Física Nuclear, em poucas palavras
A energia de uma bomba nuclear vem de dentro do núcleo do átomo. Massa é convertida em energia de acordo com a E = mc
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irradiando partículas
Em alguns casos, a força nuclear não é capaz de manter um núcleo em conjunto, e o núcleo perde um pouco das suas partículas. físico francês Henri Becquerel descobriu acidentalmente este efeito em 1896. Ele estava intrigado com as experiências com raios-x que Wilhelm Roentgen tinha vindo a fazer na Alemanha. Becquerel obtido um sal de urânio para ver se ele poderia observar esses raios-x.
Em seu laboratório no Museu de História Natural de Paris (onde seu pai e avô também tinha sido professores de física), Becquerel começou seus experimentos expondo ao sol uma chapa fotográfica com o sal de urânio aspergido sobre ela, pensando que a luz solar seria ativar o raios X. Em um dia nublado quando ele não poderia realizar um de seus experimentos, ele colocou a chapa fotográfica com o sal de urânio em uma gaveta. Poucos dias depois, ele foi em frente e desenvolveu a placa de qualquer maneira, pensando que ele estava indo para obter uma imagem fraca. Mas a imagem era muito forte, com alto contraste. Ele logo percebeu que ele tinha descoberto um novo tipo de radiação energética.
Quando Pierre e Marie Curie ouvido do experimento de Becquerel, eles começaram a procurar outros elementos que poderiam emitem raios semelhantes. Eles descobriram que, tório e urânio emitem a mesma radiação. E em 1898, eles descobriram dois novos elementos: polônio (em homenagem a Polônia onde Marie) e rádio. Os Curie nomeado o efeito radioactividade.
Na Inglaterra, Ernest Rutherford concebido experimentos para investigar este novo fenómeno da radioactividade e foi capaz de mostrar que esses raios vêm em duas variedades, uma mais penetrante do que o outro. A menos penetrantes um, que ele chamou de alfa, tem carga elétrica positiva. A Curie em Paris descoberto que o outro, denominado beta, é carregado negativamente.
Percebendo as limitações da força nuclear
Por que esses núcleos emitindo partículas? A força nuclear é suposto ser extremamente forte. Por que ele não é capaz de manter todas estas partículas dentro do núcleo?
A resposta é que a força nuclear tem um alcance muito curto de ação. É capaz de amarrar em partículas que são próximos uns dos outros. Se as partículas estão muito distantes, a força pára de funcionar. Se as partículas que ser prótons, que têm cargas positivas, a força elétrica agindo sozinho vai empurrá-los separados.
Quando as partículas nucleares são empacotados em um núcleo de um átomo, cada partícula interage somente com os seus vizinhos mais próximos. Em um núcleo com mais de 30 partículas, uma partícula no meio do núcleo não irá sentir a força de uma partícula nuclear nas bordas. Cada uma das partículas nucleares no cluster sente a atracção nuclear das outras partículas no cluster (seus vizinhos imediatos). No entanto, estas partículas não se sentir a força da partícula perto da borda.
Pense nisso desta maneira: Imagine que você e um grupo de vários amigos estão tentando ficar juntos ao nadar em águas agitadas. Se todos decidem dar as mãos, cada um de vocês vai ser segurando os dois vizinhos mais próximos. O aperto de um nadador em uma extremidade da cadeia grande, não importa o quão forte ela parece seu vizinho imediato, não tem influência sobre um nadador na outra extremidade. Se a água fica muito difícil, todo o grupo pode quebrar, criando pequenos grupos de dois, três, ou talvez quatro.
Como as águas ásperas que quebram seu grupo, a repulsão elétrica dos prótons tenta quebrar um grande núcleo. No entanto, no núcleo, certos ajudantes tentar manter a coisa toda em conjunto: os nêutrons. Nêutrons não têm carga elétrica, e a única força que eles sentem é a atração nuclear. Eles são os nadadores qualificados que não vai ser empurrado pelas águas ásperas. Se você tem um número suficiente deles em seu grupo, ele vai ficar juntos.
Estudar decaimento alfa
Como o grupo de natação com os nadadores qualificados, um núcleo com um número equilibrado de protões e neutrões é estável e permanece unida. Mas se um núcleo tem muitos prótons, a repulsão elétrica total pode sobrecarregar a atração da força nuclear, e um pedaço do núcleo pode voar além.
A peça que sai do núcleo é geralmente sob a forma de um de partículas alfa, um cluster de dois prótons e dois nêutrons. (Esta partícula é também o núcleo do átomo de hélio.) Acontece que estas quatro partículas são mantidas em conjunto muito firmemente pela força nuclear, de modo que este conjunto é uma configuração muito estável de partículas nucleares. Estas são as partículas que Rutherford identificados como radiações alfa. Os físicos chamam o efeito das partículas alfa deixando o núcleo decaimento alfa.
Detectando decaimento beta
Parece que ter um monte de nêutrons é bom para um núcleo, porque nêutrons não sentir a repulsão elétrica, mas fazer sentir a atração nuclear. Eles são os nadadores qualificados em águas agitadas. No entanto, estes nadadores qualificados não têm muita resistência. Um neutrões por si só, para longe do núcleo, tem a duração de apenas cerca de 15 minutos. Após estes 15 minutos, ele se transforma em um próton, um elétron, e outra pequena partícula chamada neutrino. Este efeito é chamado decaimento beta.
Dentro do núcleo, cercado por outras partículas, nêutrons durar muito mais tempo. Quando há prótons suficientes em volta, um efeito física quântica impede nêutrons de criar mais prótons. A física quântica descreve-o, dando a cada próton no núcleo seu próprio espaço ou fenda. Quando há bastante prótons, todos os slots são tomadas e não há prótons adicionais são permitidos.
Em um núcleo com muitos nêutrons, um nêutron nas bordas exteriores do núcleo pode decair em um próton, porque haverá espaços vazios para este novo próton para ficar. Portanto,
Um núcleo com muitos nêutrons é instável e decai em um próton, um elétron e um neutrino.
Os protões criada por esta deterioração ficar no núcleo. Os elétrons não pertencem ao-núcleo não há slots para eles lá. O mesmo vale para os neutrinos. Portanto, os elétrons e neutrinos são ambos ejetado. Neutrinos são extremamente difíceis de detectar. Eles podem passar por toda a Terra e sair na outra extremidade sem uma única colisão. Mas os elétrons são fáceis de detectar. Estes elétrons separatistas criar o raios beta que os Curie e Rutherford viu.
Em ambos os casos, os decaimentos alfa e beta, o núcleo radioactivos muda para o núcleo de um outro elemento, quando se desprende a alfa ou a partícula beta.
Um terceiro tipo de decaimento radioativo existe no qual o núcleo instável emite apenas a radiação muito energética, mas sem partículas são ejetados. A radiação electromagnética é e é chamada raios gama. Neste caso, o núcleo simplesmente dá de volta um pouco de energia que ganharam anteriormente, mas não perde a sua identidade.