ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Λίγες ανακαλύψεις έμελλαν να έχουν τόσο σημαντική επίδράση στην  ανθρώπινη ιστορία όσο η ανακάλυψη της πυρηνικής ενέργειας. 

  Από το 1896 ο Henri Becquerel (Ανρί Μπεκερέλ) είχε διαπιστώσει ότι  ένα ορυκτό που περιείχε ουράνιο εξέπεμπε μια αόρατη ακτινοβολία, η οποία διαπερνούσε το μαύρο χαρτί που κάλυπτε το ορυκτό και προσέβαλλε τη φωτογραφική πλάκα. Η μεγάλη ενέργεια αυτής της ακτινοβολίας, που εκπεμπόταν αυθόρμητα, δεν αντιστοιχούσε σε καμιά  από τις  γνωστές πηγές εκπομπής ακτινοβολιών και, για να εξηγηθεί, άρχισε η μελέτη του εσωτερικού του ατόμου. 

Ο Αντουάν Ανρί Μπεκερέλ (γαλλ. Antoine Henri Becquerel, 15 Δεκεμβρίου 1852 - 25 Αυγούστου 1908) ήταν Γάλλος φυσικός, βραβευμένος με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1903 για την ανακάλυψη της Ραδιενέργειας

  Στις αρχές του 20ού αιώνα, συγκεκριμένα το 1911, τα πειράματα  του  Rutherford(Ράδερφορντ) και  των μαθητών  του Geiger (Γκάιγκερ) και Marsden  (Μάρσντεν) έδειξαν ότι ο πυρήνας ενός ατόμου μπορούσε να θεωρηθεί ως μία σχεδόν σημειακή μάζα με θετικό φορτίο και ότι η μάζα όλου του ατόμου είναι κυρίως συγκεντρωμένη στον πυρήνα. 

  Το γεγονός όμως που τράβηξε την  προσοχή όχι μόνο των επιστημόνων αλλά και ολόκληρης της ανθρωπότητας  πάνω στον πυρήνα ήταν η ανακάλυψη ότι στην «καρδιά» του ατόμου βρισκόταν ένας ενεργειακός γίγαντας. 

  Όταν ο  άνθρωπος βρήκε τρόπους να αποδεσμεύσει την πυρηνική ενέργεια, αναβίωσαν  πάνω στη Γη δυνάμεις κοσμικής κλίμακας. Πρόκειται για τις ίδιες δυνάμεις που κάποτε, στο  αρχέγονο παρελθόν, σχημάτισαν στα  διάφορα άστρα την ύλη  από την οποία είμαστε και εμείς οι ίδιοι φτιαγμένοι. 

  Είναι οι ίδιες δυνάμεις που προκαλούν τις πυρηνικές αντιδράσεις στον Ήλιο και στα άλλα άστρα και ελευθερώνουν την τόσο απαραίτητη για τη συνέχιση της ζωής ηλιακή ενέργεια. 

Οι σημερινές ενδείξεις μας λένε ότι το Σύμπαν γεννήθηκε σε μια γιγαντιαία έκρηξη, το Big-Bang, πριν από περίπου 15 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το μέγεθος όλου του Σύμπαντος ήταν μικρότερο από αυτό ενός ατόμου

  Δυστυχώς όμως η αποδέσμευση της πυρηνικής ενέργειας γέννησε και  τον πιο μαζικό  τρόπο αφανισμού των ανθρώπων. Το 1945 η ενέργεια που αποδεσμεύθηκε μόνο  από 1kg ουρανίου ισοπέδωσε μια ολόκληρη πόλη, τη Χιροσίμα. 

  Σήμερα στον πλανήτη μας «συγκατοικούν» σε μια εύθραυστη ισορροπία η έμβια ύλη, που απαιτεί μικρά και ελέγξιμα  ποσά ενέργειας, και ύλη έτοιμη στα οπλοστάσια να υποστεί πυρηνικές διεργασίες και να αποδεσμεύσει τεράστια και ανεξέλεγκτα  ποσά ενέργειας, ικανά να εξαφανίσουν όλο τον ανθρώπινο πολιτισμό. Η αναζήτηση  τρόπων  τιθάσσευσης και χρησιμοποίησης της πυρηνικής ενέργειας, ώστε  να τεθεί στην υπηρεσία του ανθρώπου και όχι  να οδηγήσει στον αφανισμό του, πρέπει να αποτελέσει μέλημα των σύγχρονων κοινωνών. 

ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΑΙ Η ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ

ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΑΙ Η ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Οι επιστήμονες ήδη από τα μέσα του 19ου αιώνα αντιμετώπιζαν το ερώτημα: Ποια είναι η προέλευση της ηλιακής ενέργειας; Η απάντηση ήλθε πολύ αργότερα όταν μέσω του πειράματος διείσδυσαν στο εσωτερικό του ατόμου και ανακάλυψαν τον πυρήνα του ατόμου και τη δομή του.

Οι δομικοί λίθοι της ύλης.

  Έτσι έδωσαν απάντηση στο ερώτημα γιατί ο Ήλιος και τα αστέρια λάμπουν στον ουρανό.

  Το 1911 ο Ράδερφορντ (Rutherford) και οι συνεργάτες του πραγματοποιώντας μια σειρά από πειράματα στο εργαστήριο του πανεπιστημίου του Μάντσεστερ στην Αγγλία κατάφεραν να αποκαλύψουν την ύπαρξη του πυρήνα στα άτομα.

Ο Έρνεστ Ράδερφορντ, 1ος Βαρώνος Ράδερφορντ του Νέλσον Μέλος του Τάγματος της Αξίας, Μέλος της Βασιλικής Εταιρείας (πήρε αργότερα τον τιμητικό τίτλο Βαρώνος Ράδερφορντ του Νέλσον) ήταν Νεοζηλανδός φυσικός και χημικός

   Αναλύοντας τα αποτελέσματα των πειραμάτων κατέληξαν στα συμπεράσματα ότι ο πυρήνας του ατόμου: 

α) αν θεωρηθεί σφαιρικός, έχει ακτίνα 10.000 φορές μικρότερη από αυτή του ατόμου 

β) έχει θετικό ηλεκτρικό φορτίο και 

γ) έχει το συντριπτικά μεγαλύτερο μέρος της μάζας του ατόμου.

Το άτομο του ηλίου όπως το φαντάστηκε ο Ράδεφορντ.

Ο πυρήνας του στοιχείου ηλίου αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια.

  Το πρότυπο του  Rutherford για το άτομο είναι όμοιο με αυτό του ηλιακού μας συστήματος. Μετά  από επίπονα πειράματα μετρήθηκαν οι ακτίνες του ατόμου και του πυρήνα και βρέθηκε ότι: η ακτίνα του ατόμου είναι της τάξης  των 10^-10m και η ακτίνα του πυρήνα της τάξης μεγέθους μεταξύ των 10^-15m και  10^-14. 

  Ο πυρήνας λοιπόν έχει ακτίνα μερικές δεκάδες χιλιάδες  φορές μικρότερη από την ακτίνα του ατόμου. Για να γίνει αυτό αντιληπτό, μπορούμε να κάνουμε την εξής παρομοίωση: το άτομο σαν ένα μεγάλο στάδιο και τον πυρήνα σαν ένα κεράσι, στο κέντρο του. Άρα το άτομο είναι σχεδόν άδειο στο εσωτερικό του.    

ΠΡΩΤΟΝΙΟ

  Το ελαφρύτερο από τα άτομα είναι του υδρογόνου. Στον πυρήνα του ατόμου του υδρογόνου δόθηκε το όνομα πρωτόνιο. Επειδή ο πυρήνας είναι θετικά φορτισμένος, και το πρωτόνιο πρέπει να έχει θετικό φορτίο.

Tο πρωτόνιο πρέπει να έχει θετικό φορτίο

 Γνωρίζουμε ότι τα άτομα, άρα και το άτομο του υδρογόνου, είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Συνεπώς το φορτίο του πρωτονίου είναι αντίθετο με το φορτίο του ηλεκτρονίου (στοιχειώδες φορτίο). Η μάζα του πρωτονίου είναι περίπου 2.000 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου.

ΑΤΟΜΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ

  Γενικότερα σε ένα ουδέτερο άτομο ο αριθμός των πρωτονίων του πυρήνα ισούται με τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Αυτός ο αριθμός, που συμβολίζεται με Ζ, ονομάζεται ατομικός αριθμός.

Σε ένα ουδέτερο άτομο ο αριθμός των πρωτονίων του πυρήνα ισούται με τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Αυτός ο αριθμός, που συμβολίζεται με Ζ, ονομάζεται ατομικός αριθμός

  Ο ατομικός αριθμός καθορίζει το χημικό στοιχείο στο οποίο ανήκει το άτομο. Όλα τα άτομα ενός ορισμένου στοιχείου έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό (Ζ), δηλαδή περιέχουν το ίδιο αριθμό πρωτονίων. Έτσι τα άτομα του άνθρακα με Ζ=6 περιέχουν πάντα 6 πρωτόνια, ενώ του οξυγόνου με Ζ=8 περιέχουν 8 πρωτόνια.

ΝΕΤΡΟΝΙΟ

  Ο Ράδεφορντ παρατήρησε ότι η μάζα του πυρήνα του ατόμου του άνθρακα ήταν ίση με τη μάζα όχι 6 αλλά 12 πρωτονίων. Για να ερμηνεύσει την παραπάνω παρατήρηση, υπέθεσε ότι ο πυρήνας εκτός από πρωτόνια αποτελείται και από ουδέτερα σωματίδια με μάζα σχεδόν ίση με τη μάζα του πρωτονίου.

Tα νετρόνια είναι ουδέτερα

 Το 1932 ο Τσάντγουικ (Chadwick), ένας μαθητής του Ράδεφορντ, ανακάλυψε ένα τέτοιο σωματίδιο που το ονόμασε νετρόνιο, δηλαδή ουδετερόνιο.

Ο Σερ Τζέιμς Τσάντγουικ (James Chadwick, 20 Οκτωβρίου 1891 - 24 Ιουλίου 1974) ήταν Άγγλος φυσικός ο οποίος τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 1935 για την ανακάλυψη του νετρονίου

 Επειδή τα νετρόνια είναι ουδέτερα, ο αριθμός τους δεν επηρεάζει τον αριθμό των ηλεκτρονίων του ατόμου.

  Τον αριθμό νετρονίων σε ένα πυρήνα του ατόμου τον συμβολίζουμε Ν. 

ΜΑΖΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ

  Τα πρωτόνια και τα νετρόνια ονομάζονται με μια λέξη νουκλεόνια.

 Ο συνολικός αριθμός των νουκλεονίων ενός πυρήνα ονομάζεται μαζικός αριθμός και συμβολίζεται με Α.

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια ονομάζονται νουκλεόνια

   Ισχύει δηλαδή:  

Α = Ζ +Ν 

 Στοιχεία με ατομικό αριθμό μέχρι 20 έχουν σχεδόν όλα ίσους αριθμούς πρωτονίων και νετρονίων. Όμως τα βαρύτερα στοιχεία έχουν περισσότερα νετρόνια απ’ ότι πρωτόνια.

  Ο πυρήνας του κοινού υδρογόνου είναι μόνο ένα πρωτόνιο. 

  Τα πρωτόνια και τα νετρόνια του πυρήνα μπορούμε να τα φανταστούμε σαν ένα τσαμπί από σταφύλια, σφαιρικού περίπου σχήματος, του οποίου οι ρώγες, δηλαδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια, έχουν το ίδιο μέγεθος και την ίδια περίπου μάζα, αλλά διαφέρουν ως προς το ηλεκτρικό φορτίο. Το νετρόνιο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, δηλαδή έχει μηδενικό φορτίο, ενώ το πρωτόνιο φέρει το στοιχειώδες θετικό ηλεκτρικό φορτίο. Το συνολικό φορτίο του πυρήνα είναι ίσο με το άθροισμα των φορτίων των πρωτονίων του. 

