Download
1 / 21
220 likes | 423 Vues
Kjarneðlisfræði. Kjarni atómsins, stöðugleiki og bindiorka. Upphafið. Árið 1895 uppgötvar Wilhelm Röntgen röntgengeislun (X-geislun) – orkumikla rafsegulgeislun sem myndaðist við afhleðslu rafeinda.
E N D
Kjarneðlisfræði Kjarni atómsins, stöðugleiki og bindiorka.
Upphafið Árið 1895 uppgötvar Wilhelm Röntgen röntgengeislun (X-geislun) – orkumikla rafsegulgeislun sem myndaðist við afhleðslu rafeinda. Árið 1896 uppgötvar H.Becquerel áður óþekkta geislun sem kom frá kristal sem innihélt Úraníum. Efnið sjálft gaf frá sér geislunina
Árið 1897 uppgötvar MarieCurie ásamt manni sínum PierreCurie ný geislavirk efni (Th, Po og Ra). Geislunin var óháð hitastigi, þrýstingi og fasa efnisins en geislavirk efni losuðu orku. Árið 1911 gerir E. Rutherford sér grein fyrir að geislunin kemur frá kjarna atómsins.
Atómið Atómið hefur róteindir og nifteindir í kjarna en rafeindir á braut umhverfis. Kjarninn er afar lítill, þvermálið er ~10-14 m en þvermál atóms er ekki minna en ~10-11m Nær allur massi atómsins er í kjarnanum. Massi rafeindar er aðeins 1/1836 af massa róteindar.
Agnir atómsins Sérhver ögn atómsins hefur tákn sem er fyrsti bókstafurinn í ensku heiti agnanna: róteind = proton nifteind = neutron rafeind = electron Nifteindin er óhlaðin en róteind og rafeind hafa jafnstórar en gagnstæðar hleðslur (frumhleðslur). Því er: hleðsla p = +e = +1,602 · 10-19 C hleðsla e = -e = -1,602 · 10-19 C
Massi agnanna er mældur í atómsmassa-einingum sem er táknaður með u. Við getum sagt að massi róteinda og nifteinda sé um 1 u en massi rafeindar er minni, nálægt 0 u. Það er þó nálgun sem við sjáum af sjáum við af: mp = 1,672 · 10-27 kg = 1,007825 u mn = 1,675 · 10-27 kg = 1,008665 u me = 9,109 · 10-31 kg = 0,000548 u Þar sem: u = 1,661 · 10-27 kg
Við getum dregið helstu atriði um agnir atómsins saman í eftir farandi töflu:
Táknmál Við setjum upp heiti frumefnanna (A) með sætistölu (Z) og massatölu (M) á eftirfarandi hátt: Sætistalan er fjöldi róteinda í kjarna. Massatalan er samanlagður fjöldi róteinda og nifteinda í kjarna
Samsætur efna Samsætur kallast ólíkar gerðir sama frumefnis. Munurinn felst í ólíkum fjölda nifteinda í kjarna og þar með er massi samsætanna ekki sá sami.
Stöðugleiki kjarnans Kjarnar eru misjafnlega stöðugir. Sumir er mjög stöðugir og haldast alltaf óbreyttir. Aðrir eru óstöðugir og brotna upp eftir einhvern tíma. Hvort kjarni er stöðugur eða óstöðugur ræðst af hlutfalli p og n í kjarnanum.
Fjöldi róteinda og nifteinda ræður því hvort kjarni er stöðugur eða ekki. Þeir verða frekar stöðugir ef fjöldinn er slétt tala.
Fyrir léttari kjarna gildir að þeir eru stöðugir ef fjöldi nifteinda er sá sami og fjöldi róteinda. Fyrir þyngri kjarna þurfa nifteindirnar að vera fleiri. Engir stöðugir kjarnar eru með hærri sætistölu en 83.
Bindiorka Massi róteindar er mp = 1,672 · 10-27 kg. Massi nifteindar er mn = 1,675 · 10-27 kg. Samanlagður massi tveggja róteinda og tveggja nifteinda er þá m = 6,694 · 10-27 kg. Massi He-kjarna er m = 4,0026 u = 6,648 · 10-27 kg. Mismunurinn er m = 4,57 · 10-29 kg.
Mismunur á massa frjálsra agna og agna bundinna í kjarnannum er vegna þess að hluti massans verður að orku sem heldur kjarnanum saman, þ.e. bindiorku. Almennt má reikna bindiorku kjarna með því að reikna fyrst massamuninn: m = Zmp + Nmn – mA Þar sem Z er fjöldi róteinda (sætistala) og N er fjöldi nifteinda. Massi atómkjarnans er mA.
Síðan notum við jöfnuna: E = mc2 til að finna hvað massinn svarar til mikillar orku. Þetta gefur: E = mc2 = ( Zmp + Nmp – mA) c2 Bindiorkan er sú orka sem þarf til að til skilja kjarneindir fullkomlega í sundur.
Þegar bindiorka er reiknuð er massarýrnunin það lítil að nálgun massans gengur ekki. Þá notum við að: mp = 1,672 · 10-27 kg = 1,007825 u mn = 1,675 · 10-27 kg = 1,008665 u me = 9,109 · 10-31 kg = 0,000548 u Þar sem: u = 1,661 · 10-27 kg. Massarýrnunin er þá reiknuð í atómmassa-einingum.
Við getum dregið helstu atriði um agnir atómsins saman í eftir farandi töflu:
Massarýrnun er oftast mæld í atómmassa-einingum (u). Þá má nota að: 1u = 931,5 MeV /c2 Og að: mp = 1,007825 u og mn = 1,008665 Dæmi: Massarýrnunin fyrir He-kjarna er: m = 2 · 1,0078 + 2 · 1,0087 – 4,0026 = 0,0304 u E = 931,5 · 0,0304 = 28,3 MeV.
Kjarnahvörf og bindiorka Við kjarnaklofnun og kjarnasamruni myndast stöðugri kjarnar en voru fyrir. Við samruna losnar meiri orka á kjarneind og þar með á kg, en við klofnun losnar meiri orka á hvert atóm.
