Nüvə reaksiyaları atomun nüvəsindəki dəyişiklikləri əhatə edir və çox vaxt radiasiya emissiyası ilə nəticələnir. Bu proseslər nüvə fizikası üçün əsasdır və həm praktik tətbiqlərə, həm də təbii hadisələrə malikdir. Nüvə reaksiyalarının növlərini, o cümlədən radioaktivliyi başa düşmək ulduzlarda enerjinin necə əmələ gəldiyini, qədim artefaktların necə tarixləndiyini və nüvə enerjisi və silahların arxasında duran prinsipləri başa düşmək imkanı verir.
Nüvə reaksiyalarının bir neçə əsas növü var: birləşmə, parçalanma və radioaktiv parçalanma. Füzyon daha yüngül nüvələri birləşdirərək daha ağır bir nüvə meydana gətirərək enerji buraxır. Parçalanma, ağır nüvənin daha yüngül nüvələrə parçalanmasıdır, eyni zamanda enerji də buraxılır. Radioaktiv parçalanma qeyri-sabit atom nüvəsinin radiasiya yayaraq enerji itirdiyi kortəbii prosesdir.
Radioaktivlik qeyri-sabit atom nüvələrinin kortəbii parçalanması və radiasiya şəklində enerji buraxaraq sabit nüvələr əmələ gətirdiyi təbii bir prosesdir. Radiasiyanın üç əsas növü var: alfa (α) hissəcikləri, beta (β) hissəcikləri və qamma (γ) şüaları .
Radioaktiv parçalanma ayrı-ayrı atomlar səviyyəsində təsadüfi bir prosesdir, yəni konkret atomun nə vaxt parçalanacağını dəqiq proqnozlaşdırmaq mümkün deyil. Bununla belə, çox sayda atom üçün parçalanma dərəcəsi yarı ömrü kimi tanınan statistik ölçü ilə təsvir edilə bilər.
İzotopun yarı ömrü nümunədəki radioaktiv atomların yarısının parçalanması üçün tələb olunan vaxtdır. O \(T_{1/2}\) simvolu ilə işarələnir və müxtəlif izotoplar arasında əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir. Məsələn, Karbon-14-ün ( \(^{14}\textrm{C}\) ) yarı ömrü təxminən 5730 il, Uran-238 ( \(^{238}\textrm{U}\) ) təxminən 4,5 milyard ildir.
Radioaktiv maddənin parçalanma sürəti mövcud radioaktiv atomların sayı ilə düz mütənasibdir. Bu əlaqə riyazi olaraq tənliklə təsvir olunur:
\( -\frac{dN}{dt} = \lambda N \)harada:
Bu diferensial tənliyi inteqrasiya edərək eksponensial tənəzzül qanununu əldə edirik:
\( N(t) = N_0 e^{-\lambda t} \)burada \(N_0\) maddənin ilkin kəmiyyətidir. Bu tənlik radioaktiv parçalanmanın eksponensial xarakterini nümayiş etdirir, burada çürüməmiş materialın miqdarı zamanla eksponent olaraq azalır.
Radioaktivliyin bir neçə vacib tətbiqi var:
Bir sıra əsas təcrübələr radioaktivlik anlayışımızı inkişaf etdirdi. Tarixi nümunələrdən biri, atomun quruluşunu araşdırmaq üçün alfa hissəciklərindən istifadə edən Ernest Rutherfordun qızıl folqa təcrübəsidir. Bu təcrübə atom nüvəsinin varlığını sübut etdi.
Təhsil şəraitində radioaktivlik təhlükəsiz radioaktiv mənbələrdən və detektorlardan istifadə etməklə nümayiş etdirilə bilər. Məsələn, tələbələr buraxılan radiasiyanı aşkar etmək və zamanla çürümə əyrisini çəkmək üçün Geiger sayğacından istifadə edərək məlum radioaktiv nümunənin yarı ömrünü ölçə bilərlər.
Radioaktivlik müxtəlif formaları və tətbiqləri ilə nüvə fizikasında nüvəni bir yerdə saxlayan qüvvələr və atom nüvələrini dəyişdirə bilən proseslər haqqında anlayışlar təmin edən əsas anlayışdır. Onun öyrənilməsi elm, texnologiya və tibbdə əhəmiyyətli irəliləyişlərə səbəb oldu.
