Διάλεξη 7: Αλληλεπιδράσεις νετρονίων & πυρηνική σχάση

Σχετικά έγγραφα
Διάλεξη 5: Αποδιέγερσεις α και β

Διάλεξη 11-12: Ασκήσεις στην Πυρηνική Φυσική

Διάλεξη 4: Ραδιενέργεια

Διάλεξη 7: Αλληλεπιδράσεις νετρονίων & πυρηνική σχάση

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ. Στις παρακάτω ερωτήσεις 1-4, να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα, το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Διάλεξη 6: Φυσική Ραδιενέργεια και πυρηνικές αντιδράσεις

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/04/16

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ. Στις παρακάτω ερωτήσεις 1-4, να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα, το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Διάλεξη 8: Πυρηνική ενέργεια από αντιδράσεις σχάσης. Πυρηνική σύντηξη

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/05/15

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2013

Διάλεξη 3: Ενέργεια σύνδεσης και πυρηνικά πρότυπα

ΕΜΒΕΛΕΙΑ ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 18/04/16

Ασκήσεις στην Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/04/16

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΙΚΗΣ Έλλειµµα µάζας και ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα του ατόµου A

Περιεχόµενα Παρουσίασης 2.1

1. Ιδιότητες των πυρήνων

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 20 ΜΑΪΟΥ 2015 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Διάλεξη 1: Εισαγωγή, Ατομικός Πυρήνας

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 19/04/16

i. 3 ii. 4 iii. 16 Ε 1 = -13,6 ev. 1MeV= 1, J.

AΠO ΤΑ ΠΡΩΤΟΝΙΑ & ΤΑ ΝΕΤΡΟΝΙΑ ΣΤΟΥΣ ΠΥΡΗΝΕΣ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΤΡΙΤΗ 22 MAIΟΥ 2007 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

Σχάση. X (x, y i ) Y 1, Y 2 1.1

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 5 ΣΕΛΙΔΕΣ

Niels Bohr ( ) ΘΕΜΑ Α

Το µοντέλο της υγρής σταγόνας

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 3 ΙΟΥΛΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 14 ΙΟΥΝΙΟΥ 2000 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΕΞΙ (6)

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΕΠΑ.Λ. Β ΟΜΑ ΑΣ ΦΥΣΙΚΗ I ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ

ΦΥΣΙΚΗ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ 2006 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ 2007 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ

Γ' ΤΑΞΗ ΓΕΝ.ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΦΥΣΙΚΗ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1.

Ο Πυρήνας του Ατόμου

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ 4. ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΙΣ ΜΕΤΑΠΤΩΣΕΙΣ. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

Ανιχνευτές σωματιδίων

ΘΕΜΑ Α. Ι. Οδηγία: Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Ηµεροµηνία: Κυριακή 1 Απριλίου 2012 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Ξ. Ασλάνογλου Τμήμα Φυσικής Ακαδ. Έτος ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

4η εργασία Ημερομηνία αποστολής: 1 Απριλίου 2007 (Τα θέματα κάθε άσκησης θεωρούνται ισοδύναμα)

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

n proton = 10N A 18cm 3 (2) cm 2 3 m (3) (β) Η χρονική απόσταση δύο τέτοιων γεγονότων θα είναι 3m msec (4)

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 27 ΜΑΪΟΥ 2005 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΕΞΙ (6)

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Φυσικά ή τεχνητά ραδιονουκλίδια

ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΔΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Επιμέλεια: Ομάδα Φυσικών της Ώθησης

δ. εξαρτάται µόνο από το υλικό του οπτικού µέσου. Μονάδες 4

γ-διάσπαση Διάλεξη 17η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Μονάδες Η θεωρία των κβάντα:

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 5 ΣΕΛΙ ΕΣ

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

3. Ο Rutherford κατά το βοµβαρδισµό λεπτού φύλλου χρυσού µε σωµάτια α παρατήρησε ότι: α. κανένα σωµάτιο α δεν εκτρέπεται από την πορεία του

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 14 ΙΟΥΝΙΟΥ 2000 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ

λ Ε Πχ. Ένα σωματίδιο α έχει φορτίο +2 όταν επιταχυνθεί από μια διαφορά Για ακτίνες Χ ή ακτινοβολία γ έχουμε συχνότητα

ΘΕΜΑ 1 ο. Μονάδες Σε µια εξώθερµη πυρηνική αντίδραση:

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Αντιδράσεις των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα,

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 20 ΜΑΪΟΥ 2013 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Δ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

διατήρησης της μάζας.

