Elemente de fizic nuclear

PAGE 1

Elemente de fizic( nuclear( Descoperirea radia(iilor X.

n 1895, no(iunile de atom (i de molecul( erau aproape universal adoptate datorit( lucr(rilor lui Dalton, Proust, Avogadro etc., dar structura ins((i a atomului era necunoscut(: atomul era considerat ultimul element al oric(rui corp simplu (i se admitea c( exist( tot at(tea specii de atomi c(te corpuri simple exist(.

Studiile asupra electricit((ii au furnizat, (n paralel, cuno(tin(e noi, (n special (n privin(a propag(rii undelor electromagnetice, dar experien(ele (n domeniul desc(rc(rilor (n gaze rarefiate, de(i numeroase, nu-(i dezv(luiser( (nc( secretele; abia (n 1897 J.J.Thomson descoper( electronul (i (i m(soar(, c((iva ani mai t(rziu, sarcina-care se dovede(te egal( cu cea a unui ion univalent- ceea ce (i permite s( (l considere ca "un adev(rat atom de electricitate".

Cu doi ani mai devreme (1895), W.C.R(ntgen descoperise radia(iile X. n laboratorul s(u de la W(rzburg, R(ntgen a observat pentru prima dat( radia(ii invizibile ce se propag( (n afara unui tub de radia(ii catodice acoperit cu h(rtie neagr(, radia(ii capabile s( provoace luminescen(a unui ecran acoperit cu platinocianur( de bariu. El a denumit aceste radia(ii, de natur( necunoscut(, radia(ii X. Cercet(rile lui R(ntgen au continuat de fapt numeroase cercet(ri (ntreprinse mai (nainte asupra radia(iilor catodice, (n special de Villard, Crookes (i Wiechert. Jean Perrin dovedise c( radia(iile catodice sunt formate dintr-un fascicul de electroni rapizi. n afar( de ac(iunea lor asu-

pra ecranelor fluorescente, R(ntgen a stabilit c( noile radia(ii necunoscute impresioneaz( placa fotografic( (i ionizeaz( aerul (nconjur(tor. El a dovedit, de asemenea, c( radia(iile X sunt capabile s( str(bat( grosimi de materiale relativ mari, fiind absorbite mai mult de elementele cu greutate atomic( mare. Folosind aceast( proprietate, el a ob(inut primele radiografii ale scheletului unor fiin(e vii.

S-au ob(inut progrese rapide (n construc(ia tuburilor, prin introducerea anticatodului (i apoi prin punerea la punct a tuburilor cu catod cald de c(tre Coolidge (1913), dup( descoperirea emisiei de electroni a corpurilor incandescente.

Dup( cercet(rile lui R(ntgen, nu au mai fost ob(inute rezultate fundamentale (n domeniul radia(iilor X dec(t dup( 15 ani, (n urma lucr(rilor lui von Laue, care a ar(tat c( radia(iile X reprezint( o radia(ie electromagnetic( cu lungime de und( mic(, (i ale lui Moseley, care a stabilit leg(tura dintre spectrele caracteristice de linii ale radia(iilor X (i structura electronic( a atomilor. Descoperirea radia(iilor X a avut, pe l(ng( aplica(iile sale imediate, o foarte mare importan(( pentruu toat( dezvoltarea ulterioar( a fizicii.

Descoperirea radia(iilor X (i a comport(rii acestora i-a f(cut pe savan(ii vremii s( (ncerce s( elaboreze unele modele ale structurii atomului. La (nceputul secolului XX, J. Perrin (1901), Lenard (1903) (i Nagaoka (1904) au propus un model dinamic cu sar-

cinile pozitive concentrate (n nucleu (i (nconjurate de particule negative. n 1904, J. J. Thomson a propus un nou model de atom static. Atomul ar avea forma unei sfere (nc(rcate uniform cu sarcini pozitive, iar (n interior s-ar g(si electronii astfel (nc(t atomul s( fie neutru.

O imagine simpl( (i comod( a atomului, clasic( ast(zi, este cea a modelului lui Rutherford-Bohr (1911-1913), (n care atomul este reprezentat printr-un nucleu central (nc(rcat pozitiv, (nconjurat de electroni ce graviteaz( pe orbite circulare sau eliptice, ale c(ror centre, sau unul dintre focare, este ocupat de nucleu. Ansamblul este neutru din punct de vedere electric; pentru un atom cu num(r atomic Z, sarcina nucleului este +Ze. Pe aceste orbite, electronii (n mi(care nu radiaz( energie, dar c(nd un electron trece de pe o orbit( pe alta, apare un schimb de energie cu mediul exterior, efectuat (n general prin intermediul unui foton, a c(rui frecven(( este dat( de h = Ei - Ef, unde Ei (i Ef sunt energiile de leg(tur( ale electronului (n starea ini(ial( (i cea final(.

Radia(iile X caracteristice sunt astfel produse prin tranzi(ii electronice (ntre p(turile cele mai apropiate de nucleu. Ciocnirile unor electroni, cu energie suficient de mare, cu atomii unei (inte au drept rezultat apari(ia unor radia(ii X caracteristice, datorit( smulgerii unui electron din straturile interne ale anumitor atomi. Dar (ncetinirea particulelor accelerate (i, (n special, a electronilor care trec prin vecin(tatea centrelor cu sarcin(, produce o radia(ie electromagnetic(, numit( radia(ie de fr(nare, care explic( spectrul continuu de radia(ii X.

n timp ce structura atomului putea fi considerat( cunoscut( (n limite rezonabile, structura nucleului r(m(nea (nc( o enigm(, (n ciuda eforturilor considerabile efectuate de numero(I fizicieni. Nucleul este un sistem complex, format din protoni (i neutroni. Ca (i cortegiul electronic al atomului, nucleul se poate g(si (ntr-o stare de energie care nu corespunde st(rii de energie minim(; el sufer( atunci o evolu(ie spre aceast( stare, (nso(it( de o eliberare de energie. Anumite nuclee pot r(m(ne mult timp (n aceast( stare metastabil( (p(n( la mai multe sute de milioane de ani) (i s( sufere la un moment

dat o transformare: se spune c( acestea sunt radioactive. Energia este eliberat( sub forma unor diverse radia(ii (i tocmai observarea acestor radia(ii pentru prima dat( de

H. Becquerel, (n 1896, a condus la descoperirea radioactivit((ii.

Descoperirea radioactivit((ii.

Descoperirea radioactivit((ii de c(tre Henri Becquerel (1896) a urmat rapid dup( cea a radia(iilor X. Ea a fost pus( (n eviden(( de ac(iunea radia(iilor asupra pl(cii fotografice.