Ένας πυρήνας μοιάζει με ένα τσαμπί, του οποίου οι ρώγες είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια

  Στο σημείο αυτό  πάντως  θα πρέπει να τονιστεί ότι, ενώ στον κόσμο το δικό μας, το μακρόκοσμο, η ακινησία είναι συνηθισμένο φαινόμενο, στο μικρόκοσμο οι στοιχειώδεις δομικές μονάδες της ύλης δεν είναι δυνατό  να ακινητοποιηθούν. Εκδηλώνουν μια  αέναη κίνηση, δηλαδή κινούνται συνεχώς και έχουν κινητική ενέργεια. 

ΙΣΟΤΟΠΑ

  Πυρήνες που ανήκουν στο ίδιο  χημικό στοιχείο και  έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων,δηλαδή τον ίδιο ατομικό αριθμό Ζ,αλλά όχι και τον ίδιο αριθμό νετρονίων Ν ονομάζονται ισότοποι.   

Τα τρία ισότοπα του υδρογόνου: (α) πρώτιο ¹₁Η, (β) δευτέριο ²₁Η (γ) τρίτιο ³₁Η.

   Τα ισότοπα συμβολίζονται με ^Α_ΖΣ, όπου Σ το σύμβολο του στοιχείου. Το υδρογόνο έχει τρία ισότοπα, το χλώριο δύο με σύμβολα ³⁵₁₇Cl και ¹⁷₁₇Cl, ενώ στο γήινο φλοιό υπάρχουν τρία ισότοπα του ουρανίου με πιο κοινό το ²³⁸₉₂U. Από τα 83 στοιχεία που υπάρχουν στη Γη σε αξιόλογη ποσότητα, μόνο τα 20 έχουν μια μόνο σταθερή μορφή. Τα υπόλοιπα έχουν από δύο έως δέκα σταθερά ισότοπα. Αν λάβουμε υπόψη όλα τα ισότοπα, τότε ο αριθμός των διαφορετικών πυρήνων ανέρχεται περίπου σε 2.500.

Σχηματική αναπαράσταση ισοτόπων του υδρογόνου και του άνθρακα

  Όλα τα ισότοπα ενός στοιχείου αποτελούνται από άτομα που ο πυρήνας τους έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και άρα τα άτομα τους περιέχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων. Επειδή οι χημικές ιδιότητες ενός στοιχείου καθορίζονται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων των ατόμων του, δηλαδή τον ατομικό αριθμό,και επειδή αυτές καθορίζονται από το πλήθος και τις ενεργειακές καταστάσεις  των ατομικών ηλεκτρονίων, όλα τα ισότοπα ενός στοιχείου έχουν τις ίδιες χημικές ιδιότητες.  Γι' αυτό το λόγο στη Χημεία το όνομα κάθε στοιχείου συνοδεύεται μόνο  από τον ατομικό του αριθμό Ζ.Έχουν όμως διαφορετικές φυσικές ιδιότητες, όπως πυκνότητα, σημείο τήξης, σημείο βρασμού κ.λπ.

  Τα ισότοπα ενός στοιχείου δε βρίσκονται με την ίδια αφθονία στη φύση.Έτσι το ισότοπο  του  άνθρακα βρίσκεται σε ποσοστό περίπου 99% του C στη φύση, ενώ τα ισότοπα βρίσκονται σε πολύ μικρότερα ποσοστά. 

ΜΑΖΑ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΑ

  Για τη μέτρηση  των μαζών των πυρήνων χρησιμοποιούμε την μονάδα ατομικής μάζας u, η οποία ορίζεται ως το 1/12 της μάζας του ατόμου του . Αυτό σημαίνει ότι η μάζα ενός ατόμου μαζί με τα 6 ηλεκτρόνιά του είναι 12u. 

Για τη μέτρηση  των μαζών των πυρήνων χρησιμοποιούμε την μονάδα ατομικής μάζας u, η οποία ορίζεται ως το 1/12 της μάζας του ατόμου του

  Για τη μέτρηση των μαζών των πυρήνων προτιμάμε να χρησιμοποιούμε τις ατομικές μονάδες μάζας αντί για kg: 

α) γιατί οι μάζες εκφράζονται σε μικρούς αριθμούς, εύκολα συγκρίσιμες μεταξύ τους και 

β) γιατί η μάζα ενός ατόμου σε u είναι περίπου ίση με το μαζικό του αριθμό, Α.   

  Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, η μάζα m οποιουδήποτε σώματος είναι ισοδύναμη με κάποια ποσότητα ενέργειας, όπως καθορίζεται  από τη σχέση: 

E = mc2

  Σύμφωνα με τη σχέση αυτή, μπορούμε να μετράμε τη μάζα ενός σωματιδίου και σε μονάδες ενέργειας. Συνήθως στην Πυρηνική χρησιμοποιούμε τη μονάδα  1 MeV.  

ΕΛΛΕΙΜΜΑ ΜΑΖΑΣ-ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ

ΕΛΛΕΙΜΜΑ ΜΑΖΑΣ-ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ

  Ας θεωρήσουμε τον απλό πυρήνα δευτέριο  που περιέχει ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο και ας αναρωτηθούμε πόση είναι η μάζα του. Μια πρώτη απάντηση ίσως  να ήταν ότι είναι ίση με το άθροισμα των μαζών των νουκλεονίων του, δηλαδή.Πειραματικά όμως έχει βρεθεί ότι η μάζα του πυρήνα  είναι  μικρότερη  από το άθροισμα αυτό. Η ιδιότητα αυτή  των πυρήνων να  έχουν μικρότερη μάζα  α πό το άθροισμα των μαζών των νουκλεονίων τους είναι γενική για κάθε πυρήνα. 

  Η διαφορά της μάζας ΜΠ ενός πυρήνα  από το άθροισμα των μαζών των ελεύθερων νουκλεονίων του ονομάζεται έλλειμμα μάζας και παριστάνεται ως ΔΜ. Για  έναν πυρήνα με Ζ πρωτόνια και Ν νετρόνια ορίζουμε ως έλλειμμα μάζας ΔΜ τη  διαφορά: 

ΔΜ = Zmp + Nmn - MΠ

 Η ισοδύναμη ενέργεια που αντιστοιχεί στο έλλειμμα μάζας ονομάζεται ενέργεια σύνδεσης, παριστάνεται ως  ΕΒ και υπολογίζεται από τη σχέση: 

EB = (ΔΜ)c2

 Αυτή ακριβώς η ενέργεια σύνδεσης εκφράζει την ελάχιστη απαιτούμενη ενέργεια που πρέπει να δώσουμε, για να απομακρύνουμε μεταξύ τους τα πρωτόνια και τα νετρόνια, που αποτελούν τον πυρήνα, ώστε να μην υπάρχει καμία αλληλεπίδραση μεταξύ τους. 

 Αν διαιρέσουμε την ενέργεια σύνδεσης με το πλήθος των νουκλεονίων, παίρνουμε την ενέργεια σύνδεσης  ανά νουκλεόνιο. 

 Η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο μετράει τη σταθερότητα του πυρήνα.Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο τόσο σταθερότερος είναι ο πυρήνας. 

Η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο (Ε_Β/Α) σε συνάρτηση με το μαζικό αριθμό Α

  Η ενέργεια σύνδεσης  ανά νουκλεόνιο των περισσότερων πυρήνων κυμαίνεται μεταξύ των τιμών 7MeV/νουκλεόνιο και 9MeV/vouκλεόνιο.  Σ' αυτό το σχήμα παρατηρούμε ότι η ενέργεια σύνδεσης  ανά νουκλεόνιο αυξάνεται γρήγορα στα ελαφριά στοιχεία, έχει ένα πλατύ μέγιστο στην περιοχή, περίπου με Α = 56 έως  Α = 60, και μειώνεται  αργά στα μεσαίου βάρους και βαριά στοιχεία.Όμως οι  διαφορές, αν και φαίνονται μικρές. είναι σημαντικές. Παρατηρούμε επίσης ότι η αιχμή της καμπύλης στο  Α =4 δείχνει την ιδιαίτερη σταθερότητα της δομής του σωματίου α. 

Μερικές τυπικές τιμές ενεργειών σύνδεσης για μερικούς πυρήνες αναφέρονται στον παρακάτω πίνακα.

 Όταν κάποιος πυρήνας πολύ μεγάλου μαζικού αριθμού διασπάται είτε αυθόρμητα είτε τεχνητά σε δύο άλλους πυρήνες μεσαίων μαζικών αριθμών (φαινόμενο σχάσης), η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο είναι μεγαλύτερη στους νέους πυρήνες που προκύπτουν.Ομοίως όταν δύο ή περισσότεροι πολύ ελαφροί πυρήνες στο αριστερό μέρος της καμπύλης, συνενώνονται προς σχηματισμό ενός μεγαλύτερου με Α ≤ 60 (φαινόμενο σύντηξης), πάλι η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο είναι μεγαλύτερη στο νέο πυρήνα που προκύπτει.Συνεπώς στις διαδικασίες αυτές, οι πυρήνες που παράγονται είναι ενεργειακά σταθερότεροι και αποδεσμεύεται συνολικά ενέργεια, την οποία εκμεταλλευόμαστε.

Η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο στον πυρήνα, ως συνάρτηση του μαζικού αριθμού. Το μηδέν της ενέργειας αντιστοιχεί στην κατάσταση των ελεύθερων νουκλεονίων. Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο τόσο σταθερότερος ενεργειακά είναι ο πυρήνας. Η έγχρωμη περιοχή είναι αυτή των πιο ευσταθών πυρήνων

 Ας θεωρήσουμε για παράδειγμα ότι ένας πυρήνας με Α=240 και ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο 7,5MeV σχάζεται σε δύο μεσαίους πυρήνες με μαζικούς αριθμούς 120 οι οποίοι έχουν ενέργεια σύνδεσης  ανά νουκλεόνιο 8,5MeV.Η διάλυση του αρχικού πυρήνα στα νουκλεόνια που τον αποτελούν απαιτεί  δαπάνη ενέργειας 240x7,5MeV=1800MeV. 

  Ο σχηματισμός  των δύο  νέων πυρήνων από  τα ίδια νουκλεόνια εκλύει ενέργεια 240x8,5MeV=2040MeV. Από όλη τη διαδικασία της σχάσης αποδεσμεύεται συνεπώς ενέργεια ίση με τη  διαφορά (2040-1800)MeV=240MeV την οποία ωφελούμαστε. 

Σημείωση: Όταν κάνουμε υπολογισμούς με έλλειμμα μάζας, ενέργεια σύνδεσης κτλ., η μάζα τον πυρήνα που υπεισέρχεται αναφέρεται στο γυμνό πυρήνα, χωρίς τα ηλεκτρόνια. Οι πίνακες των μαζών όμως δίνουν τη μάζα των ουδέτερων ατόμων, που περιλαμβάνει και όλα τα ηλεκτρόνια τους. Για να βρούμε λοιπόν τη μάζα ενός γυμνού πυρήνα, όταν ενδιαφερόμαστε για ακρίβεια αρκετών δεκαδικών ψηφίων, πρέπει να αφαιρούμε τη μάζα αυτών των ηλεκτρονίων, έστω και αν είναι πολύ μικρή. 

