.
Jedro izotopa ogljika
sestavlja 6 protonov in 6 nevtronov. Nukleone v jedru med seboj povezuje sila, ki ni električnega izvora. Imenuje se močna ali jedrska sila.]]> 7 m/s zadosti energije, da lahko vdrejo v notranjost atoma.. Pravokotno na folijo zlata debeline 100 nm je usmeril curek delcev alfa in štel sipane delce pri različnih sipalnih kotih glede na število delcev v vpadnem curku. Število v vseh smereh sipanih delcev za več kot 100 je bilo enako eni deset tisočini vseh vpadlih delcev, in še 50 krat manj pri močnem sipanju - pri sipalnem kotu večjem od 900. Ocenimo, koliko je število atomov, ki jih preleti delec alfa na poti skozi folijo. Folija predstavlja sklad atomov, posamezni atom predstavlja kocko z dolžino roba a. Prostornina kocke V0 je enaka ,

kjer je V prostornina kilomola zlata in NA Avogadrovo število. Prostornino kilomola določimo z kilomolsko maso snovi M in njeno gostoto ρ.

Določimo dolžino roba kocke a:

Dolžina roba kocke a je enaka 0,25 nm. Delec alfa leti v povprečju skozi 400 atomov. Predpostavimo, da je skupni delež presekov jeder σ enako razmerju močno sipanih delcev alfa skozi sklad atomov:
Če vzamemo, da imajo jedra atomov obliko krogle, je presek σ enak πr2, sledi

Ocena polmera jedra atoma zlata je 1,0 . 10-5 nm. Tabela izotopov določenega elementa kaže, da je razlika njihovih mas zelo blizu večkratnika mase vodikovega atoma. Jedra izotopov izbranega elementa imajo enak pozitivni naboj. Z velikostjo naboja lahko utemeljimo, da vsebuje jedro izbranega elementa število protonov enako vrstnemu številu tega elementa. Masa protonov predstavlja le del celotne mase jedra. J. Chadwick, angleški fizik je predpostavil, da jedro sestavljajo še druge vrste delci, ki imajo maso podobno masi protona, a so brez električnega naboja. Ker so brez električnega naboja, se ne odklanjajo v električnem ali magnetnem polju. Odkrite delce (1932) je imenoval nevtrone. Za odkritje nevtronov je leta 1935 prejel Nobelovo nagrado za fiziko. Za določanje njihove mase je uporabil metodo, s katero je posredno določil njihovo maso. Ko je plast berilija obstreljeval z delci alfa, je berilij oddajal tedaj še neznane nevidne delce – nevtrone , ki so nato trčili v atome vodika ali v atome dušika. Ob trku so nevtroni izbili jedra vodika – protone ali jedra dušika. Izbitim jedrom je meril njihovo hitrost. Ob predpostavki, da je trk prožen in jedro odleti v nasprotni smeri kot je smer nevtrona pred trkom, lahko ohranitev gibalne količine in kinetične energije nevtrona z maso mn in jedra z maso mj zapišemo z enačbama:

vn je hitrost nevtrona pred trkom, in pa hitrosti jedra in nevtrona po trku. Iz obeh enačb izračunamo hitrost jedra po trku:

Gornja enačba velja za hitrosti izbitih jeder tako vodika, kot dušika. Z razmerjem hitrosti obeh vrst jeder se eliminira hitrost nevtronov pred trkom

