פֿאַרשטיין נוקלעאַרע רעאַקציעס און ביישפילן
נוקלעארע רעאקציעס זענען איינע פון די וויכטיגסטע דערשיינונגען אין מאדערנער פיזיק ווייל זיי נעמען אריין ענדערונגען וואס פאסירן אין דעם אטאם-קערן. אנדערש ווי כעמישע רעאקציעס, וואס נעמען אריין די באוועגונג אדער קאמבינאציע פון עלעקטראנען אין דער אטאם-שאָל, פאסירן נוקלעארע רעאקציעס גלייך אין דעם אטאם-קערן, וואס איז צוזאמענגעשטעלט פון פראטאנען און נעיטראנען. אלס רעזולטאט, קענען נוקלעארע רעאקציעס פראדוצירן ריזיגע מאסן ענערגיע, פיל גרעסער ווי די ענערגיע פון כעמישע רעאקציעס פון דער זעלבער מאס מאטעריע. פארשטיין נוקלעארע רעאקציעס העלפט אונז דערקלערן א ברייטע קייט פון נאטירלעכע דערשיינונגען, פון דער ענערגיע פון דער זון ביז דער פארמאציע פון עלעמענטן אין דעם אוניווערס, און פארמירט אויך די באזע פון טעכנאלאגיעס ווי נוקלעארע קראפטווערק און נוקלעארע מעדיצין.
פֿאַרשטיין נוקלעאַרע רעאַקציעס
פשוט געזאגט, א נוקלעארע רעאקציע איז דער פראצעס דורך וועלכן אן אטאמישער קערן ענדערט זיך צוליב אינטעראקציעס מיט אנדערע טיילכלעך אדער ווייל דער קערן אליין ווערט אומסטאביל. די ענדערונגען קענען פראדוצירן נייע קערנס, ארויסלאזן ראדיאציע, און ארויסלאזן אדער אבסארבירן ענערגיע. אין נוקלעארע רעאקציעס קען די אידענטיטעט פון אן עלעמענט ענדערן זיך ווייל די צאל פראטאנען אין קערן (אטאמישע נומער) קען פארגרעסערן אדער פארקלענערן. דאס אונטערשיידט נוקלעארע רעאקציעס פון כעמישע רעאקציעס, אין וועלכע די עלעמענטן בלייבן די זעלבע און פארמירן נאר נייע פארבינדונגען.
נוקלעארע רעאקציעס ווערן בכלל אויסגערופן דורך:
1. אַבזאָרפּציע פֿון פּאַרטיקלען (למשל נעיטראָנען, פּראָטאָנען, צי אַלפֿאַ פּאַרטיקלען) דורך דעם אַטאָמישן קערן.
2. ספאנטאנישע פארפוילונג פון נישט-סטאבילע קערנס (ראדיאקטיוו).
3. קאליזיעס פון קערנס ביי הויכע ענערגיעס, ווי למשל אין פיוזשאן רעאקציעס אין שטערן אדער טיילכעל אַקסעלעראַטאָרן.
אין נוקלעארע רעאקציעס איז אויך באקאנט דער קאנצעפט פון מאסע דעפעקט. א געוויסע מאסע גייט "פארלוירן" ווייל זי ווערט פארוואנדלט אין ענערגיע, לויט איינשטיינס גלייכונג:
E = mc²,
וואו E איז ענערגיע, m איז די ענדערנדיקע מאַסע, און c איז די גיכקייט פון ליכט. ווייל c איז אַזוי גרויס, קען אפילו אַ קליינע ענדערונג אין מאַסע פּראָדוצירן אַ זייער גרויסע מאָס ענערגיע.
קעראַקטעריסטיקס פון נוקלעאַרע רעאַקציעס
עטלעכע פון די הויפּט קעראַקטעריסטיקס פון נוקלעאַרע רעאַקציעס אַרייַננעמען:
– ענדערנדיקע עלעמענטן: די צאָל פּראָטאָנען קען זיך ענדערן אַזוי אַז נײַע עלעמענטן ווערן געשאַפן.
– זייער גרויסע ענערגיע: פיל איבערשטייגנדיק כעמישע רעאקציעס.
