2. Οι πρωτοπόροι
Ακολουθώντας τα ίχνη του Roentgen ο
φυσικός Henri Becquerel (Παρίσι - 1896)
ανακάλυψε ότι οι κρύσταλλοι ορισμένου
άλατος του ουρανίου εκπέμπουν
αυθόρμητα μια αόρατη ακτινοβολία η
οποία προσβάλλει τη φωτογραφική
πλάκα. Το εντυπωσιακό όμως σε αυτή την
περίπτωση ήταν ότι η εκπομπή της
ακτινοβολίας έδειχνε να είναι αδιάκοπη και
να συντελείται ανεξάρτητα από το εάν η
ουσία φωτιζόταν ή δεν φωτιζόταν.
Απέδειξε ακόμα ότι η « μυστηριώδης»
αυτή ακτινοβολία μπορούσε να ιονίσει τον
αέρα και με τη βοήθεια ενός
ηλεκτροσκοπίου μπορούσε να ανιχνεύει
την ύπαρξή της.
Ο ιονισμένος αέρας γινόταν αγώγιμος και
το ηλεκτροσκόπιο εκφορτιζόταν.
3. Η οικογένεια Curie
Ο Pierre Curie και η Marie Curie (Παρίσι
– 1897) ερεύνησαν μαζί και επίμονα το
φαινόμενο ραδιενέργεια. Ανακάλυψαν νέα
χημικά στοιχεία, το ράδιο και το πολώνιο,
τα οποία ήταν ραδιενεργά, και έκαναν
μετρήσεις πάνω στην ραδιενέργεια.
Το 1901 σε ένα επικίνδυνο πείραμα που
έκανε μόνος του κατάφερε να μετρήσει
την ποσότητα θερμότητας που
μεταβιβάζεται στο περιβάλλον από ένα
γραμμάριο ραδιενεργού ραδίου ανά ώρα.
Οι μετρήσεις του άνοιξαν τον δρόμο για
την εξοικείωση των ερευνητών με τα
τεράστια ποσά ενέργειας που
απελευθερώνονται από τους πυρήνες της
ύλης.
4. Οι πειραματιστές
Ο Rutherford διατυπώνει τη θεωρία ότι οι
εκπεμπόμενες ακτινοβολίες από το
ουράνιο είναι ροή σωματιδίων:
Η ακτινοβολία με τη μεγάλη μάζα και το
θετικό φορτίο την ονομάζει α, και την
ακτινοβολία με τη μικρή μάζα και το
αρνητικό φορτίο β (1897).
Ο Rutherford και ο βοηθός του Geiger
(1906), προσδιορίζουν τον λόγο του
ειδικού φορτίου της ακτινοβολίας α = με
τον λόγο ενός πυρήνα ηλίου !
8. Αριθμοί ενός πυρήνα:
Ατομικός αριθμός (Ζ): Ο αριθμός των +
πρωτονίων του
Αριθμός νετρονίων (Ν)
Μαζικός αριθμός (Α): Ο αριθμός των
νουκλεονίων συνολικά
Προφανώς: Α
= Ζ + Ν
9. Ένας πυρήνας συμβολίζεται:
A
Z
X
235
ο πυρήνας του ουρανίου
92 U περιέχει:
Συνολικά 235 νουκλεόνια
(πρωτόνια+νετρόνια)
92 πρωτόνια
235 – 92 = 143 νετρόνια
10. Ισότοποι λέγονται οι πυρήνες που
έχουν ίδιο ατομικό αριθμό Ζ (ίδιο αριθμό
πρωτονίων), αλλά διαφορετικό μαζικό Α
(δεν έχουν ίδιο αριθμό νετρονίων)
Π.χ. στη φύση συναντώνται τρία διαφορετικά ισότοπα Η.
Το ισότοπο που αποτελεί το 99,98% των ατόμων υδρογόνου
ονομάζεται πρώτιο (1H) και αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα
ηλεκτρόνιο.
Σε ποσοστό 0,02% συναντούμε ένα δεύτερο ισότοπο, το δευτέριο (ή
2D ) το οποίο αποτελείται από ένα πρωτόνιο, ένα νετρόνιο και ένα
ηλεκτρόνιο.
Το τρίτο ισότοπο ονομάζεται τρίτιο (ή 3Τ) αποτελούμενο από ένα
πρωτόνιο, δύο νετρόνια και ένα ηλεκτρόνιο και αντιστοιχεί ένα σε
10000 άτομα υδρογόνου. Το τρίτιο είναι ραδιενεργό με χρόνο
ημίσειας ζωής τα 12,4 χρόνια. Ήταν τεχνητό νουκλόνιο στη Γη μέχρι
την πρώτη δοκιμή υδρογονοβόμβας.
