משתמש:Avneref/מדע/פיזיקה/גרעינית

פיזיקה גרעינית, דניאל אשרי

רדיואקטיביות

• radius לטינית: שיפוד, חישור-גלגל. משם התגלגל: קרן, קו מכוון. ייתכן שמסנסקריט: זורח, מאיר. מכאן, רדיו: משדר, מקרין מנקודה אחת אל המרחב.
• בסיס פיזיקה גרעינית: ניסוי הארייט ברוקס, 1902
• גילוי: אנרי בקרל חקר פלואורסצנטיות. בטעות, הכניס מלח-אורניום לקופסה עם לוח צילום, חומר שלא הוקרן מבחוץ. בכל זאת הלוח השחיר – בגלל קרינה רדיואקטיבית.
• ג'יי. ג'יי. תומסון גילה האלקטרון (1893): קל ושלילי; מכיוון שהחומר נייטרלי – חייב להיות מטען חיובי, וכבד. 1907: מודל תומסון ?: "עוגת צימוקים".

קרינה

• קרינת אלפא: פליטה של 2 פרוטוןים ו-2 נייטרוןים
• קרינת בטא: רדיואקטיבית. ("בטא -") נייטרון הופך לפרוטון ולאלקטרון, ופולט אותו עם אנטי-נייטרינו אלקטרוני; "בטא +": פליטה של פוזיטרון; סה"כ פחות מסה (מקבלים אנרגיה???) - קורית ספונטנית בגרעינים קטנים; בגדולים, הרווח באנרגיה קטן מהפסד האנרגיה החשמלית.
  • שימשו לניסוי גייגר-מרסדן שהוליך לגילוי מבנה האטום.
• קרינת גמא: פליטת פוטון; אובדן האנרגיה מתאזן בהפחתה של מסת הגרעין (למרות שאין שינוי במספרים האטומי והמסה).

היסטוריה

• הכימיה הייתה כבר די מפותחת: הטבלה המחזורית; גם הספקטרוסקופיה: פליטת אור אופיינית לחומר, בחימומו. ניסו ליישב אותם עם מודל האטום. ב-1909 הועמד במבחן: ניסוי גייגר-מרסדן (בפיקוח ארנסט רתרפורד). חלקיקי אלפא הוחזרו בזויות לא צפויות – העידו שהגרעין קטנטן. רתרפורד הציע: מודל "פלנטרי", שנילס בוהר שיכלל, והסביר הרבה: קוים ספקטרליים, וחלק מהרדיואקטיביות.
• ליסודות יש איזוטופים – הבדל בנייטרוןים; יחסי השכיחות בין האיזוטופים של כל יסוד – קבועים בכל הטבע, כולל בחלל. לחלקם עשרות איזוטופים, יציבים או רדיואקטיביים. ככל שמספר אטומי גדול יותר, יותר איזוטופים לא יציבים.
• בניגוד לכוח החשמלי, "כוחות גרעיניים" – פועלים רק בגרעין או קרוב מאד אליו; כך הוגדר רדיוס הגרעין. שיטה נוספת ומדויקת לקביעת הרדיוס (רוברט הופסטדטר, נובל 1961): הפגזת גרעין בקרינת בטא (אלקטרונים), שיכולים לחדור בקלות לגרעין; התנהגותם בתוכו מלמדת על גודלו ומבנהו. אפילו בתוך נייטרון (כביכול חסר מטען) יש פיזור מטען לא אחיד, ואפשר ללמוד את הפיזור ע"י בטא. "מודל הקליפות" לגרעין: עמוס דה שליט ויגאל תלמי – גרעין עם קליפות מלאות יציב מאד. מאז פותחו מודלים מורכבים יותר; ניבאו שיסודות מלאכותיים (מעל 92 – אורניום) אינם יציבים (נכון עד המקסימום שיוצרו, 1979 – סיבורגיום 106, וב-2015 אושר אוגאנסון 118) אבל רק עד 114, משם יהיו יסודות יציבים ש"שכחו להיווצר" (כיום ידוע שכולם עד 118 לא יציבים -?)