– איז נישט אָפּהענגיק פֿון עקסטערנע באַדינגונגען ווי טעמפּעראַטור און דרוק (כאָטש אין געוויסע פּראַקטיקעס, למשל פֿוזשאַן, זענען הויכע טעמפּעראַטורן נויטיק צו אָנהייבן דעם פּראָצעס).
– קען פּראָדוצירן ראַדיאַציע: ווי אַלפֿאַ, ביתא, גאַמאַ, אָדער נעיטראָן שטראַלן.
– נעמט אריין דעם אטאם-קערן: נישט וואַלענס-עלעקטראנען.
טיפּן פון נוקלעאַרע רעאַקציעס
בכלל, קען מען צוטיילן נוקלעארע רעאקציעס אין עטלעכע הויפט טיפן: ראדיאאקטיווע פארפוילונג, צעשפאלטונג, און פוסיע.
1. ראַדיאָאַקטיווער פאַרפוילן
ראַדיאָאַקטיווער צעפאַל איז אַ ספּאָנטאַנע קערן רעאַקציע אין וועלכער אַן אַטאָמישער אַטאָם קערן פּרוּווט צו דערגרייכן אַ מער סטאַבילן צושטאַנד. דער צעפאַל פּראָדוצירט ראַדיאַציע און טראַנספאָרמירט דעם קערן אין אַן אַנדערן קערן.
די מערסט פּראָסט טייפּס פון פאַרפוילונג:
– אַלפֿאַ פֿאַרפֿאַל (α): דער קערן לאָזט אַרויס אַלפֿאַ פּאַרטיקלען (2 פּראָטאָנען + 2 נעיטראָנען), אַזוי די אַטאָמישע נומער פֿאַרקלענערט זיך מיט 2 און די מאַסע נומער פֿאַרקלענערט זיך מיט 4.
– ביתא פארפויל (β): א ענדערונג פאסירט ווען א נעיטראן ווערט א פראטאן (ביתא מינוס) אדער א פראטאן ווערט א נעיטראן (ביתא פלוס), אזוי אז די אטאמישע נומער ענדערט זיך מיט 1.
– גאַמאַ פאַרפויל (γ): דער קערן שטראַלט אויס ענערגיע אין דער פאָרם פון גאַמאַ שטראַלן אָן צו ענדערן די אַטאָמישע נומער אָדער מאַסע נומער, אָבער נידעריגערן דעם ענערגיע לעוועל פון דעם קערן.
2. נוקלעארע שפּאַלטונג
שפּאַלטונג איז די שפּאַלטונג פון אַ שווערן קערן אין צוויי לייכטערע קערנס, מיט דער באַפרייאונג פון ענערגיע און געוויינטלעך עטלעכע נעיטראָנען. אַ שפּאַלטונג רעאַקציע קען פּאַסירן ווי אַ קייטן רעאַקציע אויב די רעזולטאַט נעיטראָנען טריגערן די שפּאַלטונג פון אַנדערע קערנס.
שפּאַלטונג קומט אָפט פֿאָר אין שווערע עלעמענטן ווי אוראַניום-235 (U-235) און פּלוטאָניום-239 (Pu-239). שפּאַלטונג איז די באַזע פֿאַר דער אָפּעראַציע פֿון נוקלעאַרע רעאַקטאָרן און אַטאָם-באָמבעס.
3. נוקלעארע פיוזשאַן
פֿוזיע איז די פֿאַראייניקונג פֿון צוויי לייכטע קערנס צו שאַפֿן אַ שווערערן קערן. פֿוזיע פּראָדוצירט ריזיקע מאָסן ענערגיע און איז די הויפּט ענערגיע מקור פֿאַר שטערן, אַרייַנגערעכנט די זון. אָבער, פֿוזיע פֿאָדערט עקסטרעמע באַדינגונגען ווי גאָר הויכע טעמפּעראַטורן און דרוק, כּדי די פּאָזיטיוו געלאָדענע קערנס זאָלן קענען איבערקומען זייער עלעקטרישע אָפּשטויסונג (קולאָמב קראַפֿט) און קומען נאָענט גענוג צו פֿאַראייניקן זיך.
