11.3 Enkla kärnreaktioner

År 1919 klarade Rutherford det som ingen trodde var möjligt. Han lyckades omvandla ett grundämne till ett annat! Detta sker av sig själv vid naturlig radioaktivitet. Men att vi människor kunde klara det, det var en sensation. Det Rutherford gjorde, var att skicka in alfapartiklar i kvävgas och fotografera spåren av partiklarna. Spåren visade att två nya partiklar hade bildats. Med hjälp av spårens utseende kunde Rutherford beräkna partiklarnas massor. Utifrån massorna kom han fram till att han observerat kärnreaktionen \[ \ce { ^{4}_{2} $ \rm He$ } + \ce { ^{14}_{7} $ \rm N$} \to \ce { ^{17}_{8} $ \rm O$} + \ce { ^{1}_{1} $ \rm H$} \] Vi tolkar reaktionen på följande sätt: När alfapartikeln tränger in i kvävekärnan, bildas en instabil mellankärna med nio protoner och nio neutroner, alltså fluorkärnan. Fluorkärnan skickar genast ut en proton. Kvar blir en syrekärna med åtta protoner och nio neutroner. Se figur 11.4.

11.4 Vi förändrar en atomkärna! Människan kan omvandla ett grundämne till ett annat. Rutherfords försök visade också att vätekärnan är byggsten i andra kärnor.

Det var genom detta försök som Rutherford upptäckte att vätekärnan måste vara en partikel som deltar vid uppbyggnaden av andra atomkärnor.

När Chadwick upptäckte neutronen år 1932, skedde det vid reaktionen \[ \ce { ^{4}_{2} $ \rm He$} + \ce { ^{9}_{4} $ \rm Be$} \to \ce { ^{12}_{6} $ \rm C$} + \ce { ^{1}_{0} $ \rm n$} \] En alfapartikel tränger in i en berylliumkärna. Det uppstår en instabil kolkärna \( \ce { ^{13}_{6} $ \rm C$} \) som gör sig av med en neutron och omvandlas till en stabil kolkärna \( \ce { ^{12}_{6} $ \rm C$} \). Se figur 11.5. För att åstadkomma en konstgjord kärnreaktion måste man skjuta en partikel mot atomkärnan.

11.5 Kärnreaktionen som gjorde att Chadwick upptäckte neutronen.

Rutherford och Chadwick använde alfapartiklar. Men de är positiva och stöts bort kraftigt av den positiva kärnan. De flesta av alfapartiklarna med riktning mot kärnan böjs därför av. Bara någon enstaka gång kommer de tillräckligt nära för att kunna starta en kärnreaktion. Annorlunda är det med neutroner. De är neutrala och fångas lätt in av en atomkärna. Ett exempel på en kärnreaktion med neutroner är \[ \ce { ^{1}_{0} $ \rm n$} + \ce { ^{14}_{7} $ \rm N$} \to \ce { ^{14}_{6} $ \rm C$} + \ce { ^{1}_{1} $ \rm H$} \] En neutron träffar en kvävekärna, och det bildas en kolkärna och en vätekärna. Det är denna reaktion som hela tiden alstrar \(\rm C\text{-}14\) i atmosfären. (Se exempel 13, avsnitt 11.5). Neutronen kommer från den kosmiska strålningen.