» » » » » » Nucleul atomic

Nucleul atomic

CNO_Cycle(Ciclul reacţiilor nucleare din stelele mai grele decât Soarele)

Centrul unui atom se numește nucleu. Acesta este compus din unul sau mai mulți protoni și de obicei câţiva neutroni.Numărul de protoni din nucleul unui atom determină numărul atomic, și ce element este atomul (de exemplu hidrogen, carbon, oxigen, etc).

Deși protonii încărcaţi pozitiv exercită o forță electromagnetică de respingere între ei, distanțele dintre particulele nucleare sunt suficient de mici pentru ca interacțiunea puternică (care este mult mai puternică decât forța electromagnetică, dar scade mai rapid cu distanța) să predomine. (Atractia gravitaţionala este neglijabilă, fiind de 1036 ori mai slabă decât această repulsia electromagnetică.)

Descoperirea a electronului a fost primul indiciu că atomul avea structură internă. Această structură a fost inițial imaginată ca un model gen „cozonac cu stafide„, în care electronii mici, încărcaţi negativ, sunt incluşi într-o sferă mare, care conține toată sarcina pozitivă. Cu toate acestea, Ernest Rutherford și Marsden au descoperit în 1911 că radiaţia alfa de la o sursă de radiu este uneori, împrăștiată înapoi de pe o folie de aur, ceea ce a dus la acceptarea unui model planetar, în care electronii orbitează în jurul unui un nucleu mic la fel ca planetele în jurul soarelui.

Un nucleu greu poate conține sute de nucleoni (protoni și neutroni), ceea ce înseamnă că într-o anumită aproximare poate fi tratat ca un sistem clasic, mai degrabă decât unul cuantic. În modelul picătură de lichid, nucleul are o energie care rezultă în parte din tensiunea superficială și parțial din repulsia electrică a protonilor. Modelul picătură de lichid este capabil să reproducă multe caracteristici ale nucleelor, inclusiv tendința generală a energiei de legătură în raport cu numărul de masă, precum și fenomenul de fisiune nucleară.

Suprapuse pe această imagine clasică sunt efectele cuantice, care pot fi descrise cu ajutorul modelului păturilor nucleare, dezvoltat în mare parte de către Maria Goeppert-Mayer. Nucleele cu anumite numere de neutroni și protoni (numerele magice 2, 8, 20, 50, 82, 126, …) sunt deosebit de stabile, deoarece păturile lor sunt pline.

Deoarece unele nuclee sunt mai stabile decât altele, rezultă că energia poate fi eliberată prin reacții nucleare. Soarele este alimentat prin fuziune nucleară, în care două nuclee se ciocnesc și fuzionează pentru a forma un nucleu mai mare. Procesul opus este de fisiune, pe care se bazează centralele nucleare. Deoarece energia de legătură pe nucleon este maximă pentru nuclee de masă medie (în jurul fierului), se eliberează energie, fie prin fuzionarea nucleelor usoare, fie prin fisiunea celor mai grele.

Elementele mai uşoare decât fierul sunt create în stele în timpul unor serii de etape de fuziune. Primul, hidrogenul, huzionează cu sine însuşi, pentru a forma heliu, apoi heliul fuzionează cu el însuși de două ori pentru a forma carbonul, şi în continuare alte fuziuni formează elemente mai grele, până la fier care nu fuzionează mai departe. Atunci când steaua explodează într-o supernova, fluxul de neutrini de mare energie de la supernova va bombarda elementele rezultate din explozie pentru a forma cantităţi mari de neuclee ale elementare mai grele decât fierul. Prin urmare, în timpul evoluției stelare, prin progresia etapizată a fuziunii formând elementele grele, moartea unei stele într-o supernova poate crea elementele necesare pentru viață.

Reacțiile nucleare se petrec în mod natural pe pământ. Cu excepția cazului în care condițiile sunt provocate de om, cum ar fi exploziile atomice, temperaturile și presiunile pe pământ nu sunt suficient de mari pentru a depăși repulsia electrică dintre nuclee și a permite fuziunea. Dar nuclee grele, cum ar fi uraniul pot fisiona și emite radiaţie alfa, și poate apărea şi dezintegrarea beta. Radiaţia alfa poate fi considerată ca un caz de asimetrie extremă a fisiunii, în care un fragment este nucleul de heliu (particule alfa). În dezintegrarea beta, fie un proton este convertit într-un neutron (cu emisia unui antielectron și un neutrino), fie un neutron este convertit într-un proton (emiţând un electron și un antineutrino).

O mare parte din cercetările actuale în domeniul fizicii nucleare se referă la studiul nucleelor în condiții extreme. Cele mai grele nuclee sunt cele din stelele neutronice. Nucleele pot fi, de asemenea, caracterizate prin forme extreme, sau prin rapoarte extreme de neutroni-protoni. Experimentatorii pot utiliza, de asemenea, fuziunea indusă artificial la energii mari pentru a crea nuclee la temperaturi foarte ridicate, și există semne că aceste experimente au produs o fază de tranziție de la materie nucleară normală la o stare nouă, plasma cuarc-gluonică, în care cuarcii se amestecă între ei, în loc să fie separaţi în tripleți ca neutroni și protoni.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *