פיזיקה גרעינית
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
פיזיקה גרעינית היא ענף בפיזיקה המודרנית העוסק בחקר גרעין האטום ותהליכי הגומלין המתרחשים בו.
תוכן עניינים |
[עריכה] היסטוריה
העובדה כי לאטומים יש מבנה פנימי התגלה בשלהי המאה ה-19, עד אז התייחסו לאטומים כאל חלקיקים נקודתיים ללא מבנה פנימי ושאינם ניתנים לחלוקה.קיום מבנה פנימי באטומים אושש ניסיונית רק בתחילת המאה ה־20. גרעין האטום התגלה על ידי ארנסט רתרפורד בשנת 1911 באמצעות ניסוי מפורסם בו רתרפורד מדד את הפיזור של חלקיקי אלפא (שהם גרעיני הליום מיוננים) וגילה שהחלקיקים מפוזרים רק מאזור קטן של האטום. מכך הסיק רתפורד שהמטען החיובי של האטום מרוכז בגרעין קטן באמצעו ואילו המטען השלילי סובב סביבו. עד לפיתוח מודל האטום של בוהר סברו הפיזיקאים שהאטום הוא מעין "מערכת שמש" קטנה של אלקטרונים הסובבים סביב גרעין.
התקדמות גדולה בחקר האטום התרחשה בעקבות פיתוח תורת היחסות הפרטית ( והנוסחה המפורסמת E=mc2) ומכניקת הקוונטים. במסגרת מכניקת הקוונטים, נוסחו כללי אכלוס של האלקטרונים סביב האטום רק במספר בדיד של מסלולים מותרים סביב האטום ברמות אנרגיה שונות (שמספרן הוא בן מניה).
[עריכה] מושגי יסוד
- ערך מורחב – מבנה האטום - מונחים
[עריכה] גרעין האטום
- ערך מורחב – גרעין האטום
כל גרעין אטום מכיל שני סוגים של חלקיקים:
- פרוטון: חלקיק בגרעין הטעון ביחידת מטען אלקטרון חיובית אחת (שוות ערך ל - -19^10 קולון). הפרוטון משתייך למשפחת הבריונים. מסתו היא: 1.00728 ימ"א והיא גדולה בערך פי 1836 ממסת האלקטרון. המספר האטומי של יסוד מציין את מספר הפרוטונים בגרעין והוא מהווה הבדל בין היסודות. המדענים מעריכים כי משך חייו של הפרוטון הוא אינסופי אולם נושא זה עודנו שנוי במחלוקת.
- ניוטרון: חלקיק בגרעין שאינו נושא מטען. הניטרון כבד במקצת מהפרוטון (1.00867 ימ"א). הניוטרון יציב כל עוד הוא נמצא בתוך גרעין האטום. ברגע שהניוטרון נמצא מחוץ לגרעין האטום הוא עובר תהליך של התפרקות בהשפעתו של הכוח הגרעיני החלש. תוצרי הפירוק הללו הם פרוטון, אלקטרון וחלקיק כמעט חסר מסה ומטען בשם אנטי-נייטרינו. לניוטרון יש זמן מחצית חיים של 889 שניות.
לכל הנאמר עד כה יש יוצא מן הכלל אחד: גרעין המימן, שהינו היסוד מספר 1 בטבלה המחזורית, מכיל אך ורק פרוטון אחד ואין בו ניטרונים. ברם, למימן ישנם שני איזוטופים (אטומים הזהים לו במספר האטומי אך שונים במספר המסה): דיאוטוריום שגרעינו מכיל פרוטון אחד וניטרון אחד, וטריטיום שגרעינו מכיל פרוטון אחד ושני ניטרונים.
[עריכה] כוחות הפועלים בגרעין האטום
בפיזיקה הגרעינית מתארים את כל הכוחות כתוצאה של ארבעה כוחות יסודיים:
- הכוח הגרעיני החזק: כוח זה פועל על חלקיקים בשם האדרונים. עוצמתו גדולה פי 100 מזו של הכוח האלקטרומגנטי. טווח הפעולה של הכוח הגרעיני החזק (הקרוי בקיצור הכוח החזק) הוא בסדר הגודל של 15-^10 מטר. בפיזיקה הגרעינית נהוג לכנות מרחק זה בשם פרמי (fermi) על שם הפיזיקאי אנריקו פרמי. כוח זה הוא הכוח שמחבר ביחד את הפרוטונים והניוטרונים בגרעין האטום. קיימת תאוריה הטוענת כי הכוח החזק נובע מחילופים של חלקיקים תת-אטומיים, בשם גלואונים, בין קווארקים.
- הכוח הגרעיני החלש: הכוח השלישי בעוצמתו מבין ארבעת כוחות היסוד. כוח זה אחראי לתופעת הרדיואקטיביות. הוא פועל על כל חלקיקי החומר אבל לא על חלקיקים נושאי כוח כגון פוטונים.
- הכוח האלקטרומגנטי: הכוח השני בעוצמתו מבין ארבעת כוחות היסוד. הוא פועל בין כל שני חלקיקים נושאי מטען חשמלי. תורת האלקטרודינמיקה הקוונטית טוענת כי כוח זה נובע כתוצאה מחילופי פוטונים וירטואליים בין החלקיקים.
- כוח הכבידה: הכוח החלש ביותר מבין ארבעת כוחות היסוד. הוא פועל בין כל החלקיקים בעלי המסה. תאוריות חדשות בפיזיקה טוענות כי כוח זה נובע מחילופי חלקיקים וירטואלים בשם גרביטונים. קיומם של חלקיקים אלה עדיין לא הוכח בדרך הניסוי. כוח זה הוא הכוח היחידי שאינו מתואר במסגרת מכניקת הקוונטים והמודל הסטנדרטי.
