Nuklearna fizika
Nuklearna fizika je grana fizike koncentrisana na jezgro atoma.
Tema uključuje:
- Jaka nuklearna sila
- Radioaktivnost
- Modeli jezgra
- Fisija
- Fuzija
- Nuklearne reakcije
Primene
- Nuklearna magnetna rezonancija
- Mesbauerov efekat (Mössbauer effect)
- Nuklearna medicina
- Nuklearna energija
- Nuklearno oružje
Radioaktivnost je otkrio 1896. francuski naučnik Henri Bekerel dok je radio na fosforoscentnim materijalima. Ovi materijali svetle u mraku nakon izlaganja svetlu, i on je mislio da bi sjaj proizveden u katodnim zračnim cevima (cathode ray tubes) od strane X-zraka mogao nekako biti povezan sa fosforoscencijom. Zato je pokušao da uvije fotografsku pločicu (plate) u crnu hartiju i da stavi razne fosforoscentne minerale na nju. Svi rezultati su bili negativni dok nije isprobao korišćenje uranijumovih soli. Rezultat sa ovim jedinjenjima je bilo duboko crnjenje pločice.
Ipak, ubrzo je postalo jasno da crnjenje pločice nema nikakve veze sa fosforoscencijom jer je ona crnela kada je mineral držan u mraku. Takođe ne-fosforoscentne soli uranijuma pa i metalski (metallic) uranijum su pocrnjivali pločicu. Bilo je jasno da postoji neka nova vrsta zračenja koja je mogla da prođe kroz papir koja je uzrokovala crnjenje pločice (U mnogim knjigama piše da je Bekerel slučajno otkrio radioaktivnost.)
Isprva se činilo da je ovo novo zračenje bilo slično nedavno otkrivenim x-zracima. Ipak kasnija istraživanja Bekerela, Pjera Kirija, Marije Kiri, Ernesta Raderforda i drugih su otkrila tri različite vrste radioaktivnosti: alfa, beta i gama raspad. Ovi istraživači su takođe otkrili da mnogi drugi hemijski elementi imaju radioaktivne izotope.
Opasnosti radioaktivnosti nisu odmah otkrivene. Akutno trovanje radiacijom je brzo otkriveno, ali je početna pretpostavka bila da, kao kod vatre, ako se odmah ne primeti efekat, nema opasnosti. Štaivše nije se znalo da će ako se unesu u telo, radioaktivni materijali nastaviti da zrače unutar tela, često prouzrokujući kancer ili druge ozbiljne probleme. Mnogi lekari i firme su počeli da reklamiraju radioaktivne supstance kao sredstvo lečenja; jedan posebno uzbunjujuć primer je bilo lečenje klistiranjem radijumom. Marija Kiri je pred smrt govorila protiv ovakve vrste lečenja, upozoravajući da efekti radijacije na ljudsko telo još nisu dobro ispitani.
Za vreme Drugog svetskog rata, se došlo na ideju da bi se energija koju radioaktivnost oslobađa mogla koristiti kao oružje za masovno uništenje. I sile osovine i savezničke snage su započele projekte u cilju razvoja ovakvog oružja; Projekat Menhetn u SAD se na kraju pokazao uspešnim. Dve od prve tri bombe koje su proizvedene su bačene na Japan; tada je planirano da se proizvodnja ubrza na oko jednu bombu nedeljno, ali se Japan predao pre nego što je još atomskih bombi bačeno.
Za vreme Drugog svetskog rata i u ranom hladnom ratu je nastavljen razvoj nuklearne tehnologije, dok se malo pažnje obraljalo na dugoročne opasnosti radijacije i radioaktivne kontaminacije. Jači otpad nastao proizvodnjom uranijuma je skladišten u velike tankove sa rokom trajnosti od samo par decenija, i nije bilo planova za dugoročnije skladištenje dok je manje jakom otpadu dopušteno da procuri u zemljište bez temeljnih proračuna o dugoročnim posledicama. Mnoga nuklearna oružja su testirana u atmosferi (to jest iznad povvršine Zemlje), što je oslobodilo dovoljno radioaktivnog materijala da veoma značajno podigne svetski nivo pozadinskog zračenja. Konačno je sporazum o ograničenim probama prekinuo ove probe u SAD i SSSR-u (mada su podzemne probe nastavljene u obe zemlje, a Francuska i Kina su nastavile atmosferske probe još dugo vremena).
Zatim su razvijeni nuklearni reaktori za korišćenje u podmornicama, brodovima i za komercijalnu upotrebu. Od 1960-ih, protivnici nuklearne energije su tvrdili da dugoročno izlaganje niskim nivoima zračenja može da dovede do ozbiljnih zdravstvenih problema, i da radioaktivna kontaminacija iz životne okoline može da pređe na ljude dovodeći do ovakvih dugoročnih izlaganja. Ove tvrdnje su ostale kontrovrezne, vidi linear no threshold model, radiation hormesis. Usled ovih tvrdnje je javna zabrinutost dramatično porasla, sigurnosne mere su pojačane, a korišćenje radioaktivnih materijala poput torijuma u plinskim mrežicama (gas mantles) je smanjeno.
Javna zabrinutost je znatno porasla usled nuklearnih nezgoda posebno onih u Tri majl ajlendu (Three Mile Island) i Černobilju. Ova zabrinutost se u mnogim slučajevima sastoji iz nenalačkog straha od svega što u svom imenu sadrži odrednicu "nuklearno". Na primer, nuklearno magnetno rezonantna spektroskopija (nuclear magnetic resonance imaging spectroscopy) (NMRI), koja nema nikakve veze sa radioaktivnošću je preimenovana u magnetnu rezonancu (magnetic resonance imaging) (MRI) da bi se se ugušio javni strah.
Radioaktivni izotopi i dalje imaju mnoge značajne primene, uključujući praćenje bioloških procesa u ljudskom telu za potrebe dijagnostike, očuvanje hrane u teglama ubijanjem bakterija i određivanje starosti geoloških nalaza bazirano na procenama o brzini raspada izotopa. Od ovih primena, pa do upotrebe nuklearne energije, nuklearna tehnologija je još uvek u širokoj upotrebi uprkos javnoj zabrinutosti. Izgradnja novih reaktora se nastavlja, posebno u Aziji, kao i razvoj novih tipova reaktora koji koriste nuklearnu fisiju i nuklearnu fuziju.
