Нуклеарните реакции вклучуваат промени во јадрото на атомот и често резултираат со емисија на зрачење. Овие процеси се основни за нуклеарната физика и имаат и практична примена и природни појави. Разбирањето на видовите нуклеарни реакции, вклучително и радиоактивноста, нуди увид во тоа како се генерира енергија во ѕвездите, како се датирани античките артефакти и принципите зад нуклеарната енергија и оружјето.
Постојат неколку клучни типови на нуклеарни реакции: фузија, фисија и радиоактивно распаѓање. Фузија вклучува комбинирање на полесни јадра за да се формира потешко јадро, ослободувајќи енергија. Фисија е разделување на тешко јадро на полесни јадра, со што се ослободува и енергија. Радиоактивното распаѓање е спонтан процес со кој нестабилното атомско јадро губи енергија со емитување зрачење.
Радиоактивноста е природен процес во кој нестабилните атомски јадра спонтано се распаѓаат, формирајќи стабилни јадра додека ослободува енергија во форма на зрачење. Постојат три основни типа на зрачење: алфа (α) честички, бета (β) честички и гама (γ) зраци .
Радиоактивното распаѓање е случаен процес на ниво на поединечни атоми, што значи дека е невозможно точно да се предвиди кога одреден атом ќе се распадне. Меѓутоа, за голем број атоми, стапката на распаѓање може да се опише со статистичка мерка позната како полуживот .
Полуживотот на изотоп е времето потребно половина од радиоактивните атоми во примерокот да се распаднат. Се означува со симболот \(T_{1/2}\) и значително се разликува меѓу различните изотопи. На пример, полуживотот на Јаглерод-14 ( \(^{14}\textrm{В}\) ) е приближно 5730 години, додека оној на Ураниум-238 ( \(^{238}\textrm{У}\) ) е околу 4,5 милијарди години.
Стапката на распаѓање на радиоактивна супстанција е директно пропорционална со бројот на присутни радиоактивни атоми. Оваа врска е математички опишана со равенката:
\( -\frac{dN}{dt} = \lambda N \)каде:
Интегрирајќи ја оваа диференцијална равенка, го добиваме законот за експоненцијално распаѓање:
\( N(t) = N_0 e^{-\lambda t} \)каде \(N_0\) е почетната количина на супстанцијата. Оваа равенка ја покажува експоненцијалната природа на радиоактивното распаѓање, каде што количината на нераспаднат материјал експоненцијално се намалува со текот на времето.
Радиоактивноста има неколку важни примени:
Неколку клучни експерименти го унапредија нашето разбирање за радиоактивноста. Еден историски пример е експериментот со златна фолија на Ернест Радерфорд, кој користел алфа честички за да ја испита структурата на атомот. Овој експеримент даде доказ за постоењето на атомското јадро.
Во образовните услови, радиоактивноста може да се демонстрира со користење на безбедни радиоактивни извори и детектори. На пример, учениците можат да го измерат полуживотот на познат радиоактивен примерок со помош на гајгеровиот бројач за да го детектираат емитираното зрачење и да ја исцртаат кривата на распаѓање со текот на времето.
Радиоактивноста, со нејзините различни форми и апликации, е основен концепт во нуклеарната физика, обезбедувајќи увид во силите што го држат јадрото заедно и процесите што можат да ги променат атомските јадра. Нејзиното проучување доведе до значителен напредок во науката, технологијата и медицината.