S-a spus de multe ori c( descoperirea lui Becquerel se datoreaz( norocului sau (nt(m-

pl(rii. De fapt, norocul lui Becquerel const( (n faptul c( (i-a (ndreptat aten(ia asupra s(rurilor de uraniu, pe care de altminteri le cuuno(tea foarte bine. Dar trebuie, de asemenea, s( admir(m (i grija excep(ional( pe care o lua (n cursul cercet(rilor sale. Astfel, Becquerel (i-a expus s(rurile de uraniu la soare pentru a le face fluorescente; c(nd, (n lipsa soarelui, el a l(sat (ntr-un dulap o sare de uraniu (n apropierea unei pl(ci fotografice, a avut precau(ia de a o developa (nainte de a-(i continua experien(ele. Constat(nd c( aceasta a fost impresionat(, el a (ntrev(zut c( nu era nici o leg(tur( (ntre fluorescen(( (i aceast( ac(iune fotografic(.

Becquerel (i-a continuat cercet(rile (i a ar(tat c( "radia(iile uranice" sunt capabile, ca (i radia(iile R(ngen, s( fac( aerul (nconjur(tor conductor. Originea acestei energii degajate constant a intrigat pe Pierre (i Marie Curie.

n 1897, efectu(nd m(sur(ri precise, Marie Curie observ( cur(nd c( radia(ia constituie o proprietate specific( a atomului de uraniu: intensitatea sa este propor(ional( cu cantitatea de uraniu con(inut( (n sare. Ea studiaz( (i al(i compu(i care posed( aceea(i proprietate (i arat( c( thoriul emite o radia(ie analoag( celei a uraniului. Ea propune denumirea de "radioactive" pentru substan(ele care emit radia(iile lui Becquerel (i denumirea de "radioactivitate" pentru noua proprietate, ca (i cea de "radioelemente" pentru elementele care o posed(. n cursul acestor cercet(ri, examin(nd nu numai s(ruri preparate (n laborator, ci (i minerale, ea constat( c( unele dintre acestea prezint( o radioactivitate anormal(, mult superioar( celei ce putea fi prev(zut( dup( con(inutul (n uraniu sau (n thoriu. Pentru a explica acest fapt, M. Curie a emis ipoteza c( trebuie s( existe o substan(( cu mult mai radioactiv( dec(t uraniul sau thoriul. Eforturile sale au dus la descoperirea poloniului (i a radiului.

Dezvoltarea cercet(rilor de radioactivitate.

Din 1901, P. (i M. Curie, H. Becquerel, J. Perrin au propus printre alte ipoteze (i pe cea de a interpreta radioactivitatea ca o transformare atomic( (nso(it( de degajarea unei energii poten(iale con(inute (n atomul radioactiv. n mai 1903, (n urma experien(elor lor asupra emana(iilor, Rutherford (i Soddy au admis c( radioactivitatea se datoreaz( unei dezintegr(ri atomice.

La (nceputul anului 1903, P. Curie (i A. Laborde au pus (n eviden(( degajarea spontan( de c(ldur( de c(tre radiu. Aceast( descoperire era foarte important(, deoarece dovedea c( energia degajat(, de(i foarte mic( (n valoare absolut(, este at(t de mare (n raport cu masa atomului, (nc(t nu poate proveni dec(t dintr-o transformare a (n(i(i atomilor de radiu.

n sf(r(it, tot (n 1903, Ramsay (i Soddy au ar(tat c( radiul produce continuu heliu. Pentru prima dat(, un element chimic, heliul, se ob(inea dintr-un alt element, radiul; acest argument a jucat un rol decisiv (n favoarea teoriei transmuta(iilor substan(elor radioactive.

Radia(iile. Primele metode de detectare.

Foarte rapid s-a reu(it separarea radia(iilor substan(elor radioactive (n trei categorii, (i (i cunoa(terea caracteristicilor esen(iale ale acestora. E. Rutherford a ar(tat, dup( 1899, c( uraniul emite cel pu(in dou( tipuri de radia(ii, cu puteri de p(trundere foarte diferite. El a denumit componenta pu(in p(trunz(toare "radia(ie " iar componenta mai p(trunzatoare "radia(ie ". n 1909, Rutherford (i Royds au demonstrat c( radia(iile sunt atomi de heliu dublu ioniza(i. P. (i M. Curie au stabilit c( sarcinile transportate de radia(iile sunt negative. M(sur(ri succesive au stabilit c( sarcina unei radia(ii este egal( cu sarcina elementar( (i astfel aceste radia(ii au fost considerate drept electroni. P. Villard a observat, pentru prima dat(, radia(ii a c(ror putere de p(trundere era mult superioar( celei a rdia(iilor , numindu-le "radia(ii ". Aceste radia(ii, care nu sunt deviate de c(mpurile electrice sau magnetice, au o putere mic( de ionizare (i sunt considerate radia(ii electromagnetice.

Dup( descoperirea radioactivit((ii s-a observat c( radia(iile emise impresioneaz( pl(cile fotografice, produc fluorescen(a diferitelor substan(e (i fac gazele bune conductoare de electricitate.

S-a (n(eles rapid interesul unei num(r(ri a radia(iilor, adic( a detect(rii individuale a fiec(rei particule. Crookes, Elster (i Geitel au ar(tat, (n 1903, c( dac( radia(iile ating un ecran fluorescent, ca cel de platinocianur( de bariu sau de sulfur( de zinc, acesta produce (n punctul de inciden(( o luminescen(( de foarte scurt( durat(. Aceast( metod( de num(rare a fost mult folosit(, permi((nd descoperiri fructuoase.

ncep(nd din 1911, fizicienii au avut la dispozi(ie, datorit( lui C. T. R. Wilson, un instrument minunat de observare: camera cu detent(, numit( mai des camera Wilson. Acest aparat permite observarea traiectoriilor individuale ale particulelor ionizate- radia(iile sau .

n 1913, a fost pus la punct de c(tre Rutherford (i Geiger un dispozitiv de num(rare electric( a particulelor individuale. Perfec(ionat (n 1928, mai ales de M(ller, el este folosit (i acum (n numeroase ocazii sub denumirea de contor Geiger-M(ller. Dac( o particul( ionizat( traverseaz( un mediu gazos (n care exist( un c(mp electric intens, ionii crea(i de trecerea particulei, (n deplasarea sa rapid(, pot provoca la r(ndul lor ionizarea gazului, declan((nd un proces cascad(, care permite ob(inerea unui impuls electric u(or de detectat.

Efectele biologice ale radia(iilor.

Dup( Walkhoff (i Geitel, P. Curie (i Becquerel au observat c( radia(iile produse de radiu provoac( arsuri.

P. Curie (i-a expus voluntar bra(ul la ac(iunea unei s(ri de radiu. nc( din 1904, medicul francez Danlos efectua primele (ncerc(ri de utilizare terapeutic( a radiului la cancerul pielii. De atunci, importan(a acestor aplica(ii a crescut continuu. Utilizarea medical( a radia(iilor, fie sub form( de surse externe, fie sub form( de surse interne, a primit denumirea de curieterapie.

nc( din acei ani, au fost (ncercate diferite experien(e pentru a studia influen(a radioactivit((ii asupra cre(terii plantelor. Aceste efecte au dovedit foarte cur(nd necesitatea de a lua un num(r de precau(ii la manipularea surselor radioactive, pentru a evita pericolele legate de (nghi(irea substan(elor radioactive (i de ac(iunea radia(iilor penetrante provenite din exterior.