11. Οι μάζες των πυρήνων μετριούνται:
Μονάδα ατομικής μάζας u
(το 1/12 της μάζας του ατόμου του 12C)
Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας
η μάζα m οποιουδήποτε σώματος είναι
ισοδύναμη με κάποια ποσότητα
ενέργειας, όπως καθορίζεται από τη
σχέση:
Ε = mc2
η μάζα μετριέται και σε μονάδες ενέργειας:
1 MeV = 1,6·10-13J, (1u = 931,48 MeV)
14. Η διαφορά της μάζας ΜΠ ενός πυρήνα
από το άθροισμα των μαζών των
ελεύθερων νουκλεονίων του
ονομάζεται
έλλειμμα μάζας ΔΜ
+
ΔM
+
15. Γενικά για έναν πυρήνα με Ζ
πρωτόνια και Ν νετρόνια το
έλλειμμα μάζας του είναι:
ΔΜ = Ζmp + Nmn − MΠ
Η ισοδύναμη ενέργεια που
αντιστοιχεί στο έλλειμμα μάζας (η
ενέργεια που χάνεται κατά τη
δημιουργία του πυρήνα) λέγεται
ενέργεια σύνδεσης E B του
πυρήνα:
ΕΒ = ΔΜ.c2
16. Η ενέργεια σύνδεσης εκφράζει την
ελάχιστη απαιτούμενη ενέργεια που
πρέπει να δώσουμε για να
απομακρύνουμε μεταξύ τους τα
νουκλεόνια, ώστε να μην υπάρχει
ανάμεσα τους καμία αλληλεπίδραση
+
17. Αν διαιρέσουμε την ενέργεια
σύνδεσης με τον αριθμό των
νουκλεονίων έχουμε την ενέργεια
σύνδεσης ανά νουκλεόνιο:
Ενέργεια σύνδεσης/νουκλ. = ΕΒ/Α
Η ενέργεια σύνδεσης/νουκλ. μετράει
την σταθερότητα του πυρήνα.
Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια
σύνδεσης/νουκλ., τόσο σταθερότερος
είναι ο πυρήνας
18. Η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο σε
συνάρτηση με τον μαζικό αριθμό των
πυρήνων:
20. όταν δύο ελαφροί πυρήνες ενώνονται
προς σχηματισμό μεγαλύτερους πυρήνα,
το φαινόμενο λέγεται σύντηξη
++
+ +
+
++
+ + ++
+
+
+++
21. Και στις δύο περιπτώσεις, και
στη σχάση ενός πυρήνα και στην
σύντηξη ελαφρότερων πυρήνων,
οι πυρήνες που προκύπτουν
έχουν μεγαλύτερη
ενέργεια σύνδεσης /νουκλεόνιο
Συνεπώς είναι σταθερότεροι
και αποδεσμεύεται συνολικά
ενέργεια που την
εκμεταλλευόμαστε
23. Π.χ. Αν έχουμε έναν πυρήνα με
Α = 200 νουκλεόνια και
Ενέργεια σύνδεσης/νουκλ. = 7 ΜeV,
για να τον διασπάσουμε στα νουκλεόνια
από τα οποία αποτελείται θα
προσφέρουμε ενέργεια:
Ε 1 = 200 · 7 = 1400 MeV
++
+
+ ++
+
+ +++ ++
+
++
+
+ + +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+++ +
+
+++
+++
24. Αν τα 200 νουκλεόνια ενωθούν σε δύο
ίσους πυρήνες με Α = 100 και
Ενέργεια σύνδεσης/νουκλ. = 8 ΜeV,
κατά τον σχηματισμό των πυρήνων θα
μας προσφέρουν ενέργεια
Ε 2 = 2 · 100 · 8 = 1600 MeV
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+++
+
+++
+
+
+++
+
+
+
+
+
+
++
+ +++ ++
+
++
+
+ + +
++
+ +
25. Συνεπώς δώσαμε
Ε 1 = 1400 Μ eV για να
διαλύσουμε τον αρχικό πυρήνα
στα συστατικά του και πήραμε
Ε 2 = 1600 MeV κατά τον
σχηματισμό των μικρότερων
πυρήνων.