ΑΡΧΗ 2ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΤΑΞΗ

Α.3. Δίνονται οι πυρήνες Α, Β, Γ με τις αντίστοιχες ενέργειες σύνδεσης ανά νουκλεόνιο.

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 8 ΣΕΛΙΔΕΣ

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙKΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΥΕ η ΕΡΓΑΣΙΑ Προθεσμία αποστολής 10/06/05

β - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΛΑ Β) ΔΕΥΤΕΡΑ 20 ΜΑΙΟΥ 2013 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΤΑΞΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2003

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 12 ΙΟΥΝΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ 2010 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΜΑΘΗΜΑ - ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΗ ΥΛΗ

Διάλεξη 2: Πυρηνική Σταθερότητα, σπιν & μαγνητική ροπή

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 10/05/16

Ασκήσεις Ακ. Έτους (επιλύθηκαν συζητήθηκαν κατά τη διδασκαλία) Όπου χρειάζεται ο Αριθμός Avogadro λαμβάνεται

Ασκήσεις Ακ. Έτους (επιλύθηκαν συζητήθηκαν κατά τη διδασκαλία) Όπου χρειάζεται ο Αριθμός Avogadro λαμβάνεται

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Υπό Γεωργίου Κολλίντζα

Transcript:

Διάλεξη 7: Αλληλεπιδράσεις νετρονίων & πυρηνική σχάση Αλληλεπιδράσεις νετρονίων Το νετρόνιο ως αφόρτιστο νουκλεόνιο παίζει σημαντικό ρόλο στην πυρηνική φυσική και στην κατανόηση των πυρηνικών αλληλεπιδράσεων. Ο ρόλος του νετρονίου γίνεται ιδιαίτερα σημαντικός και στον τομέα των εφαρμογών για τον ίδιο ακριβώς λόγο. Όπως γνωρίζουμε το ελεύθερο νετρόνιο είναι ασταθές με χρόνο ημιζωής 10 λεπτά. Αποδιεγείρεται μέσω της ασθενούς αλληλεπίδρασης σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο ηλεκτρονίου. n p+ e - + ν e Η απουσία ηλεκτρικού φορτίου καθιστά το νετρόνιο ένα σωμάτιο με εξαιρετικά μεγάλη διαπερατότητα. Είναι εντυπωσιακό να αναφέρουμε ότι η μέση ελεύθερη διαδρομή ενός νετρονίου με ενέργεια 1 MeV στον σίδηρο είναι 2.2 cm, ενώ αντίθετα, ένα πρωτόνιο με την ίδια ενέργεια σταματά σε μόλις 6 μm. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το νετρόνιο λόγω της απουσίας ηλεκτρικού φορτίου δεν αισθάνεται σχεδόν καθόλου τις Η/Μ αλληλεπιδράσεις οι οποίες και έχουν κυρίαρχο ρόλο στην ανάσχεση της ενέργειας του πρωτονίου. Έτσι καθώς το νετρόνιο κινείται μέσα στην ύλη χάνει διαδοχικά την ενέργεια του μέσα από αλλεπάλληλες συγκρούσεις με αποτέλεσμα μετά από ικανό χρονικό διάστημα να θερμποποιειθεί. Δηλαδή η ενέργεια του να εξισωθεί με την ενέργεια E=(3/2)kT, όπου k η σταθερά Boltzmann. Όταν συμβεί αυτό η ενέργεια του νετρονίου έχει μειωθεί αρκετά οπότε και η πιθανότητα να πραγματοποιηθεί μια αντίδραση σύλληψης νετρονίου αυξάνει. Και κάπως έτσι συνήθως τελειώνει το ταξίδι ενός νετρονίου εντός ενός υλικού. Η εικόνα δηλαδή είναι τελείως διαφορετική από αυτή του πρωτονίου όπου λόγω του ηλεκτρικού φορτίου το πρωτόνιο αλληλεπιδρά με συνεχή τρόπο με το νέφος ηλεκτρονίων των ατόμων με αποτέλεσμα την συνεχή και εντατική απώλεια ενέργειας. Η διαδικασία επιβράδυνσης του νετρονίου γίνεται πιο αποτελεσματική όσο η μάζα των πυρήνων του υλικού εντός του οποίου ταξιδεύει το νετρόνιο πλησιάζει την δική του μάζα. Αυτό συμβαίνει διότι η αρχή διατήρησης της ενέργειας και της ορμής επιβάλλουν ότι σε μια κρούση η ενέργεια που μεταφέρεται από το ένα σώμα στο άλλο αυξάνει όσο η διαφορά των μαζών γίνεται μικρότερη. Ένα συνηθισμένο παράδειγμα αυτού του κανόνα είναι οι σφαίρες του μπιλιάρδου όπου η κινούμενη σφαίρα σταματά πλήρως όταν έχουμε κατά μέτωπο κρούση με μία άλλη σφαίρα της ίδιας μάζας και η κινητική ενέργεια μεταφέρεται εξολοκλήρου στην προηγουμένως ακίνητη σφαίρα. Για τον λόγο αυτό υλικά πλούσια σε H όπου έχει παρόμοια μάζα με το νετρόνιο θεωρούνται άριστοι επιβραδυντές των νετρονίων. Να λοιπόν γιατί οι ποιο πολλοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν το νερό ως μέσο επιβράδυνσης των νετρονίων Νικόλας Πατρώνης 1