Descoperirea nucleului. Izotopii.

Prin 1911, se (tia c( electronii intr( (n constitu(ia atomilor, iar Barkla demonstrase c( fiecare atom con(ine aproximativ A/2 electroni.

Experien(ele lui Rutherford au permis determinarea existen(ei nucleului atomic precum (i determinarea ordinului de m(rime al dimensiunilor nucleului (i au furnizat primele manifest(ri ale for(elor nucleare, provocate de om.

n aceea(i perioad( (1913), J. J. Thomson a descoperit izotopii stabili. Studiind masa exact( a atomilor de neon, el a observat dou( specii de atomi, de mas( 20 (i 22, (i a emis ipoteza c( neonul este format din dou( gaze cu propriet((i chimice aproximativ identice, pe care F. Soddy le-a denumit izotopi. Aceste cercet(ri au fost reluate (n 1919 de F. W. Aston, care a stabilit existen(a mai multor izotopi stabili la un mare num(r de elemente.

Transmuta(iile radioactive.

Transmuta(iile corespund faptului c( un nucleu este capabil s( se transforme atunci c(nd este supus bombard(rii cu particule capabile s( p(trund( (n interiorul lor. Aceast( descoperire capital( se datoreaz( lui E. Rutherford, care a observat c( prin bombardarea azotului cu radia(ii apar ioni de hidrogen sau protoni. El a considerat c( ace(ti protoni sunt emi(i de nucleu atunci c(nd particula poate interac(iona cu el. Foarte rapid s-au precizat (i caracteristicile acestor transmuta(ii; s-a constatat c( energia cinetic( a protonilor emi(i poate s( fie mai mare dec(t cea a particulei incidente (i c(, prin urmare, energia intern( a nucleului intervine (n fenomenul de transmuta(ie radioactiv(. n 1923, P. M. S. Blackett a observat, prin fotografierea a 400.000 de traiectorii (n camera Wilson, opt cazuri de transmuta(ie (i a stabilit, din studiul traiectoriilor, c( particula este captat( de nucleu (n cursul procesului de transmuta(ie.

S-a admis imediat c( principiile de conservare a energiei (i a cantit((ii de mi(care sunt satisf(cute (n cursul transmuta(iilor radioactive (i, (n particular, c( energia intern( corespunde varia(iei de mas( a sistemului.

A. Radioactivitatea (i fizica nuclear( (ntre 1930 (i 1940.

Descoperirea neutronului.

Dup( realizarea primei transmuta(ii nucleare provocate de Rutherford (n 1919, numero(i cercet(tori s-au consacrat studiului acestei noi ramuri a (tiin(ei (i au demonstrat posibilitatea transmut(rii unui mare num(r de elemente u(oare, bombardate cu radia(iile ale poloniului. Slaba imtensitate a surselor folosite (i raritatea fenomenului nu au permis identificarea elementelor formate (i numai un studiu balistic putea demonstra de exemplu c( (n aluminiul bombardat cu radia(iile ale poloniului, se formeaz( siliciu, (n urma expulz(rii unui proton cu energie mare.

n 1930, W. Bothe (i Becker au ar(tat c( un anumit num(r de nuclee u(oare, (n special beriliul, litiul (i borul, emit o radia(ie foarte p(trunz(toare c(nd sunt bombardate cu radia(iile ale poloniului. Aceast( radia(ie era capabil( s( traverseze grosimi considerabile de materie, de exemplu mai mul(I centimetri de plumb, f(r( o atenuare important(. Folosind calculele lui Klein (i Nishina, Bothe (i Becker au propus explicarea acestei mari puteri de p(trundere prin natura electromagnetic( a radia(iei respective (i printr-o energie ridicat( (14 MeV (n cazul beriliului) cu mult superioar( radia(iilor cunoscute (i foarte surprinz(toare (n acea vreme.

"Radia(ia beriliului" a lui Bothe (i Becker a condus la numeroase cercet(ri experimentale, dar abia peste doi ani Ir(ne Curie (i Fr(d(ric Joliot aveau s( descopere o proprietate (i mai surprinz(toare a acestei radia(ii. Datorit( cantit((ilor mari de radio-

elemente naturale disponibile la Institutul Radiului din Paris, ei au putut prepara surse intense de poloniu pentru a studia radia(ia lui Bothe (i Becker. Folosind ca detector o camer( de ionizare, cu perete sub(ire de aluminiu, ei au putut observa o cre(tere considerabil( a curentului de ionizare (n cazul intercal(rii unei foi(e sub(iri dintr-o substan(( hidrogenat( (celofan) (ntre surs( (i detector. Dup( cum au ar(tat experien(ele de absorb(ie, acest efect se datora unei radia(ii secundare emise de substan(a hidrogenat(, care era complet absorbit( de un ecran foarte sub(ire de aluminiu. Propriet((ile acestei radia(ii secundare erau identice cu cele ale "radia(iilor H" (ptotoni), ceea ce avea s( fie confirmat (i prin observarea protonilor de recul, (n camera Wilson.

Dup( 1920, Rutherford a luat (n considerare posibilitatea existen(ei unei particule neutre de mas( apropiat( de cea a protonului, pe care a denumit-o "neutron". Reluat( ulterior (i de c(tre al(i fizicieni, aceast( ipotez( nu avea, (n 1932, nici o baz( experimental( sau teoretic(. La Laboratorul Cavendish, unde se n(scuse aceast( ipotez(, se terminase tocmai atunci de pus la punct un nou detector: camera de ionizare cu impulsuri.

James Chadwick a reu(it s( demonstreze, cu ajutorul acestui detector, c( nucleele de recul, produse prin ac(iunea radia(iei lui Bothe (i Becker asupra diferitelor elemente, provin din ciocniri elastice cu o particul( neutr(, de mas( apropiat( de cea a protonului.

Descoperirea experimental( a neutronului de c(tre J. Chadwick a permis introducerea unei noi componente (n nucleele atomice (i a eliminat principalele dificult((i ale modelelor nucleare precedente. Un nucleu de sarcin( Z (i de greutate atomic( A este deci format din Z protoni (i din A-Z neutroni. Modelul atomului neutru, format din nucleu (i din cortegiul s(u de Z electroni, nu mai necesita prezen(a greu de admis a electronilor nucleului, iar descoperirea neutronului furniza baze solide viitoarelor modele nucleare.

