a) cykl protonowo-protonowy Dwa protony (czy jak kto woli

INFORMATOR strona 23 i 24
2
4) wskazywać zależność E = mc jako równoważność masy i energii,
5) określać, na podstawie liczby masowej i liczby porządkowej, skład jader atomowych i izotopów atomów,
6) posługiwać się pojęciami jądrowego niedoboru masy i energii wiązania,
7) analizować reakcje rozszczepienia jader uranu i reakcje łańcuchową,
8) wymieniać własności promieniowania jądrowego (a, ß i γ) i przedstawiać związane z nimi zagrożenia,
9) wymieniać zastosowania promieniowania jądrowego,
10) zastosować zasadę zachowania ładunku i liczby nukleonów do zapisów reakcji jądrowych i przemian jądrowych,
1) zastosować prawo rozpadu, z uwzględnieniem czasu połowicznego zaniku, do analizy przemian jądrowych,
analizować reakcje syntezy termojądrowej i mechanizm wytwarzania energii w Słońcu
i w gwiazdach,
a) cykl protonowo-protonowy 107< T< 1,4*107 K
Dwa protony (czy jak kto woli - jądra atomów wodoru) łączą się ze sobą, tworząc jądro
deuteru, pozyton (czyli antyelektron) oraz neutrino. Pozyton od razu anihiluje z jednym z
licznych elektronów, co daje sporą ilość energii.
1
1
2
+
1H + 1H
1H + e + ν +
Następnie, do powstałego jądra deuteru przyłącza się jeszcze jeden proton i powstaje jądro
helu (izotop) oraz emitowane jest promieniowanie gamma.
2
1
3
1H + 1H
2He +
Ostatnim etapem tego cyklu jest połączenie się dwóch powstałych jąder atomu helu z
utworzeniem jądra cięższego izotopu helu oraz dwóch protonów (jąder atomu wodoru).
3
3
4
1
1
2He + 2He
2He + 1H + 1H
Razem około 26 eV energii.
Powyższe reakcje możliwe są jedynie dzięki warunkom panującym we wnętrzu gwiazdy/
Słońca. W "normalnych" warunkach "dobrowolne" połączenie się dwóch protonów jest
niemożliwe.
Im od środka dalej, tym częściej zachodzi cykl protonowo-protonowy.
b) cykl węglowo-azotowy 1,4*107< T< 2,3*107
W pierwszym etapie, z izotopu węgla 12C po połączeniu z jądrem wodoru powstaje izotop
węgla 13C poprzez przemianę atomu węgla w atom izotopu azotu 13N.
12
1
13
*
13
+
6C + 1H
7N +
6C + e +
Kolejnym etapem jest reakcja jądra atomu węgla 13C z jądrem wodoru i powstanie jądra azotu
oraz emisja kwantu promieniowania.
13
1
14
6C + 1H
7N +
Następnie jądro azotu reaguje z jądrem wodoru i poprzez powstanie izotopu tlenu 15O powstaje
izotop azotu 15N, czemu towarzyszy emisja kwantu promieniowania, pozytonu oraz neutrina.
14
1
15
15
+
7N + 1H
8O* +
7N + e +
Ostatnim etapem jest reakcja izotopu azotu 15N z jądrem wodoru co prowadzi do "odtworzenia"
jądra atomu węgla oraz powstania jądra atomu helu.
15
1
12
4
7N + 1H
6C + 2He
Razem około 25MeV energii.
b) proces 3
Jest on niejako powiązany z cyklem CN i dotyczy gwiazd, które przekształciły większość wodoru
w hel.
W tym procesie, w reakcji trzech jąder helu, za pośrednictwem jądra berylu, powstaje jądro atomu
węgla i energia.
4
4
8
2He + 2He +
4Be
8
4
12
*
4Be + 2He +
6C
12
* 12
6C
6C +
Razem około 7,654 MeV - 0,287 MeV - 0,0918 MeV = 7,2752 MeV
Gdy gwiazda przekształca wodór w hel, a ten w węgiel, zaczynają zachodzić inne procesy
jądrowe, prowadzące do syntezy cięższych pierwiastków.
Powstają pierwiastki takie jak neon, tlen czy krzem.
W końcowym etapie powstaje żelazo - pierwiastek posiadający najbardziej stabilne jądro ze
wszystkich pierwiastków (posiada największą energię wiązania jądra atomowego - po prostu
bardzo trudno jest je przekształcić w inne pierwiastki i wymaga to potężnych energii).
3. Śmierć
To proste - w odniesieniu do gwiazd ma zastosowanie stwierdzenie, że otyli żyją krócej. Innymi
słowy - im gwiazda masywniejsza tym szybciej się "wypala".
Wodór zostaje przekształcony w hel, ten w węgiel. Na końcu przemian jądrowych powstaje
żelazo. Tak więc gwiazda pod koniec życia posiada jądro zbudowane głównie z żelaza i niklu,
otoczone różnymi warstwami, w których mogą zachodzić jeszcze "resztkowe" reakcje jądrowe,
dopalające pozostałości wodoru czy helu.
W gwieździe rozpoczynają się zapasy pomiędzy grawitacją a ciśnieniem gazu (oczywiście nie
gazu takiego jaki znamy, lecz gazu ze zjonizowanych atomów i elektronów).
Zad 19 patrz też zad 18(sprawdzian)
fpj133 - Synteza jądrowa - STYCZEŃ 2009 / A1
Źródłem energii w Słońcu są reakcje syntezy jądrowej. Poniżej przedstawiono uproszczony schemat ciągu
reakcji prowadzących do powstania jąder helu zwany cyklem protonowym.
W zadaniach a) i b) uzupełnij zapisy równań reakcji, korzystając z zamieszczonych powyżej informacji.
1
1
a) 1H+ 1H →
1
2
1H+ 1H →
b) 3?He+ 3?He
→
c) Spośród wymienionych poniżej warunków wybierz i podkreśl trzy, które muszą być spełnione, aby mógł
zachodzić opisany powyżej cykl reakcji jądrowych.
wysoka temperatura
masa równa lub większa od masy krytycznej
obecność wolnych neutronów
obecność ciężkich jąder (np. uranu)
duża gęstość materii
obecność swobodnych protonów
obecność pochłaniacza neutronów
obecność moderatora (spowalniacza) neutronów