wyst?puj? w stanie wolnym w kosmosie, a poruszaj?ce si? z pr?dko?ci? blisk? c wchodz? w skład promieniowania kosmicznego .

Zastosowania praktyczne [ edytuj | edytuj kod ]

J?dra atomowe s? u?ywane w przyspieszaczach, np. LHC i badaniach i eksperymentach. Pozostałe opisy dotycz? u?ycia atomow, w ktorych procesy zachodz?ce w j?drach maj? okre?lone znaczenie.

Energia termoj?drowa [ edytuj | edytuj kod ]

Prowadzone s? prace wdro?eniowe z syntez? j?drowa. Nie s? u?ywane tam same j?dra a plazma, czyli j?dra atomowe i oderwane od nich elektrony. Plazma mo?e by? podgrzewana przez wstrzykni?cie samych j?der z akceleratora.

Energetyka j?drowa [ edytuj | edytuj kod ]

Energetyka j?drowa pozwala na praktyczne wykorzystanie procesu rozpadu j?der atomowych. Uwolniona energia mo?e słu?y? do rozgrzewania pary nap?dzaj?cej turbiny . W technice kosmicznej wykorzystuje si? zasilacze izotopowe w sondach kosmicznych badaj?cych zewn?trzne planety Układu Słonecznego . Izotopy promieniotworcze znalazły te? zastosowanie w czujnikach dymu .

Bro? j?drowa [ edytuj | edytuj kod ]

Zjawisko rozpadu j?der stosuje si? rownie? w broni j?drowej , a zjawisko syntezy j?drowej jest podstaw? działania bomby wodorowej . Pierwszy raz u?yto broni j?drowej podczas II wojny ?wiatowej . Dnia 6 sierpnia 1945 roku USA zrzuciły bomb? atomow? na japo?skie miasto Hiroshima . W ułamku sekundy ponad 200-tysi?czne miasto zostało zamienione w morze ruin. Zgin?ło ponad 80 tysi?cy ludzi. Wielu innych przez całe lata walczyło ze skutkami choroby popromiennej .

Wynalezienie broni atomowej doprowadziło po wojnie do wybuchu zimnej wojny . USA i ZSRR rozpocz?ły budow? ogromnych arsenałow broni j?drowej. Do lat 70. wyprodukowano tyle głowic, ?e obie strony mogły zabi? wszystkich swoich wrogow kilka razy. Reaktory j?drowe wykorzystano do budowy atomowych okr?tow podwodnych , ktore stały si? kolejnym no?nikiem broni masowej zagłady . W roku 1962 ?wiat stan?ł najbli?ej atomowej apokalipsy, kiedy ZSRR umie?ciło swoje głowice na Kubie . Jednak konflikt kuba?ski udało si? rozwi?za? dzi?ki nawi?zaniu wspołpracy pomi?dzy prezydentem USA Kennedym oraz premierem ZSRR Chruszczowem .

Gdy 1991 roku ZSRR si? rozpadło, zimna wojna została zako?czona. Jednak po tym gor?cym okresie pozostały ogromne magazyny broni j?drowej. Kiedy 11 wrze?nia roku 2001 terrory?ci zniszczyli World Trade Center pojawiło si? zagro?enie wykorzystaniem tych magazynow przez islamskich radykałow. Al Kaida podj?ła wysiłki, aby zdoby? bomby atomowe lub cho?by materiały radioaktywne. Przedstawiciele zachodnich krajow postanowili przeciwdziała? tym zamierzeniom. Obawiano si?, ?e w europejskich czy ameryka?skich miastach mo?e znale?? si? brudna bomba , ktora wywoła ska?enie radioaktywne.

Medycyna nuklearna [ edytuj | edytuj kod ]

W radioterapii wykorzystuje si? promieniowanie wysyłane przez j?dra atomowe do niszczenia komorek nowotworowych . Przykładem mog? by? bomby kobaltowe wykorzystywane jako ?rodło promieniowania gamma . Najnowsza technika radioterapii opiera si? na akceleratorach cz?stek . Rozp?dzaj? one cz?stki elementarne naładowane elektrycznie b?d? jony do pr?dko?ci pod?wietlnych. Tak wytworzona wi?zka promieniowania mo?e zosta? skupiona na niewielkim fragmencie ciała, gdzie znajduje si? nowotwor. Wła?ciwo?ci rozp?dzonych jonow sprawiaj?, ?e mo?liwe jest ich przenikanie do gł?biej poło?onych partii ciała, bez niszczenia warstw powierzchniowych.

W Polsce w ?wierku niedaleko Warszawy znajduje si? reaktor atomowy Maria , ktory pozwala na wytwarzanie izotopow promieniotworczych wykorzystywanych w medycynie .

Diagnostyka medyczna [ edytuj | edytuj kod ]

Techniki j?drowe wykorzystuje si? w diagnostyce medycznej . Dziedzina nauki zajmuj?ca si? tego typu badaniami to radiologia . Izotopy promieniotworcze maj? szerokie zastosowania diagnostyczne oraz naukowe. Izotopy promieniotworcze wprowadza si? do badanego organizmu i mierzy si? promieniowanie, w ten sposob mo?na okre?li? rozprzestrzenianie si? danego pierwiastka w organizmie. Je?eli teraz wykonany zostanie pomiar promieniowania poszczegolnych partii ludzkiego ciała, mo?na w ten sposob uzyska? obraz normalnie niewidocznych struktur anatomicznych.

