50 Fizyka jądrowa

Absorpcja promieniowania alfa – pochłanianie promieniowania alfa przez substancję przez którą przechodzi promieniowanie. Absorpcja zachodzi wskutek wzbudzania i jonizacji atomów napromieniowywanego ciała. Zachodzi głównie przez oddziaływanie kulombowskie między cząstkami α a elektronami substancji przenikanej. Rzadziej, przez reakcje jądrowe i rozpraszanie na jądrach atomowych. Podczas absorpcji, z uwagi na dużą masę cząstki α, jej tor pozostaje praktycznie niezmieniony. Strata energii na jednostkę długości przez cząstkę α jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu prędkości cząstki:

Cykl protonowy – cykl reakcji jądrowych, w których z czterech jąder wodoru powstaje stabilne jądro helu. Podczas przemian uwalniana jest energia jądrowa, która jest głównym źródłem energii Słońca i innych gwiazd. Cykl pp zachodzi w jądrach gwiazd o temperaturze od kilku do kilkunastu milionów kelwinów. Został zaproponowany przez Hansa Bethe i Charlesa Critchfielda.

Cykl węglowo-azotowo-tlenowy (CNO) – cykl przemian jąder atomowych, których efektem jest przemiana wodoru w hel oraz powstawanie dużych ilości energii. Jest źródłem energii dla masywnych gwiazd, ponieważ może zachodzić tylko w bardzo dużych temperaturach.

Czas martwy – odcinek czasu następujący po danym wydarzeniu, w którym dane urządzenie nie działa w pełni możliwości, np. dane urządzenie pomiarowe nie jest w stanie zarejestrować następnego wydarzenia, nawet jeżeli ono wystąpi.

Deuteron – jądro atomowe deuteru, czyli izotopu wodoru 21H, zwanego ciężkim wodorem. Deuteron składa się z jednego neutronu i jednego protonu.

Efekt Augera (samojonizacja) – zjawisko emisji elektronów przez atom, zachodzące dzięki energii uwolnionej na skutek wypełniania luk w niskich powłokach elektronowych przez elektrony z wyższych powłok. Luki te mogą powstawać na skutek wychwytu elektronu z wewnętrznej powłoki przez jądro. Przyczyną pojawienia się luk na niższych powłokach może być również wybicie elektronu przez inną cząstkę, kwant promieniowania rentgenowskiego lub promieniowania γ.

European XFEL – rentgenowski laser na swobodnych elektronach w synchrotronowym centrum badawczym DESY w Hamburgu. Jest to najbardziej zaawansowane źródło impulsowego, spójnego promieniowania w zakresie twardego promieniowania rentgenowskiego.

Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, zwyczajowo funkcjonalny rezonans magnetyczny, w skrócie fMRI – wyspecjalizowana odmiana obrazowania metodą rezonansu magnetycznego, za pomocą której mierzony jest wzrost przepływu krwi i utlenowania aktywnej okolicy mózgu. W metodzie tej wykorzystywany jest fakt, iż podczas aktywności komórek nerwowych zwiększa się ich zapotrzebowanie na tlen i nasila się produkcja dwutlenku węgla. Wzrost aktywności danego rejonu mierzy się przy pomocy odpowiedzi BOLD, która określa zależność intensywności sygnału rezonansu magnetycznego od poziomu natlenienia krwi.

Fuzor – urządzenie zaprojektowane przez Philo Farnswortha i Roberta Hirscha do przeprowadzania kontrolowanej syntezy termojądrowej. W różnych formach rozwijany był przez innych badaczy, m. in. przez George'a Mileya i Roberta Bussarda.

Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN – ośrodek badań z dziedziny fizyki jądrowej Polskiej Akademii Nauk, znajdujący się w Krakowie, w Bronowicach Wielkich przy ulicy Walerego Eliasza-Radzikowskiego 152. Został utworzony w roku 1955 dzięki staraniom prof. Henryka Niewodniczańskiego. W roku 1988 Instytutowi nadano imię prof. Henryka Niewodniczańskiego. Współtwórcą Instytutu w jego obecnym kształcie był prof. Marian Mięsowicz.

ITER (ang. International Thermonuclear Experimental Reactor – Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny) – reaktor termonuklearny, jak również międzynarodowy program badawczy z nim związany, którego celem jest zbadanie możliwości produkowania na wielką skalę energii z kontrolowanej fuzji jądrowej.

Jądro atomowe – centralna część atomu składająca się z protonów i neutronów, powiązanych siłami jądrowymi, stanowiąca niewielką część objętości całego atomu, skupiona jest w nim prawie cała masa.

