Masa galera eta lotura energia

EFEKTU FOTOELEKTRIKOA:

XIX. Mendearen bukaeran Hertz aurkitutakoaren arabera, gainazal metaliko batzuk argiaren eraginpean jartzean (argi ikusgaia ego ultramorea), gainazal horiek elektroiak igortzen zituzten (fotoelektroi izenekoak). Fenomeno horri efektu fotoelektrikoa deritzo.

FISIKA KLASIKOAK AZALTZEN EZ DITUEN FENOMENOAK:

Esperimentu honetan, teoria elektromagnetiko klasikoaren bidez azal ezin daitezkeen hainbat gertaera agertu ziren:
Emisioa edo igorpena f maiztasuna maiztasun minimo bat baino handiagoa denean gertatzen da soilik: maiztasun minimo hori metal bakoitzaren ezaugarri propioa da, eta atari maiztasuna deritzo, f0. Teoria klasikoaren arabera, efektu fotoelektrikoa argiaren edozein maiztasunetan gertatu beharko litzateke, argiaren intentsitatea behar bezain handia izanez gero. 
Elektroien igorpena dagoenean, igorritako elektroien kopurua argiaren intentsitatearekiko proportzionala da.
Igorritako edo ateratako elektroien energia zinetikoa orduan eta handiagoa da zenbat eta handiago izan erradiazio erasotzailearen maiztasuna. Elektroien energia zinetiko maximoa ez dago, ordea, argiaren intentsitatearen menpe. Azken gertaera hori ezin da teoria klasikoaren bitartez azaldu.

Ezin izan da inoiz neurtu atzerapen-denborarik metalaren argiztapenaren eta fotoelektroien igorpenaren artean. Hala ere, teoria klasikoaren arabera, argiaren intentsitatea oso ahula bada, atzerapena gertatuko litzateke argia erasotzen dueneko aldiunearen eta fotoelektroien igorpen-aldiunearen artean.

EINSTEINEN AZALPENA TEORIA KUANTIKOAREN BIDEZ:

1905ean, Albert Einsteinek efektu fotoelektrikoaren azalpena eskaini zuen. Planck-en teoria kuantikoa erabiliz, Einsteinek erradiazio elektromagnetiko batek igortzen duen energia kuantizaturik dagoela proposatu

zuen, fotoi deritzen paketetan hain zuzen.
Einsteinek, efektu fotoelektrikoa azaltzeko, honako hipotesiak egin zituen:
- Fotoi bakoitzaren energia erradiazioaren maiztasunaren zuzenki proportzionala da, honako adierazpenaren arabera:

E=hf non h: Planck-en konstantea den
- Fotoelektroiak xurgatu egiten du erabat fotoi.
Fotoelektroiaren energia zinetikoa hauxe da:

E
Z= hf - W0 hf: xurgaturiko fotoi erasotzailearen energia
W0: elektroiak metaletik ihes egiteko behar den lana
- Loturarik ahulena duen elektroiak ihes egingo du energia maximoarekin, zeini ekuazio fotoelektrikoa deritzon adierazpenaren bidez lor daitekeen:
Ezmax= hf - W0 W0: erauzte-lana
Beraz, Einsteinen teoria kuantikoak erantzuna eman zien ikuspuntu klasikotik azalpenik ez zuten efektu fotoelektrikoaren alderdi batzuei:
Elektroi bat erauzteko behar den energia minimoa W0 denez, EZmax= 0 denean, fotoiak energia hau eman behar dio gutxienez elektroiari: hf= W0 (non f=f0). Erradiazioaren maiztasuna f0 baino txikiagoa bada, ezin izango da fotoelektroirik erauzi.
Argiaren intentsitatea handiagoa bada, fotoien kopurua handiagoa izango da eta beraz, fotoelektroien kopurua eta korrontearen intentsitatea ere handituko da. Horrek ez du alderazten fotoi bakoitzaren energia, hf, eta ondorioz, ez du aldarazten fotoelektroi bakoitzaren energia zinetikoa.
Elektroi bat erauzteko behar den energia pakete kontzentratuetan (fotoietan) hornitzen denez, ez dago inolako atzerapenik elektroien igorpenean.