Radioactivitatea artificial(.

n anumite cazuri, fenomenul materializ(rii unui foton poate avea loc (n domeniul nucleului emi((tor. Aceast( "materializare intern(" a fost observat( de I. Curie (i F. Joliot (n cursul studierii emisiei electronilor pozitivi de c(tre beriliul bombardat cu particulele ale poloniului. Teoria acestui fenomen, elaborat( la scurt timp de Oppenheimer (i Nedelsky, concord( (n ceea ce prive(te num(rul de perechi e-e, observate experimental. Dimpotriv(, emisia de electroni pozitivi de c(tre fluor, aluminiu, sodiu (i bor, iradiate, nu a putut fi explicat( prin acest fenomen, iar electronii respectivi au fost denumi(I de I. Curie (i F. Joliot "electroni pozitivi de transmuta(ie". Transmuta(ia acestor elemente sub ac(iunea particulelor este (nso(it( (n general de emisia unui proton de mare energie, dar (n anumite cazuri sunt emi(i un neutron (i un electron pozitiv (pozitron); aceste dou( reac(ii nucleare diferite conduc la acela(i element stabil. Studiul bilan(ului energetic al celor dou( reac(ii a permis lui I. Curie (i F. Joliot o nou( determinare a masei neutronului (i demonstrarea faptului c(, spre deosebire de ceea ce se presupunea, aceast( mas( este superioar( celei a protonului.

Fisiunea uraniului.

n reac(iile de captur( studiate de Fermi (n 1934, un neutron este capturat de nucleul iradiat, iar nucleul format elibereaz( o parte din energia acumulat(, emi((nd o radia(ie Noul nucleu este deci un izotop al substan(ei ini(iale (i, (n majoritatea cazurilor, acest izotop este instabil datorit( excesului de neutroni, ceea ce conduce la dezintegrarea lui cu emisia unui electron negativ. n final, se ob(ine deci un nucleu cu sarcin( pozitiv( mai mare, care apar(ine unui element din c(su(a superioar( din tabelul periodic. Acest proces, care constituie o regul( pentru toate nucleele grele, a c(p(tat un interes deosebit odat( cu aplicarea lui la uraniu.

Fermi, Rasetti (i d'Agostino au efectuat acast( experien(( (i au g(sit patru radioelemente noi, dintre care ultimele dou( nu erau izotopii nici unui element vecin al uraniului.

Reac(iile de fisiune (n lan( (i energia nuclear(.

n momentul form(rii lor, fragmentele de fisiune au un exces considerabil de neutroni fa(( de nucleele elementelor medii stabile. O parte din ace(ti neutroni se transform( (n protoni, (n cursul unor emisii consecutive, dar mai mul(i fizicieni au presupus c( trebuia s( existe (i o emisie a unei p(r(i dintre neutronii exceden(i chiar (n momentul fisiunii. Existen(a acestui fenomen a fost demonstrat( independent de Fermi, Anderson (i Nanstein, Szilard (i Zinn, F. Joliot, Halban (i Kowarski (i s-a stabilit c( num(rul mediu de neutroni emi(i pe fisiune variaz( de la 2 la 3,5.

Astfel, (nc( din 1939, se p(rea c( s-a g(sit o solu(ie (n problema eliber(rii energiei nucleare. ntr-adev(r, fisiunea este (nso(it( de eliberarea unei cantit((i considerabile de energie: energia cinetic( a fragmentelor de fisiune (i radioactivitatea consecutiv(, (n timp ce emisia de neutroni secundari poate permite (ntre(inerea fisiunii (ntr-o mas( de uraniu. Se prevedeau totu(i mari dificult((i pactice, deoarece neutronii rapizi emi(i (n momentul fisiunii trebuiau s( fie (ncetini(i pentru a putea fi absorbi(i apoi de un nucleu de uraniu 235, cu un randament pu(in mai mare dec(t unu.

n Statele Unite, Fermi, Szilard, Wigner (i Zinn au studiat la Universitatea Columbia (i apoi la Princeton o re(ea format( din uraniu (i grafit. n cele din urm(, prima pil( atomic(, construit( la Chicago sub direc(ia lui Fermi, avea s( devin( utilizabil( la 2 decembrie 1942. Aceasta a fost data declan((rii primei reac(ii de fisiune controlat(.

B. Reac(iile nucleare.

Primele acceleratoare de particule.

Descoperirea primelor transmuta(ii nucleare (n 1934, a neutronului (n 1932, (i a radioactivit((ii artificiale (n 1934 au avut loc prin folosirea ca proiectile a particulelor provenind din surse naturale.

nc( de la primele cercet(ri experimentale (i teoretice asupra transmuta(iilor s-a dovedit interesant( accelerarea artificial( a particulelor cu ajutorul tensiunilor (nalte. n acest fel, ar fi fost posibil( folosirea (i a altor proiectile dec(t particulele (i (n special a protonilor, care sunt particule mai simple. Intensit((ile particulelor astfel ob(inute ar fi devenit rapid cu mult mai mari dec(t cele furnizate de sursele naturale cele mai puternice din acea vreme. Se pute spera (n posibilitatea ob(inerii unor energii mai mari dec(t cele ale radia(iilor naturale, datorit( perfec(ion(rii acceleratoarelor. n c((iva ani, rezultatele acestor obiective au dep((it orice a(tept(ri. Eforturile au fost efectuate simultan (n numeroase laboratoare. n 1932 J. D. Cockroft (i E. T. S. Walton, (n Marea Britanie, au reu(it s( realizeze pentru prima dat( transmuta(ii nucleare cu protoni accelera(i la 700.000 eV.

n 1928-1930, Lauritsen, (n Statele Unite, a ob(inut o tensiune foarte (nalt( prin intermediul unor transformatoare montate (n cascad(. n 1931-1932, Van de Graaff a realizat un accelerator electrostatic ce permitea (nc(rcarea unei sfere metalice goale cu ajutorul unei benzi (n mi(care.

Adev(rata revolu(ie din acest domeniu a fost adus( (ns( de instala(iile de accelerare periodic(, (n care aceea(i tensiune de (nalt( frecven(( este aplicat( de un mare num(r de ori pentru a accelera un fascicul de particule prin mici aporturi succesive de energie. E. O. Lawrence (I M. S. Livingston, de la Universitatea din California, au realizat, (n 1932, primul ciclotron care furniza protoni de 1,2 milioane eV: particulele accelerate (ntre cei doi electrozi urmeaz( o traiectorie (n spiral( (i pot fi extrase cu ajutorul unui electrod de deviere.

Tot (n aceea(i perioad( (1929-1934) au fost construite (i primele acceleratoare liniare de c(tre Wider(e, D. H. Sloan (i al(ii, unde o tensiune de (nalt( frecven(( se aplic( succesiv unor electrozi (cilindri) alinia(i dup( aceea(i ax( (coaxiali). Lungimea acestor cilindri cre(te cu viteza particulelor.

Aspecte generale ale reac(iilor nucleare.

Radioactivitatea (i reac(iile nucleare reprezint( principalele dou( tipuri de procese care permit explorarea structurii nucleului, deducerea diverselor lui caracteristici, cunoa(terea mi(c(rilor interne (i abordarea naturii for(elor nucleare. Reac(iile nucleare permit (n principiu o analiz( mai aprofundat( deoarece, spre deosebire de radioactivitate, ele permit experimentatorului s( varieze anumi(i parametri.

Diverse tipuri de reac(ii nucleare.

