How big is Nucleu de uraniu?
12 femtometri!
Un nucleu de uraniu este centrul unui atom de uraniu. Conține 92 de protoni și, în uraniu-238, tipul cel mai răspândit, 146 de neutroni. Are aproximativ 12 femtometri în diametru, măsurat ca dublul razei sale de sarcină, adică raza medie a sarcinii sale electrice. Un femtometru este o milionime dintr-o miliardime de metru (10−15 metri).
Dimensiune
Un nucleu nu are un contur net, așa că dimensiunea lui se exprimă printr-o rază de sarcină. Pentru uraniu-238, un tabel al razelor nucleare ținut de Agenția Internațională pentru Energie Atomică (AIEA) indică 5,857 femtometri, valoare cunoscută cu o precizie mai bună de 0,1%. Asta face ca nucleul să aibă 11,7 femtometri în diametru. Uraniul-235, care are cu trei neutroni mai puțin, este foarte puțin mai mic, de 11,67 femtometri în diametru.
Un nucleu de uraniu are mult mai mulți neutroni decât protoni. Protonii se resping între ei prin sarcina lor electrică, în timp ce toți protonii și neutronii atrag vecinii cei mai apropiați prin forța nucleară tare. Într-un nucleu greu, neutronii în plus sunt necesari pentru ca respingerea electrică să nu-l destrame.
Comparații de dimensiune
- Un nucleu de uraniu-238 este de aproximativ 7 ori mai lat decât un singur proton, care are aproximativ 1,7 femtometri în diametru, chiar dacă conține 238 de protoni și neutroni.
- Este de aproximativ 3,5 ori mai lat decât un nucleu de heliu, care are aproximativ 3,4 femtometri în diametru, dar conține de aproximativ 60 de ori mai multe particule.
- Dacă un nucleu de uraniu ar fi mărit până la dimensiunea unei mingi de baschet, un proton la aceeași scară ar avea aproximativ 3,4 centimetri în diametru, adică aproximativ jumătate din lățimea unei mingi de tenis.
- Un atom de hidrogen, de aproximativ 0,1 nanometri în diametru, este de aproximativ 9.000 de ori mai lat decât un nucleu de uraniu. Un nanometru este o miliardime de metru.
O dezintegrare foarte lentă
Uraniul-238 este radioactiv, dar se dezintegrează extrem de lent. Timpul său de înjumătățire, adică timpul în care se dezintegrează jumătate dintr-o probă, este de 4,47 miliarde de ani. Pământul are aproximativ 4,54 miliarde de ani, deci aproximativ jumătate din uraniul-238 cu care s-a format Pământul mai există încă.
Uraniul-238 se dezintegrează expulzând o particulă alfa, care este un nucleu de heliu. Urmează un lanț de alte dezintegrări, care se încheie cu plumb-206. Geologii folosesc acest lanț, și unul asemănător care pornește de la uraniu-235, pentru a măsura vârsta rocilor și a Pământului însuși.
Scindarea uraniului
Uraniul-235 reprezintă aproximativ 0,72% din uraniul natural. Nucleele sale se scindează ușor când sunt lovite de un neutron. Fiecare scindare eliberează energie și alți neutroni, care pot scinda, la rândul lor, alte nuclee într-o reacție în lanț. Centralele nucleare din Statele Unite controlează această reacție pentru a produce căldura necesară electricității, folosind combustibil îmbogățit la 3–5% uraniu-235.
Surse
- 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.