ERRADIOAKTIBITATEA:

Erradioaktibitatea fenomeno naturala da. Substantzia erradioaktiboak deritzen substantziek erradiazio boteretsuak igortzeko gaitasunean oinarritzen da, gorputz opakoak zeharkatzeko, airea ionizatzeko, plaka fotografikoak inpresionatzeko eta zenbait substantzien fluoreszentzia kitzikatzeko gai diren erradiazioak.

ALFA, BETA ETA GAMMA ERRADIAZIOAK:

Substantzia erradiaktiboek igorritako erradiazioak ?, ? Eta ? Erradiazio modura sailkatu ziren, beren sarkortasunaren arabera (sarkortasun txikienetik handienera).
Gaur egun, badakigu erradiazio horiek nukleo atomikoan sortzen direla.

Á partikula

Helio-nukleoak dira, bi protoiz eta bi neutroiz osatutakoak: ƒy 24 2 He
Karga elektrikoa: 3,2.10-19 C
Masa: 6,7.10-27kg

 partikula

Elektroi bizkorrak dira, nukleoko neutroien desintegraziotik datozenak, neutroi bakoitzak protoi bat eta elektroi bat emanez: ƒ{ ƒ{ e 01
Karga elektrikoa:-1,6.10-19C
Masa: 9,1.10-31kg

à erradiazioa

Erradiazio elektromagnetikoak (fotoiak) dira, X izpiek baino maiztasun eta energia handiagoa dutenak.
Karga elektrikoa: 0
Masa: 0

PROZESU ERRADIAKTIBOEN ABIADURA:

Substantzia batek denbora unitatean buruturiko igorpen erradioaktiboen kopuruari aktibitatea, A, edo desintegrazio-abiadura deritzo. SI sistemako unitatea becquerel (Bq) da.
Desintegrazio-abiadura desintegratu gabe dauden nukleoen kopuruaren proportzionala da eta nukleoen izaeraren menpekoa. Non: N0: desintegratu gabe dauden nukleoen kopurua ?: konstante erradiaktiboa, isotopo erradiaktibo bakoitzaren ezaugarria dena.

Aurreko ekuazioa integratuz igorpen erradiaktiboaren legea lortzen da.
Modu berean: 
Desintegratu gabeko nukleoen kopurua era esponentzialean txikiagotzen da denbora pasatu ahala.
Hasierako nukleoen, N0, erdia desintegratzeko igaro behar den denborari semidesintegrazio-periodoa edo erdibizitza, T, deritzo.

ERREAKZIO NUKLEARRAK ETA ERRADIOAKTIBITATEA:

Erreakzio nuklearrak nukleo atomiko batzuk bestelako nukleo desberdin bihurtzen direneko prozesuak dira.
Nukleo erradioaktiboak oso ezegonkorrak direnez, era espontaneoan sortzen dituzte igorpen erradiaktiboak, erreakzio nuklear desberdinen arabera:

Soddy-ren legea

Helio-nukleoa (£\ partikula) -bi protoiz eta bi neutroiz eratuta dagoena- nukleo gurasotik irteten da. Horrela, nukleo berriaren zenbaki masikoa lau unitate txikiagoa da eta zenbaki atomikoa bi unitate txikiagoa.

Fajans-en legea

Nukleo gurasoaren neutroi bat desintegratzen, elektroi bat (â partikula), protoi bat eta antineutrinoa bat sortzen dira. Horrela, nukleo berriaren zenbaki masikoa berdina da eta zenbaki atomikoa unitate bat handiagoa bihurtzen da.

à partikulen igorpena

Nukleo batek £^ erradiazioa igortzen duenean energia askatzen du, baina ez dago aldaketarik ez zenbaki atomikoan ezta zenbaki masikoan ere, elementu berbera izaten jarraitzen du.
Oharra: Edozein erreakzio nuklearretan zenbaki atomikoen baturak eta zenbaki masikoen baturak konstante irauten du.