Reac(iile cele mai simple corespund emisiei unei singure particule secundare; la (nceput, ele erau dealtminteri singurele reac(ii care puteau fi studiate datorit( micilor energii disponibile.

Experimentatorii (i teoreticienii au trebuit s( introduc( (nc( de la (nceput o distinc(ie (ntre proiectilele neutre (neutronii) (i proiectilele (nc(rcate (protoni, deuteroni, particule ); neutronii nu (nt(mpin( nici o dificultate la p(trunderea (n nucleu, deoarece nu sunt supu(I dec(t unor for(e nucleare de atrac(ie; dimpotriv(, particulele (nc(rcate, pentru a p(trunde (n nucleu, trebuie s( (nving( o barier( de poten(ial datorat( for(elor coulombiene de respingere.

Modele de reac(ii nucleare.

Pentru a explica reac(iile nucleare, au fost elaborate diferite modele. Aceste modele reu(esc s( explice corect o parte a unei realit((i extrem de complexe; ele sunt (n general valabile (ntr-un anumit domeniu de energii (i pentru anumite tipuri de reac(ii. Procesele reale corespund f(r( (ndoial( ansamblului de caracteristici prev(zute de aceste modele. Doar cunoa(terea exact( a for(elor nucleare (i a propriet((ilor materiei nucleare va permite calculul precis al diferitelor reac(ii nucleare, cu condi(ia s( (tim s( rezolv(m din punct de vedere matematic problema.

n 1936, Niels Bohr, Breit (i Wigner, ca (i Frenkel (i mai t(rziu Weisskopf, au elaborat modelul nucleului compus, care permite interpretarea unui mare num(r de reac(ii nucleare. Nucleul compus se formeaz( atunci c(nd particula incident( ajunge la acea distan(( de nucleu la care ac(ioneaz( for(ele nucleare.

Dac( durata tarvers(rii nucleului de c(tre nucleonul incident este relativ lung( fa(( de durata rearanj(rii din nucleul (int(, ac(iunea acestui nucleu se poate descrie printr-un poten(ial mediu, folosindu-se (n acest caz modelul optic introdus de Feshbach, Porter (i Weisskopf (n 1954. Conform acestui model, nucleul este analog unei sfere de cristal transparente; asememeni unei radia(ii luminoase, particula incident( poate fi sau reflectat( (n sfera de cristal, sau absorbit(.

Tipuri speciale de reac(ii nucleare.

n reac(iile care conduc la fisiune, particula incident( aduce nucleului suficient( energie pentru ca acesta- (n urma unor mi(c(ri de vibra(ie- s( se g(seasc( (ntr-o stare deformat( (nesferic() instabil(, for(ele coulombiene de respingere (ntre protoni dep((esc (n acest caz for(ele nucleare de atrac(ie, iar nucleul se rupe (n dou( fragmente ce se dep(rteaz( cu mare vitez( unul de altul. Aceast( explica(ie a fisiunii, pe baza modelului pic(turii lichide, a fost dat( de N. Bohr (i Wheeler (n 1939.

Aceste reac(ii, care eliberez( o mare cantitate de energie, stau la baza func(ion(rii reactorilor nucleari (i a bombelor atomice.

C. Aplica(ii practice ale fenomenelor din fizica nuclear(.

Producerea energiei electrice cu ajutorul centralelor nucleare.

Centrale de tip CANDU Reactoarele CANDU sunt proiectate de Atomic Energy Canada Limited (AECL) ca o

alternativ( la alte tipuri de reactoare care utilizeaz( uraniu slab (mbog((it (2-5% U 235).

Reactoarele de tip CANDU pot fi utilizate (i de c(tre statele unde nu se pot realiza recipiente de foarte (nalt( presiune. Combustibilul reactoarelor CANDU este format din aglomerat de dioxid de uraniu con(in(nd uraniu natural (0.7% U 235).

Instala(ia const( dintr-un reactor orizontal (calandru) str(b(tut de o serie de tuburi (n care se introduc barele de combustibil (i de alte tuburi prin care circul( agentul de r(cire [(deuteriu) D2O]. n jurul acestora circul( tot deuteriu av(nd rol de moderator. Moderatorul este o substan(( ce intervine (n procesul de fisiune, cu ajutorul c(reia se poate controla strict cantitatea de neutroni rezulta(i din reac(ia termonuclear( pentru a se evita declan(area unei reac(ii (n lan( necontrolabile (i cu efecte dezastruoase ( vezi Cernob(l ). Moderatorul (i circuitul de r(cire constituie sisteme separate. O ,,celul('' a reactorului este alc(tuit( din cinci tuburi de presiune separate.

Fiecare tub con(ine o singur( bar( de combustibil nuclear ( uraniu ) lung( de 0.5m (i (n greutate de 20 kg. Scufundate (n apa grea pentru r(cire. Fiecare celul( constituie un minireactor mult sub masa critic(, bine(n(eles. Dup( cum am mai spus, reactorul este a(ezat orizontal con(in(nd aceste celule. Ma(inile de alimentare trec pe la fiecare miez, una introduc(nd combustibil nou (i alta sco((ndu-l pe cel uzat din celulele (nvecinate. (ase p(n( la zece bare sunt (nlocuite zilnic. Astfel fluxul axial de energie din reactor poate fi condus corect.

Miezul termo-hidrodinamic al reactoarelor CANDU este (mp(r(it (n dou( par(i egale printr-un perete vertical situat (n mijlocul s(u. Fiecare parte are un circuit separat de r(cire cu ap( grea sub presiune plasat la cele dou( capete ale reactorului.

mp(r(irea miezului (n dou( circuite, plus sub(mp(r(irea (n cinci tuburi de presiune separate realizeaz( o considerabil( reducere a posibilitatii aparitiei unor eventuale accidente ,,LOCA'' (prin pierderea agentului de r(cire).

Pompele de r(cire transport( deuteriul ( D2O ) din reactor (n schimb(torul de c(ldur(, (ntr-un circuit (nchis, strict etan(. n schimb(torul de c(ldur( ( generatorul de abur) energia agentului primar de r(cire preluat( din reactorul nuclear, este cedat( agentului secundar, apa obi(nuit(, care se transform( (n abur sub presiune ce se folose(te pentu ac(ionarea unei turbine. Aceasta, la r(ndul ei, ac(ioneaz( un generator electric.

n acest fel, energia nuclear( se transform(, (n final (n energie electric(, asemeni celei produse de termo (i hidrocentrale.

Laserul.

Cuv(ntul LASER este acronimul expresiei "ligth amplification by stimulated emission of radiation" (amplificator de lumin( prin emisia stimulat( a radia(iei). Laserul este un dispozitiv care produce (i amplific( un fascicul (ngust de lumin( coerent(. Atomii emit radia(ii . Cel mai banal exemplu sunt atomii excita(i de neon din l(mpile fluorescente. Normal, ele transmit lmina lor (n toate direc(iile (i asincron (n timp. Astfel rezult( o lumin( nefocalizat(, adic( fotonii sunt emi(i (n toate direc(iile (i cu lungimi de und( diferite. Principiul producerii luminii coerente - cu una sau cu un num(r controlat de lungimi de und(, orientat (ntr-o direc(ie precis( - este de a g(si exact acei atomi cu exact acela(i mecanism intern de stocare (i de a g(si un mod ca ei s( ,,coopereze'' pentru a elibera, sincron un fascicul de fotoni (ntr-o direc(ie unic(.