Kalutron – urządzenie, separator izotopów, służące do rozdzielania izotopów metodą elektromagnetyczną. Może być wykorzystany do wzbogacania rud uranu, potrzebnego do produkcji broni jądrowej.

Komora iskrowa - detektor promieniowania stosowany w fizyce cząstek elementarnych do badania cząstek subatomowych o wysokiej energii.

Komora jonizacyjna – urządzenie do pomiaru i rejestracji promieniowania wywołującego jonizację gazu. Komorami jonizacyjnymi nazywa się te detektory jonizacyjne promieniowania, w których ładunek zbierany na elektrodach powstaje jedynie w wyniku jonizacji przez rejestrowane cząstki.

Komora pęcherzykowa, urządzenie służące do obserwacji śladów cząstek elementarnych zaprojektowane w roku 1952 przez Donalda Glasera, za co został uhonorowany w 1960 Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki.

Komora Wilsona – urządzenie służące do detekcji promieniowania jądrowego poprzez obserwację śladów cząstek elementarnych, zaprojektowane przez szkockiego fizyka Charlesa Wilsona w 1900 r. Zarejestrowane fotografie śladów cząstek elementarnych w komorze Wilsona były tak przekonującym dowodem ich istnienia, że usunęły wszelkie wątpliwości co do konkluzji Becquerela, Skłodowskiej-Curie i innych. W roku 1932 Carl David Anderson za pomocą komory Wilsona udowodnił istnienie pozytonu. W drugiej połowie XX wieku komory Wilsona zostały zastąpione przez komory pęcherzykowe.

Kontrolowana synteza termojądrowa – reakcja termojądrowa, która podlega kontrolowanemu przebiegowi. Główną motywacją kontrolowania syntezy termojądrowej jest wykorzystanie jej jako źródła energii.

Krzywa Bragga – w fizyce, krzywa przedstawiająca średnią gęstość jonizacji wywołanej przez cząstkę naładowaną w zależności od jej drogi w absorbencie, nazwana od Williama Henry'ego Bragga.

Kwadrupol – obiekt posiadający moment kwadrupolowy, a nie posiadający wyższych momentów.

Licznik Geigera – licznik promieniowania jonizującego opracowany przez Hansa Geigera wraz z Walterem Müllerem w 1928 roku, służący do detekcji promieniowania jądrowego.

Licznik scyntylacyjny – detektor promieniowania jonizującego. Podstawą działania jest zjawisko scyntylacji, zachodzące w niektórych substancjach pod wpływem bombardowania ich cząstkami naładowanymi: podczas przechodzenia przez scyntylator cząstki jonizującej wytwarzane są jony i elektrony, które z kolei są źródłem emisji fotonów, obserwowanych w postaci błysków świetlnych. Ogromny rozwój techniki liczników scyntylacyjnych wiąże się z rozwojem technologii produkcji odpowiednich do tych celów scyntylatorów, nie pochłaniających swego promieniowania "własnego".

Magnetyczne uwięzienie plazmy, pułapka magnetyczna – podejście do uzyskania kontrolowanej syntezy termojądrowej, które wykorzystuje pole magnetyczne do uwięzienia paliwa dla syntezy jądrowej będącego plazmą.

Masa krytyczna materiału rozszczepialnego – minimalna masa, w której reakcja rozszczepienia przebiega w sposób łańcuchowy, czyli każde jedno rozszczepienie jądra atomowego inicjuje dokładnie jedno następne rozszczepienie. W masie mniejszej od masy krytycznej reakcja zainicjowana rozszczepieniem spontanicznym zaniknie, w masie większej od masy krytycznej reakcja będzie przebiegała w sposób lawinowy, tzn. jedno rozszczepienie wywoła więcej niż jedno rozszczepienie.

Materiał paliworodny - materiał zawierający jądra atomowe, które nie ulegają wymuszonemu rozszczepieniu przez powolne neutrony, ale w wyniku pochłaniania neutronów przekształcają się w nuklidy rozszczepialne.

Narodowe Centrum Badań Jądrowych – NCBJ – powstało 1 września 2011 r. z połączenia dwóch instytutów na mocy rozporządzenia Rady Ministrów. Instytut Energii Atomowej został włączony w struktury Instytutu Problemów Jądrowych, tworząc największy instytut badawczy w Polsce, zatrudniający ponad 1000 pracowników.

National Ignition Facility - eksperymentalne urządzenie, które w zamierzeniu ma wywoływać kontrolowaną syntezę termojądrową za pomocą silnego impulsu laserowego. Znajduje się w Narodowym Laboratorium Lawrence'a w Livermore w mieście Livermore w stanie Kalifornia (USA).