Ενεργειακό κέρδος από τη
σχάση:
Ε = Ε 2 – Ε 1 = 200 MeV
27. Χαρακτηριστικά
Ισχυρής πυρηνικής δύναμης:
α) Δεν κάνει διάκριση μεταξύ
πρωτονίων και νετρονίων. Είναι
δηλαδή η ίδια για τα ζεύγη πρωτόνιοπρωτόνιο, πρωτόνιο-νετρόνιο και
νετρόνιο-νετρόνιο.
β) Δρά μόνο μεταξύ γειτονικών
νουκλεόνιων και μόλις στις πολύ
κοντινές αποστάσεις.
29. Άσκηση (ylikonet.gr)
Ένας πυρήνας 240Χ έχει ΕΒ/Α= 7ΜeV
και διασπάται δίνοντας δύο
όμοιους πυρήνες 120Υ με ενέργεια
σύνδεσης ανά νουκλεόνιο
ΕΒ/Α=8ΜeV.
Πόση ενέργεια ελευθερώθηκε κατά
τη σχάση;
32. 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 ονομάζεται:
ραδιενέργεια
44. Η συμμετρία στη φύση
Κάθε σωματίδιο έχει και το αντισωματίδιό του:
Πρωτόνιο –αντιπρωτόνιο
Ηλεκτρόνιο – ποζιτρόνιο
Νετρόνιο – αντινετρόνιο
Νετρίνο - αντινετρίνο
46. νετρίνο – αντινετρίνο
Tο νετρίνο, είναι ίσως η πιο παράξενη οντότητα στον κόσμο της
φυσικής των γνωστών στοιχειωδών σωματιδίων. Έχει μηδενικό
ηλεκτρικό φορτίο και δεν “αισθάνεται” την ηλεκτρομαγνητική και την
ισχυρή αλληλεπίδραση, με αποτέλεσμα να είναι το στοιχειώδες
σωμάτιο για το οποίο έχουμε τις λιγότερες πληροφορίες. H
πιθανότητα ύπαρξής του προτάθηκε για πρώτη φορά το 1932 απο
τον Pauli. Πειραματικά διαπιστώθηκε το 1958 αλλά παρότι έχουν
περάσει αρκετά χρόνια από τότε, είναι η πρώτη φορά που
πειραματικοί ανακοινώνουν με βεβαιότητα ότι η μάζα του δεν είναι
μηδενική. Aποτελεί ένα από τα κυριότερα συστατικά του σύμπαντος,
ενώ επίσης παράγεται σε επιταχυντές.
47. Πείραμα Νέστωρ
Ένα από τα τέσσερα μεγαλύτερα
πειράματα ανίχνευσης νετρίνων στον
πλανήτη εκτυλίσσεται σε θαλάσσια
περιοχή της Μεσσηνίας.
Κοντά στο φρέαρ των Οινουσών,
ανοιχτά της Πύλου, σε απόσταση 10
μιλίων περίπου από το βαθύτερο
σημείο της Μεσογείου, λειτουργεί ένα
από τα τρία τηλεσκόπια νετρίνων
στον κόσμο.
Τα άλλα είναι , ένα στο Βόρειο Πόλο,
ένα στη λίμνη Βαϊκάλη κι ένα ακόμα
στη Χαβάη. Τα νετρίνο είναι
μυστηριακά, σχεδόν φανταστικά
σωματίδια, με σχεδόν μηδενική μάζα
που κινούνται με την ταχύτητα των
300.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο
(την ταχύτητα του φωτός).
Τα νετρίνo απελευθερώθηκαν πριν 15
δισεκατομμύρια χρόνια,
μετά από μια έκρηξη αδιανόητης
ισχύος και υφής -το Big Bang- που
αποτέλεσε την αρχή της δημιουργίας
του Σύμπαντος.
55. Τελικά η ραδιενέργεια δεν χρειάζεται
πουθενά;
Ακτινοβολία φωτονίων (ακτίνες Χ και γάμα).
Τα φωτόνια εκπέμπονται από ραδιενεργούς
πηγές, όπως κοβάλτιο ή καίσιο, ή από μια
ειδική συσκευή που ονομάζεται Γραμμικός
Επιταχυντής (linear accelerator). Η
ακτινοβολία φωτονίων είναι το συνηθέστερο
είδος ακτινοβολίας σε αγωγές κατά του
καρκίνου.
Ακτινοβολία σωματιδίων (ηλεκτρόνια,
πρωτόνια, νετρόνια, σωματίδια Άλφα και
Βήτα). Δέσμες ηλεκτρονίων μπορούν να
παραχθούν και να κατευθυνθούν στο
καρκινοπαθή ιστό μέσω Γραμμικού
Επιταχυντή.
