Jądro atomowe to centralna część atomu zbudowana z jednego lub więcej protonów i neutronów, zwanych nukleonami. Jądro stanowi niewielką część objętości całego atomu, jednak to w jądrze skupiona jest prawie cała masa. Przemiany jądrowe mogą prowadzić do powstawania ogromnych ilości energii. Niewłaściwe ich wykorzystanie może stanowić zagrożenie dla środowiska.
Jądra atomowe oznacza się takim samym symbolem, jak pierwiastek chemiczny odpowiadający temu jądru, dodatkowo na dole umieszcza się liczbę atomową (Z), a u góry liczbę masową (A).
Energia wiązania jest to energia potrzebna do rozdzielenia układu na jego elementy składowe.Pojęcie to używane jest najczęściej w fizyce jądrowej i dotyczy wówczas jądra atomowego. Energia wiązania jadra atomowego określa energię potrzebną do rozdzielenia jądra atomowego na protony i neutrony. Energia wiązania jest ważnym kryterium decydującym o trwałości jadra atomowego. Używa się też pojęcia energia wiązania ostatniego nukleonu.W związku z równoważnością masy i energii, energię wiązania można obliczyć na podstawie różnicy mas jadra i nukleonów, z których jest zbudowane. Energią jest różnica mas, tj. masa nukleonów tworzących jądro, wziętych każdy z osobna, i masy jądra, pomnożona przez c2, gdzie c = 3 * 108 m/s jest prędkością światła w próżni.Energia wiązania na jeden nukleon w zależności od nukleonów w jądrze Wykres energii wiązania na nukleon od liczby nukleonów w jądrze, czyli od tzw. liczby masowej A, jest krzywą, która szybko narasta dla małych wartości A i stopniowo opada dla dużych A. Reakcje jądrowe przeprowadzane tak, aby uzyskać wyraźny wzrost energii wiązania, mogą być obfitym źródłem energii jądrowej. Takie są reakcje syntezy lekkich jąder (np. synteza helu) i reakcje rozpadu ciężkich jąder (np. rozpad uranu).
Niedobór masy, defekt masy) - różnica Δm między sumą mas nukleonów wchodzących w skład jądra atomowego, a masą jądra. Iloczyn niedoboru masy i kwadratu prędkości światła w próżni jest równy energii wiązania jądra, ΔE.
E=mc^2
gdzie:
• mp=1,00727 - masa protonu w jednostkach masy atomowej
• mn=1,00866 - masa neutronu
• mE - masa jądra nuklidu
• c = 3·108 m/s - prędkość światła w próżni
1 kilogram masy to równoważność energii Δm·c2 = 9·1016 J = 9·1010 kJ/g = 9·1013 kJ/kg.
Jednostce masy atomowej (1 u = 1.66053873(13)·10-27 kg) odpowiada energia 931 MeV.
Reaktor jądrowy.Jest to urządzenie do przeprowadzania w sposób kontrolowany łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder atomowych (reakcja jądrowa). Reakcja zachodzi w znajdującym się w rdzeniu reaktora paliwie jądrowym (uran 235 lub 233, pluton 241 lub 239), a jej przebieg regulują pręty kontrolne (wychwytując nadmiar neutronów, zapobiegają zbytniemu rozwinięciu się reakcji łańcuchowej). Do spowalniania neutronów – w celu ułatwienia reakcji z jądrami niektórych pierwiastków – w rdzeniu znajduje się moderator (grafit, zwykła woda, ciężka woda, beryl). Reaktory jądrowe służą jako źródło energii (np. w elektrowniach jądrowych), źródło promieniowania neutronowego do produkcji radioizotopów (izotopy) i wytwarzania materiałów rozszczepialnych oraz są stosowane do celów badawczych. W reaktorze na rysunku energia powstała w reakcji jest transportowana przez ciecz chłodzącą do turbiny prądotwórczej. Pierwszy reaktor jądrowy został uruchomiony 1942 w Chicago pod kierunkiem E. Fermiego.
Bomba atomowa i wodorowa.Paliwem (ładunkiem atomowym) jest U233, U235 lub pluton. W bombie atomowej następuje rozszczepienie. Mechanizm wywołujący wybuch uruchamia zapalnik. Eksploduje zwykły materiał wybuchowy co powoduje zetknięcie się dwóch części ładunku atomowego. Masa krytyczna zostaje przekroczona i następuje niekontrolowana łańcuchowa reakcja rozszczepiania jąder - czyli właściwy wybuch.Przy wybuchu bomby wodorowej następuje synteza jąder izotopów wodoru - do tego potrzebna jest wysoka temperatura. Taką temperaturę można uzyskać przy wybuchu bomby atomowej. Tak więc „zapalnikiem” bomby wodorowej jest bomba atomowa.Skutki wybuchu bomby atomowej :
• promieniowanie cieplne;
• fala uderzeniowa;
• skażenie promieniotwórcze, co powoduje choroby popromienne (białaczka, choroby soczewki oka) i mutacje.
elfriede20