NERVA – amerykański program rakietowy prowadzony od wczesnych lat 60. XX wieku, którego założeniem było wykorzystanie termicznego napędu jądrowego. Główna zasada działania NERVY była podobna jak zwykłej rakiety chemicznej – bezpośredni czynnik napędzający stanowiły gorące gazy wylotowe uchodzące przez tradycyjnie skonstruowaną dyszę. Inna była natomiast zasada uzyskiwania energii gazów – były one podgrzewane przez reaktor jądrowy.

Nukleosynteza – proces, w którym powstają nowe jądra atomowe w wyniku łączenia się nukleonów, czyli protonów i neutronów, lub istniejących już jąder atomowych i nukleonów. Obecny skład izotopowy Wszechświata jest głównie skutkiem naturalnej nukleosyntezy.

Prawo rozpadu naturalnego – zależność określająca szybkość ubywania pierwotnej masy substancji zbudowanej z jednego rodzaju cząstek, która ulega naturalnemu, spontanicznemu rozpadowi.

Potrójny proces α – proces syntezy termojądrowej, w którym z trzech jąder helu 4He powstaje jedno jądro węgla 12C. Proces zachodzi w temperaturze większej od 108 K i gęstości plazmy większej od (104–105) g·cm−3.

Proces s – reakcja jądrowa nukleosyntezy zachodząca przy stosunkowo niskiej gęstości neutronów i średniej temperaturze, zachodząca w gwiazdach o masach porównywalnych do masy Słońca w końcowym etapie ich życia, gdy gwiazda przechodzi przez fazę AGB.

Promieniowanie alfa – promieniowanie jonizujące emitowane przez rozpadające się jądra atomowe, będące strumieniem cząstek alfa, które są jądrami helu.

Promieniowanie beta – rodzaj przenikliwego promieniowania jonizującego wysyłanego przez promieniotwórcze jądra atomowe podczas przemiany jądrowej. Nazwa ma znaczenie historyczne – powstała, by odróżnić to promieniowanie od mniej przenikliwego promieniowania alfa. Promieniowanie beta i alfa zarejestrowane były po raz pierwszy przez Becquerela, który opisał swoje wyniki w serii publikacji w latach 1896–1897. Oba rodzaje promieniowania badał następnie Rutherford i w roku 1899 opisał ich różny charakter. Promieniowanie beta powstaje podczas rozpadu β. W zależności od rodzaju tego rozpadu, jest ono strumieniem elektronów lub pozytonów poruszających się z prędkością porównywalną z prędkością światła w próżni. Promieniowanie to jest silnie pochłaniane przez materię.

Promieniowanie Czerenkowa – promieniowanie elektromagnetyczne emitowane, gdy naładowana cząstka porusza się w ośrodku materialnym z prędkością większą od prędkości fazowej światła w tym ośrodku. Fala elektromagnetyczna jest emitowana tylko w ściśle określonym kierunku leżącym pod kątem ostrym do kierunku ruchu cząstki. Nazwa tego typu promieniowania pochodzi od nazwiska rosyjskiego fizyka Pawła A. Czerenkowa, który opisał to zjawisko fizyczne.

Promieniowanie gamma – wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. W wielu publikacjach rozróżnienie promieniowania gamma oraz promieniowania X (rentgenowskiego) opiera się na ich źródłach, a nie na długości fali. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń jąder lub cząstek subatomowych, a promieniowanie rentgenowskie – w wyniku zderzeń elektronów z elektronami powłok wewnętrznych lub ich rozpraszaniu w polu jąder atomu. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem jonizującym i przenikliwym. Promieniowanie gamma oznacza się grecką literą γ, analogicznie do korpuskularnego promieniowania alfa (α) i beta (β).

Promieniowanie jonizujące – wszystkie rodzaje promieniowania, które wywołują jonizację ośrodka materialnego, tj. oderwanie przynajmniej jednego elektronu od atomu lub cząsteczki albo wybicie go ze struktury krystalicznej. Za promieniowanie elektromagnetyczne jonizujące uznaje się promieniowanie, którego fotony mają energię większą od energii fotonów światła widzialnego.

Promieniowanie przenikliwe - jeden z czynników rażenia wybuchu jądrowego - stanowi strumień promieniowania gamma i promieniowania neutronowego, zdolny do przenikania przez różne materiały o znacznej grubości. Czas rażącego działania promieniowania przenikliwego jest stosunkowo krótki i wynosi 10-15 s. Promieniowanie przenikliwe powoduje schorzenie organizmu w postaci choroby popromiennej. Pochłania 5% energii wybuchu.