SERIE EDO FAMILIA ERRADIOAKTIBOA:

Desintegrazio baten ondoren lortzen den nukleoa ezegonkorra izaten ohi da, eta desintegrazio berria pairatzen du, beste nukleo berri bat sortuz. Oro har, ondoz ondoko desintegrazioak gertatzen dira, azken nukleo egonkorra lortu arte. Prozesu hori osatzen duten erradioisotopo guztien multzoari serie edo familia erradioaktiboa deritze.

ADIBIDEA:

FISIO NUKLEARRA:

Fisio nuklearra deritzon erreakzio nuklearrean, nukleo astun bat neutroiz bonbardatuz, nukleo hori zatitu eta bi nukleo arin sortzen dira. Prozesu honetan neutroiak eta energia kantitate handia askatzen da.
Uranio-235 isotopoa, adibidez, erreakzio honen arabera fisionatzen da:

AKTIBATZE-ENERGIA:

Fisioan sortzen diren produktuak jatorrizko nukleoa baino egonkorragoak dira. Hala ere, fisio prozesua gauzatzeko nahitaezkoa da aktibazio-energia bat, nukleoak neutroia irensteko behar duena, hain zuzen ere. Behin erreakzioa hasiz gero, hainbat neutroi askatzen dira. Neutroi horietako bakoitza beste nukleo baten fisioa eragiten du, horrela kate-erreakzioa sortuz. Askatzen diren neutroiak ez badira kontrolatzen prozesu ez-kontrolatua sortzen da, bonba atomikoan gertatzen den moduan. Berriz, neutroiak frenatu edo xurgatzen badira, erreakzioa kontrola daiteke, adibidez, erreaktore nuklearretan.

PROZESU KONTROLATUA ETA EZ-KONTROLATUA:

Prozesu kontrolatua
Fisiozko zentral nuklearretan fisioan askatutako neutroiak kontrolatzeko neutroiak xurgatzeko materialak erabiltzen dira eta prozesuaren abiadura moteldu egiten da, leherketa ekidituz. Horrela, fisioan askatzen den energia aprobetxatu egin daiteke.

Prozesu-ez kontrolatua

Kasu honetan ez da elementu kontrolatzailerik erabiltzen gehiegizko neutroiak xurgatzeko, eta erreakzioa leherketa modura burutzen da. Prozesu hori da bonba atomikoan gertatzen dena.

MASA GALERA:

Fisio erreakzioan askatzen den energia erreakzioan gertatzen den masa galeraren ondorioa da. Galtzen den masa hori energia bihurtzen da Einstein-en ekuazioaren arabera.
Adibidez, U-235ren nukleo baten fisioan masa-galera 0,2154 u-koa da, eta 200 MeV inguruko energia askatzen da.

LOTURA ENERGIA:

Masa galera kontzeptuarekin erlazionatuta lotura-energia aipatuko dugu.
Nukleo baten lotura-energia bere nukleoi isolatuak nukleoa eratzeko biltzean askaturiko energia da.
Energia hori, nukleoa apurtu eta bere nukleoiak isolatzeko eman behar zaion energia kantitate berbera da.
Nukleoa nukleoi isolatuen multzoa baino egonkorragoa da, izan ere, nukleoaren eraketan energia askatzen baita. Lotura-energia zenbat eta handiagoa izan orduan eta egonkorragoa da nukleoa.
Mekanika erlatibistaren arabera, ?E energia aldakuntza erlazionaturik dago ?M masa-aldakuntzarekin. Honela, nukleoiek beren masaren parte bat galtzen dute nukleoa eratzean. Z protoiz eta (A-Z) neutroiz eratutako nukleoaren masa (masa nuklearra) beti da protoi eta neutroi askeen masen batura baino txikiagoa. Bien arteko diferentzia (?M), masa-galera deritzona, era honetan adieraz daiteke:
protoiaren masa; neutroiaren masa; nukleoaren masa : P m : n m : N M
Masa-galerari elkarturiko energia,

FUSIO NUKLEARRA:

Fusio nuklearra deritzon erreakzio nuklearrean, bi nukleo arin batu egiten dira, eta nukleo astunago bat eratzen da. Prozesu horretan energia kantitate oso handia askatzen da. Deuterioaren eta tritioaren hidrogenoen isotopoen fusioa, adibidez, erreakzio honen arabera gertatzen da.

