jedrska fizika, veja fizike, ki se ukvarja z raziskavami atomskih jeder, pomembnih marsikje v znanosti in tehniki, npr. pri izdelavi radioaktivnih izotopov in pridobivanju energije. Atomsko jedro, ki vsebuje skoraj vso maso atoma, je sestavljeno iz nukleonov, tj. protonov in nevtronov. Ker imajo nevtroni in protoni skoraj enako maso, je masa jedra približno enaka vsoti mas njegovih nukleonov; navaja jo masno število. Protoni imajo po en pozitivni osnovni naboj, nevtroni pa so brez naboja oz. nevtralni. Naboj jedra je zato sorazmeren številu protonov v jedru in določa kemijske lastnosti elementa; navaja ga vrstno število. V nevtralnem atomu se pozitivni naboj jedra izenači z negativnim nabojem elektronov, ki v elektronskem oblaku obdajajo jedro. Če iz oblaka izleti ali vanj prileti elektron, naboja jedra in elektronov nista več izenačena; nastane nabit ion. V lahkih jedrih je protonov približno enako kakor nevtronov, pri težjih pa je nevtronov več. V uranu je npr. 146 nevtronov in 92 protonov. To krajše zapišemo kot 23892U; zgoraj je masno število, ki navaja število nukleonov v jedru, spodaj pa vrstno število, ki navaja število protonov. Njuna razlika je število nevtronov. Nukleone v jedru veže privlačna jedrska sila, ki se upira elektrostatični odbojni sili med pozitivno nabitimi protoni. Jedrska sila je v nasprotju z elektrostatično silno močna, ima pa zelo kratek doseg (pribl. 10–15 m). Deluje tudi med električno nevtralnimi nevtroni. Nosilci polja jedrske sile so mezoni (močna interakcija). Če se prost nukleon dovolj približa jedru, ga jedro lahko zajame. Pri tem se sprosti energija, ki ustreza vezavni energiji nukleona v jedru. Pri srednjih jedrih znaša ta energija pribl. 8 MeV = 1,3 · 10–12 J; dobljena energija ustreza izgubi mase (masni defekt). Masa jedra je manjša od vsote mas njegovih posameznih nukleonov (ekvivalenca mase in energije). Za jedro helijevega izotopa He 4, ki vsebuje dva protona in dva nevtrona, izračunamo masni defekt za 1 mol snovi (4,00151 g) po naslednjem postopku: 2 × relativna masa prostega protona (= 2 · 1,007277) plus 2 × relativna masa prostega nevtrona (= 2 · 1,008665) = 4,03188. Masni defekt je tako 0,03037 g. Ta razlika, ki po Einsteinovi zvezi med maso m in energijo E ustreza m · c2 (c je svetlobna hitrost), se v obliki vezavne energije sprosti pri tvorbi 1 mola helija; v nasprotnem procesu, pri razbitju helijevega jedra, jo moramo dovesti. E = 0,03037 · 10–3 kg · (2,99792 · 108 m/s) = 2,73 · 1012 J. Za uranov izotop U 238 s 146 nevtroni in 92 protoni znaša masni defekt 1,88 grama na vsak mol (238,0508 g), kar ustreza vezavni energiji 1,69 · 1014 J. Velikost masnega defekta na posamezni nukleon v jedru (in s tem vezavne energije) pa ne narašča linearno z naraščanjem atomske mase. Pri elementih s srednjimi vrstnimi števili (približno pri železu) doseže maksimum, zato so ta jedra še posebej stabilna. Torej je jedrsko energijo mogoče pridobivati ali z zlivanjem lahkih jeder (jedrsko zlivanje) ali s cepitvijo težkih jeder (jedrska cepitev). Npr. pri razcepu vseh atomov v 1 kg urana U 235 na dva razcepna produkta z masama ok. 95 in 138 bi zaradi masnega defekta teoretično dobili pribl. 82 mlr. kJ (= 8,2 · 1013 J) energije. Za primerjavo: ob sežigu 1 kg premoga se sprosti le 3,3 · 107 J. Če atomskemu jedru dovedemo energijo, npr. z novim nukleonom, preide iz osnovnega stanja v vzbujeno stanje, zaniha in je sposobno oddati energijo, npr. s sevanjem gama ali (pri visokih energijah) z oddajo osnovnih delcev. Če vpadli nukleon takoj po vstopu v jedro iz njega tudi izleti, govorimo o sipanju, pri jedrski reakciji pa v njem ostane. Jedro je lahko v svojem osnovnem stanju stabilno ali pa z oddajo sevanja (delcev ali sevanja gama) preide v stabilnejše stanje. To se dogaja jedrom, ki so težja od bizmuta. Prek vmesnih radioaktivnih produktov se pretvarjajo v svinec ali bizmut (razpadni nizi, radioaktivnost). Značilne količine jeder so masa, električni naboj, radij, spin, energijski nivoji (energije vzbujanja), magnetni in drugi momenti (jedrska indukcija). Za njihovo določanje uporabljajo razl. naprave: meglično celico, Geiger-Müllerjev števec, scintilacijski števec, polprevodniški števec, jedrsko fotografsko ploščo. Večina meritev temelji na jedrskih pretvorbah, ki se dogajajo pri obstreljevanju jeder z drugimi jedri ali osnovnimi delci. Za to je treba veliko energije, s katero delci premagajo odbojne sile, s katerimi jih jedro odbija vse dotlej, ko se mu približajo na razdaljo, pri kateri prevladajo privlačne jedrske sile. Za raziskavo teh procesov uporabljajo jedrske reaktorje (kot nevtronske izvore) ali pa gradijo vse večje pospeševalnike (npr. sinhrotron in ciklotron). Natančen opis težjih jeder zaenkrat ni možen. Za teoretične opise uporablja jedrska fizika različne modele jeder, ki bolje ali slabše opisujejo resnično stanje; sem sodijo npr. lupinski model jedra (analogen modelu atoma), kapljični model jedra, kolektivni in optični model. Kot začetek jedrske fizike velja odkritje naravne radioaktivnosti, ki je 1896 uspelo A. H. Becquerelu. 1909 je E. Rutherford pokazal, da radioaktivnost temelji na razpadu elementov; 1911 je postavil svoj atomski model in 1919 izpeljal prvo umetno jedrsko reakcijo. J. Chadwick je 1932 odkril nevtron, 1939 pa je O. Hahnu in F. Strassmannu uspelo razcepiti jedro. 1942 so pognali prvi jedrski reaktor, tri leta pozneje pa sprožili prvo jedrsko bombo. 1947/48 so odkrili mezone. Zdaj poznamo pribl. 275 stabilnih in pribl. 1700 radioaktivnih, večinoma umetno izdelanih jeder. V zadnjih desetletjih se je od jedrske fizike odcepila samostojna veja, fizika osnovnih delcev.
Dostopnost