ΟΙ ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ

ΟΙ ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ

  Είδαμε ότι τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια του ατόμου συγκρατούνται σε αυτό από τις ελκτικές ηλεκτρικές δυνάμεις που τους ασκεί ο θετικά φορτισμένος πυρήνας.

Οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της Φύσης 

  Όμως ποιες δυνάμεις συγκρατούν τα συστατικά του πυρήνα;

   Είδαμε ότι τα νουκλεόνια βρίσκονται σε μια  αέναη και αδιάκοπη κίνηση μέσα στον πυρήνα. Εξαιτίας της κίνησης αυτής  τα νουκλεόνια έχουν μια  τεράστια κινητική ενέργεια, η οποία τείνει  να τα διασκορπίσει προς τα έξω και επομένως να διαλύσει τον πυρήνα. Επιπλέον τα πρωτόνια στον πυρήνα υφίστανται την αμοιβαία ηλεκτρική άπωση, η  οποία τείνει επίσης  να τα εκδιώξει  από τον πυρήνα. Μεταξύ των πρωτονίων ασκούνται ισχυρές απωστικές δυνάμεις.

Πού οφείλεται λοιπόν η σταθερότητα των πυρήνων; Γιατί τα πρωτόνια δεν εκσφενδονίζονται μακριά το ένα από το άλλο;

Ο Χίντεκι Γιουκάβα (23 Ιανουαρίου 1907 - 8 Σεπτεμβρίου 1981) ήταν Ιάπωνας φυσικός. Είναι κυρίως γνωστός για τη θεωρητική πρόβλεψη της ύπαρξης του μεσονίου και για το δυναμικό Γιουκάβα (Yukawa potential), που περιγράφει την ισχυρή εξάρτηση της ισχυρής πυρηνικής δύναμης από την ακτίνα δράσης της. Για τη συνεισφορά του αυτή στη θεωρητική φυσική έγινε ο πρώτος Ιάπωνας που τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1949.Σπούδασε Φυσική στην Ιαπωνία και σε ηλικία 22 ετών έγινε καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Κιότο. Ο Γιουκάβα είναι ο πρώτος Ιάπωνας επιστήμονας που πήγε στις ΗΠΑ μετά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, όπου και έγινε καθηγητής της Θεωρητικής Φυσικής στο πανεπιστήμιο Κολούμπια

  Το 1935 ο Ιάπωνας φυσικός Γιουκάβα για να ερμηνεύσει το σχηματισμό των πυρήνων, πρότεινε την ύπαρξη μιας άγνωστης μέχρι τότε δύναμης. Η δύναμη αυτή, ασκείται μέσα στον πυρήνα και είναι ισχυρότατα ελκτική ώστε να υπερνικά την άπωση μεταξύ των πρωτονίων.

Η εμβέλεια της πυρηνικής δύναμης.

Τα πρωτόνια αλληλεπιδρούν:
α) με ηλεκτρικές δυνάμεις (απωστικές), 
β) με ισχυρές πυρηνικές (ελκτικές). Σε απόσταση μεγαλύτερη από 10^-15 m η ισχυρή πυρηνική δύναμη σχεδόν μηδενίζεται  

  Αυτή η δύναμη ονομάζεται ισχυρή πυρηνική δύναμη.Αυτή η δύναμη υπερνικά την ηλεκτρική άπωση και την τάση που  έχουν  τα νουκλεόνια να διασκορπιστούν λόγω της έντονης κίνησής τους.
  Η ισχυρή πυρηνική δύναμη έχει τα εξής χαρακτηριστικά: 

α) Ασκείται μόνο μεταξύ γειτονικών πρωτονίων και νετρονίων, είναι ελκτική και εξίσου ισχυρή για τα ζεύγη πρωτονίου-πρωτονίου, πρωτονίου-νετρονίου και νετρονίου-νετρονίου. Εξαιτίας αυτής της ισοδυναμίας τα πρωτόνια και τα νετρόνια ονομάζονται με μια λέξη νουκλεόνια.

β) Δρα μόνο μεταξύ γειτονικών νουκλεονίων και μόνο στις πολύ κοντινές αποστάσεις.Είναι πολύ μικρής εμβέλειας, δηλαδή ασκείται μόνο μεταξύ νουκλεονίων που η απόστασή τους είναι μικρότερη από 10^-15m. Γι’ αυτό το λόγο οι πυρήνες έχουν πάρα πολύ μικρό μέγεθος. 

  Πράγματι, όταν η απόσταση μεταξύ των κέντρων δύο νουκλεονίων είναι μεγαλύτερη από 4×10^-15m, η ισχυρή πυρηνική δύναμη είναι σχεδόν μηδέν.

Η εμβέλεια της πυρηνικής δύναμης
Τα νετρόνια αλληλεπιδρούν μόνο με ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις (ελκτικές)

    Γιατί είναι αναγκαία η ύπαρξη των νετρονίων για το σχηματισμό ενός πυρήνα;

  Τα πρωτόνια όταν βρίσκονται πολύ κοντά έχουν πολύ μεγάλες κινητικές ενέργειες με αποτέλεσμα να απομακρύνονται μεταξύ τους. Όσο όμως αυξάνεται η απόσταση των πρωτονίων η ισχυρή πυρηνική δύναμη εξασθενεί και η απωστική ηλεκτρική δύναμη υπερισχύει .

Νετρόνια: η κόλλα του πυρήνα.Το πρωτόνιο Β και το νετρόνιο Α βρίσκονται πολύ κοντά. Έλκονται με ισχυρή πυρηνική δύναμη. Τα νετρόνια Α και Δ είναι κοντά και έλκονται με ισχυρή πυρηνική δύναμη. Το πρωτόνιο Ε και το νετρόνιο Δ βρ.ίσκονται πολύ κοντά και έλκονται με ισχυρή πυρηνική δύναμη. Τελικά τα νετρόνια λειτουργούν ως «κόλλα» η οποία συγκρατεί τα μακρινά πρωτόνια Β και Ε στον πυρήνα

 Αν όμως μεταξύ των πρωτονίων μεσολαβούν νετρόνια, τότε μεταξύ πρωτονίων-νετρονίων αναπτύσσονται μόνο οι ελκτικές ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις και έτσι τα νετρόνια λειτουργούν ως «κόλλα» που διατηρεί τα πρωτόνια σε κοντινή απόσταση. Όσο περισσότερα πρωτόνια υπάρχουν σε ένα πυρήνα, τόσο περισσότερα νετρόνια απαιτούνται για να συγκρατηθούν ενωμένα. Γι’ αυτό και στους βαρύτερους πυρήνες υπάρχουν περισσότερα νετρόνια από πρωτόνια.

Η κινητική ενέργεια των νουκλεονίων και η απωστική δύναμη μεταξύ των πρωτονίων τείνουν να αποσυνθέσουν τον πυρήνα, ενώ η ισχυρή πυρηνική δύναμη είναι αυτή που τον κρατάει ενιαίο

  Στο γήινο περιβάλλον και στον κόσμο  γύρω μας, που γίνεται άμεσα αντιληπτός, οι πυρήνες σχεδόν ποτέ δεν πλησιάζουν ο ένας τον άλλο, γιατί οι ηλεκτρικές απώσεις δεν τους αφήνουν. Έτσι η ισχυρή πυρηνική δύναμη, που  δρα μόνο «εξ επαφής», δεν γίνεται εύκολα αισθητή ούτε και επηρεάζει άμεσα τα μακροσκοπικά φαινόμενα. 

  Υποψιαστήκαμε για  πρώτη  φορά την  ύπαρξή της, μόνο  όταν μπορέσαμε με κατάλληλους επιταχυντές να δώσουμε υψηλές κινητικές ενέργειες σε πυρήνες κυρίως ελαφρούς,ώστε να μπορέσουν να υπερνικήσουν το φράγμα των ηλεκτρικών απώσεων και να πλησιάσουν σε απόσταση λιγότερη από 2x10^-15m άλλους πυρήνες. Έτσι καταφέραμε να αλληλεπιδράσουν οι δύο πυρήνες και να σχηματιστούν νέοι πυρήνες. 

Ο ΠΥΡΗΝΑΣ ΣΗΜΕΡΑ

   Έχουν ανακαλυφθεί 18 είδη κουάρκ και πιστεύεται ότι αυτά μαζί με τα 6 λεπτόνια αποτελούν βασικά δομικά συστατικά της ύλης.

Το σύγχρονο μοντέλο του υποατομικού μικρόκοσμου

  Η επανάσταση όμως δεν σταμάτησε εκεί. Νέους ορίζοντες άνοιξε η υπόθεση απ' τον Αγγλου Ντάιρακ της ύπαρξης ενός σωματιδίου με μάζα ίση με του ηλεκτρονίου αλλά με αντίθετο φορτίο. Το "ποζιτρόνιο", όπως ονομάστηκε ανακαλύφθηκε δύο χρόνια μετά στην κοσμική ακτινοβολία, αποκαλύπτοντας μια συμμετρία μεταξύ Ύλης και Αντιύλης. Αυτή η συμμετρία προέβλεπε την ύπαρξη ενός αντι-σωματιδίου για κάθε γνωστό σωματίδιο (με ίδια μάζα και αντίθετο φορτίο).Τα ζεύγη σωματιδίων και αντι-σωματιδίων μπορούσαν να δημιουργηθούν αν διοχετευθεί η κατάλληλη ενέργεια για τη δημιουργία τους, αλλά αντίθετα μπορούν να εκμηδενιστούν και να μετατραπούν σε ενέργεια. Οι προβλέψεις αυτές επιβεβαιώθηκαν πειραματικά με τη δημιουργία αντιύλης στο εργαστήριο. 

Η Πυρηνική Φυσική είναι ο τομέας της Φυσικής που ασχολείται με τη μελέτη των φαινομένων που συσχετίζονται με τον πυρήνα του ατόμου, τα στοιχειώδη σωματίδια που τον αποτελούν καθώς και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους (δομή, χαρακτηριστικά, συμπεριφορά κλπ.)

 Έτσι αναπτύχθηκε η Πυρηνική Φυσική που ασχολείται με τις ιδιότητες των διαφόρων πυρήνων που υπάρχουν, ξεκινώντας απ' τις ιδιότητες των συστατικών τους: των πρωτονίων και των νετρονίων. Η Πυρηνική Φυσική μελετάει επίσης τις δυνάμεις που αναπτύσσονται στα πλαίσια του Μικρόκοσμου.

Ο  ΠΥΡΗΝΑΣ ΕΧΕΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΣΤΑΘΜΕΣ

  Η ενέργεια των νουκλεονίων του πυρήνα δεν μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή, αλλά, όπως συμβαίνει και με την ενέργεια του ατόμου του υδρογόνου, είναι κβαντωμένο μέγεθος και μπορεί να πάρει μόνο διακριτές τιμές. 

Οι πρώτες λίγες ενεργειακές στάθμες του πυρήνα ¹⁴₇N. Η θεμελιώδης ενεργειακή στάθμη αντιστοιχεί στην πιο ευσταθή κατάσταση του πυρήνα. Όλες οι στάθμες έχουν αρνητική ενέργεια. Οι διεγερμένες στάθμες έχουν απλώς μεγαλύτερη ενέργεια από τη θεμελιώδη. Κάθε φορά που ο πυρήνας, ενώ βρίσκεται σε μια διεγερμένη στάθμη, μεταπίπτει σε μια πιο χαμηλή, αποβάλλει στο περιβάλλον του ενέργεια με τη μορφή φωτονίων

  Τη στάθμη που αντιστοιχεί στη μικρότερη δυνατή ενέργεια τη λέμε και εδώ θεμελιώδη ενεργειακή στάθμη. Οι υπόλοιπες ενεργειακές στάθμες του πυρήνα παριστάνονται σχηματικά με μικρές οριζόντιες γραμμές πάνω από τη θεμελιώδη ενεργειακή στάθμη και ονομάζονται διεγερμένες στάθμες. 