Dodatkowo wykorzystanie promieniotworczych znacznikow pozwala na obrazowanie procesow fizjologicznych organizmu. Przykładem mo?e by? tutaj zawieraj?ca izotop radioaktywny glukoza . Po jej podaniu cukier zbiera si? w tkankach o najwi?kszym metabolizmie . Emitowane przez radioizotop pozytony mog? by? rejestrowane w odpowiednim czujniku. W ten sposob da si? okre?li? miejsce, gdzie znajduje si? ognisko raka lub stwierdzi?, jakimi czynno?ciami zajmuje si? w tej chwili kresomozgowie pacjenta.

Najpopularniejsze metody diagnostyki medycznej oparte na technice j?drowej:

• tomografia komputerowa osiowa ( ang. computed tomography , CT, computed axial tomography , CAT),
• tomografia komputerowa wysokiej rozdzielczo?ci (ang. high resolution computed tomography , HRCT),
• spiralna tomografia komputerowa (ang. spiral computed tomography , sCT),
• magnetyczny rezonans j?drowy (ang. nuclear magnetic resonance NMR, magnetic resonanse imaging , MRI),
• pozytonowa tomografia emisyjna (ang. positron emission tomography , PET).

Wykorzystanie wszystkich tych technik pozwala na szybkie i precyzyjne diagnozowanie wielu powa?nych uszkodze? organow wewn?trznych. Obserwacja fizjologii ludzkiego ciała przyczynia si? te? do post?pu w badaniach nad człowiekiem. Dzi?ki mo?liwo?ci ?podgl?dania” ludzkiego mozgu podczas pracy naukowcy staj? o krok bli?ej do zrozumienia fenomenu inteligencji . Z wyj?tkiem magnetycznego rezonansu j?drowego ka?da z technik radiologicznych wi??e si? z napromieniowaniem pacjenta. Oznacza to, ?e w przypadku kumulacji dawki promieniowania jonizuj?cego mog? pojawi? si? skutki uboczne. Istnienie tych skutkow ubocznych nie mo?e by? bagatelizowane, ale obecnie przewa?a strach przed ka?dym rodzajem promieniowania nawet w najmniejszych dawkach, ktore s? u?ywane w diagnostyce.

Niebezpiecze?stwa zwi?zane z technologiami j?drowymi [ edytuj | edytuj kod ]

Ubocznym skutkiem wykorzystania technologii nuklearnej mo?e si? sta? uwolnienie do ?rodowiska naturalnego substancji zawieraj?cych nietrwałe j?dra z materiałow w trakcie u?ycia, jak i odpadow promieniotworczych , powoduj?c ska?enie radioaktywne ?rodowiska. Ska?enie promieniotworcze jest bardzo trudne do usuni?cia, gdy? izotopy promieniotworcze tylko bardzo nieznacznie ro?ni? si? fizycznie i chemicznie od izotopow trwałych. Podczas pracy reaktorow j?drowych powstaj? radioaktywne odpady. Odpady z elektrowni j?drowych s? przetwarzane w specjalnych zakładach w celu odzyskania cennych izotopow, a pozostało?ci zostaj? zło?one w mogilniku , zapobiegaj?cym wydostaniu si? promieniotworczych substancji do ?rodowiska.

Podczas budowy pierwszej broni j?drowej, oraz przez cały okres jej gromadzenia, pa?stwa posiadaj?ce głowice nuklearne dokonywały wielu prob tej broni. Proby te polegały zwykle na detonacji głowic probnych w rozmaitych warunkach: pod ziemi?, na powierzchni ziemi i w powietrzu, m.in. w stratosferze . Ubocznym efektem tych prob było uwolnienie do ?rodowiska du?ej ilo?ci materiałow promieniotworczych, jednak w skali całej planety wzrost promieniowania jonizuj?cego wywołany przez proby nuklearne i awarie reaktorow j?drowych jest bardzo mały w stosunku do promieniowania naturalnego . Na przykład ?rednia roczna warto?? promieniowania tła na obszarze Europy po awarii w Czarnobylu wzrosła o zaledwie 1%.

Tre?? tej sekcji mo?e nie by? zgodna z zasadami neutralnego punktu widzenia . Dokładniejsze informacje o tym, co nale?y poprawi?, by? mo?e znajduj? si? w dyskusji tej sekcji . Po wyeliminowaniu niedoskonało?ci nale?y usun?? szablon {{Dopracowa?}} z tej sekcji.

Przetwarzanie odpadow radioaktywnych wywołuje w Europie bardzo burzliwe protesty ruchow ?zielonych”. Podczas przewozu kontenerow z utylizowanym paliwem przez Niemcy wi?cej kosztuje organizacja kordonow policji broni?cej konwoj przed manifestantami, ni? sam transport. W latach 80. w Polsce w ?arnowcu rozpocz?to budow? elektrowni j?drowej (zobacz wi?cej w art. Elektrownia J?drowa ?arnowiec ). Jednak protesty okolicznej ludno?ci i ?ekologow” spowodowały zarzucenie projektu. Poprawnie przeprowadzony proces utylizacji odpadow radioaktywnych nie powoduje ska?enia ?rodowiska. Wi?cej radioaktywnych odpadow emituj? do otoczenia elektrownie w?glowe ni? j?drowe. Popioł ze spalania w?gla zawiera du?e ilo?ci pierwiastkow radioaktywnych, a pozostaje w naszym otoczeniu, tak?e jako wypełniacz w materiałach budowlanych.

Uwagi [ edytuj | edytuj kod ]

Przypisy [ edytuj | edytuj kod ]

Linki zewn?trzne [ edytuj | edytuj kod ]

• Fizyka j?dra atomowego [online], wazniak.mimuw.edu.pl, 2006 [dost?p 2019-04-25]   .