27-1 Štiepenie jadra

27-1 Štiepenie jadra; 27-2 Fotenie jadrových reakcií; 27-3 Bublinová komora; 27-4 Prvé urýchľovače častíc; 27-5 "Van de Graaff"; 27-6 Cyklotrón; 27-7 Iné urýchľovače; 27-8∗ Zrážače častíc (particle colliders);

Úlohy

27-1 Štiepenie jadra

Rutherford dostal nápad (po tom, čo sa presvedčil, že rádioaktívny rozpad ťažkých jadier je spôsobený nestabilitou jadra), že pomocou významných vonkajších síl by bolo možné, snáď, aby sa rozpadli aj stabilné jadrá. Pravda, vtedy už vedeli, že rádioaktívny rozpad sa nedá ovplyvniť vysokou teplou, alebo chemickým pôsobením. Prirodzeným dôvodom mohlo byť, že energie vystupujúce pri vysokých teplotách a chemických reakciách sú neporovnateľne menšie, než energia, ktorá sa uvoľňuje pri rozpade jadra.

Kým energia tepelného pohybu (pri dostupných vysokých teplotách), ako aj veľkosť chemických väzbových energií je rádovo $1 0^{- 19} J$ , tak zatiaľ v jadrových rozpadoch sa objavujú častice s energiou $1 0^{- 13} J$ , to je miliónkrát viac.

Aby sa dosiahli výsledky v prípade ľahkých stabilných jadier, musí sa na jadrá pôsobiť výrazne väčšími energiami, než aké nám poskytuje vysoká teplota, či chemické reakcie. Ako prirodzené riešenie sa ponúkalo bombardovanie ľahkých stabilných jadier energetickými časticami, ktoré vylietavajú z rozpadajúcich sa nestabilných ťažkých jadier.

Rutherford nasledoval túto úvahu a nasmeroval častice alfa z rozpadu malého množstva rádia na dusík. S uspokojením konštatoval nasledujúce: popri tom, že častice alfa prenikli dusíkovým plynom, a čiastočne sa rozptýlili do všetkých možných smerov, plyn opustilo aj niekoľko vysoko energetických protónov, o ktorých sa dalo predpokladať, že vznikli pri zrážke bombardujúcich častíc alfa s jadrom atómu dusíka. Budeme vidieť v nasledujúcom paragrafe, že tieto zrážky, neskôr, bolo možné v hmlovej komore aj vyfotografovať. Zachytenie častice alfa a vyžiarenie jedného protónu zvýšilo protónové číslo atómu o 1 ( $+ 2 - 1 = + 1$ ) a hmotnostné číslo o 3 ( $+ 4 - 1 = + 3$ ), a tak z atómu dusíka $_{7}^{14} N$ vznikol jeden z ťažkých izotopov atómu kyslíka $_{8}^{17} O .$ Túto jadrovú reakciu zapíšeme nasledovne

$_{2}^{4} He +_{7}^{14} N \to_{8}^{17} O +_{1}^{1} H .$

Po vzore úvodného experimentu bol Rutherford schopný umelo pretvoriť aj iné ľahké prvky (napríklad hliník). Rastom atómového čísla bombardovaných prvkov však počet vznikajúcich protónov prudko klesal, nakoľko väčšie jadro so svojim väčším elektrickým kladným nábojom odpudzoval nalietavajúce častice alfa silnejšie – v prípade prvkov ťažších od argónu ( $Z = 18$ ) už nepozoroval vznikajúce protóny.

27-2 Fotenie jadrových reakcií