 Οι αποστάσεις των ενεργειακών σταθμών στο άτομο του υδρογόνου είναι μερικά eV, ενώ στον πυρήνα οι αποστάσεις των ενεργειακών σταθμών είναι μερικά MeV, δηλαδή ένα εκατομμύριο φορές περισσότερο. 

Η ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ 

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Οι περισσότεροι  από τους πυρήνες, που  υπάρχουν στη φύση ή έχουν παραχθεί  τεχνητά στο εργαστήριο, είναι ασταθείς. Διασπώνται δηλαδή σε άλλους πυρήνες οι οποίοι είναι σταθερότεροι. 

  Γιατί όμως μερικοί πυρήνες είναι σταθεροί και άλλοι όχι; 

  Γενικά  το θέμα αυτό είναι πολύπλοκο. Ωστόσο μερικά γενικά χαρακτηριστικά μπορούν  να γίνουν κατανοητά  από το ακόλουθο παράδειγμα: 

 Ας θεωρήσουμε έναν πυρήνα με μεγάλο ατομικό αριθμό Ζ, στον οποίο οι ηλεκτρικές απωστικές δυνάμεις μεταξύ  των πρωτονίων μόλις που αντισταθμίζονται από τις ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις, που όμως δρουν μόνο μεταξύ γειτονικών νουκλεονίων.  Αν συνεχίσουμε να προσθέτουμε πρωτόνια, ο πυρήνας γίνεται αρκετά μεγάλος και οι ηλεκτρικές απωστικές δυνάμεις υπερισχύουν  των πυρηνικών με αποτέλεσμα τη  διάσπαση του πυρήνα. 

  Αυτός είναι και ο λόγος που οι μεγάλοι πυρήνες έχουν πιο πολλά νετρόνια  από ότι πρωτόνια.Το πλεόνασμα των νετρονίων συμβάλλει στην ισχυρή πυρηνική σύνδεση, χωρίς  να συνοδεύεται  από παράλληλη αύξηση της άπωσης Coulomb.

  Η διαδικασία κατά την οποία  ένας πυρήνας μετατρέπεται σε έναν άλλο διαφορετικού στοιχείου ονομάζεται μεταστοιχείωση. 

Όταν ένας πυρήνας μετατρέπεται αυθόρμητα σε άλλο πυρήνα, εκλύεται ενέργεια με ταυτόχρονη εκπομπή ακτινοβολίας. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ραδιενέργεια

 Όταν ένας πυρήνας μετατρέπεται αυθόρμητα σε άλλο πυρήνα, εκλύεται ενέργεια με ταυτόχρονη εκπομπή ακτινοβολίας. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ραδιενέργεια. 

  Η έκλυση της ενέργειας γίνεται συνήθως με έναν από τους τρεις τρόπους που περιγράφονται  παρακάτω. Οι έννοιες της εκπομπής σωματίων α, σωματιδίων β και φωτονίων γ, που περιγράφονται παρακάτω, αποδίδονται και ως ακτινοβολίες α, β και γ αντίστοιχα. 

ΔΙΑΣΠΑΣΗ α 

ΔΙΑΣΠΑΣΗ α 

  Το σωμάτιο α είναι ένας πυρήνας ηλίου (⁴₂He).Αποτελείται δηλαδή  από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. 

  Όταν συμβαίνει εκπομπή σωματίων α από ένα βαρύ πυρήνα, που λέγεται μητρικός, ο μαζικός αριθμός μειώνεται κατά 4 και ο  νέος πυρήνας,  που  λέγεται θυγατρικός, είναι  σταθερότερος. Δηλαδή ισχύει: 

^A_ZX → ^{A - 4}_{Z - 2}Y + ⁴₂He

  Ας θεωρήσουμε, για παράδειγμα, τη ραδιενεργό  διάσπαση α του ουρανίου (²³⁸₉₂U).

                                                          ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He 

  Παρατηρούμε ότι ο αριθμός των πρωτονίων στο αριστερό μέλος είναι ίσος με τον αντίστοιχο στο δεξιό μέλος (δηλαδή  92=90 +2 ), επειδή αυτό επιβάλλει η διατήρηση του φορτίου. 

Διάσπαση α τον U-238 σε Th-234 με ταυτόχρονη εκπομπή σωματίου α

  Επίσης ο συνολικός μαζικός αριθμός στο αριστερό μέλος είναι ίσος με τον αντίστοιχο στο δεξιό μέλος (δηλαδή 238=234+4), επειδή αυτό επιβάλλει η διατήρηση του συνολικού αριθμού των νουκλεονίων. Θα δούμε και σε άλλες παραγράφους ότι οι διατηρήσεις αυτές πρέπει να ικανοποιούνται σε κάθε πυρηνική αντίδραση. 

  Όταν συμβαίνει μία διάσπαση α, η μάζα του μητρικού πυρήνα είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα των μαζών του θυγατρικού πυρήνα και του σωματίου α. Κατά τη διάσπαση η διαφορά των μαζών εκδηλώνεται ως κινητική ενέργεια του θυγατρικού πυρήνα και του σωματίου α. 

ΔΙΑΣΠΑΣΗ β 

ΔΙΑΣΠΑΣΗ β 

  Διάσπαση β είναι το φαινόμενο κατά το οποίο εκπέμπεται από τον πυρήνα ένα ηλεκτρόνιο (διάσπαση  β-) ή ένα ποζιτρόνιο (διάσπαση  β+).
  Έτσι , για παράδειγμα, ο πυρήνας ¹⁴₆C διασπάται σε πυρήνα ¹⁴₇N ενώ συγχρόνως εκπέμπεται και ένα ηλεκτρόνιο. 

  Το γεγονός ότι κατά τη διάσπαση ενός πυρήνα μπορεί να εκπέμπεται ένα ηλεκτρόνιο δε σημαίνει ότι το ηλεκτρόνιο αυτό προϋπήρχε μέσα στο μητρικό πυρήνα. Αυτό που συμβαίνει είναι ότι η εκπομπή ενός ηλεκτρονίου οφείλεται στη διάσπαση ενός νετρονίου του πυρήνα σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο: 

¹₀n → ¹₁p + e^- + v_e¯

  Έτσι ο αριθμός των πρωτονίων Ζ στο θυγατρικό πυρήνα αυξάνεται κατά 1, ενώ ο αριθμός των νετρονίων μειώνεται κατά 1, οπότε ο συνολικός αριθμός των νουκλεονίων Α δε μεταβάλλεται. 

Τα νετρίνα αλληλεπιδρούν τόσο ασθενικά με την ύλη, ώστε πολύ δύσκολα μπορούμε να τα παρατηρήσουμε. Ένα νετρίνο μπορεί να περάσει μέσα από τη Γη σαν να μην υπήρχε καθόλου αυτή

  Η αντίδραση που παριστάνει την παραπάνω ραδιενεργό διάσπαση του ¹⁴₆C  είναι η ακόλουθη: 

                                                                                 ¹⁴₆C → ¹⁴₇N  + e^- + v_e¯

  Η αλληλεπίδραση που είναι υπεύθυνη για τη μεταλλαγή αυτή είναι η ασθενής αλληλεπίδραση μεταξύ των quarks του νετρονίου. Τα σωματίδια β, επειδή φέρουν φορτίο, μπορούν να ανιχνευτούν. Οι  ταχύτητές τους φτάνουν ακόμη και το 99,9% της ταχύτητας του φωτός. 

 Επειδή το αντινετρίνο αλληλεπιδρά πολύ ασθενικά με την ύλη, η παρατήρησή του είναι εξαιρετικά δύσκολη. Παρουσιάζει μάλιστα ιστορικό ενδιαφέρον ότι, όταν παρατηρήθηκε η  παραπάνω διάσπαση β, το νετρίνο δεν ήταν  γνωστό και με τα πειραματικά μέσα της εποχής δεν μπορούσε να ανιχνευτεί. Την ύπαρξή του ως  άγνωστο σωματίδιο πρότεινε ο Pauli  (Πάουλι) το 1930, για να μπορεί  να ισχύει η διατήρηση της ενέργειας και της ορμής στη  διάσπαση του.Η παρατήρηση του νετρίνου έγινε πολύ αργότερα, το 1950. 

ΔΙΑΣΠΑΣΗ  γ 

ΔΙΑΣΠΑΣΗ  γ 

  Πολύ συχνά ένας πυρήνας, μετά  από μία  διάσπαση α ή β, μεταστοιχειώνεται σε άλλο πυρήνα, ο οποίος βρίσκεται σε μία διεγερμένη ενεργειακή στάθμη. Ο νέος πυρήνας τότε μεταπίπτει σε μία χαμηλότερη ενεργειακή στάθμη με ταυτόχρονη εκπομπή ενός ή περισσότερων φωτονίων. Η διαδικασία αυτή είναι παρόμοια με τη διαδικασία εκπομπής φωτός  από άτομα,  όταν ηλεκτρόνια μεταπίπτουν από ανώτερες ενεργειακές στάθμες σε χαμηλότερες. 

Αποδιέγερση πυρήνα Rn* με εκπομπή ακτινοβολίας γ

  Τα φωτόνια που εκπέμπονται  κατά τις αποδιεγέρσεις πυρήνων ονομάζονται ακτίνες ή σωματίδια γ και  έχουν πολύ υψηλές ενέργειες σε σχέση με τις ενέργειες  των φωτονίων του ορατού φωτός.Ένα παράδειγμα εκπομπής ακτινών γ παριστάνεται ως εξής:

                                                                                ²²²₈₆Rn* → ²²²₈₆Rn + γ 

  Το σύμβολο (*) δηλώνει διεγερμένη στάθμη. 

  Ας σημειωθεί ότι κατά την εκπομπή της ακτινοβολίας γ δεν αλλάζει ούτε το Ζ ούτε το Α του πυρήνα. 

  Στη φύση  υπάρχουν πολλά  ραδιενεργά στοιχεία που διασπώνται αυθόρμητα. Συχνά, όταν ένας ραδιενεργός πυρήνας διασπάται, ο θυγατρικός πυρήνας μπορεί να είναι κι αυτός ασταθής. Τότε συμβαίνει μια σειρά διαδοχικών διασπάσεων, μέχρι να καταλήξουμε σε ένα σταθερό πυρήνα. 

ΔΙΕΙΣΔΥΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ  α, β ΚΑΙ γ 

 Τα σωματίδια α, β και γ, που εκπέμπονται στις διασπάσεις α, β και γ των πυρήνων, έχουν διαφορετική διεισδυτική ικανότητα.

Τα σωματίδια α, β και γ, που εκπέμπονται στις διασπάσεις α, β και γ των πυρήνων, έχουν διαφορετική διεισδυτική ικανότητα

 Δηλαδή: 

- Τα σωμάτια α μόλις που διαπερνούν ένα φύλλο χαρτιού. 

- Τα σωματίδια β μπορούν να διαπεράσουν φύλλα αλουμινίου πάχους λίγων εκατοστών. 

- Τα σωματίδια γ μπορούν  να  διαπεράσουν  αρκετά  εκατοστά μολύβδου. Λόγω της μεγάλης διεισδυτικής ικανότητας απαιτούνται αυξημένα μέτρα προφύλαξης  από αυτά.

- Τα σωμάτια α μόλις που διαπερνούν ένα φύλλο χαρτιού. 

- Τα σωματίδια β μπορούν να διαπεράσουν φύλλα αλουμινίου πάχους λίγων εκατοστών. 

