Budowa Jądra Atomowego.

(Ja to też mam w prezentacji. Jeżeli ktoś chce prezentacje. To prosze napiszcie dam wam cała.)

1. Atom (z gr. atomos, niepodzielny) –
najmniejszy, niepodzielny metodami
chemicznymi składnik materii.

2. Atom jest elektrycznie obojętny. W dużym uproszczeniu przyjmuje się, że zbudowany jest z dodatniego jądra, otoczonego chmurą ujemnych elektronów. W skład jądra wchodzą protony i neutrony. Suma ich liczb stanowi liczbę nukleonów. Działają między nimi tzw. siły jądrowe, decydujące o trwałości jądra. Dodatni ładunek jądra w obojętnym atomie jest równoważony przez odpowiednią liczbę elektronów poza jądrem.

3.Modele budowy jądra
- Jądra atomowe bada się analizując samorzutne rozpady oraz rozpraszając na jądrach cząstki (promieniowanie gamma, elektrony, neutrony, protony itp.), na podstawie charakterystyki rozpraszania. Stwierdzono, że większość jąder ma kształt zbliżony do kuli, a niektóre są owalne. Gęstość obszarów wewnątrz jąder jest jednakowa i szybko spada do zera w odległości od środka, którą określamy jako promień jądra.

- Jądra mają rozmiary rzędu (10-14 – 10-15 m) [to -14 i -15 ma byc w indeksie górnym, ale tu sie nie da.], co stanowi około 1/100000 rozmiaru atomu. Jednak to w jądrze skupione jest ponad 99,9% masy atomu. Istnieje prosta zależność pozwalająca oszacować rozmiary jąder atomowych z wyjątkiem kilku najlżejszych pierwiastków

a) Model powłokowy

- Powłokowy model jądra atomowego powstał na zasadzie analogii do powłokowego modelu atomu i zgodnie z obserwacjami poziomów wzbudzenia jąder atomowych zakłada że, nukleony nie mogą wewnątrz jądra przyjmować dowolnych stanów energetycznych, lecz tylko te zgodne z energiami kolejnych powłok.

b) Modele kolektywne

- Modele te zakładają, że nie wszystkie zjawiska jądrowe da się wytłumaczyć jako oddziaływanie nukleonów.

c) Model kroplowy

- Jednym z pierwszych modeli budowy jądra był model kroplowy. Zakłada on, że nukleony w jądrze zachowują się jak cząsteczki w cieczy i w związku z tym własności jądra jako całości powinny być podobne do własności kropli cieczy.

<wzór w załaczniku>
gdzie:
A - liczba masowa,
R - promień jądra,
m - metr.

Wzór ten wynika z założeń modelu kroplowego.

4.Historia
- Istnienie jądra atomowego zostało pierwszy raz eksperymentalnie stwierdzone przez fizyka E. Rutherforda w 1911 roku.

- Rutherford bombardował złotą folię dodatnio naładowanymi cząstkami alfa. Badając rozkład kątowy promieniowania rozproszonego na folii doszedł do wniosku, że cały dodatni ładunek i masa atomu skupione są w bardzo niewielkiej objętości nazwanej później jądrem atomowym.

5. Fizyka jądra atomowego.
a) Jądra atomowe a atom

- Własności jądra są determinowane poprzez liczbę znajdujących się w nim nukleonów. Liczba protonów określa ładunek elektryczny jądra. Wielkość tego ładunku wyznacza możliwe konfiguracje elektronów otaczających jądro, z możliwych konfiguracji elektronów wynikają możliwości łączenia się atomów z sobą, a tym samym ich własności chemiczne.

- Liczba protonów w jądrze, czyli jego liczba atomowa, decyduje o tym jakiego pierwiastka chemicznego jest ten atom. Atomy posiadające jądra o tej samej liczbie protonów, ale różnej neutronów nazywa się izotopami.

- O przebiegu reakcji chemicznych decyduje układ elektronów wokół jądra, który jest determinowany wyłącznie liczbą protonów w jądrze. W reakcjach jądrowych ważna staje się nie tylko liczba protonów, ale również liczba neutronów. Liczba neutronów ma też jednak pewien wpływ na przebieg reakcji chemicznych poprzez tzw. efekt izotopowy.

b) Siły jądrowe

- Między dodatnio naładowanymi protonami występuje odpychanie elektryczne, którego efekty są równoważone przez oddziaływanie silne między nukleonami. Oddziaływania silne działają jednak tylko na bardzo krótkich dystansach, zbliżonych do rozmiarów samych jąder. Przy większych odległościach przeważają siły odpychania elektrycznego.

6. IZOTOPY
- Jądra atomowe zawierają tyle samo protonów (dla wodoru po jednym), stąd liczba atomowa poszczególnych odmian jest taka sama. Różnica między atomami polega na zawartości neutronów w jądrze, zatem odmiany te różnią się liczbą masową. Procentowy skład izotopowy pierwiastków występujących w przyrodzie jest stały.

