How big is Jądro uranu?
12 femtometry!
Jądro uranu to środek atomu uranu. Zawiera 92 protony oraz, w uranie-238, najczęstszej odmianie, 146 neutronów. Ma około 12 femtometrów średnicy, mierzonej jako dwukrotność promienia ładunku, czyli średniego promienia jego ładunku elektrycznego. Femtometr to milionowa część miliardowej części metra (10−15 metra).
Rozmiar
Jądro nie ma twardej krawędzi, więc jego rozmiar podaje się jako promień ładunku. Dla uranu-238 tabela promieni jąder prowadzona przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej (MAEA) podaje 5,857 femtometra, z dokładnością lepszą niż 0,1%. Oznacza to, że jądro ma 11,7 femtometra średnicy. Uran-235, który ma o trzy neutrony mniej, jest bardzo nieznacznie mniejszy: jego jądro ma 11,67 femtometra średnicy.
Jądro uranu ma znacznie więcej neutronów niż protonów. Protony odpychają się nawzajem ładunkiem elektrycznym, a wszystkie protony i neutrony przyciągają swoich najbliższych sąsiadów za pomocą silnego oddziaływania jądrowego. W ciężkim jądrze dodatkowe neutrony są potrzebne, by elektryczne odpychanie nie rozerwało jądra na części.
Porównania rozmiarów
- Jądro uranu-238 jest mniej więcej 7 razy szersze niż pojedynczy proton, który ma około 1,7 femtometra średnicy, choć jądro to zawiera 238 protonów i neutronów.
- Jądro uranu zawiera około 60 razy więcej cząstek niż jądro helu, które ma około 3,4 femtometra średnicy, ale jest od niego szersze mniej więcej 3,5 raza.
- Gdyby jądro uranu powiększyć do rozmiarów piłki do koszykówki, proton w tej samej skali miałby około 3,4 centymetra średnicy, czyli mniej więcej połowę szerokości piłki tenisowej.
- Atom wodoru, który ma około 0,1 nanometra średnicy, jest mniej więcej 9000 razy szerszy niż jądro uranu. Nanometr to miliardowa część metra.
Bardzo powolny rozpad
Uran-238 jest promieniotwórczy, ale rozpada się wyjątkowo wolno. Jego okres półtrwania, czyli czas, po którym rozpada się połowa próbki, wynosi 4,47 miliarda lat. Ziemia ma około 4,54 miliarda lat, więc wciąż pozostała tu mniej więcej połowa uranu-238, który Ziemia miała w chwili powstania.
Uran-238 rozpada się, wyrzucając cząstkę alfa, czyli jądro helu. Potem następuje łańcuch kolejnych rozpadów, który kończy się na ołowiu-206. Geolodzy wykorzystują ten łańcuch oraz podobny, zaczynający się od uranu-235, do pomiaru wieku skał i samej Ziemi.
Rozszczepianie uranu
Uran-235 stanowi około 0,72% uranu naturalnego. Jego jądra łatwo się rozszczepiają, gdy uderzy w nie neutron. Każdy taki podział uwalnia energię i kolejne neutrony, które mogą dalej rozbijać inne jądra w reakcji łańcuchowej. Elektrownie jądrowe w Stanach Zjednoczonych kontrolują tę reakcję, aby wytwarzać ciepło służące do produkcji energii elektrycznej, używając paliwa wzbogaconego do 3–5% uranu-235.
Źródła
- 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.