AKTIBATZE-ENERGIA:

Fusio erreakzioan nukleoak hurbildu egin behar dira eta beraien arteko aldarapen elektrostatikoak gainditzeko energia handia behar da, aktibatze-energia izenekoa. Erreakzioa gertatzen denean izugarrizko energia askatzen da eta horrek mantendu egiten du erreakzioa. Izan ere, erreakzioaren jarraipena kontrolatuz gero, energia-iturri bezala aprobetxatu ahal izango litzateke fusio-prozesua. Erreakzioa kontrolatu ezean, eztanda gertatzen da eta hidrogeno-bonban gertatzen den moduan.

PROZESU KONTROLATUA ETA EZ-KONTROLATUA:

Prozesu kontrolatua
Etorkizuneko energi iturritzat hartua izan da, hondar erradiaktibo arriskutsurik sortzen ez duelako, eta itsas uretako deuterioa (hidrogeno-2) bezain ekonomikoak diren erregaietatik har daitekeelako. Hala ere, oraindik ez da lortu era errentagarrian, prozesurako behar den aktibazio-energia lortzeko erreaktiboak oso tenperatura altuak behar dituzte eta plasma egoeran daude. Hori dela eta, oso zaila da erreaktiboak konfinatzea.
Gaur egun egiten ari diren esperimentuetan plasma berotu eta gero eremu magnetikoak erabiltzen dira hidrogeno nukleoak konfinatzeko. ITER izeneko proiektuan fusioaren bideragarritasuna ikertuko dute
Prozesu-ez kontrolatua

Fusio-erreakzioak (erreakzio termonuklearrak) era naturalean gertatzen dira Eguzkian eta izarretan, astro horien barneko tenperaturei eta presioari esker.
Era artifizialean, hidrogeno-bonba atomikoan erabiltzen da. Fusio-errakzioa gertatzeko behar den tenperatura aldez aurretik leherrarazten den fisiozko bonba atomiko

batez lortzen da.

MASA GALERA:

Fusio erreakzioan askatzen den energia erreakzioan gertatzen den masa galeraren ondorioa da. Galtzen den masa hori energia bihurtzen da Einstein-en ekuazioaren arabera.

Deuterioaren eta tritioaren hidrogenoen isotopoen fusioa, adibidez, sortzen den helio-4 atomo bakoitzeko masa-galera 0,0189 u-koa da; masa-galera horri 17,6MeV-eko energia askapena dagokio.

LOTURA ENERGIA:

Masa galera kontzeptuarekin erlazionatuta lotura-energia aipatuko dugu.
Nukleo baten lotura-energia bere nukleoi isolatuak nukleoa eratzeko biltzean askaturiko energia da.
Energia hori, nukleoa apurtu eta bere nukleoiak isolatzeko eman behar zaion energia kantitate berbera da.
Nukleoa nukleoi isolatuen multzoa baino egonkorragoa da, izan ere, nukleoaren eraketan energia askatzen baita. Lotura-energia zenbat eta handiagoa izan orduan eta egonkorragoa da nukleoa.
Mekanika erlatibistaren arabera, ?E energia aldakuntza erlazionaturik dago ?M masa-aldakuntzarekin. Honela, nukleoiek beren masaren parte bat galtzen dute nukleoa eratzean. Z protoiz eta (A-Z) neutroiz eratutako nukleoaren masa (masa nuklearra) beti da protoi eta neutroi askeen masen batura baino txikiagoa. Bien arteko diferentzia (?M), masa-galera deritzona, era honetan adieraz daiteke:
protoiaren masa; neutroiaren masa; nukleoaren masa m : n m : N M
Masa-galerari elkarturiko energia