Stimularea atomilor sau a moleculelorntr-un laser, atomii sau moleculele unui cristal, cum ar fi rubinul sau granatul - sau un gaz, lichid, sau alt( substan(( - sunt excitate (n ceea ce se nume(te "laser cavity" care poate s( fie, de exemplu, o bar( de rubin ce este prev(zut( la capetele opuse cu dou( oglinzi semitransparente. Excitarea ini(ial( se realizeaz( cu ajutorul unei l(mpi cu xenon ce (nconjoar( cavitatea. Fotonii emi(i de lamp( determin( trecerea electronilor pe orbite de energie mai mic( (i o emisie de fotoni. Acest proces se nume(te "emisie stimulat(". Fiecare foton emis se deplaseaz( (n acela(i timp (coerent) cu fotonul care a stimulat emisia sa. Aceast( pereche poate s( stimuleze apoi emisia altor fotoni de c(tre oricare alt atom cu care se ciocne(te. La un laser, majoritatea electronilor prezen(i sunt (n stare excitat(. Prin reflexii succesive pe suprafa(a oglinzilor de la extremit((i, acest proces se amplific(, av(nd drept rezultat eliberarea la un moment dat (n exterior a unui fascicul de lumin( coerent(, monocromatic (i sinfazic. Procesul din interiorul cristalului este foarte asem(n(tor cu o reac(ie (n lan(.

Aplica(ii

Realizate pentru prima oar( (n 1960, domeniul laserilor (i-a extins sfera de aplica(ii odat( cu punerea la punct a laserilor cu semiconductori care prin dimensiunile lor foarte reduse se pot folosi (ntr-o gam( foarte mare de aplica(ii.

Laserii de putere cu medii solide, lichide sau gazoase se folosesc (n industrie pentru t(ieturi (i g(uriri de precizie (n metale sau alte materiale, (n medicina pentru chirurgia de precizie pe creier, pentru opera(ii pe ochi ( lipirea retinei, corectarea miopiei), (n meteorologie pentru m(sur(tori asupra cantit((ii de particule poluante din atmosfera, (n telecomunica(ii pentru transmisii de date, (n special prin fibre optice. De asemeni au foarte multe aplica(ii militare at(t pentru distrugerea direct( a unor (inte (cu laseri av(nd energii foarte mari) c(t (i pentru ghidarea unor proiectile, bombe sau rachete spre (int(.

De asemeni, o aplica(ie foarte interesant( a laserilor este posibilitatea realiz(rii unor imagini virtuale a obiectelor (n spa(iu, cu ajutorul tehnicilor (i dispozitivelor holografice.

Este interesant de a men(iona faptul c( principiile teoretice ale tehnicilor holografice au fost elaborate de fizicianul Denis Gabor (nainte de inventarea dispozitivelor de producere a luminii coerente, laserul, care este dispozitivul strict necesar pentru realizarea hologramelor.

Marea familie a laserilor de mic( putere cu semiconductori au, de asemeni o gam( foarte larg( de aplica(ii, cum ar fi : dispozitivele de citire a codurilor de bare, scanerele, imprimantele laser, CD-playerele etc.

Bomba atomic(.

1.SCURT ISTORIC

n data de 2 august 1939 pu(in (nainte de (nceperea celui de-al 2-lea r(zboi mondial, Albert Einstein trimite o scrisoare pre(edintelui USA, Franklin. D. Roosevelt prin care el (i numero(i al(i savan(i (l avertizeaz( c( (n Germania nazist( se lucreaz( la purificarea uraniului 235 ( U-235 ) pentru a se construi o bomb( atomic(. De pu(in timp (n USA se demarase de asemeni proiectul Manhattan care avea drept scop cercetarea, experimentarea (i producerea unei bombe atomice. Problema cea mai complicat( era producerea unei cantit((i suficiente de U-235 (mbog((it. Mari uzine-laborator au fost construite (n acest scop la Oak Ridge, Tennessee. Aici (i-au desf((urat activitatea H. C. Urey (i al(i savan(i de la Columbia University pun(nd la punct principiul difuziunii gazoase. Urm(nd acest procedeu, Ernest. O. Lawrwnce (inventatorul ciclotronului ), lucr(nd (n laboratoarele universit((ii Berkley-California, a pus la punct metoda separ(rii magnetice a izotopilor U-238 (i U-235. n (ase ani, 1939-1945, proiectul Manhattan a absorbit mai mult de dou( miliarde de dolari. Metoda rafin(rii uraniului a fost definitivat( (i s-a trecut la realizarea primei bombe. La acestea (i-au adus aportul cei mai mari savan(i ai vremii. Printe cei care au avut o foarte mare contribu(ie a fost (i J. Robert. Oppenheimer.

El a fost conduc(torul proiectului Manhattan. Totul a mers foarte repede. La ora 05:29:45 (n ziua de 16 iulie 1945, la baza militar( Jemez Mountains din nordul statului New Mexico, Gadget (numele de cod al primei bombe atomice) exploda, marc(nd (nceputul erei armelor nucleare. Lumina exploziei s-a v(zut pe o raz( de 120 mile. Imediat dup( exeperien((, v(z(nd efectele cumplite ale exploziei, o parte din savan(ii participan(i au semnat o scrisoare de avertizare (i protest dar n-au fost lua(i (n seam(.

Aceast( cumplit( arm( a fost utilizat( de dou( ori (n cel de-al 2-lea r(zboi mondial. Ambele explozii au avut loc deasupra unor ora(e japoneze. O bomb( cu uraniu (n greutate de 4.5 tone ,,alintat('' Little Boy a fost lansat( asupra localit((ii Hirosima (n data de 6 august 1945, ora 08:15:00. Ea a explodat la o (n(l(ime de 240 m. deasupra solului fiind lansat( de pe avionul al c(rui nume a intrat (n istorie : Enola Gay.

66.000 de oameni au murit pe loc iar al(i 69.000 au fost r(ni(i de explozia atomic( av(nd puterea de 10 kilotone [puterea echivalent( a 10.000 tone de explozibil conven(ional (trinitrotoluen)].

n data de 09 august 1945, o a doua bomb( a fost lansat( asupra localit((ii Nagasaki. Aceasta (Fat Man) era o bomb( cu plutoniu av(nd o putere de 10 kilotone. 39.000 de oameni au fost omor((i pe loc iar al(i 25.000 r(ni(i.

Estim(rile ulterioare ale fizicienilor au ar(tat c( efectele produse de bombe s-au datorat unei p(r(i de 0.1% din puterea real( a exploziilor.