- Τα σωματίδια γ μπορούν  να  διαπεράσουν  αρκετά  εκατοστά μολύβδου

  Τα σωματίδια α και β, επειδή είναι φορτισμένα, κατά τη διέλευσή τους μέσα από την ύλη  χάνουν σταδιακά την ενέργειά τους αλληλεπιδρώντας ηλεκτρικά με αυτήν. Τα φωτόνια γ στην πορεία τους είτε  χάνουν όλη την ενέργειά τους με μία αλληλεπίδραση κατά την οποία απορροφούνται είτε περνούν αν επηρέαστα. 

ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ α,β ΚΑΙ γ 

  Τα σωματίδια α, β και γ μπορούν να διαχωριστούν με τη βοήθεια ενός μαγνητικού πεδίου. 

Διαχωρισμός ακτινοβολιών α, β και γ από μαγνητικό πεδίο

 Τα θετικά φορτισμένα σωμάτια α αποκλίνουν προς μια κατεύθυνση  από το πεδίο, τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια β αποκλίνουν  προς την αντίθετη κατεύθυνση και η ηλεκτρικά ουδέτερη ακτινοβολία γ δεν αποκλίνει καθόλου . 

ΡΥΘΜΟΙ ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ-ΧΡΟΝΟΣ ΥΠΟΔΙΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ

ΡΥΘΜΟΙ ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ-ΧΡΟΝΟΣ ΥΠΟΔΙΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ

   Ας θεωρήσουμε ένα δείγμα  από άτομα ραδιενεργού στοιχείου. Ο αριθμός των ραδιενεργών πυρήνων ελαττώνεται, καθώς αυτοί διασπώνται. Το φαινόμενο όμως αυτό είναι  καθαρά στατιστικό. Κανείς δεν μπορεί να προβλέψει ποιος πυρήνας  θα διασπαστεί και ποια χρονική στιγμή. 

  Έστω ότι κάποια χρονική στιγμή  υπάρχουν Ν αδιάσπαστοι πυρήνες. Ο αριθμός των  διασπάσεων ΔΝ, που θα συμβούν κατά το αμέσως επόμενο στοιχειώδες χρονικό διάστημα Δt, είναι σύμφωνα με τη στατιστική ανάλογος του αριθμού Ν και του  χρονικού διαστήματος At. Δηλαδή:

ΔΝ = -λΝΔt

 Το λ ονομάζεται σταθερά της  διάσπασης.Η σταθερά λ είναι μεγάλη για ραδιενεργούς πυρήνες που διασπώνται γρήγορα και μικρή γι' αυτούς που διασπώνται αργά.
  Το πρόσημο (-) δηλώνει ότι πρόκειται για μείωση του αριθμού  των πυρήνων. Η παραπάνω σχέση γράφεται και ως εξής: 

ΔΝΔt = -λΝ

και δηλώνει ότι ο ρυθμός μεταβολής του Ν είναι κάθε χρονική στιγμή ανάλογος του Ν. 

Η απόλυτη τιμή του ρυθμού μεταβολής του αριθμού των πυρήνων ονομάζεται ενεργότητα του δείγματος

  Η απόλυτη τιμή του ρυθμού μεταβολής του αριθμού των πυρήνων ονομάζεται ενεργότητα του δείγματος. 
  Στο S.I. (διεθνές σύστημα μονάδων) μονάδα ενεργότητας είναι το 1 Becquerel (1Bq) και ορίζεται ως μία διάσπαση ανά δευτερόλεπτο:  

                                              1 B q =1 διάσπαση/s

  Άλλη μονάδα της ενεργότητας είναι το 1 curie (Ci) = 3,7 x 10 ¹⁰ διασπάσεις/sec, που είναι η ενεργότητα ενός γραμμαρίου ραδίου (Ra).

  Ο ρυθμός διάσπασης είναι γνωστός και ως ενεργότητα δείγματος, R, και υπολογίζεται  ως:

  Ο χρόνος υποδιπλασιασμού ή ημιζωή T_1/2  είναι ο  χρόνος που απαιτείται, ώστε ο αριθμός των ραδιενεργών πυρήνων  να μειωθεί στο μισό του αρχικού αριθμού Ν0. Στη συνέχεια πάλι οι μισοί  από εκείνους που απομένουν διασπώνται μέσα στο επόμενο διάστημα κ.ο.κ. 

  Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται ότι ο αριθμός των πυρήνων που απομένουν, μετά από διαδοχικά χρονικά διαστήματα  είναι Ν0/2 Ν0/ 4, Ν0/8 κ.ο.κ. 

Καμπύλη διάσπασης για ένα δείγμα ραδιενεργού στοιχείου

  Αποδεικνύεται ότι η μαθηματική μορφή της καμπύλης είναι: 

N = N0e-λt

  Αν στη σχέση βάλουμε  Ν = Ν0 /2 έχουμε:

N₀2 = N₀e^-λT_1/2     ή     12 = e^-λT_1/2

από όπου  λογαριθμίζοντας παίρνουμε τη σχέση που συνδέει την ημιζωή με τη σταθερά λ. Δηλαδή: 

T1/2 = ln2λ = 0,693λ

  Εξετάζοντας τους  γνωστούς  χρόνους υποδιπλασιασμού διαπιστώνουμε μια  αφάνταστα μεγάλη ποικιλία.

O ρυθμός διάσπασης των ραδιενεργών πυρήνων δίδει τον αριθμό των πυρήνων του δείγματος που έχουν παραμείνει αδιάσπαστοι

 Στο ένα  άκρο βρίσκονται μερικά εξαιρετικά βραχύβια στοιχειώδη σωματίδια με χρόνους υποδιπλασιασμού 10^-20s ή και λιγότερο.Στο άλλο  άκρο βρίσκονται οι ραδιενεργοί πυρήνες με χρόνους υποδιπλασιασμού που κυμαίνονται  από 10^-3s μέχρι και περισσότερο  από 10¹⁵ χρόνια. 

ΡΑΔΙΟΧΡΟΝΟΛΟΓΗΣΗ

  Η διάσπαση β του ¹⁴₆C βρίσκει μία από τις πιο συνηθισμένες εφαρμογές στη χρονολόγηση οργανικών δειγμάτων.Ο ¹⁴₆C δημιουργείται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων που προκαλούνται από σωματίδια της κοσμικής ακτινοβολίας. Η αναλογία του ¹⁴₆C προς τον ¹²₆C είναι σταθερή στην ατμόσφαιρα και ίση περίπου με 1,3×10^-12.

Ο ¹⁴₆C δημιουργείται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων που προκαλούνται από σωματίδια της κοσμικής ακτινοβολίας. Η αναλογία του ¹⁴₆C προς τον ¹²₆C είναι σταθερή στην ατμόσφαιρα και ίση περίπου με 1,3×10^-12

    Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν την ίδια αναλογία του ¹⁴₆C προς τον ¹²₆C λόγω του ότι παίρνουν άνθρακα από το φυσικό τους περιβάλλον και αποβάλλουν συνεχώς διοξείδιο του άνθρακα στο περιβάλλον τους.

  Όταν όμως ο οργανισμός πεθάνει, σταματάει να προσλαμβάνει άνθρακα και η αναλογία του ¹⁴₆C προς τον ¹²₆C ελλαττώνεται ως αποτέλεσμα της διάσπασης β του ¹⁴₆C.

1: Σχηματισμός του άνθρακα-14 
2: διάσπαση του άνθρακα-14 
3: Η εξίσωση είναι για τους ζωντανούς οργανισμούς, και η ανισότητα είναι για τους νεκρούς οργανισμούς, στην οποία το ¹⁴ C , στη συνέχεια διασπάται

  Μετρώντας σήμερα την ενεργότητα ανά μονάδα μάζας σε δείγματα από οργανικά υλικά, προσδιορίζουμε το ποσοστό του ¹⁴₆C που έχει απομείνει και έτσι μπορούμε να προσδιορίσουμε και το χρονικό διάστημα που παρήλθε μετά το θάνατο του οργανισμού από τον οποίο προήλθε το οργανικό υλικό.

Οι παλαιοντολόγοι μπορούν να υπολογίσουν την ηλικία ενός απολιθώματος μετρώντας την ποσότητα του C-14 που περιέχει.

  Παρόμοιες τεχνικές χρησιμοποιούνται και για τη χρονολόγηση γεωλογικών δειγμάτων. Αρχικά ένα πέτρωμα περιείχε μόνο το ισότοπο ⁴⁰Κ .Με την πάροδο του χρόνου η διάσπαση του ⁴⁰Κ έδωσε ⁴⁰Ar με χρόνο ημιζωής 1,28×10⁹ χρόνια. Η ηλικία του πετρώματος βρίσκεται με σύγκριση των συγκεντρώσεων των στοιχείων ⁴⁰Κ και ⁴⁰ΑR.

ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΕΞΩΘΕΡΜΕΣ ΚΑΙ ΕΝΘΟΘΕΡΜΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

  Κατά το βομβαρδισμό πυρήνων - στόχων με κινούμενα σωματίδια συχνά παρατηρούνται νέοι πυρήνες μετά την κρούση. Τέτοιες κρούσεις ονομάζονται πυρηνικές αντιδράσεις. 

  Ο  Rutherford ήταν ο πρώτος που παρατήρησε πυρηνικές αντιδράσεις κατά το βομβαρδισμό πυρήνων αζώτου με σωμάτια α. Η διαδικασία που συνέβη μπορεί να παρασταθεί ως εξής:

⁴₂He + ¹⁴₇N → ¹⁷₈O + ¹₁H

  Στις πυρηνικές αντιδράσεις ισχύουν οι νόμοι διατήρησης  του φορτίου, της ορμής και της ενέργειας.Στην τελευταία συμπεριλαμβάνονται η κινητική ενέργεια και η ενέργεια που αντιστοιχεί στη μάζα ηρεμίας.Ένας πρόσθετος νόμος διατήρησης είναι η διατήρηση του συνολικού αριθμού των νουκλεονίων. Στην  παραπάνω αντίδραση η διατήρηση αυτή επιβεβαιώνεται  από την εξισορρόπηση  των μαζικών αριθμών στα δύο μέλη της αντίδρασης. Επίσης η διατήρηση του φορτίου επιβάλλει να ισούται το άθροισμα των αρχικών ατομικών αριθμών με το άθροισμα των τελικών ατομικών αριθμών.

Αναπαράσταση πυρηνικής αντίδρασης μετά από σύλληψη νετρονίου από πυρήνα

  Η  διαφορά  των μαζών ηρεμίας  πριν και μετά την  αντίδραση προσδιορίζει την ενέργεια Q της αντίδρασης, σύμφωνα με την ισοδυναμία μάζας και ενέργειας. 

  Έτσι στην αντίδραση Α + Β—> Γ+Δ η ενέργεια Q της αντίδρασης ορίζεται ως: 

Q = (MA + MB - MΓ - MΔ)c2

  Όταν το Q είναι θετικό, η μάζα των προϊόντων είναι μικρότερη από αυτήν των αντιδρώντων, ενώ η κινητική ενέργεια των προϊόντων είναι μεγαλύτερη. Μια τέτοια αντίδραση ονομάζεται εξώθερμη. 

  Όταν το Q είναι αρνητικό, η μάζα των προϊόν των είναι μεγαλύτερη και η κινητική τους ενέργεια αντίστοιχα μικρότερη. Μια τέτοια αντίδραση ονομάζεται ενδόθερμη.