TABELA (w załączniku)
Rysunek (w załaczniku)

7. CZĄSTKI ELEMENTARNE
TABELA (załącznik)

8. LICZBA ATOMOWA I MASOWA
a) Każdy pierwiastek w układzie okresowym ma przypisane sobie
dwie charakterystyczne liczby:
- liczbę atomową Z
- liczbę masową A

Z = liczbie protonów = liczbie elektronów w obojętnym atomie
Z = p+ = e-

A = liczbie nukleonów (protonów i neutronów)
A = nukl = p+ + n0

9. Jądra trwałe i nietrwałe.
- Tylko niektóre jądra atomowe są trwałe. Decydują o tym oddziaływania między tworzącymi je nukleonami. Większość jąder atomowych o liczbie atomowej od 1 (wodór) aż do 83 (bizmut) posiada trwałe izotopy. Cięższe pierwiastki zawsze są nietrwałe, jednak ich okresy półrozpadu są tak duże, że można znaleźć je w naturze. Najcięższym z tych pierwiastków jest posiadający liczbę atomową 94 pluton. Cięższe pierwiastki nie występują na Ziemi, jednak można je sztucznie wytworzyć w akceleratorach cząstek. Najcięższym obecnie uzyskanym jest pierwiastek o liczbie atomowej 118, o nazwie Ununoctium, który jest "ostatnim możliwym" gazem szlachetnym i który został otrzymany w Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej w 2002 r.

- Dla średnich i ciężkich jąder energia wiązania jest wprost proporcjonalna do liczby nukleonów. Wzrost liczby nukleonów o jeden powoduje zwykle podniesienie energii o 7-8 MeV. Prawo to jest zachowane dla jąder w zakresie liczb masowych od 30 do 70 nukleonów. Potem następuje wyraźne odejście od tej zależności. Energie wiązania cięższych jąder są w efekcie mniejsze niżby to wynikało z liczby nukleonów.

- Jądra z parzystą ilością neutronów i protonów (parzysto-parzyste) cechują się największą trwałością i można je odnaleźć na Ziemi w znacznych ilościach. Jądra z nieparzystą liczbą protonów lub neutronów (parzysto-nieparzyste) są już dużo mniej trwałe. Nieparzysta liczba protonów i neutronów powoduje nietrwałość jąder, choć od tej reguły są wyjątki (np. jądro wodoru). Zjawisko to wyjaśnia model powłokowy jądra atomowego.

- Trwałość jądra można przewidzieć na podstawie energii wiązania, którą da się wyznaczyć doświadczalnie porównując masę jądra z masą składników hipotetycznego rozpadu (niedoboru masy)

10. Jądra atomowe w astronomii.
a) Występujące we wszechświecie jądra atomowe powstają podczas:
- wielkiego wybuchu (wodór z niewielką domieszką helu),
- reakcji syntezy jądrowej wewnątrz gwiazd (pierwiastki lżejsze od żelaza włącznie),
- eksplozji supernowych (cięższe od żelaza).

b) Wszystkie istniejące na Ziemi pierwiastki cięższe od helu powstały w wyniku procesów zachodzących w gwiazdach, a cięższe od węgla tylko w supernowych. W obłoku, który utworzył się z rozwianej w ten sposób materii, narodziło się Słońce oraz nasz układ planetarny.

11. Zastosowania Praktyczne.
a) Energetyka jądrowa
- pozwala na praktyczne wykorzystanie procesu rozpadu jąder atomowych. Uwolniona energia może służyć do rozgrzewania pary napędzającej turbiny. W technice kosmicznej wykorzystuje się zasilacze izotopowe w sondach kosmicznych badających zewnętrzne planety Układu Słonecznego. Izotopy promieniotwórcze znalazły też zastosowanie w czujnikach dymu.

b) Broń jądrowa
- Zjawisko rozpadu jąder stosuje się również w broni jądrowej, a zjawisko syntezy jądrowej jest podstawą działania bomby wodorowej. Pierwszy raz użyto broni jądrowej podczas II wojny światowej.

c) Diagnostyka medyczna
- Techniki jądrowe wykorzystuje się w diagnostyce medycznej. Dziedzina nauki zajmująca się tego typu badaniami to radiologia. Izotopy promieniotwórcze mają szerokie zastosowania diagnostyczne oraz naukowe. Izotopy promieniotwórcze wprowadza się do badanego organizmu i mierzy się promieniowanie, w ten sposób można określić rozprzestrzenianie się danego pierwiastka w organizmie. Jeżeli teraz wykonany zostanie pomiar promieniowania poszczególnych partii ludzkiego ciała, można w ten sposób uzyskać obraz normalnie niewidocznych struktur anatomicznych.

d) Medycyna nuklearna
- W radioterapii wykorzystuje się promieniowanie wysyłane przez jądra atomowe do niszczenia komórek nowotworowych

e) Niebezpie-czeństwa związane z technologiami jądrowymi!!!
- Przetwarzanie odpadów radioaktywnych wywołuje w Europie bardzo burzliwe protesty ruchów „zielonych”. Podczas przewozu kontenerów z utylizowanym paliwem przez Niemcy więcej kosztuje organizacja kordonów policji broniącej konwój przed manifestantami, niż sam transport.

- Ubocznym skutkiem wykorzystania technologii nuklearnej może się stać uwolnienie do środowiska naturalnego substancji zawierających nietrwałe jądra czyli odpadów promieniotwórczych powodując skażenie radioaktywne środowiska.