Ядерная реакция
Ядерная реакция — процесс образования новых ядер (и соответственно новых элементов) или частиц при столкновениях ядер или частиц.
Закономерности превращения ядер химических элементов изучает ядерная химия. О законах движения микрочастиц см. также квантовая механика.
Радиоактивный распад[править]
Подробнее см. Радиоактивный распад.
Виды распада ядра:
- бета-распад: ядро испускает электрон, заряд ядра увеличивается на единицу, массовое число не изменяется, то есть образуется ядро другого элемента, атомный номер которого на единицу больше, чем у исходного. Специфической формой бета-распада является позитронный распад (ядро испускает позитрон, заряд ядра уменьшается на единицу).
- альфа-распад: ядро выделяет ядро гелия. Приводит к образованию изотопа элемента с зарядом ядра на две единицы меньше исходного. Массовое число при этом уменьшается на четыре единицы. Наиболее характерен для тяжелых элементов, например для изотопа урана-234.
Радиоактивный распад обычно сопровождается гамма-излучением.
Для тяжелых элементов возможно также спонтанное деление ядра на две части. Оно характерно для трансурановых элементов.
Период полураспада[править]
Продолжительность жизни атомов характеризуется периодом полураспада, то есть временем, в течение которого распадается половина всего наличного числа ядер данного элемента. Большинство изотопов имеет период полураспада от 30 до 10 дней, именно поэтому только торий и уран в достаточном количестве сохранились на Земле из радиоактивных элементов (у них период полураспада по ряду причин составляет миллиарды лет). На самом деле все элементы тяжелее висмута радиоактивны.
Механизм ядерной реакции[править]
Простейший механизм ядерной реакции: одна из бомбардирующих частиц захватывается ядром-мишенью, образуется промежуточное составное ядро, которое испускает элементарную частицу или легкое ядро и превращается в новое ядро.
Виды ядерных реакций[править]
Виды ядерных реакций:
- Деление ядра, может вызвать цепную реакцию, что является основой действия атомной бомбы.
- Термоядерная реакция, реакции синтеза ядер, в результате которых возникли все химические элементы из водорода. Сопровождаются выделением огромных количеств энергии.
- Фотоядерная реакция
Ядерные реакции в природе[править]
Синтез и превращение элементов происходят на всех стадиях звездной эволюции. Появление новых элементов возможно за счет слияния ядер либо за счет поглощения ядрами нейтронов. Условия, необходимые для этих процессов, возникают либо в недрах звезд, либо в звездных атмосферах, и обычно связаны с ускорением частиц за счет высокой температуры либо электромагнитных полей.
Основной источник энергии Солнца — ядерная реакция превращения водорода в гелий (вообще наиболее обычная во Вселенной и характерная для большинства звезд). В звездах другого типа протекают термоядерные реакции гелия с образованием углерода, кислорода, неона, магния, серы, аргона, кальция и так далее. С участием протонов и нейтронов образуются элементы вплоть до висмута. Радиоактивные элементы образуются при взрыве сверхновых звезд, когда освобождается колоссальная энергия, которая расходуется на синтез тяжелых элементов.
На Земле в основном только реакции радиоактивного распада, синтез элементов происходит только на звездах, поэтому нас постоянно окружают осколки когда-то разорвавшейся звезды, которые позже летали в космосе, объединились в туманность, и после образования в этой туманности молодой звезды (нашего Солнца) конденсировались в планеты.