Η πυρηνική φυσική είναι ο τομέας της φυσικής που ασχολείται με τη μελέτη των φαινομένων που συσχετίζονται με τον πυρήνα του ατόμου, τα στοιχειώδη σωματίδια που τον αποτελούν καθώς και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους (δομή, χαρακτηριστικά, συμπεριφορά κλπ.).
Ως επιστημονικός κλάδος αναπτύχθηκε τον 20ο αιώνα, μετά την ανακάλυψη της ραδιενέργειας από το ζεύγος Κιουρί και του πυρήνα του ατόμου από τον Ράδερφορντ. Από τη δεκαετία του 1930 κι έπειτα, δημιουργήθηκε ένας από τους κύριους κλάδους της σύγχρονης Φυσικής, καθώς διαπιστώθηκε η δυνατότητα εφαρμογής της στην παραγωγή ενέργειας αλλά και την κατασκευή όπλων.
Μέχρι τις αρχές του 20ού αιώνα, θεωρείτο ότι τα άτομα ήταν τα τελικά συστατικά της ύλης. Η ανακάλυψη της ραδιενέργειας το 1896 από τον Ανρί Μπεκερέλ και οι μελέτες που ακολούθησαν, ιδίως από τους Κιουρί, άρχισαν να υποδηλώνουν ότι τα ίδια τα άτομα μπορεί να είναι σύνθετα αντικείμενα. Πώς αλλιώς θα μπορούσε η ύλη να εκπέμπει αυθόρμητα σωματίδια, όπως στην περίπτωση της ραδιενέργειας άλφα;
Το 1911 ο Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι τα άτομα όντως φαίνονταν να είναι σύνθετα αντικείμενα. Αναλύοντας τη διάχυση των σωματιδίων άλφα που εκπέμπονται από μια ραδιενεργό πηγή μέσα από ένα φύλλο χρυσού, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι "φαίνεται απλούστερο να υποθέσουμε ότι το άτομο περιέχει ένα κεντρικό φορτίο που κατανέμεται σε έναν πολύ μικρό όγκο... ". Το υπόδειγμα του Ράδερφορντ για το άτομο ήταν επομένως ένας κεντρικός πυρήνας με ηλεκτρικό φορτίο που περιβάλλεται από ηλεκτρόνια που κρατούνται σε τροχιά με ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση. Είχε ήδη προταθεί το 1904 από τον Hantarō Nagaoka.
Το 1919, ο Ράδερφορντ ανακάλυψε και πάλι την ύπαρξη στον πυρήνα του πρωτονίου, ενός σωματιδίου με στοιχειώδες θετικό φορτίο e, αλλά με μάζα πολύ μεγαλύτερη από εκείνη του ηλεκτρονίου (το οποίο έχει αρνητικό στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο). Το 1932, ο Τσάντγουικ απέδειξε την ύπαρξη του νετρονίου, ενός σωματιδίου που μοιάζει πολύ με το πρωτόνιο, εκτός από το γεγονός ότι δεν έχει ηλεκτρικό φορτίο (εξ ου και το όνομά του). Παράλληλα, ο Χάιζενμπεργκ πρότεινε ότι ο ατομικός πυρήνας αποτελείται στην πραγματικότητα από μια συλλογή πρωτονίων και νετρονίων.
Το 1932, ο Λεό Σίλαρντ διατύπωσε την άποψη ότι οι πυρηνικές αλυσιδωτές αντιδράσεις μπορούν να παράγουν θερμική ενέργεια. Το 1934, ο Ενρίκο Φέρμι εισήγαγε την έννοια της ασθενούς αλληλεπίδρασης, η οποία θα γινόταν η θεωρία της στοιχειώδους αλληλεπίδρασης, που ολοκληρώθηκε το 1970, και η οποία εφαρμόζεται στην κινητική των νετρονίων, στη σταθερότητα του ατομικού πυρήνα και σε αυτό που σήμερα είναι γνωστό ως "πυρηνική αντίδραση". Η φυσική αυτή απομακρύνθηκε από την κλασική φυσική, στην οποία οι ενέργειες εκφράζονται χωρίς ασυνέχεια, προς την κβαντική φυσική, στην οποία οι ενέργειες είναι ασθενείς αλλά έχουν ασυνεχείς τιμές.
Η αλληλεπίδραση που συγκρατεί τα νουκλεόνια στον πυρήνα είναι αποτέλεσμα της ισχυρής πυρηνικής αλληλεπίδρασης που συνδέει τα κουάρκ στο νουκλεόνιο. Η ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση είναι η πιο έντονη από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης (εξ ου και το όνομά της)- έχει πολύ μικρή εμβέλεια, η οποία εξασφαλίζει την ισχυρή συνοχή των νουκλεονίων, και μπορούν να θεωρηθούν ως στοιχειώδη σωματίδια (αγνοώντας την εσωτερική τους δομή) σε ένα ευρύ ενεργειακό εύρος (έως GeV).
Το υπόλειμμα αυτής της αλληλεπίδρασης γίνεται αισθητό έξω από τα νουκλεόνια: είναι ισχυρά απωθητικό μέχρι το 1 φερμί, όπου γίνεται ισχυρά ελκυστικό, και στη συνέχεια μειώνεται εκθετικά (βλέπε σχήμα για μια συγκεκριμένη διαμόρφωση σπιν). Καθώς τα πρωτόνια είναι φορτισμένα σωματίδια, αλληλεπιδρούν επίσης μέσω της αλληλεπίδρασης Κουλόμπ. Εάν ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα είναι μεγάλος, η αλληλεπίδραση Κουλόμπ υπερισχύει της ισχυρής αλληλεπίδρασης και οι πυρήνες γίνονται ασταθείς. Το ποσό της ενέργειας που συγκρατεί τον πυρήνα ενωμένο ονομάζεται ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα.
