Kernreaksie

In kernfisika en kernchemie word 'n kernreaksie beskou as die proses waarin twee atoomkerne, of 'n kern en 'n eksterne subatomiese deeltjie, bots om een of meer nuwe nukliede te produseer. Dus moet 'n kernreaksie 'n transformasie van ten minste een nuklied na 'n ander veroorsaak. As daar 'n interaksie is tussen 'n kern en 'n ander kern of deeltjie en hulle dan skei sonder om die aard van enige nuklied te verander, word daar bloot na die proses verwys as 'n soort kernverspreiding, eerder as 'n kernreaksie.

In beginsel in 'n reaksie kan meer as twee deeltjies bots, maar omdat die waarskynlikheid dat drie of meer kerne op dieselfde tyd op dieselfde plek bymekaarkom baie minder is as vir twee kerne, is so 'n gebeurtenis buitengewoon skaars. Die term "kernreaksie" kan verwys na 'n verandering in 'n nuklied wat veroorsaak word deur botsing met 'n ander deeltjie of na 'n spontane verandering van 'n nuklied sonder botsing.

Natuurlike kernreaksies kom voor in die interaksies tussen kosmiese strale en materie, en kernreaksies kan kunsmatig gebruik word om kernenergie op aanvraag te verkry. Die belangrikste kernreaksies is die kernkettingreaksies in materiale wat kernsplyting lewer, en die verskillende kernversmeltingsreaksies van ligelemente wat die energieproduksie van die son en sterre dryf.

Geskiedenis

In 1919 kon Ernest Rutherford transmutasie van stikstof in suurstof aan die Universiteit van Manchester bewerkstellig met behulp van alfa-deeltjies gerig op stikstof:

¹⁴N + α → ¹⁷O + p.

Dit was die eerste waarneming van 'n kernreaksie wat geïnduseer was, dit wil sê 'n reaksie waarin deeltjies van een reaksie gebruik word om 'n ander atoomkern te verander. Uiteindelik, in 1932 aan die Universiteit van Cambridge, is 'n volledig kunsmatige kernreaksie en kerntransmutasie bereik deur Rutherford se kollegas John Cockcroft en Ernest Walton, wat kunsmatig versnelde protone teen litium-7 gebruik het om die kern in twee alfa-deeltjies te verdeel. Die prestasie het in die volksmond bekend gestaan as "splyting van die atoom", hoewel dit nie die moderne kernsplytingsreaksie was wat later in 1938 deur die Duitse wetenskaplikes Otto Hahn, Lise Meitner en Fritz Strassmann in swaar elemente ontdek is nie.^[1]

Tipes kernreaksies

Alhoewel die aantal moontlike kernreaksies geweldig groot is, is daar verskillende soorte wat meer algemeen of andersins opmerklik is. Enkele voorbeelde sluit in:

Fusiereaksies - twee ligte kerne verbind om 'n swaarder een te vorm, met addisionele deeltjies (gewoonlik protone of neutrone) wat daarna vrygestel word.
Spallasie - 'n kern word getref deur 'n deeltjie met voldoende energie en momentum om verskeie klein fragmente uit te slaan of in baie fragmente te verpletter.
Geïnduseerde gamma-emissie behoort tot 'n klas waarin slegs fotone betrokke was by die skep en vernietiging van toestande van kernontsteking.
Alfaverval - Alhoewel α-verval aangedryf word deur dieselfde onderliggende kragte as spontane splyting, word dit gewoonlik as apart beskou. Die idee dat "kernreaksies" tot geïnduseerde prosesse beperk word, is nie korrek nie. "Radioaktiewe verval" is 'n subgroep van "kernreaksies" wat spontaan eerder as geïnduseer word. Sogenaamde "warm alfa-deeltjies" met buitengewoon hoë energieë kan geproduseer word in beide geïnduseerde en spontane splyting.
Splytingsreaksies - 'n baie swaar kern, nadat hy addisionele ligdeeltjies (gewoonlik neutrone) geabsorbeer het, word in twee of soms drie stukke verdeel. Dit is 'n geïnduseerde kernreaksie. Spontane splytings, wat plaasvind sonder hulp van 'n neutron, word gewoonlik nie as 'n kernreaksie beskou nie. Hoogstens is dit nie 'n geïnduseerde kernreaksie nie.

Verwante tegnieke

Ander soorte reaksies en tegnieke, wat dikwels in eksperimentele kernnavorsing gebruik word, sluit in:

Onelastiese verstrooiing - hier word slegs energie en momentum oorgedra. Hierdie tegniek is handig vir die bepaling van vorms en groottes van kernoppervlaktes, binnestrukture en kerntoestande.
Lading-uitruil reaksies
Kernoordragreaksies - gebruik teen lae energie om die buitenste dopstruktuur van kerne te bestudeer.

Kernvergelykings

Kernvergelykings kan in 'n soortgelyke vorm as chemiese vergelykings geskryf word, bv.:

{\ce {^{6}_{3}Li + ^{2}_{1}H ->2^{4}_{2}He}}

In baie situasies word 'n kompakte notasie gebruik om kernreaksies te beskryf. Hierdie styl van die vorm A (b, c) D is gelykstaande aan A + b wat c + D produseer. Algemene ligdeeltjies word in hierdie snelskrif dikwels afgekort, tipies p vir proton, n vir neutron, d vir deuteron, α vir 'n alfa-deeltjie (helium-4), β vir beta-deeltjie of elektron, γ vir gammafoton, ens. Die reaksie hierbo sou geskryf word as ⁶Li(d,α)α.^[2]^[3]

Bronne

Schmitz, Taylor (1973). Nuclear Physics. Pergamon Press. ISBN 0-08-016983-X.
Bertulani, Carlos (2007). Nuclear Physics in a Nutshell. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-12505-3.

Verwysings

↑ "Cambridge Physics - Splitting the Atom". www-outreach.phy.cam.ac.uk (in Engels). 2 September 2012. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 2 September 2012. Besoek op 8 Januarie 2021.
↑ Tilley, R. J. D. (2004). Understanding Solids: The Science of Materials (in Engels). John Wiley and Sons. p. 495. ISBN 0-470-85275-5.
↑ Wilkinson, Freddie (9 Maart 2007). "The Astrophysics Spectator: Hydrogen Fusion Rates in Stars". The Astrophysics Spectator (in Engels). Besoek op 8 Januarie 2021.

[Cambridge2012-1] "Cambridge Physics - Splitting the Atom". www-outreach.phy.cam.ac.uk (in Engels). 2 September 2012. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 2 September 2012. Besoek op 8 Januarie 2021.

[Tilley-2] Tilley, R. J. D. (2004). Understanding Solids: The Science of Materials (in Engels). John Wiley and Sons. p. 495. ISBN 0-470-85275-5.

[Wilkinson2007-3] Wilkinson, Freddie (9 Maart 2007). "The Astrophysics Spectator: Hydrogen Fusion Rates in Stars". The Astrophysics Spectator (in Engels). Besoek op 8 Januarie 2021.

[1]

[2]

[3]