Chadwick je pri merjenju hitrosti dobil razmerje 7,5 in tako ugotovil, da se masa nevtrona in masa protona ne razlikujeta več kot za stotinko vrednosti. Primerjava mas jeder atomov z vsoto mas pripadajočih nukleonov, ki ga sestavljajo, kaže, da so mase jeder atomov vselej manjše. Energijo, za katero se razlikujeta lastni energiji prostih in v jedru vezanih nukleonov imenujemo vezavna energija jedra. Primer: Določimo vezavno energijo jedra devterija, ki ga sestavlja en proton in en nevtron. Masa jedra devterona je enaka 2,0136 u.
Razliko mas 0,0024 u izrazimo z energijo izsevanega fotona 2,2 MeV pri nastanku jedra. Pri razcepu jedra je prav toliko energije potrebno dovesti.]]> -15 m]]> -10 m]]> -6 m]]>
Pretvorbo jedra joda imenujemo razpad beta. Pri izotopu urana z relativno maso 238 in vrstnim številom 92 iz jedra izleti jedro helija, nastane jedro torija z relativno atomsko maso 234, in vrstnim številom 90.
Pretvorbo jedra urana imenujemo razpad alfa. Nastalo novo jedro je lahko v vzbujenem stanju, pri prehodu v osnovno stanje izseva energijo v obliki elektromagnetnega valovanja zelo kratkih valovnih dolžin. Sevanju rečemo gama sevanje. Jedra nestabilnih izotopov razpadajo, nekatera hitreje, druga počasneje. Količina, ki predstavlja hitrost razpadanja nestabilnih jeder določenega izotopa v snovi, je razpolovni čas. To je čas, v katerem v razpade polovica jeder. Izotop joda 131 ima razpolovni čas 8 dni. Po 16 dneh jih torej ob začetnega števila ostane še četrtina, po 50 dneh pa le še ena stotinka.Razpolovni čas urana 238 je več kot 4 milijarde let, zato je še vedno prisoten v zemeljski skorji. Uran z razpadnimi produkti in drugi nestabilni elementi, ki nastajajo kot posledica delovanja kozmičnih žarkov so vzrok za naravno radioaktivnost, kateri smo stalno izpostavljeni. Umetni nestabilni izotopi danes nastajajo v jedrskih reaktorjih. so izvir umetne radioaktivnosti. Kontrolirano jih uporabljamo za medicinske potrebe, v kmetijstvu, gradbeništvu, nekontrolirano pa onesnažujejo okolje pri okvarah jedrskih reaktorjev ali poskusih atomskih bomb. Radioaktivne snovi vsebujejo nestabilna jedra izotopov, ki pri razpadu sevajo. Količina za število razpadov na sekundo radioaktivnega izvira se imenuje aktivnost (oznaka A), enota razpad na sekundo je bekerel (znak Bq). Geigerjeva cev je naprava za merjenje aktivnosti. Sestavlja jo zaprta kovinska cevka, napolnjena s plinom, v njeni osi leži tanka kovinska nitka. Cevka in nitka sta priključena na pola visoke enosmerne napetosti. Ko delec, ki nastane pri razpadu jedra, prileti v cevko s plinom, ionizira molekule plina. Ioni povzroče plaz elektronov v močnem električnem polju proti kovinski nitki. Tokovni sunek povzroči padec napetosti, katerega registriramo z zvočnikom ali pa sunke elektronsko štejemo. Primer: Za neoporečnost živil je določena zgornja meja aktivnosti. Dovoljena aktivnost za mleko je tako manj kot 100 Bq na liter, za zelenjavo 250 Bq na kilogram. Za primerjavo - teden dni po okvari jedrskega reaktorja v Černobilu smo na Gorenjskem za sveže nabran regrat izmerili 15000 Bq na kilogram. Sevanje radioaktivne snovi absorbirajo telesa, ki jo obkrožajo. To je lahko jeklo kot obloga reaktorja, voda, zrak, kot tudi živi organizmi. Količina za energijo, ki jo telo prejme s sevanjem se imenuje absorbirna doza sevanja (oznaka D), enota džul na kilogram je gray (znak Gy). Energija sevanja se v trdnih telesih spremeni v toploto, v živih organizmih pa sevanje le ionizira molekule in jih ne greje. Vendar pa lahko glede na število ioniziranih molekul (poznamo energijo za ionizacijo ene molekule) tudi za žive organizme uporabljamo isto enoto. Upoštevati moramo, da posamezne vrste sevanja povzročijo različne biološke učinke. Količina za gostoto ionizacije zaradi sevanja se imenuje ekvivalentna doza, enota sievert (znak Sv). Primer: Človek prejme ekvivalentno dozo 1Sv, če je obsevan z 1Gy sevanja beta ali gama in le 0,05Gy sevanja alfa. Vpliv naravnega sevanja na človeško telo je ocenjen na 2 mSv na leto. K sevanju , ki je škodljivo za žive organizme štejemo tudi ultravijolično svetlobo in rentgensko sevanje. Rentgensko sevanje, ki se tako kot sevanje gama uporablja v medicinski diagnostiki ima od nje le štirikrat manjšo energijo. Tudi enota za energijo rentgenskega sevanja je sievert.]]>
Pri reakciji se ohrani število nukleonov, ki jih predstavljajo gornja števila in ohrani se električni naboj, ki je predstavljen s spodnjimi števili. Preverimo vsoto mirovnih mas jeder pred reakcijo in po njej. 14,0031u + 4,0026u 16,9991u + 1,0078u Znak u predstavlja atomsko enoto mase 1,66 . 10-27 kg. Skupna mirovna masa jeder po reakciji presega začetno mirovno maso jeder za 0,0013u, oziroma za 1,2 MeV, ko upoštevamo zvezo med maso in energijo (1u = 930 MeV). Razlika med mirovnimi masami se imenuje reakcijska energija. Ko je vsota mas delcev po reakciji večja kot vsota mas delcev pred njo, rečemo da se energija z reakcijo absorbira. Delci morajo imeti pred reakcijo vsaj toliko kinetične energije, kot je reakcijska, da se reakcija sploh zgodi. Nasprotno, ko je vsota mas delcev po reakciji manjša kot vsota mas delcev pred njo, se reakcijska energija sprosti kot kinetična energija nastalih delcev, ali v obliki sevanja. Pri jedrskih reakcijah zato velja zakon o ohranitvi mase in energije sistema delcev ter zakon o ohranitvi gibalne količine sistema. Svetlobna energija, ki jo Sonce oddaja, nastaja z jedrskimi reakcijami v njegovi notranjosti, ko pri zelo visoki temperaturi in tlaku z zlivanjem vodikovih jeder nastajajo helijeva jedra. Ob trku dveh protonov nastane jedro devterija (),
pozitron in nevtrino. V jedro devterija trči še en proton, nastane jedro lahkega helija ().
Ob trku dveh jeder lahkega helija med seboj nastane jedro stabilnega helija ()
in dva prosta protona. Nastali pozitron trči z elektronom in nastane sevanje gama. Neto bilanca spojitve začetnih štirih protonov je jedro helija, delec nevtrino in sevanje gama.
Energija W, ki se sprosti v zaporednih reakcijah za nastanek helijevega jedra, je enaka:
Pri reakcijah se sprosti 25 MeV. Primer: Predpostavimo, da se vsi protoni iz enega grama vodika na Soncu pretvorijo v helijeva jedra. Določimo energijo, ki se pri tem sprosti. Število vodikovih jeder – protonov v gramu vodika je 6,0 . 1023. Sproščena energija na proton je 25/4 MeV. Celotna sproščena energija iz grama vodika je 3,75 . 1023 MeV. Sproščena energija je enaka 17 000 kWh, kar predstavlja letno povprečno porabljeno energijo za ogrevanje enodružinske hiše.]]> Primer: Določimo množino toplote, ki se sprosti pri cepitvi 1,0 mg urana 235, če se pri cepitvi posameznega jedra sprosti v povprečju 180 MeV (2,9. 10-11 J) energije.