Μια αντίδραση λέγεται πυρηνική όταν υπάρχει αλλαγή στην κβαντική κατάσταση του πυρήνα. Στην αντίδραση συμμετέχουν τα νουκλεόνια που αποτελούν τον πυρήνα, αλλά και άλλα σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια e-, τα ποζιτρόνια e+...
Οι πυρηνικές αντιδράσεις μπορεί να είναι διαφόρων τύπων. Οι σημαντικότερες μεταβάλλουν τη σύσταση του πυρήνα και επομένως είναι επίσης μετατροπές:
Με την έλευση των επιταχυντών σωματιδίων και των βαρέων πυρήνων (Α > 8), μελετήθηκαν νέοι τύποι αντιδράσεων :
Άλλες αλληλεπιδράσεις δεν αλλάζουν τη σύσταση του πυρήνα, αλλά μεταφέρουν σε αυτόν ενέργεια διέγερσης:
Η πυρηνοσύνθεση εξηγεί πώς παράγονται οι διάφοροι πυρήνες που συνθέτουν το Σύμπαν. Ωστόσο, απαιτούνται δύο πολύ διαφορετικές διαδικασίες για να εξηγηθεί η αφθονία των διαφόρων χημικών στοιχείων στο σύμπαν:
Τα στοιχεία του Περιοδικού Πίνακα πέρα από το ουράνιο, έχουν ανακαλυφθεί με τεχνητό τρόπο σε πυρηνικά εργαστήρια. Το βαρύτερο γνωστό στοιχείο σήμερα έχει Ατομικό Αριθμό ίσο με 113.
Σήμερα κύριο αντικείμενο μελέτης της Πυρηνικής Φυσικής αποτελούν τα φαινόμενα όχι μόνο αυτά που εξελίσσονται στον πυρήνα των ατόμων αλλά και εκείνα που μπορούν να εξελιχθούν κάτω από ειδικές συνθήκες. Και τέτοια φαινόμενα είναι οι αλλαγές των πυρήνων που οφείλονται στις πυρηνικές αντιδράσεις.
Η ραδιομετρική χρονολόγηση (επίσης γνωστή ως "ραδιοχρονολογία") είναι μια μέθοδος απόλυτης χρονολόγησης που χρησιμοποιεί την τακτική διακύμανση με την πάροδο του χρόνου της αναλογίας των ραδιοϊσοτόπων σε ορισμένα σώματα. Η πιο γνωστή είναι αναμφίβολα η χρονολόγηση με άνθρακα-14, αλλά υπάρχουν και πολλές άλλες. Δεν χρησιμοποιούν όλες το ίδιο φυσικό και γεωλογικό σκεπτικό και η ακρίβειά τους ποικίλλει. Οι ραδιομετρικές μέθοδοι χρονολόγησης αποτελούν τον πυρήνα της ισοτοπικής γεωλογίας.
Η πυρηνική ιατρική βασίζεται στη χρήση ραδιενεργών πηγών και στην αλληλεπίδρασή τους με τον ανθρώπινο ιστό. Η αλληλεπίδραση αυτή αξιοποιείται για διαγνωστικούς σκοπούς (π.χ. ακτινολογία) ή για θεραπεία (π.χ. ακτινοθεραπεία). Από τη δεκαετία του 1980 έχουν αναπτυχθεί τεχνικές απεικόνισης με πυρηνικό μαγνητικό συντονισμό (MRI), οι οποίες χρησιμοποιούν τις μαγνητικές ιδιότητες των πυρήνων.
Η πυρηνική ενέργεια μπορεί να παραχθεί από δύο πηγές: σχάση βαρέων πυρήνων (οικογένεια ακτινιδίων, όπως το ουράνιο) ή σύντηξη ελαφρών πυρήνων (δευτέριο, τρίτιο).
Η ενέργεια μπορεί να παραχθεί :
Προς το παρόν, η βιομηχανία μπορεί να αξιοποιήσει μόνο την ενέργεια που προέρχεται από τη σχάση βαρέων πυρήνων. Η ενέργεια αυτή χρησιμοποιείται στη συνέχεια :
Για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα η Πυρηνική Φυσική ήταν ταυτόσημη με την Ατομική Φυσική, μιας και δεν είχαν εντοπιστεί τα βασικά συστατικά που αποτελούν τον πυρήνα, όπως τα γνωρίζουμε σήμερα. Η βασική παρατήρηση του Ράδερφορντ (Ernest Rutherford) κατά τη διάρκεια πειραμάτων σκέδασης ότι το σύνολο της μάζας του ατόμου ήταν συγκεντρωμένο στο κέντρο του και ότι υπήρχε θετικό φορτίο στο άτομο το οποίο προκαλούσε οπισθοσκέδαση σωματιδίων άλφα που εκτοξευόταν προς αυτό, ήταν η πρώτη ουσιαστική ένδειξη για την ύπαρξη των πρωτονίων στο κέντρο του ατόμου. Η ανακάλυψη του έτερου συστατικού του πυρήνα, του νετρονίου, έγινε μερικά χρόνια αργότερα, το 1932, από τον ΤσάντγουΪκ (James Chadwick).
This article uses material from the Wikipedia Ελληνικά article Πυρηνική φυσική, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Το περιεχόμενο είναι διαθέσιμο υπό CC BY-SA 4.0 εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Ελληνικά (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.