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΧΑΣΗ

Πυρηνική σχάση ονομάζεται η πυρηνική διαδικασία κατά την οποία ένας ασταθής ατομικός πυρήνας χωρίζεται σε δυο ή περισσότερους μικρότερους πυρήνες και σε μερικά παραπροϊόντα σωμάτια,όπως νετρόνια

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Όπως γνωρίζουμε,ένα μεγάλο ποσό ενέργειας σύνδεσης θα απελευθερωθεί εάν σπάσουμε ένα μεγάλο πυρήνα σε άλλους μικρότερους.Αλλά συνήθως δεν είναι καθόλου εύκολο να διασπάσουμε ένα πυρήνα.

Ένα μεγάλο ποσό ενέργειας σύνδεσης θα απελευθερωθεί εάν σπάσουμε ένα μεγάλο πυρήνα σε άλλους μικρότερους

  Ότι χρειαζόμαστε είναι μια διαδικασία μέσω της οποίας δίνοντας λιγότερη ενέργεια από αυτή που θα πάρουμε,να διασπάσουμε ένα βαρύ πυρήνα.

  

ΠΡΟΣΠΙΠΤΟΝΤΑ ΝΕΤΡΟΝΙΑ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΠΡΟΚΑΛΕΣΟΥΝ ΤΗΝ ΣΧΑΣΗ ΒΑΡΕΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ

Ο Ενρίκο Φέρμι (Enrico Fermi, 29 Σεπτεμβρίου 1901- 28 Νοεμβρίου 1954) ήταν Ιταλός φυσικός, ο οποίος τιμήθηκε το 1938 με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής.Ο Φέρμι μελέτησε τα σωμάτια των ατόμων και ανακάλυψε ένα ακόμη σωμάτιο, το οποίο ονομάστηκε φερμιόνιο. Επίσης, διατύπωσε τη θεωρία της ραδιενέργειας β. Το 1942 κατασκεύασε τον πρώτο ατομικό αντιδραστήρα, στο Σικάγο των Η.Π.Α. Εκεί πέτυχε την τεχνητή αλυσιδωτή πυρηνική αντίδραση.Ο Φέρμι συμμετείχε και στην κατασκευή της ατομικής βόμβας μαζί με πολλούς διάσημους φυσικούς της εποχής του

  Η διάσπαση του ατόμου  είχε μελετηθεί θεωρητικά από τον Ενρίκο Φέρμι το 1934.

Ο Otto Hahn(Ότο Χαν) και ο Fritz Strassman (Φριτς Στράσμαν) ανακάλυψαν ότι ένας πυρήνας ουρανίου-235 όταν βομβαρδιστεί με νετρόνια υφίσταται σχάση

  Πρακτικά η απάντηση ήρθε το 1938 από τους Otto Hahn(Ότο Χαν) και Fritz Strassman (Φριτς Στράσμαν),όταν ανακάλυψαν ότι ένας πυρήνας ουρανίου-235 όταν βομβαρδιστεί με νετρόνια υφίσταται σχάση.Το γεγονός αυτό δεν οφείλεται στη σύγκρουση των νετρονίων.

Στα βαρύτερα στοιχεία η σχάση είναι εξώθερμη αντίδραση αποδίδοντας στο περιβάλλον ενέργεια ως ακτινοβολία γ και ως κινητική ενέργεια των θραυσμάτων.Στην αντίδραση αυτή η ολική μάζα ηρεμίας των προϊόν των είναι μικρότερη  από την αρχική μάζα ηρεμίας

 Αυτό που συμβαίνει,είναι ότι ο πυρήνας του ουρανίου-235 απορροφά το νετρόνιο μετασχηματιζόμενος σε ένα πυρήνα ουρανίου-235.Αρκετοί άλλοι βαρείς πυρήνες βρέθηκαν αργότερα να είναι σχάσιμοι μέσω παρόμοιας διαδικασίας με νετρόνια.Υπάρχουν περίπου 90 διαφορετικοί συνδυασμοί  των δύο θυγατρικών πυρήνων που αποτελούν τα θραύσματα του πυρήνα ουρανίου.

Πυρηνική σχάση ονομάζεται η πυρηνική διαδικασία κατά την οποία ένας ασταθής ατομικός πυρήνας χωρίζεται σε δυο ή περισσότερους μικρότερους πυρήνες και σε μερικά παραπροϊόντα σωμάτια,όπως νετρόνια

  Πυρηνική σχάση ονομάζεται η πυρηνική διαδικασία κατά την οποία ένας ασταθής ατομικός πυρήνας χωρίζεται σε δυο ή περισσότερους μικρότερους πυρήνες και σε μερικά παραπροϊόντα σωμάτια,όπως νετρόνια. Η σχάση αποτελεί μια περίπτωση μεταστοιχείωσης κατά την οποία παράγονται δύο θραύσματα με συγκρίσιμες μάζες. Στα βαρύτερα στοιχεία η σχάση είναι εξώθερμη αντίδραση αποδίδοντας στο περιβάλλον ενέργεια ως ακτινοβολία γ και ως κινητική ενέργεια των θραυσμάτων.Στην αντίδραση αυτή η ολική μάζα ηρεμίας των προϊόν των είναι μικρότερη  από την αρχική μάζα ηρεμίας.

ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΜΕ ΤΗΝ ΥΓΡΗ ΣΤΑΓΟΝΑ

  Η πυρηνική σχάση μπορεί να ερμηνευτεί στη βάση του μοντέλου υγρής σταγόνας.Όταν μια υγρή σταγόνα διεγερθεί κατάλληλα,μπορεί να υποστεί ταλαντώσεις με διάφορους τρόπους.Ένας άλλος τρόπος φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Η σταγόνα διαδοχικά γίνεται ένα αυγοειδές σφαιροειδές,σφαίρα,ένα πεπλατυσμένο σφαιροειδές,μια σφαίρα ένα αυγοειδές σφαιροειδές κ.ο.κ.Η δύναμη επαναφοράς της επιφανειακής της τάσης αναγκάζει την σταγόνα να επανέρχεται στο σφαιρικό της σχήμα,αλά η αδράνεια των κινούμενων μορίων αναγκάζει επίσης την σταγόνα να υπερβαίνει τη σφαιρικότητα και να φθάσει στο αντίθετο άκρο της παραμόρφωσης.

Η πυρηνική σχάση μπορεί να ερμηνευτεί στη βάση του μοντέλου υγρής σταγόνας.Όταν μια υγρή σταγόνα διεγερθεί κατάλληλα,μπορεί να υποστεί ταλαντώσεις με διάφορους τρόπους.Η σταγόνα διαδοχικά γίνεται ένα αυγοειδές σφαιροειδές,σφαίρα,ένα πεπλατυσμένο σφαιροειδές,μια σφαίρα ένα αυγοειδές σφαιροειδές κ.ο.κ

  Αν και οι πυρήνες μπορούν να θεωρηθούν ότι παρουσιάζουν επιφανειακές τάσεις και άρα μπορούν να ταλαντώνονται ως υγρές σταγόνες όταν είναι σε διεγερμένη κατάσταση,επίσης υπόκειται σε αποσχιστικές δυνάμεις λόγω των αμοιβαίων απωστικών ηλεκτρικών δυνάμεων από τα πρωτόνια τους.

Όταν ένας πυρήνας απομακρύνεται από το σφαιρικό σχήμα,η μικρού βεληνεκούς δύναμη επαναφοράς λόγω επιφανειακής τάσης πρέπει να ανταπεξέλθει με την μεγάλης εμβέλειας απωστική δύναμη όπως επίσης και με την αδράνεια της πυρηνικής μάζας

 Όταν ένας πυρήνας απομακρύνεται από το σφαιρικό σχήμα,η μικρού βεληνεκούς δύναμη επαναφοράς λόγω επιφανειακής τάσης πρέπει να ανταπεξέλθει με την μεγάλης εμβέλειας απωστική δύναμη όπως επίσης και με την αδράνεια της πυρηνικής μάζας.Εάν ο βαθμός παραμόρφωσης είναι επαρκώς μεγάλος η επιφανειακή τάση δεν αρκεί να επαναφέρει τις δύο τώρα πολύ απομακρυσμένες ομάδες πρωτονίων και ο πυρήνας διασπάται σε δύο μέρη.

  

ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΣΧΑΣΗ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΙ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΟΙ ΠΥΡΗΝΕΣ ΚΑΙ ΑΡΚΕΤΑ ΝΕΤΡΟΝΙΑ

  Οι νέοι πυρήνες που παράγονται στη σχάση ονομάζονται θραύσματα σχάσης και συνήθως δεν έχουν ίδιο μέγεθος.Επειδή οι βαρύτεροι πυρήνες έχουν μεγαλύτερο λόγο νετρονίων/πρωτονίων έναντι των ελαφρότερων πυρήνων,οι αποσχίσθέντες πυρήνες περιέχουν μια περίσσεια νετρονίων.

Για να ελαττωθεί η περίσσεια αυτή,δύο ή τρία νετρόνια εκπέμπονται από τους πυρήνες αμέσως μόλις σχηματιστούν και ακολούθως αποδιεγείρονται με ακτινοβολία-β φέροντας τον λόγο νετρονίων πρωτονίων σε τιμές που αντιστοιχούν σε πυρηνική σταθερότητα

  Για να ελαττωθεί η περίσσεια αυτή,δύο ή τρία νετρόνια εκπέμπονται από τους πυρήνες αμέσως μόλις σχηματιστούν και ακολούθως αποδιεγείρονται με ακτινοβολία-β φέροντας τον λόγο νετρονίων πρωτονίων σε τιμές που αντιστοιχούν σε πυρηνική σταθερότητα.Μια τυπική αντίδραση σχάσης είναι η ακόλουθη:

                  10²²⁵92U + n ->0¹⁴⁰54Xe + ⁹²38Sr+ n+n

  Η αντίδραση αυτή είναι ισχυρά εξώθερμη και τα θραύσματα της σχάσης, καθώς και τα νετρόνια, έχουν μια υψηλή κινητική ενέργεια της τάξης των 200MeV.

ΔΙΑΦΟΡΟΙ ΠΥΡΗΝΕΣ ΕΧΟΥΝ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΕΠΙΔΕΚΤΙΚΟΤΗΤΕΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗ ΣΧΑΣΗ

  Ένας βαρύς πυρήνας υπόκειται σε σχάση εάν συγκεντρώνει αρκετή ενέργεια διέγερσης (περίπου 5MeV) ώστε να αρχίσει να ταλαντώνεται ισχυρά.Λίγοι πυρήνες,σημειώστε το ²²⁸U,διεγείρονται επαρκώς με την απλή απορρόφηση ενός επιπρόσθετου νετρονίου και σχίζονται στα δύο.Άλλοι πυρήνες όπως το ²²⁸U(αποτελεί το 99,3% του φυσικού ουρανίου) απαιτούν περισσότερη ενέργεια για σχάση από την ενέργεια σύνδεσης που απελευθερώνεται όταν ένα άλλο νετρόνιο απορροφάται.Τέτοιοι πυρήνες υφίσταται σχάση μόνο με αντιδράσεις με ταχέα νετρόνια των οποίων η κινητική ενέργεια υπερβαίνει το 1MeV. 

Σχάση μπορεί να συμβεί μετά από διέγερση με άλλα μέσα εκτός της σύλληψης με νετρόνια,π.χ. με βομβαρδισμό με ακτίνες -γ ή με πρωτόνια

  Σχάση μπορεί να συμβεί μετά από διέγερση με άλλα μέσα εκτός της σύλληψης με νετρόνια,π.χ. με βομβαρδισμό με ακτίνες -γ ή με πρωτόνια.Μερικοί πυρήνες είναι τόσο ασταθείς ώστε είναι δυνατόν να υποστούν σχάση αυθόρμητα,αλά είναι περισσότερο πιθανό να υποστούν αποδιέγερση -α πριν η σχάση πάρει μέρος.

ΜΕΓΑΛΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΣΧΑΣΗΣ

   Ένα σημαντικό στοιχείο της πυρηνικής σχάσης είναι το μέγεθος ενέργειας που απελευθερώνεται.Όπως είδαμε το ποσό αυτό βρίσκεται κοντά στα 200MeV,μια αξιοσημείωτη τιμή για ένα απλό πυρηνικό γεγονός σε σύγκρουση οι χημικές αντιδράσεις ελευθερώνουν μόνο μερικά eV ανά γεγονός.

Ένα σημαντικό στοιχείο της πυρηνικής σχάσης είναι το μέγεθος ενέργειας που απελευθερώνεται που βρίσκεται κοντά στα 200MeV

  Η περισότερη ενέργεια που απελευθερώνεται στη σχάση πηγαίνει σε κινητική ενέργεια των θραυσμάτων σχάσης.Στην περίπτωση της σχάσης ²³⁵U της ενέργειας εμφανίζεται ως κινητική ενέργεια των αποσχισθέντων πυρήνων.

Στην περίπτωση της σχάσης ²³⁵U της ενέργειας εμφανίζεται ως κινητική ενέργεια των αποσχισθέντων πυρήνων.Περίπου 2,5% πηγαίνει ως κινητική ενέργεια των νετρονίων και περίπου 3,5% εκπέμπεται ως ακτίνες-γ,ενώ το υπόλοιπο 11% αποδίδεται στις ακτινοβολίες β και γ που εκπέμπουν οι αποσχισθέτες πυρήνες

  Περίπου 2,5% πηγαίνει ως κινητική ενέργεια των νετρονίων και περίπου 3,5% εκπέμπεται ως ακτίνες-γ,ενώ το υπόλοιπο 11% αποδίδεται στις ακτινοβολίες β και γ που εκπέμπουν οι αποσχισθέτες πυρήνες.

ΑΛΥΣΩΤΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

  Σχεδόν αμέσως μετά την ανακάλυψη της σχάσης αναγνωρίσθηκε ότι εφόσον ένα νετρόνιο μπορεί να ξεκινήσει σχάση σε ένα κατάλληλο πυρήνα με επακόλουθο την εκπομπή επιπρόσθετων νετρονίων,είναι δυνατή μια αυτοτροφοδοτούμενη ακολουθία σχάσεων.

Αλυσωτή αντίδραση

  Η συνθήκη ώστε να συμβεί μια τέτοια αλυσωτή αντίδραση σε ένα σχάσιμο υλικό,είναι απλή:τουλάχιστον ένα νετρόνιο που παράγεται σε ένα γεγονός σχάσης πρέπει κατά μέσο όρο να ξεκινήσει μια άλλη σχάση.

Η συνθήκη ώστε να συμβεί μια τέτοια αλυσωτή αντίδραση σε ένα σχάσιμο υλικό,είναι απλή:τουλάχιστον ένα νετρόνιο που παράγεται σε ένα γεγονός σχάσης πρέπει κατά μέσο όρο να ξεκινήσει μια άλλη σχάση

  Εάν πολύ λίγα νετρόνια ξεκινούν σχάση,η αντίδραση θα επιβραδυνθεί και θα σταματήσει,εάν ακριβώς ένα νετρόνιο ανά σχάση παράγει μια άλλη σχάση τότε θα έχουμε σταθερή παραγωγή ενέργειας(είναι η περίπτωση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα).

Εάν η συχνότητα του αριθμού σχάσεων αυξάνει,η ενέργεια που ελευθερώνεται αυξάνει τόσο γρήγορα που προκαλείται έκρηξη(είναι η περίπτωση της ατομικής βόμβας)

  Εάν η συχνότητα του αριθμού σχάσεων αυξάνει,η ενέργεια που ελευθερώνεται αυξάνει τόσο γρήγορα που προκαλείται έκρηξη(είναι η περίπτωση της ατομικής βόμβας).Οι καταστάσεις αυτές ονομάζονται αντίστοιχα υποκρίσιμη,κρίσιμη και υπερκρίσιμη κατάσταση.

Αντίθετα, σε έναν αντιδραστήρα παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος επιβραδύνονται με κατάλληλο μηχανισμό τα παραγόμενα νετρόνια, ώστε  να διατηρούν μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση, η οποία όμως  θα προχωρεί  αργά και ελεγχόμενα, χωρίς  να οδηγεί σε έκρηξη

  Αντίθετα, σε έναν αντιδραστήρα παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος επιβραδύνονται με κατάλληλο μηχανισμό τα παραγόμενα νετρόνια, ώστε  να διατηρούν μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση, η οποία όμως  θα προχωρεί  αργά και ελεγχόμενα, χωρίς  να οδηγεί σε έκρηξη.

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΥΝΤΗΞΗ

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΥΝΤΗΞΗ

 Είδαμε ότι η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο των  ελαφρών πυρήνων είναι μικρότερη από την ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο των βαρύτερων. Η διαδικασία της συνένωσης δύο ελαφρών πυρήνων, για να σχηματίσουν ένα βαρύτερο, λέγεται πυρηνική σύντηξη. 

Η διαδικασία της συνένωσης δύο ελαφρών πυρήνων, για να σχηματίσουν ένα βαρύτερο, λέγεται πυρηνική σύντηξη

  Επειδή η μάζα ηρεμίας του τελικού πυρήνα είναι μικρότερη  από το άθροισμα  των μαζών των αρχικών πυρήνων, υπάρχει μια απώλεια μάζας, η οποία συνοδεύεται  από αντίστοιχη αύξηση της ενέργειας της τελικής κατάστασης.Τρία  τέτοια παραδείγματα σύντηξης είναι τα  παρακάτω: 

¹₁H + ¹₁H → ²₁H + e⁺ + v_e

¹₁H + ²₁H → ³₂He + γ

¹₁H + ³₂He → ⁴₂He + e⁺ + v_e

 Αυτή η σειρά των αντιδράσεων, που λέγεται κύκλος πρωτονίου - πρωτονίου, πιστεύεται ότι συμβαίνει στο εσωτερικό του Ήλιου αλλά και άλλων αστεριών, όπου αφθονεί το  υδρογόνο, και  από αυτήν προέρχεται η ενέργεια των άστρων.

Η σύντηξη δευτερίου και τριτίου σχηματίζει πυρήνα He και ένα νετρόνιο

  Τα  ποζιτρόνια  που  παράγονται στις  αντιδράσεις αυτές συγκρούονται στο εσωτερικό του Ήλιου με ηλεκτρόνια, τα ζεύγη αυτά εξαϋλώνονται και η ενέργειά τους μετατρέπεται σε ακτινοβολία γ. 

Επειδή η μάζα ηρεμίας του τελικού πυρήνα είναι μικρότερη  από το άθροισμα  των μαζών των αρχικών πυρήνων, υπάρχει μια απώλεια μάζας, η οποία συνοδεύεται  από αντίστοιχη αύξηση της ενέργειας της τελικής κατάστασης

  Επομένως ολόκληρος ο κύκλος και των τριών αντιδράσεων ισοδυναμεί τελικά με μία αντίδραση, όπου  συντήκονται και δημιουργούν  έναν πυρήνα, ενώ  ταυτόχρονα εκπέμπεται ακτινοβολία γ και νετρίνα. 

  Βλέπουμε ότι η ενέργεια του Ήλιου προέρχεται  από το «πυρηνικό καύσιμο»  υδρογόνο,  καθώς αυτό μετατρέπεται βαθμιαία σε ήλιο. Αν υποτεθεί ότι η  παραγωγή ενέργειας στον Ήλιο, καθώς και η ακτινοβολία του,  θα συνεχιστούν με τους ίδιους ρυθμούς, εκτιμάται ότι ο Ήλιος διαθέτει αρκετά καύσιμα στον πυρήνα του για να διατηρήσει την  υπάρχουσα λαμπρότητά του για 5-9 δισεκατομμύρια χρόνια περίπου. 

Στην προσπάθεια να επιτευχθεί ελεγχόμενη σύντηξη δοκιμάζεται η μέθοδος συγκράτησης του πλάσματος με μαγνητικό πεδίο

  Για να συμβεί σύντηξη μεταξύ δύο πυρήνων, πρέπει να προσεγγίσουν αρκετά μεταξύ τους, ώστε να υπερνικηθεί η ηλεκτρική άπωση και να επικρατήσει η ισχυρή πυρηνική δύναμη. Για να συμβεί αυτό, πρέπει οι πυρήνες  να αποκτήσουν πολύ υψηλή κινητική ενέργεια της τάξης των 0,7MeV. Τόσο μεγάλη όμως κινητική ενέργεια μόνο σε εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία μπορεί να αποκτηθεί  από  έναν πυρήνα. 

Για να συμβεί σύντηξη μεταξύ δύο πυρήνων, πρέπει να προσεγγίσουν αρκετά μεταξύ τους, ώστε να υπερνικηθεί η ηλεκτρική άπωση και να επικρατήσει η ισχυρή πυρηνική δύναμη

  Η θερμοκρασία, για να προκληθεί αντίδραση σύντηξης, είναι της τάξης των 10⁸Κ .Στις θερμοκρασίες αυτές τα άτομα έχουν πια ιονισθεί τελείως, δηλαδή έχουν χάσει  τα ηλεκτρόνιά τους, και η ιονισμένη αυτή κατάσταση, όπου έχουμε μόνο ηλεκτρόνια και πυρήνες, λέγεται πλάσμα. 

Σε έναν ερευνητικό αντιδραστήρα ΤΟΚΑΜΑΚ το ρεύμα που θερμαίνει το πλάσμα είναι αρκετά εκατομμύρια ampere και η θερμοκρασία μεγαλύτερη από 10^-8K

  Τέτοιες θερμοκρασίες συναντάμε στη φύση μόνο στα άστρα. Οι υψηλές αυτές θερμοκρασίες δικαιολογούν την ονομασία θερμοπυρηνικές αντιδράσεις με την οποία  χαρακτηρίζονται συχνά οι αντιδράσεις σύντηξης.

  Σε πολλά εργαστήρια στον κόσμο καταβάλλεται έντονη προσπάθεια κατασκευής θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα, όπου  θα γίνεται ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη. Δυστυχώς τόσο υψηλές θερμοκρασίες είναι εξαιρετικά δύσκολο να επιτευχθούν και να συντηρηθούν για αρκετό χρονικό διάστημα, ώστε να έχουμε πρακτικά αξιοποιήσιμη  παραγωγή ενέργειας. 

Τα ΤΟΚΑΜΑΚ αποτελούν την πιο επιτυχημένη προσπάθεια κατασκευής αντιδραστήρων σύντηξης

  Αν πάντως επιτευχθεί αξιοποιήσιμη ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη, το ενεργειακό κέρδος για τον άνθρωπο θα είναι σημαντικό, αφού το «πυρηνικό καύσιμο» που προτείνεται είναι το δευτέριο, που υπάρχει  άφθονο και φθηνό στο νερό των θαλασσών. 

ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΩΝ ΠΥΡΗΝΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ 

  Ένα  από  τα μεγαλύτερα προβλήματα, που συνοδεύουν τη λειτουργία των πυρηνικών αντιδραστήρων, είναι αυτό της διαχείρισης των αποβλήτων τους. Τα απόβλητα του αντιδραστήρα είναι τα ραδιενεργά υλικά που εμφανίζονται ως προϊόντα των αντιδράσεων,καθώς και τα μέταλλα της «καρδιάς» του αντιδραστήρα, όταν αυτή πρέπει να αντικατασταθεί.Αυτά τα υψηλής ραδιενέργειας υλικά περιέχουν  ισότοπα με μεγάλους  χρόνους υποδιπλασιασμού και πρέπει  να αποθηκευτούν για πολύ μεγάλη χρονική διάρκεια, ώστε να μην προκαλέσουν περιβαλλοντική μόλυνση. 