Množina toplote je enaka 74 MJ, oziroma 21 kWh. Kontrolirano verižno reakcijo izkoriščamo v jedrskem reaktorju. To pomeni, da je med obratovanjem reaktorja število nevtronov in tako tudi število cepitev v časovni enoti nespremenjeno. Kontrolirana cepitev se v reaktorju doseže na dva načina. Pri prvem govorimo o obogatenem uranu. V naravi je v delež urana 235 0,7% glede na uran 238. V obogatenem uranu je delež urana 235 do 3%. Hitri nevtroni, ki nastajajo pri cepitvi, v moderatorju oddajo pri prožnih trkih kinetično energijo, da postanejo počasni in lahko cepijo jedra urana 235. Reaktor lahko deluje tudi z gorivnimi elementi iz naravnega urana, kot moderator pa se uporablja zelo čist grafit. Gorivni elementi in moderator sestavljajo sredico reaktorja. Sredico obdaja reflektor, ki uhajajoče nevtrone usmerja nazaj v sredico. Sredica z reflektorjem je obdana z betonskim zaščitnim oklepom, da ščiti okolico pred sevanjem. V sredico segajo regulacijske palice. Jedra snovi, iz katere so regulacijske palice močno absorbirajo nevtrone. Z dviganjem in spuščanjem regulacijskih palic se v sredici povečuje oziroma zmanjšuje pogostnost cepitev. Toploto odvaja iz sredice tok hladilne snovi. Segreta hladilna snov v toplotnem izmenjevalniku odda toploto vodi v sekundarnemu krogu, ki izpari in poganja parno turbino in z njo električni generator. ]]> 19]]> 20]]> 21]]>