2 . ZONELE AFECTATE IMEDIAT DUP( O EXPLOZIE NUCLEAR( Raport(ndu-ne la epicentrul exploziei ( puctul (n care are loc detona(ia) se disting um(toarele zone concentrice:

-a. Punctul de vaporizare

Orice urm( de substan(( este vaporizat( de energia exploziei. 98% mortal(. Suprapresiunea creeat( : 25 psi. Viteza suflului : 320 km/h.

-b. Zona de distrugere total( Orice construc(ie de pe suprafa(a pam(ntului este distrus(. 90% mortal(. Suprapresiune creeat(: 17 psi. Viteza suflului: 290km/h.

-c. Zona de explozie puternic(Uzinele (i alte construc(ii de mari dimensiuni sunt distruse, de asemeni podurile de mari dimensiuni. 65% mortal(. 30% r(niri grave. Suprapresiune: 9 psi. Viteza suflului: 260 km/h.

-d. Zona de ardere puternic(Totul este incendiat. Popula(ia din zon( se sufoc( datorit( lipsei de oxigen provocat( de incendii. Mortalitate 50%. Suprapresiune: 6 psi. Viteza suflului: 140 km/h.

-e. Zona de ardere (i distrugere puternic(Locuin(ele sunt puternic afectate. Popula(ia se sufoc(. Supravie(uitorii sufer( arsuri de gradul 2 (i 3. Mortalitate: 15%. 50% r(ni(i. Suprapresiune 3 psi. Viteza suflului: 98 km/h

Efectele de iradiere pentu o bomb( de 20 megatone explod(nd (n aer la 5000m.

- Zona a: 8.75 mile

- Zona b: 14 mile

- Zona c: 27 mile

- Zona d: 31 mile

- Zona e: 35 mile

De asemeni exploziile nucleare produc deregl(ri puternice in re(elele de telecomunica(ii datorit( fenomenelor de ionizare ce apar.

3. STRUCTURA UNEI BOME ATOMICE

Exist( dou( tipuri de explozii nucleare :

Explozia prin fisiune direct(, necontrolat(, care elibereaz( brusc o mare cantitate de energie ( E = mc ) folosind U-235, de exemplu.

Explozia prin fuziune nuclear(, ce este amorsat( cu ajutorul energiei unei reac(ii de fisiune, care dezvolt( energia necesar( amors(rii unei reac(ii de fuziune necontrolat( (bomba cu hidrogen) a c(rei energie rezult( din reac(ia de fuziune a diver(i izotopi ai hidrogenului cu degajare de heliu.

Se (tie c( (n timpul ,,ruperii'' atomului de U-235, se degaj( o mare cantitate de energie, sub form( de c(ldur( (i radiatii care sunt printre cele mai penetrante (i periculoase ).

Mecanismul producerii exploziei nucleare const( (n declan(area, la un moment dat, a unei reac(ii (n lan( care se las( s( evolueze necontrolat. Cantitatea de neutroni produs( la amorsarea fisiunii, cre(te (n progresie geometric(.

Cantitatea minim( de substan(( necesar( declan((rii reac(iei (n lan( se nume(te "masa supracritic(" (i depinde de puritatea materialului folosit. Pentru U-235 pur, ea este de 50 kg. Pentru realizarea bombelor se mai poate folosi (i Plutoniu ( Pu-239 ).

Masa supracritic( pentru Plutoniu 239 este de 16 kg.

Explica(ii referitoare la mecanismele din desenul bombei

Altimetrul [5]. Folose(te la declan(area bombei, dup( lansare la o anumit( altitudine. Poate fi un altimetru de avia(ie folosind un barometru aneroid. De asemeni se folosesc altimetre radar (n banda de 4200 MHz. Precizia este mai bun( de 1.5m.

Detonator barometric [3] . Se folo(este pentru declan(area exploziei, (n combina(ie cu altimetrul.

Cap detonator [7] . Este constituit dintr-o frac(iune a (nc(rc(turii de U-235 . mpreun( cu restul (nc(rc(turii de uraniu constituie masa supracritic(.

Exploziv conven(ional [8]. Serve(te la unirea violent( a celor dou( cantit((i de U-235 pentru realizarea masei supracritice (i declan(area exploziei nucleare la altitudinea stabilit( (n momentul lans(rii bombei din avion (i determinat( cu ajutorul altimetrului.

Uraniu-235 [10] . mpreun( cu capul detonator [7] constituie masa supracritic(.

Desenul bombei

[1] con posterior - [9] capac

[2] ampenj stabilizator - [10] U-235

[3] detonator barometric - [11] deflector neutroni

[4] tuburi de acces aer - [12] dispozitiv telemetric

[5] altimetru - [13] recipient cu U-235

[6] container de plumb - [14] focos

[7] cap detonator

- [8] exploziv conven(ionalGLOSAR DE TERMENI UTILIZA(I N CADRUL LUCR(RII

- Accelerator de particule: Un dispozitiv ce utilizeaz( un c(mp magnetic sau electric pentru a m(ri viteza ((i energia) unor particule (nc(rcate. Ca tipuri constructive amintim ciclotronul (i betatronul iar, (n cazul fuziunii, tokamak-ul.

- Deuteriu : Izotop al hidrogenului con(in(nd (n nucleu un proton (i un neutron (i av(nd masa atomic( 2. Deuteriul se comport( ca (i hidrogenul (n reac(iile chimice dar prezint( diferen(e semnificative (n reac(iile nucleare .

- Electron volt (eV) : Unitate de masur( pentru energie, egal( cu energia acumulat( de un electron c(nd este accelerat la o diferen(( de poten(ial de 1 volt .

1 eV = 1.6022x10 9 Joules.

- Energie atomic( : Energie rezultat( din conversiile mas((energie ce se produce drept rezultat al reac(iilor nucleare.

- Energie legat( : (n reac(iile nucleare, energia asociat( cu (nlocuirea unui proton (i/sau neutron (n nucleu; (n chimia standard, este energia asociat( cu realizarea unei leg(turi electronice sau cu ruperea acesteia.

- Fisiune : Reac(ie nuclear( (n care un nucleu atomic mare este spart (n dou( sau mai multe nuclee, proces (nso(it de eliberarea unei mari cantit((i de energie. Ecua(ia lui Einstein, E=mc se poate utiliza pentru a exprima cantitatea de energie produs( prin schimb(rile de mas( datorate reac(iei de fisiune. Aceast( reac(ie se utilizeaz( (n ultimii 50 de ani pentru a produce energie.

n reac(ia spontan( de fisiune a uraniului, un atom se ,, rupe'' (ntr-un atom de bariu (i unul de krypton (i se elibereaz( trei neutroni rapizi pentru fiecare atom. Dac( procesul continu( (n acela(i ritm, se va produce o reac(ie (n lan(, cu degajarea unei imense cantit((i de energie.

