12. osztályos fizika anyag összefoglaló tétel

7. tétel

Az atommag jellemzői

• Az atommag pozitív töltését a protonok okozzák. Az atommagot protonok és neutronok építik fel. A protonok száma az atommag egyik jellemzője, ezt nevezték el rendszámnak. A protonok száma megadja az atomba lévő elektronok számát is. Az adott kémiai elem periódusos rendszerben lévő helyét.
• P⁺ + n⁰ = atommag tömegszámával. Együttes nevük a nukleonok. A rendszám és a tömegszám együttesen meghatározzák a kémiai elemek izotóp atomjait.

Atommag modellek

• Héjmodell: Az atommagban a nukleonok hasonlóképpen, mint az elektronok, különböző energiájú héjakon helyezkednek el. Az elhelyezkedésüket ugyanazok a szabályok határozzák, meg mint az elektronok elhelyezkedését. Vagyis érvényes rájuk az energiaminimum elv, a Pauli-elv, anti-Hund-szabály. Vagyis a nukleonok egymáshoz a legközelebb helyezkednek el d-héj modell segítségével magyarázható a radioaktív bomlások egy része.
• Cseppmodell: Az atommagot egy vízcsepphez hasonlítja. Az alapján, hogy az atommagon belül a nukleon sűrűsége állandó, ill. az atommag felületén elhelyezkedő nukleonok energiája nagyobb, mint az atommag belsejében elhelyezkedőké. A cseppmodell két dologra alkalmas: felhasználható az atommag kötési energiája értelmezhető az atommaghasadás

Atommag kötési energiája

• Azzal az energiával egyezik meg, amely felszabadul, amikor az A számú nukleon atommaggá egyesül. Az atommag kötési energiája a nukleonok közötti nukleáris kölcsönhatásból származik elsősorban. A nukleáris kölcsönhatás legerősebb, legnagyobb energiájú ismert kölcsönhatás.
• Tulajdonságai:
• töltéstől független, ugyanakkora a két proton, a két neutron vagy egy proton és egy neutron közötti kölcsönhatás
• rendkívül kis hatótávolságú, az atommagon belül egy kiemelt nukleonra csak a közvetlen szomszédai hatnak
• Az atommagon belül a protonok között taszító kölcsönhatás is fellép, amely a kötési energiát csökkenti. Kis rendszámú atomok kötési energiája kicsi, a rendszámok növekedésével negatív irányba nő az energia. A 26-os rendszám után fokozatosan csökken. A kötési energia rendszámtól való jellegzetes függvénytől leolvashatók az atommag energia felszabadulással járó átalakításának lehetőségei.

8. tétel

Mesterséges atommag átalakítások, mesterséges radioaktivitás

Magfúzió: ha kis rendszámú atommagokat egyesítünk a kötési energia csökkenése miatt, rendkívül nagy energia szabadul fel. Magfúzió egy helyen valósult meg: H-bomba, ahol az aktiválási energiát az atombomba biztosította. Teller Ede találta fel.

Maghasadás: az itt felszabaduló energia kisebb, mint a fúziónál. Ha nagy rendszámú atommagot valamilyen módon két kisebbre hasítunk, a kötési energia csökkenés miatt szintén energia felszabadulással jár. Ez is atommag átalakulás. A 30-as évek vége felé fedezték fel. Radioaktív izotóp előállításával kísérleteztek. Az izotópokat ellenezték: az urán besugárzása után kapott izotópok között nemcsak a 90-es rendszám körüli kémiai elemek találhatók, hanem kisebb 40-es, 50-es rendszámú elemek is. Aminek az ottléte csak úgy volt magyarázható, hogy az urán atommagok elhasadtak két közel azonos méretű atommagra. A maghasadást az atommag cseppmodelljéhez hasonlították. Egy maghasadás során két-három nagy energiájú neutron válik szabaddá, aminek az energiáját fel lehet használni.

1942-kísérleti atomreaktor Fermi-Szilárd Leo

Atomháború miatt 1945-ben készítették el az első atombombát Oppenheimer vezetésével, 1945. július első robbantás-Mexikói sivatag. 1945. augusztus 6. /urán/ Hirosima 1945. augusztus 9. /plutónium/ Nagasaki. 1946 USA első működő atomreaktor. Az atomreaktor működéséhez önfenntartó szabályozott láncreakció létrehozása szükséges. Az atomreaktorok urán fűtőelemekkel működnek, az uránizotópok a neutronok nagy részét elnyeli és b-sugárzó.

A természetes uránércben a maghasadás során képződő neutronok nagy részét a 238-as tömegszámú izotóp elnyeli, ezért a beindított láncreakció előbb-utóbb leáll.