ביישפילן פון נוקלעארע רעאקציעס אין לעבן און טעכנאָלאָגיע
כּדי צו מאַכן עס גרינגער צו פֿאַרשטיין, דאָ זענען עטלעכע עכטע ביישפילן פון נוקלעאַרע רעאַקציעס וואָס ווערן אָפט דיסקוטירט אין די פעלדער פון וויסנשאַפֿט און טעכנאָלאָגיע אַפּליקאַציעס.
1. ביישפּיל פון אַלפֿאַ פֿאַרפוילונג: אוראַניום-238
אוראניום-238 איז א ראדיאאקטיווער איזאטאפ וואס אלפא צעפאלט צו טאריום-234.
די פּשוטע רעאַקציע גלייכונג איז:
²³⁸U → ²³⁴Th + ⁴He
דאָ, ענדערט זיך אוראַניום (אַטאָם נומער 92) אין טאָריום (אַטאָם נומער 90) און עמיטירט אַן אַלפֿאַ פּאַרטיקל (אַ העליום קערן). די פאַרפוילונג פּאַסירט נאַטירלעך און איז טייל פֿון אַ לאַנגער קייט פֿון ראַדיאָאַקטיווע פאַרפוילונגען.
2. ביתא פארפוילונג ביישפיל: קארבאן-14
קאַרבאָן-14 (C-14) איז באַקאַנט אין דער ראַדיאָקאַרבאָן דייטינג מעטאָדע פֿאַר פֿאָסילן. דער איזאָטאָפּ צעפֿאַלט זיך דורך בעטאַ-מינוס צו שטיקשטאָף-14.
רעאַקציע גלייכונג:
¹⁴C → ¹⁴N + e⁻ + ν̄
דער עלעקטראָן (e⁻) איז אַ ביתא פּאַרטיקל, און ν̄ איז אַן אַנטינעוטרינאָ. דער פּראָצעס קאָנווערטירט איין נעיטראָן אין דעם קערן אין אַ פּראָטאָן, וואָס פאַרגרעסערט די אַטאָמישע נומער פון 6 (קוילנשטאָף) צו 7 (שטיקשטאָף).
3. ביישפּיל פון שפּאַלטונג: אוראַניום-235 אין אַ נוקלעאַרן רעאַקטאָר
אין אַ נוקלעאַרן רעאַקטאָר, אַבזאָרבירט אַן אוראַניום-235 קערן לאַנגזאַמע נעיטראָנען און שפּאַלט זיך דערנאָך אין צוויי לייטערע קערנס, ווי באַריום און קריפּטאָן, מיט דער באַפרייאונג פון נעיטראָנען און ענערגיע.
בייַשפּיל רעאַקציע:
²³⁵U + ¹n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3¹n + ענערגיע
די רעזולטירנדיקע נעיטראָנען קענען אויסלעזן די שפּאַלטונג פון אַנדערע U-235 קערנס, וואָס אויסלעזט אַ קייטן רעאַקציע. אין רעאַקטאָר ווערט די רעאַקציע קאָנטראָלירט דורך מאַדעראַטאָרן (וואָס פאַרלאַנגזאַמען די נעיטראָנען) און קאָנטראָל שטאַנגען (וואָס אַבזאָרבירן די נעיטראָנען) צו ענשור אַ סטאַביל און זיכער ענערגיע פּראָדוקציע. די ענערגיע פון דער שפּאַלטונג ווערט גענוצט צו וואַרעמען וואַסער צו פּראָדוצירן דאַמף און דרייען טורבינען צו דזשענערירן עלעקטריע.
4. ביישפּיל פון פיוזשאַן: רעאַקציעס אין דער זון
אין דער זון, פארשמעלצן זיך וואסערשטאף-קערנס צו שאפן העליום דורך א סעריע רעאקציעס (די פראטאן-פראטאן קייט). בקיצור, פיר וואסערשטאף-קערנס פארבינדן זיך צו שאפן איין העליום-קערן, וואס לאזט ארויס ענערגיע.