- Formula lui Einstein : E=mc arat( masa pierdut( (m) (ntr-o reac(ie nuclear(, (n cazul producerii unei cantit((i de energie (E) unde c = 300000000 m/s este viteza luminii (n vid. Deoarece cantitatea de mas( pierdut( este multiplicat( cu un num(r foarte mare (c), reiese c( o cantitate enorm( de energie poate fi produs(, prin consumarea unei mase foarte mici. Bine(n(eles, aceste concluzii sunt valabile numai (n cazul mecanicii cuantice.

- Foton : o singur( cuant( de radia(ie electromagnetic(. n dualitatea mas(-energie aceasta este considerat( o particul( de radia(ie.

- Fuziune : reac(ia nuclear( prin care dou( nuclee atomice u(oare se combin( pentru a forma un alt element (i pentru a elibera energie. Producerea oric(rui element, (ncep(nd cu nichelul (Ni) se poate realiza prin procesul de fuziune (nucleosintez().

Bombardamentul cu neutroni al mediului duce la formarea altor nuclee grele. Acest proces, odat( pornit este responsabil de prezen(a elementelor grele (i a heliului (n univers.

- Ion : un atom sau molecul( care a primit sau a pierdut unul sau mai mul(i electroni (i av(nd o sarcin( electric( pozitiv( sau negativ( .

- Izotop : unul dintr-un grup de nuclizi care are acela(i num(r de protoni (n nucleul s(u

(i un num(r diferit de neutroni. Numeroase elemente au izitopi instabili, devenind radioactivi si emi((nd radia(ii ionizante (n timp ce se transform( (n alt element sau izotop.

Izotopii hidrogenului sunt H (deuteriu), (i H (tritiu).

- Mecanica cuantic(: parte a fizicii care se ocup( cu studiul mi(c(rii particulelor elementare (i a interac(iunilor dintre acestea. Aici, legile mecanicii clasice au un domeniu de aplicare foarte restr(ns.

- Neutron : o particul( elementar( care are aproximativ aceea(i mas( cu a protonului, dar nu are sarcin( electric(, (i este un constituent al nucleului av(nd num(rul de mas( mult peste 1.

- Nucleon : O subparticul( a unui nucleu atomic: un neutron sau un proton.

- Num(r atomic : Z = num(rul protonilor din nucleul unui atom .

- Num(r de mas( : Num(rul total de protoni (i neutroni din nucleul unui atom sau ion.

- Particule alpha : He + , particule inc(rcate pozitiv const(nd (n doi protoni (i doi neutroni; notate cu litera greceasc( nuclee de heliu-4. Aceste particule sunt un produs tipic al reac(iei de fuziune .

- Particul( beta : un electron emis de nucleul unui element radioactiv (i notat cu litera greceasc( ( .

-Plasma : O stare a materiei caracterizat( printr-o (nc(rcare negativ( (electroni) (i pozitiv( (ioni pozitivi), care poate conduce curentul electric. Plasma este considerat( (i cea de a patra stare a materiei, al(turi de cea solid(, lichid( (i gazoas(. Se estimeaz( c( 99% din materia ce constituie universul exist( sub form( de plasm(; ex.: stelele, nebuloasele (i particulele interstelare. Temperatura tipic( a plasmei este de cel pu(in 100.000K, iar densitatea (ntre 106/m3 (v(ntul solar) (i 1030/m3 (centrul stelelor).

- Radia(ie : energie care str(bate spa(iul sub form( de unde sau particule. Lumina

vizibil(, c(ldura, microundele (i undele radio sunt exemple de radia(ii neionizante. Radia(iile , neutronii (i razele X reprezint( radia(ii ionizante.

- Radia(ie electromagnetic( : Radia(ie const(nd (ntr-un ansamblu de unde electrice (i magnetice deplas(ndu-se prin spa(iu sau un mediu oarecare. n general aceste unde au o component( ,,E'' a c (mpului electric, o component( ,,B'' a c(mpului magnetic (i o component( direc(ional(. Acest c(mp se propag( cu viteza luminii .

Lumina vizibil(,c(ldura, microundele, (i undele radio sunt exemple de radia(ii electro- magnetice.

- Radioactivitate : dezintegrarea spontan( a nucleului anumitor elemente, cum este uraniul. n acest proces sunt emise radia(ii (i - Reactor : recipient (n care se produc reac(ii nucleare sau chimice. n reactoarele ncleare, fisiunea unui combustibil nuclear elibereaz( energie sub form( de caldur( care este absorbit( de un fluid (de obicei, ap(). Apa, sub form( de vapori ac(ioneaz( turbine conectate la generatoare care produc energie electric(.

- Reac(ia de fuziune spontan( : este cea care (ntre(ine via(a tuturor stelelor care la r(ndul lor au pemis apari(ia vie(ii (n Univers.

- Reac(ie (n lan( : rapida accelerare a multiplic(rii reac(iilor de fisiune rezult(nd o multiplicare a neutronilor la fiecare pas al reac(iei. O succesiune necontrolat( de reac(ii (n lan( (ntr-o cantitate suficient de mare de substan(( (mas( critic() poate produce o eliberare exploziv( (i necontrolabil( de energie. Fenomenul este folosit la realizarea armamentului nuclear.

- Reac(ie nuclear( : o reac(ie implic(nd nucleul unui atom, care modific( energia, compozi(ia sau structura atomului. Prin reac(iile nucleare se elibereaz( energie at(t (n cazul fisiunii la spargerea (n dou( elemente grele, c(t (i (n cazul fuziunii, c(nd prin combinarea a dou( elemente u(oare, rezult( un element greu.

- Spectrul electromagnetic : este domeniul de propagare al undelor electromagnetice.

n domeniul vizibil al undelor electromagnetice se situeaz( lumina. Celelalte domenii includ unde cu frecven(( mai cobor(t( dec(t a luminii : undele radio, microundele (i radia(iile infraro(ii. Frecven(ele mai ridicate dec(t cele vizibile (lumina) cuprind ultravioletele, razele X (i gamma.

- Tokamak : un ghid magnetic care sus(ine procesul de fuziune, numit astfel dup( cuv(ntul rusesc ce desemneaz( un c(mp magnetic de form( toroidal(. Acest c(mp magnetic inelar constituie suportul particulelor (n care se produce procesul de fuziune.

El este necesar datorit( temperaturilor imense care se dezvolt( (n timpul reac(iei (i care ar vaporiza instantaneu orice substan(( cu care ar intra (n contact direct.

- Uraniu : Element cu num(rul atomic 92. Un metal alb, ductil (i maleabil. Uraniul se g(se(te (n natur( sub form( de oxid. Are trei izotopi cu numerele de mas( 238, 235 (i 234. U235 cu 92 protoni (i 143 neutroni, este important deoarece este radioactiv (i este folosit (n fisiunea nuclear( cu neutroni len(i.

Bibliografie

Istoria general( a (tiin(ei - Publicat( sub coordonarea lui Ren Taton, Editura

(tiin(ific(, Bucure(ti, 1972 Arborele lumii www.angelfire.com www.magma.ca www.lucent.comAutorul lucr(rii:

Lauby Cristina cls. a IX-a B

Liceul teoretic Iancu de Hunedoara

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

1