Ένα  από  τα μεγαλύτερα προβλήματα, που συνοδεύουν τη λειτουργία των πυρηνικών αντιδραστήρων, είναι αυτό της διαχείρισης των αποβλήτων τους

  Επί  του παρόν τος η λύση στο πρόβλημα αυτό είναι να τα τοποθετούμε σε καλά σφραγισμένα κιβώτια και να τα θάβουμε βαθιά σε ορυχεία. 

  Πάντως πρέπει να αναφερθεί ότι  ένα ακόμη πλεονέκτημα των αντιδραστήρων σύντηξης, σε σχέση με τους αντιδραστήρες σχάσης, είναι  τα λίγα ραδιενεργά κατάλοιπα που αφήνουν. 

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΤΗΣ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΤΗΣ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΒΛΑΒΕΣ ΑΠΟ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΒΛΑΒΕΣ ΑΠΟ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

  Όταν η ύλη  απορροφά ακτινοβολία, μπορεί  να υποστεί σοβαρές βλάβες. Το είδος και ο βαθμός των ζημιών  εξαρτάται  από πολλούς παράγοντες, μεταξύ των οποίων είναι το είδος και η ενέργεια της ακτινοβολίας, καθώς και οι ιδιότητες του υλικού που την απορροφά. Για παράδειγμα, μέταλλα που χρησιμοποιούνται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες εξασθενούν πολύ με το βομβαρδισμό τους από νετρόνια υψηλής ενέργειας. Η ζημιά εδώ οφείλεται σε μετακινήσεις  των ατόμων μέσα στο μέταλλο, οι οποίες  έχουν ως συνέπεια την αλλαγή  των μηχανικών ιδιοτήτων του μετάλλου. 

Άτομο που έχει εκτεθεί σε ακτινοβολίες έχει χάσει τα μαλλιά του

 Οι βλάβες  από πυρηνικές ακτινοβολίες στους βιολογικούς οργανισμούς οφείλονται κυρίως στον ιονισμό που προκαλούν αυτές οι ακτινοβολίες σε ουσίες που βρίσκονται μέσα στα κύτταρα. 

 Στον όρο «ακτινοβολίες» περιλαμβάνονται: οι ραδιενεργές α, β, γ, τα νετρόνια, καθώς και η υψηλής ενέργειας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως π.χ. οι ακτίνες Χ. Στο σχηματισμό ιόντων οφείλεται και το όνομά τους ως ιονίζουσες ακτινοβολίες. 

  Η λειτουργία των κυττάρων μπορεί να διαταραχθεί σοβαρά, όταν σχηματισθούν μέσα στο κύτταρο  δραστικά ιόντα ή ρίζες ως αποτέλεσμα της ακτινοβολίας. Για παράδειγμα, σχηματισμός ιόντων υδροξυλίου και υδρογόνου μπορεί να προκαλέσει χημικές αντιδράσεις διάσπασης δεσμών σε πρωτεΐνες και να επιφέρει αλλαγές στο γενετικό υλικό των κυττάρων  (DNA). Μεγάλες ποσότητες ακτινοβολίας καταστρέφουν μεγάλο αριθμό μορίων σε ένα κύτταρο και προκαλούν το  θάνατο του. Αν και ο  θάνατος ενός κυττάρου δεν αποτελεί συνήθως πρόβλημα, ο  θάνατος πολλών κυττάρων μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα μια μη αντιστρεπτή βλάβη του οργανισμού. 

Οι τρεις παραπάνω εικόνες δείχνουν τις παραμορφωτικές βλάβες σε απογόνους ατόμων που δέχτηκαν πυρηνικές ακτινοβολίες μετά το πυρηνικό ατύχημα του Τσερνομπίλ

  Είναι πιθανόν επίσης κύτταρα που θα επιζήσουν  από την ακτινοβολία να έχουν υποστεί βλάβες και  κατά τον πολλαπλασιασμό τους να δημιουργήσουν  νέα μεταλλαγμένα κύτταρα που πολύ συχνά οδηγούν στην εμφάνιση καρκίνου.    

  Βλάβες  από ακτινοβολία μπορεί  να προκληθούν επίσης και στο γενετικό υλικό  των γενετικών κυττάρων.Στην περίπτωση αυτή οι αλλαγές των γονιδίων οδηγούν σε μεταβολές  διάφορων  χαρακτηριστικών των απογόνων του οργανισμού. 

ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Ραδιενεργά σωματίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ιχνηθέτες χημικών στοιχείων σε  διάφορες αντιδράσεις. Στη Βιολογία το ραδιενεργό ισότοπο ¹⁵O, όταν εισαχθεί κατάλληλα στο ριζικό σύστημα του φυτού, κυκλοφορεί στη συνέχεια μέσα σ' αυτό και μπορούμε, μετρώντας τη ραδιενέργεια στα  διάφορα μέρη του, να βγάλουμε συμπεράσματα για την πορεία του μεταβολισμού, δηλαδή του συνόλου των αντιδράσεων που γίνονται σε έναν οργανισμό.

Ακτινοβολία γ χρησιμοποιείται για καταστροφή καρκινικών κυττάρων. Υψηλή δόση εστιάζεται σε μικρή περιοχή με τη βοήθεια σκόπευσης με laser

 Η χρήση του ραδιενεργού ιωδίου για τη μελέτη της λειτουργίας του θυρεοειδούς αδένα είναι επίσης μια γνωστή εφαρμογή. Σχεδόν όλη η διακίνηση του ιωδίου στον οργανισμό μας, που προσλαμβάνεται από το αλάτι και από τις θαλάσσιες τροφές, γίνεται μέσω του θυρεοειδούς. Εισάγεται λοιπόν στον οργανισμό μια μικρή ποσότητα ραδιενεργού ιωδίου (¹³¹Ι) υπό μορφή διαλύματος Na l. Μερικές ώρες αργότερα μετριέται με κατάλληλες συσκευές η ακτινοβολία του ¹³¹Ι και συνεπώς η συγκέντρωσή του σε διάφορα όργανα του σώματος. 

Η χρήση ραδιοϊσότοπων ως ιχνηθετών

 Οι ακτινοβολίες χρησιμοποιούνται επίσης στην Ιατρική για επιλεκτική καταστροφή ιστών, όπως είναι οι όγκοι. Ως πηγές χρησιμοποιούνται τεχνητά παραγόμενα ισότοπα. Ένα από τα πιο συνηθισμένα είναι το ⁶⁰Co. 

Ένα ποζιτρόνιο, που εκπέμπεται από το ισότοπο που έχει χορηγηθεί στον ασθενή, συγκρούεται με κάποιο ηλεκτρόνιο ατόμου και δημιουργούνται δύο φωτόνια, τα οποία καταγράφει η συσκευή PET

  Μια μέθοδος ιατρικής απεικόνισης, κυρίως του εγκεφάλου, είναι η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET). Με αυτή χορηγούνται στον ασθενή ισότοπα στοιχείων, όπως άνθρακα, οξυγόνου κτλ., που εκπέμπουν ποζιτρόνια με διάσπαση β. Όταν ένα ποζιτρόνιο εξαϋλώνεται μετά από σύγκρουση με ηλεκτρόνιο, εκπέμπονται δύο φωτόνια γ, που ανιχνεύονται από κυκλική διάταξη ανιχνευτών γύρω από το κεφάλι του ασθενούς. Στη συνέχεια, με τη βοήθεια υπολογιστή, σχηματίζεται μια εικόνα εγκάρσιας τομής του εγκεφάλου .

Συσκευή τομογραφίας με εκπομπή ποζιτρονίου. Η εικόνα παριστάνει τομή εγκεφάλου σχηματισμένη από υπολογιστή, ο οποίος επεξεργάζεται τα δεδομένα της συσκευής.

  Ακτινοβολίες χρησιμοποιούνται επίσης για την αποστείρωση και τη συντήρηση μερικών κατηγοριών τροφίμων, αφού με τον τρόπο αυτό καταστρέφονται οι παθογόνοι μικροοργανισμοί. 

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

  Ο πυρήνας του ατόμου αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Βρίσκεται στο κέντρο του ατόμου και έχει ακτίνα μερικές δεκάδες χιλιάδες φορές μικρότερη από την ακτίνα του ατόμου. 

  Η ταυτότητα ενός πυρήνα είναι ο ατομικός του αριθμός Ζ και ο μαζικός του αριθμός Α. Πυρήνες με ίδιους ατομικούς αριθμούς αλλά διαφορετικούς μαζικούς, λέγονται ισότοποι. 

  Η μάζα ενός πυρήνα είναι πάντα μικρότερη από το άθροισμα των μαζών των ελεύθερων νουκλεονιων που τον αποτελούν. Η διαφορά αυτή των μαζών ονομάζεται έλλειμμα μάζας. Δηλαδή ισχύει: 

ΔΜ =  Z mp+ N mn - ΜΠ 

  Η ισοδύναμη ενέργεια  ΕΒ που αντιστοιχεί στο έλλειμμα μάζας ονομάζεται ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα. Δηλαδή ισχύει: 

Εβ =  ( ΔM )c2 

  Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο σε έναν πυρήνα τόσο σταθερότερος είναι ο πυρήνας αυτός. 

  Η δύναμη που συγκρατεί τα νουκλεόνια στον πυρήνα είναι η ισχυρή πυρηνική δύναμη, που δρα μόνο σε πολύ κοντινές αποστάσεις μεταξύ των γειτονικών νουκλεονίων. 

  Η ενέργεια του πυρήνα είναι κβαντωμένο μέγεθος. Ο πυρήνας έχει διακριτές ενεργειακές στάθμες. 

  Σε κάθε σωμάτιο αντιστοιχεί το αντισωμάτιό του. Όταν αυτά συνενωθούν, εξαϋλώνονται και μετατρέπονται σε φωτόνια ή δημιουργούνται άλλα σωμάτια. 

  Τα νουκλεόνια αποτελούνται από quarks up και down, που φέρουν ως φορτία κλάσματα του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου. Τα quarks δεν εμφανίζονται ελεύθερα. 

  Τα λεπτόνια είναι 6 σωματίδια που δεν έκδηλώνουν ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Στην ομάδα αυτή ανήκουν το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο. 

  Οι θεμελιώδεις δυνάμεις είναι: η ισχυρή, η ηλεκτρομαγνητική, η ασθενής και η βαρυτική. Οι αλληλεπιδράσεις σε θεμελιώδες επίπεδο ερμηνεύονται με ανταλλαγή σωματιδίων που είναι φορείς των δυνάμεων. 

  Οι πιο πολλοί πυρήνες είναι ασταθείς και μεταπίπτουν σε σταθερούς πυρήνες με διασπάσεις α, β και γ. Το φαινόμενο ονομάζεται ραδιενέργεια. 

 Στην πυρηνική σχάση ένας βαρύς πυρήνας με απορρόφηση νετρονίων χωρίζεται σε δύο μεγάλα θραύσματα και ελευθερώνονται νέα νετρόνια. Η σχάση είναι αντίδραση εξώθερμη. 

 Στην πυρηνική σύντηξη δύο ελαφροί πυρήνες συνενώνονται, για να σχηματίσουν ένα βαρύτερο. Η αντίδραση αυτή είναι εξώθερμη. 

  Οι πυρηνικές ακτινοβολίες προκαλούν βλάβες, αλλά βρίσκουν και πολλές χρήσεις στην Ιατρική, στη βιομηχανία, στη Γεωπονία κτλ.