מה הגודל של גרעין אורניום?

גרעין אורניום הוא מרכזו של אטום אורניום. הוא כולל 92 פרוטונים, ובאורניום-238, הסוג הנפוץ ביותר, גם 146 נייטרונים. רוחבו כ-12 פמטומטרים, כשהוא נמדד כפי שניים מרדיוס המטען שלו, הרדיוס הממוצע של המטען החשמלי שלו. פמטומטר הוא מיליונית של מיליארדית המטר (10⁻¹⁵ מטרים).

גודל

לגרעין אין קצה חד, ולכן גודלו נקבע לפי רדיוס מטען. לגבי אורניום-238, טבלה של רדיוסים גרעיניים שמנהלת הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית (IAEA) נותנת 5.857 פמטומטרים, ערך שאי-הוודאות בו קטנה מ-0.1%. לכן רוחב הגרעין הוא 11.7 פמטומטרים. גרעין אורניום-235, שיש בו שלושה נייטרונים פחות, קטן מעט מאוד, ורוחבו 11.67 פמטומטרים.

בגרעין אורניום יש הרבה יותר נייטרונים מפרוטונים. הפרוטונים דוחים זה את זה בשל המטען החשמלי שלהם, ואילו כל הפרוטונים והנייטרונים מושכים את שכניהם הקרובים ביותר באמצעות הכוח הגרעיני החזק. בגרעין כבד, הנייטרונים העודפים נחוצים כדי שהדחייה החשמלית לא תפרק אותו.

השוואות גודל

• גרעין אורניום-238 רחב בערך פי 7 מפרוטון בודד, שרוחבו כ-1.7 פמטומטרים, אף שבגרעין יש 238 פרוטונים ונייטרונים.
• גרעין האורניום רחב בערך פי 3.5 מגרעין הליום, שרוחבו כ-3.4 פמטומטרים, אך מספר החלקיקים בגרעין האורניום גדול בערך פי 60 ממספרם בגרעין ההליום.
• אילו גרעין אורניום הוגדל לגודל של כדור כדורסל, פרוטון באותו קנה מידה היה ברוחב של כ-3.4 סנטימטרים, בערך מחצית מרוחבו של כדור טניס.
• אטום מימן, שרוחבו כ-0.1 ננומטרים, רחב בערך פי 9,000 מגרעין אורניום. ננומטר הוא מיליארדית המטר.

דעיכה איטית מאוד

אורניום-238 הוא רדיואקטיבי, אך הוא דועך לאט במיוחד. זמן מחצית החיים שלו, הזמן שנדרש כדי שמחצית מדגימה תדעך, הוא 4.47 מיליארד שנים. כדור הארץ בן כ-4.54 מיליארד שנים, ולכן עדיין נותרה כאן בערך מחצית מהאורניום-238 שהיה בו כשנוצר.

אורניום-238 דועך בפליטת חלקיק אלפא, שהוא גרעין הליום. לאחר מכן מתרחשת שרשרת של דעיכות נוספות, שמסתיימת בעופרת-206. גאולוגים משתמשים בשרשרת הזאת, ובשרשרת דומה שמתחילה באורניום-235, כדי למדוד את גיל הסלעים ואת גילו של כדור הארץ עצמו.

ביקוע אורניום

אורניום-235 מהווה כ-0.72% מהאורניום הטבעי. גרעיניו מתבקעים בקלות כשנייטרון פוגע בהם. כל ביקוע משחרר אנרגיה ועוד נייטרונים, שיכולים להמשיך ולבקע גרעינים אחרים בתגובת שרשרת. תחנות כוח גרעיניות בארצות הברית שולטות בתגובה הזאת כדי לייצר חום להפקת חשמל, ומשתמשות בדלק מועשר לריכוז של 3–5% אורניום-235.

מקורות

• Nuclear Charge Radii. International Atomic Energy Agency, 2013.
• Live Chart of Nuclides: uranium-238 ground state. International Atomic Energy Agency.
• Uranium. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• Properties of Nuclei. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• Age of the Earth. U.S. Geological Survey, 2007.
• Nuclear explained. U.S. Energy Information Administration.
• The nuclear fuel cycle. U.S. Energy Information Administration.
• Proton rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Alpha particle rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Bohr radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
• Rules of Tennis 2026. International Tennis Federation, 2026.