Reaksionet bërthamore përfshijnë ndryshime në bërthamën e një atomi dhe shpesh rezultojnë në emetimin e rrezatimit. Këto procese janë thelbësore për fizikën bërthamore dhe kanë aplikime praktike dhe dukuri natyrore. Të kuptuarit e llojeve të reaksioneve bërthamore, duke përfshirë radioaktivitetin, ofron një pasqyrë se si gjenerohet energjia në yje, si datohen artefaktet e lashta dhe parimet që qëndrojnë pas energjisë dhe armëve bërthamore.
Ekzistojnë disa lloje kryesore të reaksioneve bërthamore: shkrirja, ndarja dhe zbërthimi radioaktiv. Fusioni përfshin kombinimin e bërthamave më të lehta për të formuar një bërthamë më të rëndë, duke çliruar energji. Fisioni është ndarja e një bërthame të rëndë në bërthama më të lehta, duke çliruar gjithashtu energji. Prishja radioaktive është një proces spontan me anë të të cilit një bërthamë atomike e paqëndrueshme humbet energjinë duke emetuar rrezatim.
Radioaktiviteti është një proces natyror në të cilin bërthamat e paqëndrueshme atomike shpërbëhen spontanisht, duke formuar bërthama të qëndrueshme ndërsa lëshojnë energji në formën e rrezatimit. Ekzistojnë tre lloje kryesore të rrezatimit: grimcat alfa (α), grimcat beta (β) dhe rrezet gama (γ) .
Zbërthimi radioaktiv është një proces i rastësishëm në nivelin e atomeve individuale, që do të thotë se është e pamundur të parashikohet saktësisht se kur një atom i caktuar do të kalbet. Megjithatë, për një numër të madh atomesh, shkalla e zbërthimit mund të përshkruhet nga një masë statistikore e njohur si gjysmë jeta .
Gjysma e jetës së një izotopi është koha e nevojshme që gjysma e atomeve radioaktive në një mostër të kalbet. Ai shënohet me simbolin \(T_{1/2}\) dhe ndryshon ndjeshëm midis izotopeve të ndryshëm. Për shembull, gjysma e jetës së Karbon-14 ( \(^{14}\textrm{C}\) ) është afërsisht 5730 vjet, ndërsa ajo e Uranium-238 ( \(^{238}\textrm{U}\) ) është rreth 4.5 miliardë vjet.
Shpejtësia e zbërthimit të një lënde radioaktive është drejtpërdrejt proporcionale me numrin e atomeve radioaktive të pranishme. Kjo marrëdhënie përshkruhet matematikisht nga ekuacioni:
\( -\frac{dN}{dt} = \lambda N \)ku:
Duke integruar këtë ekuacion diferencial, marrim ligjin e zbërthimit eksponencial:
\( N(t) = N_0 e^{-\lambda t} \)ku \(N_0\) është sasia fillestare e substancës. Ky ekuacion tregon natyrën eksponenciale të zbërthimit radioaktiv, ku sasia e materialit të pashkatërrueshëm zvogëlohet në mënyrë eksponenciale me kalimin e kohës.
Radioaktiviteti ka disa aplikime të rëndësishme:
Disa eksperimente kryesore kanë avancuar të kuptuarit tonë të radioaktivitetit. Një shembull historik është eksperimenti me fletë ari të Ernest Rutherford, i cili përdori grimcat alfa për të hetuar strukturën e atomit. Ky eksperiment siguroi prova për ekzistencën e bërthamës atomike.
Në mjediset arsimore, radioaktiviteti mund të demonstrohet duke përdorur burime të sigurta radioaktive dhe detektorë. Për shembull, studentët mund të matin gjysmën e jetës së një kampioni radioaktiv të njohur duke përdorur një numërues Geiger për të zbuluar rrezatimin e emetuar dhe për të paraqitur kurbën e kalbjes me kalimin e kohës.
Radioaktiviteti, me format dhe aplikimet e tij të ndryshme, është një koncept themelor në fizikën bërthamore, duke ofruar njohuri për forcat që mbajnë bërthamën së bashku dhe proceset që mund të ndryshojnë bërthamat atomike. Studimi i tij ka çuar në përparime të rëndësishme në shkencë, teknologji dhe mjekësi.
