ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ 2 ο Λύκειο Αγίας Βαρβάρας

Ο πρώτος που παρατήρησε πυρηνικές αντιδράσεις ήταν ο Rutherford. Σωμάτια α βομβαρδίζουν πυρήνες αζώτου.

Σε μια πυρηνική αντίδραση : Διατηρείται ο αριθμός των νουκλεονίων. ( Το άθροισμα των μαζικών αριθμών είναι ίδιο στα αντιδρώντα και στα προϊόντα ) Διατηρείται το φορτίο.( Το άθροισμα των ατομικών αριθμών είναι ίδιο στα αντιδρώντα και στα προϊόντα ) Διατηρείται η ορμή. Διατηρείται η ενέργεια με την γενικευμένη έννοια. ( Άθροισμα κινητικής ενέργειας και ενέργειας που αντιστοιχεί στη μάζα ηρεμίας. )

Έστω η πυρηνική αντίδραση : Ορίζεται ως ενέργεια Q της αντίδρασης : Αν το Q είναι θετικό η αντίδραση είναι εξώθερμη. Αν το Q είναι αρνητικό η αντίδραση είναι ενδόθερμη.

Πυρηνική σχάση Κατά τη σχάση, ένας βαρύς πυρήνας βομβαρδίζεται από νετρόνια και διασπάται σε δύο μικρότερους πυρήνες. Η μάζα ηρεμίας των προϊόντων είναι μικρότερη και έτσι η αντίδραση είναι εξώθερμη.

Η πρώτη σχάση πραγματοποιήθηκε από τους Otto Hahn και Fritz Strassman το Έγινε βομβαρδισμός Ουρανίου 235 με νετρόνια. Υπάρχουν 90 διαφορετικοί συνδυασμοί των θυγατρικών πυρήνων που μπορεί να ληφθούν. Ένας από αυτούς είναι : Η κινητική ενέργεια των προϊόντων είναι 200 MeV

Μηχανισμός Βομβαρδισμός

Μηχανισμός Ο πυρήνας προσλαμβάνει ενέργεια και ταλαντώνεται βίαια.

Μηχανισμός Παραμορφώνεται και σχηματίζεται στένωμα.

Μηχανισμός Η ηλεκτρική άπωση ωθεί τους λοβούς σε αποκόλληση.

Μηχανισμός Οι λοβοί αποχωρίζονται. Στα θραύσματα της σχάσης συμπεριλαμβάνονται και νετρόνια

Τα νετρόνια που παράγονται προκαλούν τη σχάση και άλλων πυρήνων. Ξεκινά μια αλυσιδωτή αντίδραση που αν δεν ελεγχθεί ελευθερώνει τεράστια ποσά ενέργειας ( ατομική βόμβα ). Τα νετρόνια σε έναν αντιδραστήρα επιβραδύνονται και η σχάση είναι ελεγχόμενη.

Άλλες αντιδράσεις σχάσης

Στην ανώτερη ατμόσφαιρα λαμβάνουν χώρα οι :

Πυρηνική σύντηξη Οι ελαφροί πυρήνες έχουν μικρότερη ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο από τους βαρύτερους. Κάτω από ορισμένες συνθήκες δύο ελαφροί πυρήνες συνενώνονται και προκύπτει ένας βαρύτερος. Η διαδικασία αυτή λέγεται σύντηξη.

Πυρηνική σύντηξη

Κύκλος πρωτονίου - πρωτονίου Πιστεύουμε ότι στο εσωτερικό του Ήλιου γίνονται διαδοχικά οι : Τα παραγόμενα ποζιτρόνια συγκρούονται με ηλεκτρόνια, εξαϋλώνονται και παράγονται φωτόνια γ.

Κύκλος πρωτονίου - πρωτονίου Αν τελικά προσθέσουμε τις :

Μια άλλη περίπτωση σύντηξης

Για να γίνει σύντηξη πρέπει να πλησιάσουν πολύ οι πυρήνες, ώστε να δράσουν οι πυρηνικές δυνάμεις. Για να υπερνικηθούν όμως οι ηλεκτρικές απώσεις πρέπει να κινούνται με μεγάλες ταχύτητες. Αυτό όμως σημαίνει περιβάλλον με τεράστιες θερμοκρασίες ( της τάξης του 10 8 Κ ). Τέτοιες θερμοκρασίες υπάρχουν στα άστρα όπου γίνονται οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις. Σε τέτοιες θερμοκρασίες τα άτομα έχουν χάσει τα ηλεκτρόνιά τους. Η κατάσταση αυτή ( πυρήνες και ηλεκτρόνια ) ονομάζεται πλάσμα.

Οι απαιτούμενες τεράστιες θερμοκρασίες κάνουν πολύ δύσκολη την κατασκευή αντιδραστήρων ελεγχόμενης σύντηξης. Όταν θα γίνει αυτό εφικτό, θα λυθεί το πρόβλημα των ραδιενεργών αποβλήτων και θα παράγεται φτηνή ενέργεια από το δευτέριο που υπάρχει άφθονο στους ωκεανούς.