Σχήμα 1: Η τροχιά δέσμης νετρονίων σε τρία διαφορετικά υλικά. Το ίδιο φαίνεται και στο πιο πάνω σχήμα όπου καταγράφεται η τροχιά για ένα νετρόνιο 1 ΜeV το οποίο προσπίπτει σε έναν κύλινδρο μολύβδου, αλουμινίου, και πολυαιθυλενίου. Η αντίδραση σύλληψης του νετρονίου αυξάνει γενικά όσο μειώνεται η ενεργεία του. Αυτό με ποιοτικά κλασικά επιχειρήματα μπορούμε να το καταλάβουμε ως εξής. Το νετρόνιο ως ουδέτερο σωμάτιο δεν χρειάζεται υψηλή ενέργεια για να πλησιάσει έναν πυρήνα δεν νιώθει δηλαδή την άπωση Coulomb. Από την άλλη, όσο πιο μικρή είναι η ταχύτητά του τόσο περισσότερο χρόνο περνά ώσπου να διασχίσει την γειτονιά ενός πυρήνα με αποτέλεσμα να αυξάνει η πιθανότητα σύλληψης του. Σχήμα 2: Ενεργές διατομές αλληλεπίδρασης νετρονίων με διάφορα υλικά-στόχους. Όπως φαίνεται στο προηγούμενο σχήμα γενικά η ενεργός διατομή σύλληψης ή αλληλεπίδρασης ενός νετρονίου αυξάνει όσο μικρότερη είναι η ενέργεια αλλά υπάρχουν υλικά όπως το Cd (κόκκινο) και το Β-10(ροζ) για τα οποία η ενεργός διατομή είναι τάξεις Νικόλας Πατρώνης 2

μεγέθους μεγαλύτερη από άλλα. (Στην περίπτωση του Cd το σχήμα αναφέρει (n,a) αλλά αυτό είναι λάθος. Προφανώς εννοεί (n,t) ή (n,γ)) Αυτά λοιπόν τα υλικά χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως σε διατάξεις και σε πειραματικές εγκαταστάσεις προκειμένου να απορροφήσουν τα θερμοποιημένα νετρόνια. Παράδειγμα Σχήμα 3: Χαρακτηριστικό παράδειγμα μεταβολής της ενεργού διατομής σύλληψης νετρονίου σε συνάρτηση της ενέργειας του νετρονίου (n+cd). Στο σχήμα αυτό βλέπουμε ότι η ενεργός διατομή σύλληψης νετρονίου για το Cd αυξάνει μέχρι και 5 τάξεις μεγέθους καθώς η ενέργεια του μειώνεται. Παράδειγμα Να προσδιοριστεί η ενεργός διατομή σύλληψης νετρονίου όταν ο ρυθμός αντιδράσεων σε ένα φύλο αλουμινίου πάχους 0.3 mm και επιφάνειας 1cm 2 είναι R=1.81 * 10 7 αντιδράσεις/s. Η ροή των νετρονίων που προσπίπτουν στο φύλλο αλουμινίου είναι 5 χ 10 12 n/(s cm 2 ) Λύση: Πυκνότητα ατόμων στο αλουμίνιο : 2.7 gr ( N A 27 gr ) 2.7 gr ( 6.02 1023 ) 27 gr n= = =6.02 10 22 άτομα /cm 3 1cm 3 1 cm 3 I=1cm 2 5 10 12 n/(cm 2 s)=5 10 12 n/ s Αφού μετατρέψουμε όλες τις μονάδες σε cm έχουμε: Νικόλας Πατρώνης 3

