Kjernefysikk ble tidligere ansett som en del av atomfysikken, men betraktes i moderne forskning oftest som et separat område. Atomfysikk og kjernefysikk er likevel sterkt knyttet til hverandre, siden en atomkjerne vekselvirker med elektronene i et atom.
Undersøkelser av vekselvirkninger mellom nukleonene ved så høy energi at de ikke lenger holdes sammen i kjerner, har ført til oppdagelse av en rekke nye partikler, som mesoner og hyperoner.
Også studiet av disse fenomenene ble opprinnelig regnet som en del av kjernefysikken, høyenergi-kjernefysikk, men det regnes nå som et eget fagområde innen fysikken, elementærpartikkelfysikk.
I tabellen er det gitt en oversikt over viktige oppdagelser innen kjernefysikken. Som regel regner man at kjernefysikken begynte med Ernest Rutherfords hypotese om atomkjernen fra 1911, og Rutherford betegnes ofte som kjernefysikkens far. Hans laboratorium i Manchester og senere (fra 1919) i Cambridge var til hans død 1937 et hovedsenter for kjernefysisk forskning.
For å foreta eksperimentelle undersøkelser av kjernereaksjoner benyttes akseleratorer for forskjellige partikkeltyper. Med akseleratorer skal man kunne kontrollere og variere energien av den innkommende partikkel innenfor det energiområde man måtte ønske. Utviklingen begynte omkring 1930 med oppfinnelsen av akseleratorer for protoner og lette ioner til en energi av størrelsen 1 MeV (megaelektronvolt).
Parallelt med utviklingen av akseleratorer fant også de største oppdagelsene innen kjernefysikk sted i 1930-årene. De viktigste sentrene var foruten Rutherfords laboratorium, Niels Bohrs Institut i København, F. og I. Joliot-Curies laboratorium i Paris, Enrico Fermis i Roma, Ernest O. Lawrences i Berkeley og Otto Hahns i Berlin, men ved de fleste universiteter ble det i denne tiden etablert grupper for kjernefysisk forskning. Norges første akselerator, en 0,5 MeV Van de Graaff-generator, ble bygd ved NTH av Johan Holtsmark og Roald Tangen i 1935. Den var på den tid Nord-Europas største. Den ble i 1942 flyttet til Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo og gav grunnlag for utviklingen av kjernefysikken der.
Praktisk betydning fikk kjernefysikk først ved oppdagelsen av kunstig radioaktivitet i 1934. Bruken av radioaktive nuklider har fått betydning som sporstoffer, tracere, i teknikk, biologisk og medisinsk forskning, ved diagnostikk og som egnede strålekilder for terapi, spesielt ved behandling av kreftsykdommer. Ved oppdagelsen av fisjon ble en ny energikilde stilt til menneskenes disposisjon, og for å anvende denne er det utviklet en kjernefysisk teknologi, spesielt konsentrert om bygging av reaktorer og konstruksjon av kjernevåpen. Også i tilknytning til fusjonsprosessen er det en intens teknologisk forskning.
I 1930-årene ble de grunnleggende eksperimentene for forståelse av atomkjernenes struktur utført. I årene etter 1945 har man innen den eksperimentelle kjernefysikk dels søkt å gjennomføre detaljstudier av de enkelte nuklider, dels har man ved systematiske undersøkelser forsøkt å se hvordan bestemte egenskaper forandrer seg fra nuklide til nuklide. Kjernefysiske laboratorier med stadig større og mer velegnede akseleratorer er blitt bygd. Som viktige ledd i den tekniske utviklingen kan nevnes konstruksjon av en tandem Van de Graaff-generator og en sektorfokuserende syklotron, som begge ble utviklet omkring 1960.
I 1970-årene fikk man syklotroner med superledende magneter. De gir sterkere magnetfelt i akseleratoren og dermed mulighet for å oppnå høyere partikkelenergi. Et annet ledd i utviklingen var kombinasjon av flere akseleratorer; tandem Van de Graaff-akseleratorer og sektorfokuserende syklotroner, hvor tunge atomer i en lav ionisasjonstilstand akselereres til en moderat energi i den første akseleratoren. Så fjernes storparten av elektronene, og de sterkt ioniserte atomene akselereres til høy energi i den andre akseleratoren.
Målet for denne utviklingen, som i 1980-årene ble nådd i en del store laboratorier, var å gi selv de tyngste atomkjernene nok bevegelsesenergi til å overvinne den elektrostatiske frastøtningen slik at de kan komme så nær andre tunge kjerner at kjernekreftene trer i virksomhet mellom dem, og de eventuelt smelter sammen i en meget kort tid.
Kommentarer (2)
skrev Marte Holten Jørgensen
"En kjernereaksjon oppstår når man bombarderer en kjerne A med en partikkel a og denne enten overfører en del av sin energi til kjernen eller absorberes av kjernen, som derpå sender ut en ny partikkel, b, og derved går over til en ny slags kjerne, B."
Betyr dette at et henfall av et radioaktivt stoff ikke regnes som en kjernereaksjon? Blir ikke det litt snevert?
svarte Jacob Linder
Hei Marte,
godt poeng - jeg har nå skrevet om teksten for å presisere at kjernereaksjoner både kan være spontane (slik som radioaktivitet) eller induserte (som eksemplet gitt i teksten).
mvh
Jacob
Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.
Du må være logget inn for å kommentere.