핵심 개념
이 튜토리얼에서는 원자력 에 대한 모든 것을 배울 것입니다. . 여기에는 원자력에 대한 소개와 방정식 작성 방법에 대한 토론이 포함됩니다. 우리는 또한 핵분열, 핵 융합 및 방사성 붕괴를 포함한 다양한 유형의 핵 반응을 고려합니다.
다른 기사에서 다루는 주제
- 원자의 구조
- 양성자, 중성자 및 전자 수를 찾는 방법
- 동위 원소 풍부 및 평균 원자 질량
- 주기적인 테이블을 읽는 방법
원자 반응 소개
원자력은 무엇입니까? 우리가 알고있는 대부분의 화학은 원자와 분자 사이의 반응을 다룹니다. 화합물의 화학적 특성은 급격히 변화 할 수 있지만, 원자의 동일성은 이러한 반응에서 일정하게 유지됩니다.
반면에 원자 반응은 원자의 핵을 변형시킨다. 이것은 원자를 한 요소에서 다른 요소로 변경하거나 요소의 다른 동위 원소를 생성하거나 자연에 존재하지 않는 새로운 요소를 생성 할 수 있습니다.
.20 세기 후반과 21 세기 초에 발견 된 많은 합성 요소는 원자력에 의해 만들어졌습니다. 그들 대부분은 부패하기 전에 1 초의 일부만 안정적입니다!
핵 반응 방정식 작성
원자력 반응은 일반적인 화학 반응 방정식에서 제공하는 데 사용되는 것보다 약간 다른 정보가 필요합니다. 때때로 우리는 여기에서 같은 원자로 시작하고 끝내기 때문에 어떻게 변화하는지 보여주는 방법은 무엇입니까? 우리는 방정식에 사용 된 각 핵 또는 아 원자 입자의 질량과 원자 수를 보여줄 필요가있다. 우리가하는 방법은 기호의 왼쪽에 슈퍼 스크립트와 첨자로 각 입자를 작성하는 것입니다.
예를 들어, 아래는 125 개의 중성자와 82 개의 양성자를 가진 납 동위 원소 인 Lead-207의 상징입니다. 양성자의 수는 핵 전하와 같으며 원소 기호 앞에서 첨자로 간다. 총 양성자와 중성자의 총 수는 최종 서면 양식을 생성하기 위해 그 바로 위에 있습니다.
이와 같은 일반적인 핵 외에도, 우리는 또한 원소 기호가없는 아 원자 입자 (전자, 포지 트론, 중성미자 및 안티 누트 리노)를 가질 수 있습니다. 전자는 -1과 질량이 0 인 E 또는 그리스 문자 베타로 작성됩니다 (무게는 1 AMU 또는 양성자 질량보다 훨씬 적기 때문에 근사치입니다). Positrons는 동일하지만 P (또는 그리스 문자 베타, 다시)와 양수 1을 사용합니다. 중성미자는 그리스 문자 mu로 표시됩니다. Antineutrinos는 단순히 기호 위에 막대가있어 차별화됩니다. 아래에서 많은 일반적인 입자를 쓰는 방법을 볼 수 있습니다.
원자의 유형
핵분열 반응
가장 잘 알려진 범주의 원자력 반응 중 하나는 핵분열 반응입니다. 핵분열은 핵이 반으로 나뉘어 두 개의 작은 핵을 생성 할 때입니다. 매우 무거운 원소는 자발적으로 핵분열을 겪고 있지만 대부분은 멍청이가 필요합니다. 이 멍청이는 일반적으로 핵을 때리는 중성자에 의해 제공됩니다.
융합 반응
또 다른 유형의 핵 반응은 융합 반응이다. 효과적으로 핵분열 반응의 반대,이 유형은 두 가지 핵의 조합을 포함하여 세 번째, 더 무거운 핵을 형성합니다.
Fusion은 많은 양의 에너지를 방출하기 때문에 공상 과학 이야기의 일반적인 요소입니다. 현재 에너지를 생성하기 위해 유용한 조건 하에서 융합을 달성하기는 어렵지만 더 나은 융합 원자로를 개발하는 것은 더운 연구 영역입니다!
방사성 붕괴
방사성 핵은 "붕괴"되거나 시간이 지남에 따라 다른 상태로 분해됩니다. 이렇게하면 입자를 환경에 방출하여 잠재적으로 유용하거나 피해를 줄 수 있습니다. 일부 예는 알파 입자, 고 에너지 전자 또는 베타 입자 및 고 에너지 광자 또는 감마 입자입니다.