σ= R d n I 1.81 10 7 n(που συλλαμβάνονται)/s σ= 3 10 2 (cm) 6.0210 22 (πυρήνες /cm 3 ) 5 10 12 (n/ s) σ=2 10 27 cm 2 =2mb Πυρηνική σχάση Πυρηνική σχάση συμβαίνει όταν ένας βαρύς πυρήνας όπως το το - διασπάται σε δύο μικρότερους πυρήνες. Πρόκειται για μια εξώθερμη διαδικασία δεδομένου ότι το άθροισμα των μαζών των πυρήνων που παράγονται είναι κατά πολύ μικρότερο από το πατρικό πυρήνα. n+ 236 * X+ Y + k n, όπου k 2 3 Στην πιο πάνω εξίσωση παρουσιάζονται τα βασικά στάδια μιας αντίδρασης σχάσης. Αρχικά ένα θερμικό νετρόνιο συλλαμβάνεται από έναν πυρήνα και σχηματίζεται ένας πυρήνας 236 ο οποίος μάλιστα βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση. Τότε ο πυρήνας ξεκινά να παραμορφώνεται έως ότου διασπαστεί σε δύο πυρήνες. Οι παραγόμενοι πυρήνες είναι όμως πολύ πλούσιοι σε νετρόνια οπότε με την σειρά τους εκπέμπουν 2 με 3 νετρόνια. Συγκεκριμένα ο μέσος αριθμός νετρονίων για κάθε γεγονός σχάσης της παραπάνω εξίσωσης είναι ν=2.42. Αυτό που ακόμα και σήμερα θεωρείται ιδιαίτερα εντυπωσιακό είναι η άνιση κατανομή μαζών με πιο πιθανή την περίπτωση το ένα θραύσμα να έχει μάζα Α=95 και το άλλο Α=140. Αυτή η άνιση κατανομή μαζών πρόσφατα έγινε κατανοητή μέσα από ενδελεχείς υπολογισμούς όπου η δομή των παραγόμενων πυρήνων και η διάταξη των φλοιών λήφθηκε υπόψη. Σχήμα 4: Ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο για τις πιθανότερες μάζες θραυσμάτων σχάσης του Νικόλας Πατρώνης 4

Έχει ενδιαφέρον να εξετάσουμε πως και γιατί παράγεται τόσο μεγάλο ποσό ενέργειας κατά την διαδικασία πυρηνικής σχάσης. Η μάζα ηρεμίας ενός πυρήνα είναι: A M ( Z X N )=Z m p + N m n Ε b Από την μπλε γραμμή στο πιο πάνω σχήμα βλέπουμε ότι η ενέργεια σύνδεσης για ένα πυρήνα στην περιοχή Α= είναι 7.6 MeV/νουκλεόνιο. Στην περιοχή της μάζας Α=140 (δεξιά κόκκινη γραμμή) η ενέργεια σύνδεσης είναι: 8.4 MeV/νουκλεόνιο και η αντίστοιχη τιμή για Α=95 είναι 8.6 MeV/νουκελόνιο. Για τα δυο προϊόντα μπορούμε να πάρουμε μια μέση τιμή ενέργειας σύνδεσης τα 8.5 MeV/νουκλεόνιο. Για να υπολογίσουμε προσεγγιστικά την παραγόμενη ενέργεια Q θα πρέπει α αφαιρέσουμε από την αρχική μάζα του το άθροισμα των μαζών των προϊόντων. Q=M( 92 143 ) M ( 140 X 95 ) M ( Y ) Q= E b ( 140 )+ E b ( X Παράδειγματα 95 )+ E b ( Y )= u 7.6 MeV /u+ (140+ 95)u 8.5MeV /u Q= (8.5 7.6)MeV Q 210 MeV 1)Υπολογισμός αριθμού νετρονίων σε διάφορες περιπτώσεις σχάσης επαγόμενης από νετρόνια. n+ 92 n+ 92 140 54Χe 132 50Sn 94 + 38Sr+ 2n, 101 42 + Mo+ 3n, Νικόλας Πατρώνης 5

2)Παραγωγή ενέργειας από την σχάση 1000 kgr. Λύση: Άτομα : N ( )= 106 gr N A gr Ολική παραγόμενη ενέργεια: =2.56 10 27 πυρήνες Ε=2.56 10 27 210 MeV =5.4 10 29 MeV =5.4 10 29 MeV 4.45 10 20 kwh/ MeV E=2.4 10 10 kwh Δηλαδή ένας τόνος ουρανίου αρκεί να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες μιας πόλης μισού εκατομμυρίων κατοίκων για έναν ολόκληρο χρόνο!!! Νικόλας Πατρώνης 6