Fisika Nuklearra: Fisioa eta Fusioa Aztertuta

Efektu Fotoelektrikoa: Fisika Klasikoaren Mugak

Efektu fotoelektrikoa aztertzean, fisika klasikoak ezin dituen zenbait fenomeno agertzen dira:

1. Igorritako elektroien kopurua argiaren intentsitatearekiko proportzionala da.
2. Elektroien emisioak gutxieneko erradiazio-maiztasuna behar du, atalase-maiztasuna deritzona, metaletan gertatzeko. Teoria klasikoak iradokitzen du edozein argi-maiztasunekin gertatu beharko litzatekeela intentsitatea altua bada.
3. Askatutako elektroien energia zinetikoa erradiazioaren maiztasunarekin handitzen da, ez argiaren intentsitatearekin. Honek kontraesanean jartzen du efektu fotoelektrikoaren teoria klasikoa.
4. Elektroien igorpena argia piztu eta itzaltzearekin batera hasten eta amaitzen da, hurrenez hurren. Honek teoria klasikoari erronka egiten dio, atzerapen bat espero baitzen argiaren intentsitatea txikia bazen.

Albert Einsteinek zioen energia-kuantoak fotoiak direla eta bakoitzaren energia maiztasunarekiko zuzenki proportzionala dela: E = hf, non h konstantea den.

Fotoien bidez efektu fotoelektrikoa erraz azaltzen da: f maiztasuneko argiaren energia hf energia duten fotoien bidez dator.

• Metalen elektroiak askatzeko, erauzketa-lana (W) izeneko energia-kantitate espezifiko bat behar da, metalaren arabera aldatzen dena.
• Argiaren eraginez, elektroi batek energia xurgatzen du eta, nahikoa bada, energia zinetikoarekin askatzen da, balantze energetiko baten arabera: Ez = hf - W.

Atari-maiztasuna, f0, efektu fotoelektrikoa gertatzeko behar den maiztasun minimoa da. W = hf0. Eta, orduan, energia zinetikoa: hf = hf0 + Ez.

Fisio Nuklearra

Definizioa: Fisio nuklearra erreakzio bat da, non nukleo astun bat, hala nola uranio-235 edo plutonio-239, neutroiekin bonbardatzen den. Honek nukleoa ezegonkor bihurtzen du eta bi nukleo txikiagotan banatzen da, neutroi gehigarriak eta energia kantitate handia askatuz.

Aktibazio-energia

Fisio nuklearrean, neutroi batek uranioa aktibatzen du, azkar fisionatzen den energia handiko bitarteko produktu bat osatuz. Askatutako neutroiek fisioi berriak eragiten dituzte, eta kate-erreakzio azeleratua sortzen dute.

Prozesu Ez Kontrolatua

Bonba atomiko baten kontrolik gabeko fisio nuklearrean, kate-erreakzioak energia, erradiazio eta hondakin erradioaktibo handiko leherketa eragiten du.

Prozesu Kontrolatua

Fisioaren neutroi azkarrak moteldu egiten dira ur astuna bezalako moderatzaile batean. Erreakzioa kontrolatzeko, boroa edo kadmioa bezalako kontrol-barrak erabiltzen dira neutroiak xurgatzeko eta haien kopurua konstante mantentzeko.

Masa-galera eta Energia

Fisioan askatutako energia masa-galeraren ondorio da, erreaktiboen eta produktuen masen arteko aldeak agerian uzten duenez. Galtzen den masa hori energia bihurtzen da eta Einsteinen ekuazioaren bitartez kalkulatzen da: E = Δm . c².

Adibidez, U-235 atomo baten fisioan, masa galera 0,2514 u-koa da eta askatutako energia 220 MeV ingurukoa.

Fusio Nuklearra

Definizioa: Fusio nuklearrak bi nukleo arin elkartzea dakar, pisutsuagoa den bat osatzeko, energia kantitate handia askatuz.

Aktibazio-energia

Fusio nuklearrean, nukleoak hurbildu egiten dira eta haien arteko aldarapena gainditzen dute aktibazio-energia handiarekin. Energia-askapena kontrolatu daiteke energia sortzeko, baina kontrolatzen ez bada, leherketa bat eragin dezake, hidrogeno-ponpa batean bezala.

Prozesu Ez Kontrolatua

Fusio nuklearra izarren nukleoan gertatzen da, hala nola Eguzkian, non hidrogenoa helioan galdatzeak energia handia sortzen duen presio eta tenperatura altuen ondorioz. Hau Lurrean erreplikatzeko, milioi bat Celsius gradu inguruko tenperaturak beharko lirateke.

Prozesu Kontrolatua

Fusio nuklearraren bidezko sorkuntza elektrikoa fase esperimentalean dago, fusiorako tenperatura altuak mantendu behar direlako. Nahiz eta etorkizun handikoa izan bere segurtasunagatik eta erregai ekonomikoen erabileragatik (deuterioa kasu), oraindik ez da errentagarria energetikoki.

Masa-galera eta Energia

Fusio nuklearrean, energia askatua masa-galeratik dator, non produktuen masa erreaktiboena baino txikiagoa den. Galtzen den masa hori energia bihurtzen da eta Einsteinen ekuazioaren bitartez kalkulatzen da: E = Δm . c².