La physique nucléaire en bref

L'énergie d'une bombe nucléaire vient de l'intérieur du noyau de l'atome. La masse est convertie en énergie selon la E = mc

². Cette énergie est l'énergie de liaison du noyau, la colle qui maintient le noyau de l'atome ensemble.

Rayonnant particules

Dans certains cas, la force nucléaire ne peut pas maintenir un noyau à tous ensemble, et le noyau perd une partie de ses particules. Physicien français Henri Becquerel a découvert par hasard cet effet en 1896. Il avait été intrigué par les expériences avec des rayons X que Wilhelm Roentgen avait fait en Allemagne. Becquerel a obtenu un sel d'uranium pour voir si il pouvait observer ces rayons-x.

Dans son laboratoire au Musée d'Histoire Naturelle de Paris (où son père et son grand-père avait également été professeurs de physique), Becquerel a commencé ses expériences en exposant au soleil une plaque photographique avec le sel d'uranium saupoudré sur elle, pensant que le soleil serait activer le rayons-X. Un jour, nuageux, quand il n'a pas pu effectuer une de ses expériences, il a placé la plaque photographique avec le sel d'uranium dans un tiroir. Quelques jours plus tard, il est allé de l'avant et a développé la plaque de toute façon, pensant qu'il allait obtenir une faible image. Mais l'image était très forte, avec un contraste élevé. Il se rendit compte qu'il bientôt avait découvert un nouveau type de rayonnement énergétique.

Lorsque Pierre et Marie Curie ont entendu parler de l'expérience de Becquerel, ils ont commencé à chercher d'autres éléments qui pourraient émettre des rayons similaires. Ils ont constaté que l'uranium et le thorium émettent le même rayonnement. Et en 1898, ils ont découvert deux nouveaux éléments: le polonium (nommé d'après Pologne natale de Marie) et le radium. Les Curies nommés l'effet radioactivité.

En Angleterre, Ernest Rutherford conçu expériences pour enquêter sur ce nouveau phénomène de la radioactivité et a pu montrer que ces rayons viennent dans deux variétés, l'une plus pénétrante que l'autre. Le moins pénétrant l'un, qu'il a appelé alpha, a la charge électrique positive. La Curie à Paris a découvert que l'autre, appelé bêta, est chargée négativement.

Réalisant les limites de la force nucléaire

Pourquoi ces noyaux dégageaient particules? La force nucléaire est censé être extrêmement forte. Pourquoi est-il pas en mesure de garder tous ces particules à l'intérieur du noyau?

La réponse est que la force nucléaire a un très court rayon d'action. Il est en mesure de lier des particules qui sont proches les uns des autres. Si les particules sont trop éloignés, la force cesse de fonctionner. Si les particules se trouvent des protons, qui ont des charges positives, la force électrique agissant seul sera les pousser dehors.

Lorsque les particules nucléaires sont regroupés dans un noyau d'un atome, chaque particule interagit seulement avec ses voisins les plus proches. Dans un noyau avec plus de 30 particules, une particule dans le milieu du noyau ne se sentent pas la force nucléaire d'une particule sur les bords. Chacune des particules nucléaires dans le cluster sent l'attraction nucléaire des autres particules dans le cluster (ses voisins immédiats). Toutefois, ces particules ne se sentent pas la force de la particule à proximité du bord.

Pensez-y de cette façon: Imaginez que vous et un groupe de plusieurs amis essayez de rester ensemble tout en nageant dans des eaux agitées. Si vous décidez tout de tenir les mains, chacun de vous tiendront sur les deux plus proches voisins. La prise en main d'un nageur à une extrémité de la grande chaîne, peu importe la force, il semble à son voisin immédiat, n'a aucune influence sur un nageur à l'autre extrémité. Si l'eau devient trop rugueux, l'ensemble du groupe peut se briser, la création de petits groupes de deux, trois, ou peut-être quatre.

Comme les eaux agitées qui brisent votre groupe, la répulsion électrique des protons tente de briser un gros noyau. Toutefois, dans le noyau, certaines aides essaient de garder le tout ensemble: les neutrons. Neutrons ne sont pas une charge électrique, et la seule force qu'ils se sentent est l'attraction nucléaire. Ils sont les nageurs qualifiés qui ne sera pas repoussé par les eaux agitées. Si vous en avez assez de votre groupe, il va rester ensemble.

Etudier la désintégration alpha

Comme le groupe de natation avec les nageurs qualifiés, un noyau avec un nombre équilibré de protons et de neutrons est stable et reste ensemble. Mais si un noyau a trop de protons, la répulsion électrique totale peut submerger l'attraction de la force nucléaire, et un morceau du noyau peut voler en éclats.

La pièce qui quitte le noyau est habituellement sous la forme d'un particule alpha, un cluster de deux protons et deux neutrons. (Cette particule est également le noyau de l'atome d'hélium.) Il se trouve que ces quatre particules sont maintenues ensemble très serré par la force nucléaire, de sorte que ce groupe est une configuration très stable de particules nucléaires. Ce sont les particules qui Rutherford identifié comme un rayonnement alpha. Les physiciens appellent l'effet des particules alpha laissant le noyau désintégration alpha.

Détection de la désintégration bêta

Il semble que d'avoir beaucoup de neutrons est bon pour un noyau parce neutrons ne se sentent pas la répulsion électrique, mais ne se sentent l'attraction nucléaire. Ils sont les nageurs qualifiés dans les eaux agitées. Cependant, ces nageurs qualifiés ne possèdent pas beaucoup d'endurance. Un neutron en soi, à une distance du noyau, ne dure que 15 minutes environ. Après ces 15 minutes, il se transforme en un proton, un électron, et une autre petite particule appelée neutrino. Cet effet est appelé désintégration bêta.

L'intérieur du noyau, entouré par les autres particules, neutrons durent beaucoup plus longtemps. Quand il ya suffisamment de protons autour, un effet de la physique quantique empêche neutrons de créer plus de protons. La physique quantique décrit en donnant à chaque protons dans le noyau de son propre espace ou fente. Quand il ya suffisamment de protons, tous les emplacements sont prises et aucun protons supplémentaires sont autorisés.

Dans un noyau avec trop de neutrons, un neutron sur les bords extérieurs du noyau peut se désintégrer en un proton, car il y aura des emplacements vides pour cette nouvelle protons de rester. Par conséquent,

Un noyau avec un trop grand nombre de neutrons est instable et se désintègre en un proton, un électron et un neutrino.

Les protons créées par cette désintégration restent dans le noyau. Les électrons ne font pas dans la nucleus- il n'y a pas fentes pour eux il. La même chose vaut pour les neutrinos. Par conséquent, les électrons et les neutrinos sont tous deux éjectés. Les neutrinos sont extrêmement difficiles à détecter. Ils peuvent passer par la Terre entière et de sortir à l'autre bout sans une seule collision. Mais électrons sont faciles à détecter. Ces électrons séparatistes créent le rayons bêta que les Curie et Rutherford ont vu.

Dans les deux cas, les désintégrations alpha et bêta, le noyau radioactif changements dans le noyau d'un autre élément quand il dégage l'alpha ou la particule bêta.

Un troisième type de désintégration radioactive existe dans lequel le noyau instable dégage seulement le rayonnement très énergique, mais pas de particules sont éjectées. Le rayonnement électromagnétique est et est appelé les rayons gamma. Dans ce cas, le noyau donne simplement récupérer une partie de l'énergie qu'il a gagné précédemment, mais il ne perd pas son identité.