Nuklearni udarni presjek
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e0/U235_Fission_cross_section.png/400px-U235_Fission_cross_section.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fa/Wiki_link_reaction_rate_XS.svg/400px-Wiki_link_reaction_rate_XS.svg.png)
Nuklearni udarni presjek je vrlo važan pojam iz nuklearne fizike, kojim se određuje iskoristljivost neke nuklearne reakcije ili vjerovatnost da dođe do sudara između neke ulazne elementarne čestice i atomskog jezgra nekog atoma. Mjerna jedinica za nuklearni udarni presjek je 1 barn, a to iznosi 1 × 10−28 m2. Tako je na primjer nuklearni udarni presjek za uranijum-235 i spore (termičke) neutrone 700 × 10−28 m2 ili 700 barna.[1]
Vjerovatnost nuklearnih reakcija
Dimenzije atomskog jezgra su vrlo male i iznose oko 10−14 metara. Na primjer, od ukupnog obima atoma uranijuma, atomsko jezgro i elektroni zauzimaju samo 1 / 10 000 000 000 dio. Zato je razumljivo da samo mali dio čestica (projektila) može da pogodi jezgro. Ili, drugi primjer: samo jedna od 300 000 alfa čestica može da pogodi jezgro azota ili da prođe u njegovoj blizini i skrene sa svoje putanje, što se može utvrditi u Vilsonovoj komori. Iz ovoga proizlazi da je vjerovatnost nuklearnih reakcija vrlo mala.
Nuklearna reakcija nastaje sudarom raznih čestica s jezgrima atoma na koje nailaze. Treba imati u vidu da iz snopa čestica, samo jedan dio čestica se sudara s jezgrima atoma, a ostali dio se apsorbuje (upija), rasprši ili samo prođe bez sudara.[2]
Matematička definicija
Zamislimo kuglasti cilj (siva ispresječena linija) i snop elementarnih čestica (plave kuglice), koje lete brzinom v (crna strelica) do cilja. Želimo znati koliko čestica udari u cilj u kratkom vremenu dt. Da bi se ovo dogodilo, čestice treba da budu u zelenom valjku, koji ima obim = baza × visina. Baza valjka je u stvari udarni presjek σ (crvena površina), a visina je put čestica u vremenu dt (put = v × dt):
Ako se sa n označi broj čestica u jedinici obima, onda ima n V čestica u obimu V, koje vrše nuklearnu reakciju. Ako se sa r označi iznos reakcija, onda se dobija:
Zna se da protok neutrona iznosi Φ = n v:
Zna se da nije samo jedan cilj nuklearnih reakcija, već ima N reakcija po jedinici obima. Tako se dobija ukupan iznos reakcija:
Ako je poluprečnik atomskog jezgra reda veličine 10−14 m, onda je udarni presjek reda veličine 10−28 m2, od čega je i proizašla definicija 1 barna. Eksperimenti su pokazali da se veličina udarnog presjeka znatno mijenja, pa tako za spore neutrone u nekim slučajevima je i preko 1000 barna, a udarni presjek gama čestica može da bude i 0,001 barna.[3]
Zavisnost nuklearnog udarnog presjeka od temperature
Nuklearni udarni presjek se obično mjeri na 20 °C (293,15 K). Da bi se izračunao udarni presjek na nekoj temperaturi, treba upotrijebiti formulu:
- ,
gdje je σ nuklearni udarni presjek na temperaturi T i σ0 nuklearni udarni presjek na temperaturi T0 (T i T0 u kelvinima).
Vidi još
- Udarni presjek
- Neutronski udarni presjek
- Analiza parcijalnog talasa
- Amplituda rasijanja
- Površina presjeka
- Diferencijalni presjek
- Brzina protoka
- Osvjetljenost (teorija rasijanja)
- Detektor čestica
- Presjek radara
- Raderfordovo rasijanje
Reference
- ^ „Od rude do žutog kolača” Архивирано на сајту Wayback Machine (31. јул 2017), Nuklearna elektrana Krško, 2011.
- ^ „4.1 FIZIKA NEK-a – Fisija” Архивирано на сајту Wayback Machine (5. фебруар 2017), Nuklearna elektrana Krško, e-škola, 2011.
- ^ „Uvod u nuklearnu energetiku”[мртва веза], Prof. dr sc. Danilo Feretić, 2011.
Literatura
- 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.
Spoljašnje veze
- Nuklearni udarni presjek
- Udarni presjek rasijanja
- Udarni presjek reakcije (IUPAC Goldbook)
- Udarni presjek sudara (IUPAC Goldbook)
- IAEA
- BNL
- PDG
- ShimPlotWell