Promieniowanie rentgenowskie – rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, które jest generowane podczas wyhamowywania elektronów. Długość fali mieści się w zakresie od ok. 10 pm do 10 nm. W widmie fal elektromagnetycznych promieniowanie rentgenowskie znajduje się za nadfioletem, pokrywając się z zakresem promieniowania gamma.

Reakcja termojądrowa, synteza jądrowa lub fuzja jądrowa – zjawisko polegające na złączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe. W wyniku fuzji mogą powstawać obok nowych jąder też wolne neutrony, protony, cząstki elementarne i cząstki alfa.

Reflektor neutronów – materiał o własnościach powodujących odrzucenie neutronów powstających w reaktorze jądrowym i skierowanie ich z powrotem w kierunku rdzenia reaktora. Reflektor poprawia bilans neutronów w rdzeniu, a w konsekwencji umożliwia zmniejszenie masy krytycznej materiału rozszczepialnego i wymiarów reaktora. Poprawia się także rozkład neutronów w rdzeniu.

Rozszczepienie jądra atomowego – przemiana jądrowa polegająca na rozpadzie jądra na dwa fragmenty o zbliżonych masach.

Schemat rozpadu promieniotwórczego jądra danego izotopu pierwiastka jest graficznym przedstawieniem wybranych bądź wszystkich sposobów rozpadu oraz przejść energetycznych charakterystycznych dla tego radionuklidu. Rysunkowi towarzyszą opisy charakteryzujące ilościowo opisywany rozpad lub przejście (przemianę).

Spektrometria promieniowania gamma – ilościowe badania widma promieniowania gamma źródeł ziemskich jak i kosmicznych. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem elektromagnetycznym o największej energii, będąc fizycznie tym samym promieniowaniem co promieniowanie rentgenowskie. Z powodu wysokiej energii fotonów gamma są one na ogół liczone indywidualnie. Podczas gdy licznik Geigera lub podobne urządzenie określa jedynie częstość zliczeń, spektrometr promieniowania gamma pozwala również wyznaczyć energię rejestrowanych przez detektor.

Stellarator – urządzenie, podobnie jak tokamak, służące do wytwarzania plazmy i przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej. Jest to jedno z najwcześniejszych sterowanych urządzeń fuzyjnych, wymyślone przez amerykańskiego fizyka i astrofizyka Lymana Spitzera w 1950 r. Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa „stella" – gwiazda. Naukowcy dzięki urządzeniu chcą uzyskać warunki takie, jakie panują we wnętrzu gwiazd.

Tabela nuklidów przedstawia graficznie wszystkie znane nuklidy. W fizyce jądrowej ma tym samym podobne znaczenie jak układ okresowy pierwiastków w chemii. Nuklidy różnią się liczbą protonów i neutronów, co pozwala je usystematyzować w dwuwymiarowej tabeli. Przy czym przeważnie liczba protonów przedstawiana jest pionowo a liczba neutronów poziomo. W ten sposób:w poziomie przedstawione są nuklidy o stałej liczbie protonów, które w atomach wpływają na identyczne własności chemiczne, w pionie przedstawione są nuklidy o stałej liczbie neutronów (izotony), na ukos, z lewego górnego do dolnego prawego rogu, znajdują się nuklidy ze stała liczbą masową (izobary).

Tokamak – urządzenie do przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej. Główna komora ma kształt torusa. Dzięki elektromagnesom tworzony jest pierścień plazmy. Komora wypełniona jest zjonizowanym gazem. Zmienne pole magnetyczne pochodzące z transformatora indukuje prąd elektryczny w pierścieniu gazu. Prąd ten powoduje wyładowania w gazie. Zachodzi jeszcze większa jego jonizacja i ogrzewanie. W końcu tworzy się gorąca plazma. Gorąca plazma jest utrzymywana w zwartym słupie wewnątrz pierścienia dzięki silnemu polu magnetycznemu.

Tryton – jądro atomowe trytu, czyli promieniotwórczego izotopu wodoru oznaczane lub Składa się z dwóch neutronów i jednego protonu.

Wybuch jądrowy – eksplozja, do której dochodzi w wyniku szybkiego uwolnienia energii spowodowanego reakcją jądrową, czyli rozszczepieniem jąder pierwiastków ciężkich, lub reakcji termojądrowej, czyli syntezy jąder pierwiastków lekkich, która zachodzi w ładunku jądrowym. Tego typu wybuch stanowi istotę działania broni jądrowej.

Yellowcake – potoczna nazwa półproduktu otrzymywanego w trakcie obróbki rud uranu. Nazwa pochodzi od charakterystycznego zabarwienia sproszkowanego produktu uzyskiwanego tradycyjnymi metodami.