| < Prethodna lekcija | Sljedeća lekcija > |
ENERGIJA NUKLEARNIH REAKCIJA
Najpoznatija primjena nuklearne energije svakako je atomska bomba. Prilikom lančane reakcije oslobađa se ogromna količina energije - veća od bilo gdje drugdje, a što ima ikakve veze s ljudskim tvorevinama - i pitanje odakle ta energija. Naravno, tko je pazio na satu ili samo pažljivo proučio prethodnu lekciju (lekcije se ne čitaju, nego proučavaju; ako nešto niste shvatili od prve, pročitajte još jednom, pa i dvaput; fizika nije zemljopis i ne sastoji se od jednostavnih informacija koje treba ugurati u glavu) znat će odakle dolazi ta energija: iz mase.
Poledajmo još jednom primjer iz prethodne lekcije: sklapanje helija. Tamo smo računali samo kolika je razlika mase same jezgre i mase njezinih komponenata (i tu razliku nazvali "defekt mase") bez obzira na način na koji je ta jezgra nastala. Sad se moramo malo pozabaviti i načinom.
Jezgra helija najčešće će nastati tako da se sudare dvije jezgre deuterija. Dakle:
Pritom će se, kaže praksa, osloboditi prilično velika energija. Sad je na teoriji da objasni zašto. U ovom slučaju to i nije komplicirano. Mase deuterija i helija su:
m(2H)=2,01355u
m(4He)=4,00260u
Ako zbrojimo mase dvije jezgre deuterija, dobit ćemo 4,02710 u, što je veće od mase helija.
Dakle, masa materije koja ulazi u reakciju je 4,02710u, dok je masa materije koja izlazi iz reakcije jednaka 4,00260u. Razlika je Δm=0,0245u.
Kamo je nestala jedna četrdesetina mase protona?
Naravno, tko je pazio, već zna odgovor: pretvorila se u energiju, i to po staroj Einsteinovoj: E=mc2. Dakle, sklapanjem dviju jezgara deuterija u jednu jezgru helija dobit ćemo energiju
E=0,0245u · 9·1016m2/s2=4,06847 ·10-29kg · 9·1016m2/s2
E=3,6616·1012J
Pogledajmo još jedan primjer. Jedan od načina na koji se uran-235 raspada je
Mase jezgri urana-235 i torija-231 su
m(235U)=235,043915u
m(231Th)= 231.03630u
Masa prije reakcije je jednaka masi urana-235, dok je masa poslije reakcije jednaka zbroju masa jezgri torija i helija, dakle 235,03890u. Kao što vidimo, masa prije reakcije je veća za 0,0402u, što, ako je pretvorimo u energiju, znači da jedna jezgra urana-235 raspadom na torij-231 i helij-4 daje energiju od
E=6,008·10-12J
Treba napomenuti da se razlika masa prije i poslije neke nuklearne reakcije ne zove "defekt mase". Defekt mase je broj koji govori koliko je masa atomske jezgre manja od onoga što bi "trebala biti", dakle, numerička vrijednost specifična za svaku pojedinu jezgru. Međutim, energija reakcije - a to je ovo što smo gore objasnili - je stvarna energija koja se zaista dobije kad jezgre prolaze kroz reakciju.
U dva gornja primjera ste mogli primijetiti jednu čudnu stvar. Jezgra deuterija - laka jezgra - će dati energiju spajanjem u veću jezgru (fuzijom), dok će jezgra urana - teška jezgra - dati energiju raspadom na lakše jezgre (fisijom). Postoji li pravilo po kojemu možemo otkriti kad će neka jezgra dati energiju raspadom na manje, a kad spajanjem u veće jezgre?
Odgovor je: i da i ne. Danas su gotovo sve kombinacije raspada i spajanja jezgri dobro poznate i, ako želimo vidjeti u kojemu će smjeru teći energija neke reakcije, dovoljno je pogledati u knjigu i pronaći odgovarajuću tablicu. Međutim, ne postoji nikakva konkretna formula ili teorijski model koji će nam reći da "ova skupina jezgara daje energiju raspadom, a ova skupina spajanjem". Jednostavno, procesi između samih nukleona u atomskoj jezgri su vrlo složeni i danas je vrlo teško - a možda i nemoguće - isključivo računskim putem, na temelju matematičke formule, bez podataka dobivenih mjerenjem u laboratoriju i upisanih u knjige, otkriti kako će se neka jezgra ponašati u određenoj situaciji.
No, može se reći da postoji određeno pravilo. Za uočavanje tog pravila bilo je potrebno praktično, u laboratoriju provedeno promatranje, i to pravilo ima izuzetke, ali ipak ga je vrijedno zapamtiti. Ali to pravilo proizlazi iz jednog drugog svojstva jezgri, a to je energija vezanja po nukleonu.
| < Prethodna lekcija | Sljedeća lekcija > |