Kjernefysikk handler om atomkjernen, og reaksjoner mellom atomkjerner. Kjernen i atomet består av protoner og nøytroner. Disse kaller vi nukleoner (kjernepartikler). Protonet er positivt ladet, mens nøytronet har ingen ladning.
Ved kjernereaksjoner kan masse omdannes til energi. Her kommer Einsteins berømte formel E = mc^2 inn, som sier at masse og energi er ekvivalente størrelser. Når 2 hydrogenkjerner fusjonerer til en heliumkjerne er det en endring i massen. Denne massen har blitt konvertert til energi som sendes ut som gammastråling (høyenergetiske fotoner) eller bevegelsesenergi i elektroner eller positroner.
Noen viktige begreper i kjernefysikken: Nukleon, nukleontall, nuklide, bevaringslover, fisjon, fusjon, masseenergi, henfall (decay).
Nukleon er fellesbetegnelsen på kjernepartiklene proton og nøytron.
Nukleontallet er antall nukleoner (Protoner + nøytroner)
Nuklide. En nuklide er et atom med en spesifikk nukleonsammensetning.
Henfall, desintegrasjon decay (engelsk)
Fisjon er når en atomkjerne deler seg (blir mindre)
Fusjon er når atomkjerner smelter sammen (blir større)
Bevaringslover:
Ladningstall: I alle kjernereaksjoner er ladningstallet bevart, det vil si summen av ladete partikler (protoner, elektroner) er lik før og etter.
Nukleontall: I alle kjernereaksjoner er summen av nukleoner (protoner og nøytroner) lik før og etter reaksjonen.
Totalenergi: I alle kjernereaksjoner er totalenergien bevart.
Kjernekraftverk som har vært i drift frem til nå har vært fisjonskraftverk. Altså store kjerner som deler seg i mindre datterkjerner. Utfordringer ved dagens fisjonskraftverk er radioaktivt avfall som må lagres i lang, lang tid.
Det forskes mye på fusjonskraftverk, blant annet ITER som bygges i Frankrike (www.iter.org). En utfordring med fusjon er den ekstremt høye temperaturen som kreves. Temperaturen i sola er 1,5 millioner grader celsius. Temperaturen i ITER skal kunne komme opp i 10 ganger så høy temperatur, nemlig 15 millioner grader for å sette i gang kjedereaksjonen. Dette stiller ekstreme krav til materialer og energitilgang.
Eksempel: Henfall (decay) av Uran-238. 238 er her nukleontalllet, altså summen av protoner og nøytroner er 238. (A+Z = 238).
Denne videoen forklarer viser hvordan U-238 henfaller til U-234 gjennom alfa-decay.
Fisjon og fusjon. Eksempel med U-238 --> U-234.
Ser på fisjon og fusjon, og grafen for "masse per nukleon" i forhold til nukleontall (A).
Nar store atomkjerner fisjonerer (deler seg) blir det frigitt energi. Denne energien kan brukes til å produsere strøm. Denne videoen forklarer hvordan.
Løsningsforslag på oppgave 7.02, 7.04, 7.07, 7.09, 7.12, 7.21 i Ergo Fysikk 1.