Něco o jaderné fyzice I. část

  Při fyzikálním zkoumání přírody se veškerý materiální svět rozděluje na dvě základní formy hmoty:

Látku

tvořenou hmotnými částicemi (částicemi s nenulovou klidovou hmotností - viz níže) - elementární částice, atomy, molekuly a z nich vytvořené složitější soubory a struktury.

Pole

zprostředkovávající vzájemné silové působení (interakce) mezi částicemi látky - pole elektromagnetické, gravitační, silných a slabých interakcí (podrobněji rozebírané níže).

Moderní fyzika ukazuje, že toto rozdělení je do určité míry konvenční - obě formy se vzájemně proměňují; částice látky mohou být interpretovány jako kvantové stavy specifických polí (unitární teorie pole a částic) a fyzikální pole lze popisovat pomocí kvant – částic.

Diskrétní částicový a kontinuální polní model hmoty

Stavbu a chování hmoty ve fyzice modelujeme výše zmíněnými dvěma odlišnými způsoby (formami matérie):

Model diskrétních částic, podle něhož se všechna tělesa a hmotná prostředí skládají z velkého množství drobných prostorově lokalizovaných objektů - částic. Částice mají určitou nenulovou hmotnost či energii, mají určitou polohu v prostoru a čase, určitou rychlost, hybnost a kinetickou energii. Pohyb částic se řídí univerzálními zákony mechaniky (idealizovaného "hmotného bodu") - klasické mechaniky (Newtonovy pohybové zákony) či relativistické kinematiky a dynamiky, popř. kvantové mechaniky.

Model spojitého pole, popisující strukturu a chování hmoty veličinami spojitě rozprostřenými v prostoru. V moderní fyzice se tento polní popis používá pro silová působení - interakce - mezi částicemi látky. Je dokonale propracován zvláště pro elektromagnetické jevy mezi nabitými tělesy a částicemi - Faradayova-Maxwellova elektrodynamika.

  Polní popis se však dá použít (a zvláště dříve se často používal) i ve fyzice kontinua pro studium kapalin, plynů a částečně i pevných látek. Pohyb kapalin a plynů je vnitřně způsoben pohyby jejich atomů a molekul - dokonale ověřená kinetická teorie. Pro makroskopický popis chování plynů a kapalin se však nevyšetřuje pohyb jednotlivých atomů či molekul, ale kolektivní pohyby souboru částic. Používají se "zprůměrované" veličiny, které jsou spojitě rozloženy v celém objemu plynu či kapaliny. Individuální údaje o poloze jednotlivých atomů jsou nahrazeny průměrným prostorovým rozložením jejich počtu - rozložením hustoty. Rychlost neuspořádaného pohybu jednotlivých atomů je při makroskopickém popisu nahrazena teplotou, uspořádaného pohybu pak průtokem (přenosem hybnosti) v různých místech látkového prostředí. Srážky a silové působení mezi atomy či molekulami uvnitř plynů a kapalin je vyjádřeno rozložením tlaku. Pro vzájemné závislosti mezi těmito veličinami platí důležité stavové rovnice. Vztah mezi mechanickými charakteristikami částic (atomů a molekul) a polními stavovými veličinami se ve fyzice kontinua odvozuje metodami statistické fyziky. Veškeré vlastnosti látkových prostředí a děje v nich pozorované jsou integrálním projevem řady chaotických či koordinovaných jednodušších pohybů stavebních částic příslušné látky.

Radioaktivita

Některá jádra atomů - většinou nestabilní – vysílají záření o vysokých frekvencích. Toto záření se nazývá radioaktivita, dosahuje větších frekvencí než Röntgenovo záření. Při záření se jádro rozpadne a přemění na jiné jádro jiného prvku. Nestabilní prvky mají tendenci se rozpadat na stabilnější prvky. Stabilita prvků se určí na základě poměru počtu protonů a neutronů. Prvky s poměrem 1 jsou stabilní (nejstabilnější prvek ve vesmíru je Železo), prvky s poměrem do 1,5 jsou nestabilní a prvky s poměrem vyšším než 1,5 jsou vysoce nestabilní. Látky tvořené atomy s těmito jádry se nazývají radionuklidy - mohou být buď přirozené, nebo umělé.

Typy záření

Alfa

^A_ZX  → ^A-4_Z-2Y + ⁴₂α

Z rovnice lze vydedukovat, že se jedná o svazek rychle letících jader Helia.

Konkrétní příklad: ²³⁹₉₄Pu → ²³⁵₉₂U + ⁴₂ α

Záření alfa má z radioaktivity nejmenší frekvenci, pohltí jej list papíru.

Beta +

^A_ZX → ^A_Z-1Y + ⁰₁e

Konkrétní příklad: ³⁰₁₅P → ³⁰₁₄Si + ⁰₁e

Je tvořeno proudem pozitronů, pohlcuje jej hliníkový plech.

Beta –

^A_ZX → ^A_Z+1Y + ⁰_-1e

Konkrétní příklad: ²¹⁰₈₄Po → ²¹⁰₈₅At + ⁰_-1e

Je tvořeno proudem elektronů, taktéž jej pohlcuje hliníkový plech.

Gama

^AX → ^AY* + ⁰_-1e      ^AY* → ^AY + γ

Konkrétní příklad: ⁶⁰₂₇Co → ⁶⁰₂₈Ni* + ⁰_-1e      ⁶⁰₂₈Ni*  → ⁶⁰₂₈Ni + γ

Toto záření je elektromagnetické, pohlcuje jej vrstva olova.

Záření Neutronové

Tvoří jej logicky proud letících neutronů, pohlcuje jej velmi silná vrstva vody nebo betonu.