วิทยาศาสตร์ฟิสิกส์

ฟิสิกส์นิวเคลียร์

สาขาฟิสิกส์นี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของนิวเคลียสอะตอมและการแผ่รังสีจากนิวเคลียสที่ไม่เสถียร มีขนาดเล็กกว่าอะตอมประมาณ 10,000 เท่าอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบของนิวเคลียสโปรตอนและนิวตรอนดึงดูดซึ่งกันและกันอย่างรุนแรงโดยกองกำลังนิวเคลียร์ที่พลังงานนิวเคลียร์มีขนาดใหญ่กว่าพลังงานปรมาณูปกติประมาณ 1,000,000 เท่า จำเป็นต้องใช้ทฤษฎีควอนตัมเพื่อทำความเข้าใจโครงสร้างนิวเคลียร์

เช่นเดียวกับอะตอมที่ตื่นเต้นนิวเคลียสกัมมันตรังสีที่ไม่เสถียร (เกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือเกิดขึ้นเอง) สามารถเปล่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โฟตอนพลังงานนิวเคลียร์เรียกว่ารังสีแกมม่า นิวเคลียสที่มีกัมมันตภาพรังสีก็ปล่อยอนุภาคอื่น ๆ ออกมาเช่นอิเล็กตรอนที่เป็นลบและบวก (รังสีบีตา) พร้อมด้วยนิวตริโนและนิวเคลียสฮีเลียม (รังสีอัลฟา)

เครื่องมือวิจัยหลักของฟิสิกส์นิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับการใช้ลำอนุภาค (เช่นโปรตอนหรืออิเล็กตรอน) ที่พุ่งเข้าเป้าเป็นขีปนาวุธต่อต้านเป้าหมายนิวเคลียร์ ตรวจจับอนุภาคและชิ้นส่วนนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นใหม่และทิศทางและพลังงานจะถูกวิเคราะห์เพื่อเปิดเผยรายละเอียดของโครงสร้างนิวเคลียร์และเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกำลังที่แข็งแกร่ง แรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอกว่านั้นเรียกว่าการตอบโต้ที่อ่อนแอมีหน้าที่ในการปล่อยรังสีบีตา การทดลองการชนกันของพลังงานนิวเคลียร์ใช้ลำแสงของอนุภาคพลังงานสูงกว่ารวมถึงอนุภาคที่ไม่เสถียรที่เรียกว่าอนุภาคมีซอนที่เกิดจากการชนของนิวเคลียร์ในเครื่องเร่งอนุภาคที่เรียกว่าอนุภาคอนุภาคมีซอน การแลกเปลี่ยนอนุภาคมีซอนระหว่างโปรตอนกับนิวตรอนนั้นมีความรับผิดชอบโดยตรงต่อแรงที่แข็งแกร่ง (สำหรับกลไกที่มีซอนพื้นฐานดูที่ใต้กองกำลังพื้นฐานและเขตข้อมูล)

ในกัมมันตภาพรังสีและการชนที่นำไปสู่การสลายนิวเคลียร์ตัวตนทางเคมีของเป้าหมายนิวเคลียร์จะเปลี่ยนไปทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนแปลงของประจุนิวเคลียร์ ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันและฟิวชั่นซึ่งนิวเคลียสที่ไม่เสถียรอยู่ตามลำดับแบ่งออกเป็นนิวเคลียสที่เล็กกว่าหรือรวมกันเป็นพลังงานที่มีขนาดใหญ่กว่าพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจะมากกว่าปฏิกิริยาเคมีใด ๆ