방사성 붕괴 속도는 "반감기"라는 것을 사용하여 측정됩니다. Half-Life의 정의는 샘플에서 원래 원자의 절반이 부패하는 데 걸리는 시간이며, 기호 t 1/2 로 표시됩니다. . 이것이 의미하는 바를 이해하기 위해 반감기가 5 분인 16 개의 원자 샘플이 있다고 가정 해 봅시다. 5 분 후에 평균적 으로이 원자 중 8 개만 남아있을 것입니다. 다른 8 명은 다른 것으로 부패했을 것입니다. 10 분 (2 번 반감) 후, 평균 12 개의 원자가 붕괴 될 것입니다-이전부터 8 개, 나머지 8의 절반은 15 분 (3 개의 반감기) 후에 평균 14 개의 원자가 부패하여 2 개만 남을 것입니다. 결국 20 분 후에 1 개의 원자 만 남게됩니다.
우리는 개별 원자가 언제 부패 할 것인지 알지 못하기 때문에“평균적으로”라고 말할 수 있습니다. 실제 생활에서 위의 실험을 실행하면 다른 결과를 얻을 수 있습니다. 그러나 여러 번 실행하면 결과가 우리가 설명한 것에 더 가까워 질 것입니다.
알파 붕괴
알파 붕괴는 핵분열의 한 유형입니다. 이 다양성에서 새로운 핵 중 하나는 항상 헬륨 핵 - 2 개의 양성자와 2 개의 중성자입니다. 이것은 다른 제품을 파악하기 위해 2 개의 양성자와 4 개의 질량 단위를 빼면만을 수 있습니다. 예를 들어, 우라늄 -238이 알파 붕괴를 겪는 경우, 알파 입자와 토륨 -234의 원자를 생성합니다. 아래에서는 일반적인 동위 원소 U-235로 시작하여 Thorium-231이 형성되는 또 다른 우라늄 붕괴를 볼 수 있습니다. 아래는이 반응을 작성하는 두 가지 일반적인 방법입니다 (알파 입자가 제품으로 명시 적으로 작성된 것과 다른 하나는 반응 화살표에 속기로 기록 된 곳)
입니다.
베타 붕괴
한 가지 유형의 방사성 붕괴는 중성자를 두 부분으로 분해합니다. 베타 입자로 알려진 핵에서 배출 된 고 에너지 전자 및 핵에 남아있는 양성자로 남아있어 하나의 추가 양전하 단위를 제공합니다. 덜 일반적으로 논의되는 아 원자 입자도 생성됩니다. 중요하게도, 중성자는 긍정적이고 음의 하전 된 입자로 분할되기 때문에, 공정은 전하를 보존한다. 아래에서 당신은 위에서 Thorium-231로 시작하여 Beta Decay를 볼 수 있으며 Protactinium-231을 초래할 수 있습니다.
베타 플러스 붕괴라고하는 베타 붕괴의 변형이 있으며, 여기에는 전자 대신 양전자가 생성되고 안티 니 트리노 대신 중성미자가 생성됩니다.
감마 방출
일부 유형의 원자 반응은 핵의 양성자와 중성자의 수의 변화를 포함하지 않습니다. 가장 잘 알려진 감마 방출은 감마 방사선으로 알려진 매우 높은 에너지 광자 (빛)를 방출하는 반응입니다. 이 방사선은 살아있는 유기체에 매우 위험하며, 방사성 재료가 안전하게 다루기가 어려운 주된 이유입니다.
감마 광자가 방출되는 이유는 더 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태에서 핵의 붕괴 때문입니다. 이것은 전자에 의해 눈에 보이는 빛이 방출되는 것과 같습니다. 주요 차이점은 원자력 수준 사이의 에너지 차이가 훨씬 더 크다는 것입니다. 결과적으로, 방출 된 광자는 에너지가 훨씬 높고 파장이 더 짧다. 생물에 위험하게 만드는 것은 높은 에너지입니다. 그것들은 "이온화"방사선의 한 유형으로, DNA와 같은 유기체 기능을 유지하는 중요한 생체 분자를 수정할 수 있습니다.
추가 읽기
- Rutherford Atomic Model
- 달튼의 원자 이론
- 원자의 Bohr 모델
- 핵 발견 :Rutherford의 금 포일 실험
- 전자 발견 :JJ Thomson 및 Cathode Ray Tube
