Нуклеарни ударни пресјек
Нуклеарни ударни пресјек је врло важан појам из нуклеарне физике, којим се одређује искористљивост неке нуклеарне реакције или вјероватност да дође до судара између неке улазне елементарне честице и атомског језгра неког атома. Мјерна јединица за нуклеарни ударни пресјек је 1 барн, а то износи 1 × 10−28 m2. Тако је на примјер нуклеарни ударни пресјек за уранијум-235 и споре (термичке) неутроне 700 × 10−28 m2 или 700 барна.[1]
Вјероватност нуклеарних реакција
уредиДимензије атомског језгра су врло мале и износе око 10−14 метара. На примјер, од укупног обима атома уранијума, атомско језгро и електрони заузимају само 1 / 10 000 000 000 дио. Зато је разумљиво да само мали дио честица (пројектила) може да погоди језгро. Или, други примјер: само једна од 300 000 алфа честица може да погоди језгро азота или да прође у његовој близини и скрене са своје путање, што се може утврдити у Вилсоновој комори. Из овога произлази да је вјероватност нуклеарних реакција врло мала.
Нуклеарна реакција настаје сударом разних честица с језгрима атома на које наилазе. Треба имати у виду да из снопа честица, само један дио честица се судара с језгрима атома, а остали дио се апсорбује (упија), распрши или само прође без судара.[2]
Математичка дефиниција
уредиЗамислимо кугласти циљ (сива испресјечена линија) и сноп елементарних честица (плаве куглице), које лете брзином v (црна стрелица) до циља. Желимо знати колико честица удари у циљ у кратком времену dt. Да би се ово догодило, честице треба да буду у зеленом ваљку, који има обим = база × висина. База ваљка је у ствари ударни пресјек σ (црвена површина), а висина је пут честица у времену dt (пут = v × dt):
Ако се са n означи број честица у јединици обима, онда има n V честица у обиму V, које врше нуклеарну реакцију. Ако се са r означи износ реакција, онда се добија:
Зна се да проток неутрона износи Φ = n v:
Зна се да није само један циљ нуклеарних реакција, већ има N реакција по јединици обима. Тако се добија укупан износ реакција:
Ако је полупречник атомског језгра реда величине 10−14 m, онда је ударни пресјек реда величине 10−28 m2, од чега је и произашла дефиниција 1 барна. Експерименти су показали да се величина ударног пресјека знатно мијења, па тако за споре неутроне у неким случајевима је и преко 1000 барна, а ударни пресјек гама честица може да буде и 0,001 барна.[3]
Зависност нуклеарног ударног пресјека од температуре
уредиНуклеарни ударни пресјек се обично мјери на 20 °C (293,15 K). Да би се израчунао ударни пресјек на некој температури, треба употријебити формулу:
- ,
гдје је σ нуклеарни ударни пресјек на температури T и σ0 нуклеарни ударни пресјек на температури T0 (T и T0 у келвинима).
Види још
уредиРеференце
уреди- ^ „Од руде до жутог колача” Архивирано на сајту Wayback Machine (31. јул 2017), Нуклеарна електрана Кршко, 2011.
- ^ „4.1 ФИЗИКА НЕК-а – Фисија” Архивирано на сајту Wayback Machine (5. фебруар 2017), Нуклеарна електрана Кршко, е-школа, 2011.
- ^ „Увод у нуклеарну енергетику”[мртва веза], Проф. др сц. Данило Феретић, 2011.
Литература
уреди- Bjorken, J. D.; Drell, S. D. (1964). Relativistic Quantum Mechanics.
- Duderstadt, James J.; Hamilton, Louis J. Nuclear Reactor Analysis. John Wiley & Sons, Inc.
- Fernow, R. C. (1989). Introduction to Experimental Particle Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-37940-3.
- Greiner, W.; Reinhardt, J. (1994). Quantum Electrodynamics.
- Mubarakmand, Samar; Ahmad, Masud; Anwar, M.; Chaudhry, M.S. (1977). „Cross-section measurements with a neutron generator”. The Nucleus. Nilore, Islamabad: PINSTECH. 42 (1—2): 115—185.
- Newton, R. G. (1966). Scattering Theory of Waves and Particles. McGraw Hill.
- Perkins, Donald H. (1999). Introduction to High Energy Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-62196-0.
- Roman, P. (1969). Introduction to Quantum Theory.