Física nuclear em poucas palavras
A energia de uma bomba nuclear vem de dentro do núcleo do átomo. Massa é convertida em energia de acordo com E = mc
Conteúdo
irradiando partículas
Em alguns casos, a força nuclear não é capaz de manter um núcleo todos juntos, e o núcleo perde algumas de suas partículas. físico francês Henri Becquerel descobriu acidentalmente este efeito em 1896. Ele estava intrigado com as experiências com raios-x que Wilhelm Roentgen tinha vindo a fazer na Alemanha. Becquerel obtido um sal de urânio para ver se podia observar esses raios-x.
Em seu laboratório no Museu de História Natural de Paris (onde seu pai e avô também tinha sido professores de física), Becquerel começou seus experimentos expondo ao sol uma chapa fotográfica com o sal de urânio polvilhado nele, pensando que a luz solar seria ativar o raios X. Em um dia nublado, quando ele não poderia realizar um de seus experimentos, ele colocou a chapa fotográfica com o sal de urânio em uma gaveta. Poucos dias depois, ele foi em frente e desenvolveu a placa de qualquer maneira, pensando que ele estava indo para obter uma imagem fraca. Mas a imagem era muito forte, com alto contraste. Ele logo percebeu que ele tinha descoberto um novo tipo de radiação energética.
Quando Pierre e Marie Curie ouvido do experimento de Becquerel, eles começaram a procurar outros elementos que poderiam emitem raios semelhantes. Eles descobriram que, tório e urânio emitem a mesma radiação. E em 1898, eles descobriram dois novos elementos: polônio (em homenagem a Polônia onde Marie) e rádio. Os Curie nomeado o efeito radioatividade.
Na Inglaterra, Ernest Rutherford concebido experimentos para investigar este novo fenómeno da radioactividade e foi capaz de mostrar que esses raios vêm em duas variedades, uma mais penetrante do que o outro. A menos penetrantes um, que ele chamou de alfa, tem carga elétrica positiva. O casal Curie em Paris descobriu que o outro, chamado beta, é carregada negativamente.
Percebendo as limitações da força nuclear
Por que esses núcleos emitindo partículas? A força nuclear é suposto ser extremamente forte. Por que ele não é capaz de manter todas estas partículas dentro do núcleo?
A resposta é que a força nuclear tem um alcance muito curto de ação. É capaz de amarrar em partículas que são próximos uns dos outros. Se as partículas estão muito distantes, a força pára de funcionar. Se as partículas que ser prótons, que têm cargas positivas, a força elétrica agindo sozinho vai empurrá-los separados.
Quando as partículas nucleares são empacotados em um núcleo de um átomo, cada partícula interage apenas com os seus vizinhos mais próximos. Em um núcleo com mais de 30 partículas, uma partícula no meio do núcleo não irá sentir a força nuclear de uma partícula nas bordas. Cada uma das partículas nucleares no cluster sente a atracção nuclear das outras partículas no cluster (seus vizinhos imediatos). No entanto, estas partículas não sentir a força da partícula perto da borda.
Pense desta forma: Imagine que você e um grupo de vários amigos estão tentando ficar juntos ao nadar em águas agitadas. Se todos decidem dar as mãos, cada um de vocês vai ser segurando os dois vizinhos mais próximos. O aperto de um nadador em uma extremidade da cadeia grande, não importa o quão forte que parece seu vizinho imediato, não tem influência sobre um nadador na outra extremidade. Se a água fica muito difícil, todo o grupo pode quebrar, criando pequenos grupos de dois, três, ou talvez quatro.
Como as águas ásperas que quebram seu grupo, a repulsão elétrica dos prótons tenta quebrar um grande núcleo. No entanto, no núcleo, alguns ajudantes tentar manter a coisa toda em conjunto: os nêutrons. Nêutrons não têm carga elétrica, e a única força que eles sentem é a atração nuclear. Eles são os nadadores qualificados que não vai ser empurrado pelas águas ásperas. Se você tem um número suficiente deles em seu grupo, ele vai ficar juntos.
Video: Física Nuclear - 1/6 - A descoberta da radioatividade
Estudando alfa decaimento
Como o grupo de natação com os nadadores especializados, um núcleo com um número equilibrado de protões e de neutrões é estável e permanece unida. Mas se um núcleo tem muitos prótons, a repulsão elétrica total pode sobrecarregar a atração da força nuclear, e um pedaço do núcleo pode voar além.
A peça que sai do núcleo é geralmente sob a forma de um de partículas alfa, um conjunto de dois protões e dois neutrões. (Esta partícula é também o núcleo do átomo de hélio.) Acontece que estas quatro partículas são mantidas em conjunto muito firmemente pela força nuclear, de modo que este conjunto é uma configuração muito estável de partículas nucleares. Estas são as partículas que Rutherford identificados como radiação alfa. Os físicos chamam o efeito das partículas alfa deixando o núcleo alfa decaimento.
Detectando decaimento beta
Parece que ter um monte de nêutrons é bom para um núcleo, porque nêutrons não sentir a repulsão elétrica, mas fazer sentir a atração nuclear. Eles são os nadadores qualificados em águas agitadas. No entanto, esses nadadores qualificados não têm muita resistência. Um nêutron por conta própria, longe do núcleo, tem a duração de apenas cerca de 15 minutos. Após estes 15 minutos, que se transforma em um protão, um electrão, e outra pequena partícula chamada neutrino. Este efeito é chamado decaimento beta.
Dentro do núcleo, cercado por outras partículas, nêutrons durar muito mais tempo. Quando há prótons suficientes ao redor, um efeito física quântica impede nêutrons de criar mais prótons. A física quântica descreve-o, dando a cada próton no núcleo seu próprio espaço ou fenda. Quando há bastante prótons, todos os slots são tomadas e há prótons adicionais são permitidos.
Em um núcleo com demasiados neutrões, um neutrão nas bordas exteriores do núcleo pode decair para um protão porque haverá espaços vazios para este novo protão para ficar em. Portanto,
Video: Física Nuclear e suas aplicações
Um núcleo com demasiados neutrões é instável e se decompõe em um protão, um electrão, e um neutrino.
Os prótons criados por esta decadência ficar no núcleo. Os elétrons não pertencem ao-núcleo não há slots para eles lá. O mesmo vale para os neutrinos. Portanto, os elétrons e neutrinos são ambos ejetado. Neutrinos são extremamente difíceis de detectar. Eles podem passar por toda a Terra e sair na outra extremidade sem uma única colisão. Mas os elétrons são fáceis de detectar. Estes elétrons separatistas criar o raios beta que os Curie e Rutherford viu.
Em ambos os casos, os decaimentos alfa e beta, o núcleo radioactivo muda para o núcleo de um outro elemento, quando se desprende a alfa ou a partícula beta.
Um terceiro tipo de decaimento radioactivo existe no qual o núcleo instável desprende apenas a radiação muito enérgica, mas não há partículas são ejectadas. A radiação eletromagnética é e é chamado raios gama. Neste caso, o núcleo simplesmente dá de volta um pouco de energia que ganhou anteriormente, mas não perde a sua identidade.