פּשוטע פֿאָרעם:
4¹H → ⁴He + ענערגיע
די ענערגיע וואָס ווערט פּראָדוצירט איז וואָס פאַראורזאַכט אַז די זון זאָל אויסשטראַלן ליכט און היץ, און דאָס שטיצט לעבן אויף דער ערד. פֿוזשאַן איז אַ זייער "ריינע" רעאַקציע אין טערמינען פון קוילן-שטאָף-אויסשטויסונגען, אָבער קאָנטראָלירטע פֿוזשאַן טעכנאָלאָגיע אויף דער ערד בלייבט גאָר אַרויסרופנדיק און ווערט אַנטוויקלט דורך פֿאַרשידענע פּראָיעקטן ווי דער טאָקאַמאַק.
5. ביישפילן פון נוקלעארע רעאקציעס אין מעדיצינישן פעלד
נוקלעארע רעאקציעס ווערן אויך גענוצט אין מעדיצין, למשל, דורך ראַדיאָאיזאָטאָפּן פֿאַר דיאַגנאָז און טעראַפּיע. איין באַקאַנטער בייַשפּיל איז די נוצן פון טעכנעטיום-99m (Tc-99m) אין מעדיצינישער בילדגעבונג (סינטיגראַפֿיע). דער ראַדיאָאיזאָטאָפּ שיקט אַרויס גאַמאַ שטראַלן וואָס קענען דעטעקטירט ווערן דורך אַ גאַמאַ קאַמעראַ צו קאַרטירן קערפּער אָרגאַנען.
אין קענסער טעראַפּיע, ווערן געוויסע איזאָטאָפּן גענוצט וואָס אַרויסגעבן פּאַרטיקלען צו צעשטערן קענסער צעלן, למשל יאָד-131 (I-131) פֿאַר דער טעראַפּיע פון טיירויד קרענק.
השפּעה און זארגן פון נוקלעארע רעאַקציעס
טראָץ אירע פילע בענעפיטן, טראָגן נוקלעאַרע רעאַקציעס אויך ריזיקעס. ראַדיאַציע קען שאַטן לעבעדיק געוועב אויב די אויסשטעל איז העכער ווי די זיכערע לימיטן. דערצו, ראַדיאָאַקטיווע אָפּפאַל פון רעאַקטאָרן דאַרף אַ שטרענגע פאַרוואַלטונג ווייל עס קען בלייבן געפערלעך פֿאַר לאַנגע פּעריאָדן. דעריבער, דאַרף די נוצן פון נוקלעאַרע טעכנאָלאָגיע הויכע זיכערהייט סטאַנדאַרדן, השגחה און בילדונג צו מאַקסאַמיזירן די בענעפיטן און מינימיזירן ריזיקעס.
קעסימפּולאַן
נוקלעארע רעאקציעס זענען פראצעסן וואס טוישן אטאם קערנס, טראנספארמירן איין עלעמענט אין א צווייטן און פראדוצירן ריזיגע מאסן ענערגיע. די רעאקציעס שליסן איין ראדיאאקטיווע פארפוילונג, צעשפאלטונג, און פיוזשאן. ביישפילן פון נוקלעארע רעאקציעס קען מען געפינען אין דער נאטור, ווי למשל אוראניום פארפוילונג און פיוזשאן אין דער זון, ווי אויך אין מאדערנער טעכנאלאגיע ווי נוקלעארע רעאקטארן און מעדיצינישע אנווענדונגען. מיט געהעריגער פארוואלטונג, קענען נוקלעארע רעאקציעס צושטעלן באדייטנדע בענעפיטן פארן לעבן, ספעציעל אין ענערגיע צושטעל, וויסנשאפטלעכע פארשונג, און געזונטהייט.
אויב איר ווילט, קען איך אויך מאַכן אַ פּשוטערע ווערסיע פֿון דעם אַרטיקל פֿאַר מיטלשול־סטודענטן, אָדער צולייגן אילוסטראַציעס פֿון טשאַרץ פֿאַר שפּאַלטונג און פֿוזשאַן רעאַקציעס כּדי עס זאָל זיין גרינגער צו פֿאַרשטיין.