המשך

• טווח הכוח הגרעיני קטן, אבל שם – עוצמתו גדולה בהרבה מהחשמלי, וכך הוא מחזיק את הפרוטוןים. ככל שגרעינים גדולים – דחיית הפרוטונים חזקה, ויש צורך ביותר נייטרונים בעלי כוח גרעיני (חלקיק: ) כדי להחזיק את הגרעין; מס. הפרוטונים = מס. הנייטרונים (עד סידן: 20-20; אחריו: סקנדיום 21-44); בגלל הדחיה החשמלית ביניהם, דרושים יותר נייטרונים המספקים הכוח החזק; לכן גם גרעינים כבדים מאד פחות יציבים (ויש יותר איזוטופים, כמעט כולם רדיואקטיביים).
• "ספקטרוגרף מסות" מודד מסה של גרעינים בדיוק רב: מייננים החומר (למשל בניצוץ חשמלי) כך שיאבד אלקטרון; האטום הטעון מוסט בשה מגנטי בהתאמה למסה שלו. במדידת מסה של גרעין דיאוטריום מתברר שמסתו מעט קטנה ממסת פרוטון ונייטרון ביחד. ההפרש: אנרגיית קשר גרעינית, שהשתחררה בהיתוך. להליום אנרגית קשר גדולה פי 10 מדיאוטריום – הליום יציב בהרבה. ביסודות כבדים (רובם) האנרגיה נמוכה מאד, עד היסודות הכבדים מאד (אורנים וכו'), שם זה הפוך: הגרעין מסיבי משני תוצרי הביקוע, ולכן משתחררת אנרגיה בביקוע (כ-0.1% ממסת הגרעין).
• 3 הכוחות בגרעין: החזק, האלקטרומגנטי והכוח החלש נלחמים זה בזה - לפרק את הגרעין וללכד אותו; כעבור זמן, מתארגנים פרוטונים ונייטרונים כך, ש-2 פרוטונים ו-2 נייטרונים מצטופפים מספיק כדי להיפלט (קרינת אלפא). זמן ה"התארגנות" הוא זמן ההתפרקות, שאינו יחיד אלא מתפלג סטטיסטית, ולכן מאופיין במספר (המדויק): זמן מחצית החיים.
• יש איזוטופים רדיואקטיביים בטבע, מ-2 סיבות: בעלי זמן-מחצית-חיים גדול מגיל כדור הארץ; למשל: אורניום 238, 4.5 מיליארד שנה. ויש איזוטופים (תוריום 234, 24 יום) שנוצרים מאיזוטופים אלה - כל הזמן.
• עד עופרת (82), לא כולל, כל הקרינה היא בטא; המסה האטומית קבועה, המספר האטומי יכול לקטון ב-1 (בטא פלוס: פרוטון הופך לנייטרון, ופולט פוזיטרון ונייטרינו), או לגדול ב-1 (בטא מינוס: נייטרון הופך לפרוטון, ופולט אלקטרון ואנטי-נייטרינו אלקטרוני).
  • [יש שילוב של אלפא עם בטא. בתחילה אלפא: מס. אטומי 2-, משקל 4-; אח"כ בטא מינוס: מס. 1-; בטא מינוס: שינויי מס. 0, משקל 4-]
• "עמק היציבות": גרעינים יציבים באנרגיות נמוכות. בד"כ יסודות עם מס. אטומי אי-זוגי.
• יש שרשראות של התפרקויות אלפא, שכל יסוד נבדל במשקל האטומי ב-4: 238, 234, 230, 226, וכו'. כל השרשראות מסתיימות באיזוטופ של עופרת (למשל: מ-238 מגיעים לעופרת 206; מ-תוריום 232 לעופרת 208).
• עמ' 33