Kjernefysikk

Kjernefysikk er ein del av fysikkfaget som prøver å forstå og skildra dei indre tilhøva i ein atomkjerne, og vart opphavleg rekna som ein del av atomfysikken. No reknar ein vanlegvis berre fenomen som har med elektrona til atoma og elektronskal å gjere til atomfysikken. Sidan elektronrørsla blir avgjort av kjernen og eigenskapane til denne, så dannar kjernefysikken eit viktig grunnlag for atomfysikken. Omvendt kan ein studere atomfysiske fenomen for å få viktige opplysningar om eigenskapane til kjernen. Kjernefysikken kan mellom anna forklara radioaktivitet.

Ein har enno ikkje forstått fullt ut kva som skjer inni atomkjerna (dynamikken i atomkjerna), men dei teoretiske skildringane me har i dag, fungerer tilfredsstillande med visse avgrensingar. Den best dekkande og samtidig mest generelle skildringa er ein skalmodell på linje med skalmodellen for atomet. Me veit at atomkjerna inneheld positivt ladde proton og elektrisk nøytrale nøytron. Desse er igjen bygde opp av kvarkar.

Dei første kjernefysiske eksperimenta blei utførte av Ernest Rutherford på slutten av 1800-talet. Han sende ein stråle av alfapartiklar inn mot ein tynn gullfolie. Observasjonane hans førte til kunnskapen om at atom måtte ha ein indre struktur med ei ørlita, positivt ladd kjerne i midten.

Kjernefysisk aktivitet er det som hender når:

1. Atom splittast opp (Fisjon)
2. Atom smeltast saman (Fusjon)

Fisjon er det som hender når atom (oftast Uran- eller Plutoniumatom) spaltar seg og frigjer energi. Denne teknologien brukar dei i Kjernekraft og Atombomber som Little Boy og Fat Man, som blei sleppte over Hiroshima og Nagasaki av amerikanarane under den andre verdskrigen.

Fisjon skjer når svært snøgt farande nøytron splittar eit atom, til dømes eit uranatom, ved at nøytrona kolliderer med atomet sin kjerne. Når eit nøytron smell saman med ein ustabil atomkjerne på denne måten, fører det til at nøytron i atomkjerna frigjer seg. Desse fer som prosjektil ut av atomkjerna og kan igjen kollidera med andre atomkjernar. Kvar vesle kollisjon gjer at det vert frigjort litt varme, og sidan talet på kollisjonar aukar til mange tusen i sekundet, stig temperaturen til uranet fordampar. Fisjon skjer òg med Plutonium som drivstoff, men Plutonium er både meir sjeldant og dyrare, sidan det ikkje eksisterer på jorda naturleg, slik uran gjer.

Fisjon nyttast mykje i kjernekraft, men òg i atombomber.

Det er fleire måtar å utløyse fisjon på. I kjernekraftverk er det ein nøytrongenerator som sender ein straum av nøytron mot uranet, medan det i atombomber er ei kule av uran eller plutonium rundt ein nøytrongenerator, som aktiverast av ei sjokkbølgje.

Fisjon skjer blant anna når ein radioaktiv isotop vert utsett for ei sjokkbølgje. Det kan òg hende når plutonium kjem over den kritiske massen.

Fusjon er det motsette av fisjon, nemleg at atom smeltast saman. Fusjon er mykje meir vanskeleg å utløyse enn fisjon. Det har berre lukkast forskarar å observere fusjon i brøkdelen av eit sekund grunna dei enormt høge temperaturane som krevst. Drivstoffet for fusjon er vanlegvis deuterium og tritium. Begge stoffa er radioaktive isotopar av hydrogen. Begge stoffa er gassar ved standard atmosfære og temperatur. Dette gjer det vanskeleg å lagre dei, og dei blandast av den grunn med litium. Deuterium kan ta plassen til hydrogen i vanleg vatn (H2O), og skape tungtvatn.

Fusjon vert mest brukt i moderne atombomber, òg kjent som hydrogenbomber. Fusjon er det som skjer i stjerner, som t.d. sola.

Fusjon er særs vanskeleg å utløyse, sidan det krev enorm temperatur og trykk. Det vert utløyst i hydrogenbomber ved hjelp av ei atombombe som nyttar fisjon. Denne aukar temperatur og trykk så mykje at ein plutoniumstav byrjar å fisjonere, som igjen startar fusjonen.

Eksempel på praktisk bruk av kjernefysikk er

• Kjernekraft
• Atombomber
• MRI-scanning (Brukast innan medisin for å skanne kroppen innvortes)
• Røntgenfotografi