of 38/38
II. FIZIKA MODERNE FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 1 II.1. Modeli i atomit Mendimet e para mbi ndërtimin e lëndës datojnë që në antikë, ku mendohej se trupat përbëhen nga grimcat e vogla, molekulat dhe atomet. Në atë kohë është menduar se atomi është grimca më e vogël e materies, por më vonë, me mbarimin e sh.XVIII i hasim tentimet e disa fizikanëve për të shpjeguar ndërtimin e atomit. Më këtë bëhet e qartë se atomi është grimcë e përbërë dhe se ndërtimi i sajë duhej të analizohet. Mendimi i parë mbi ndërtimin e atomit është dhënë nga V.Tomson (William Thomson), sipas të cilit atomi ka formë të një sfere me diametër afër 0,2 nm, ku elektriciteti pozitiv është i shpërndarë njëtrajtësisht në tërrë vëllimin e sferës, kurse ai negativ ( elektronet), janë të lokalizuara në vende të caktuara në brendi të atomit dhe janë të palëvizshme. Ky model u quajt modeli statik, pasi sipas Tomsonit mendohej që elektronet janë të palëvizshme. Në vitin 1897 u zbulua elektroni, por masa dhe ngarkesa e tij u përcaktuan më 1910 me saktësi të mjaftueshme. Atëherë, dihej se përveç atomit të Hidrogjenit, të gjithë atomet tjera përmbajnë më shumë se një elektron. Me njohuritë e arritura dhe me zbulimin e elektronit Xhozef Xhon Tomson (J.J. Thomson), e pranoi modelin statik të atomit, por duke e plotësuar se atomi i eksituar duhet të shqyrtohet si oscilator harmonik dhe me mendimin se elektronet janë të lëvizshme. Pas zbulimit të radioaktivitetit natyror dhe grimcave radioaktive, u krijua mundësia e hulumtimit të strukturës së atomit, me anë të bombardimit me grimca të shpejta. Në vitin 1910 Raderfordi (Ernest Rutherford), bëri një eksperiment me bombardim të atomeve në një fletë të hollë të arrit me grimcat α të shpejta. Grimcat α para se të bien në fletën e arrit, janë paralele. Në dalje ato shpërndahen për kënde të cilat kanë vlerë 2° deri në 3°, por ka edhe kënde prej 90° e deri në 180°. Duke pasur parasysh faktin se girmca α ka masë afër 7400 herë më të madhe se masa e elektronit, u përfundua se përhapja e grimcave α për kënde të vogla bëhet për shkak të goditjeve me elektronet, kurse për këndet e mëdha për shkak të goditjes me grimca të rënda (më të rënda se grimcat α). Në bazë të rezultateve të arritura dhe komentimit adekuat të tyre, u fituan njohuri të reja dhe më të plota mbi ndërtimin e atomit. Sipas Raderfordit, atomi përbëhet nga bërthama e elektrizuar pozitivisht dhe mbështjellësit elektronik, ku elektronet lëvizin rreth bërthamës me shpejtësi shumë të madhe . Ky model i atomit u quajt modeli dinamikplanetar, pasi lëvizja e elektroneve rreth bërthamës i ngjante lëvizjes së planeteve rreth Diellit.

II. FIZIKA MODERNE - shmk-negotine.edu.mk · II. FIZIKA MODERNE FIZIKA – III – Rrahim MUSLIU – ing.dipl.mek. 1 II.1. Modeli i atomit Mendimet e para mbi ndërtimin e lëndës

  • View
    454

  • Download
    13

Embed Size (px)

Text of II. FIZIKA MODERNE - shmk-negotine.edu.mk · II. FIZIKA MODERNE FIZIKA – III – Rrahim MUSLIU...

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 1

II.1. Modeli i atomit

Mendimet e para mbi ndrtimin e lnds datojn q n antik, ku mendohej se trupat prbhen

nga grimcat e vogla, molekulat dhe atomet.

N at koh sht menduar se atomi sht grimca m e vogl e materies, por m von, me

mbarimin e sh.XVIII i hasim tentimet e disa fizikanve pr t shpjeguar ndrtimin e atomit. M kt

bhet e qart se atomi sht grimc e prbr dhe se ndrtimi i saj duhej t analizohet.

Mendimi i par mbi ndrtimin e atomit sht dhn nga V.Tomson

(William Thomson), sipas t cilit atomi ka form t nj sfere me diametr

afr 0,2 nm, ku elektriciteti pozitiv sht i shprndar njtrajtsisht n

trr vllimin e sfers, kurse ai negativ (elektronet), jan t lokalizuara

n vende t caktuara n brendi t atomit dhe jan t palvizshme.

Ky model u quajt modeli statik, pasi sipas Tomsonit mendohej q

elektronet jan t palvizshme.

N vitin 1897 u zbulua elektroni, por masa dhe ngarkesa e tij u

prcaktuan m 1910 me saktsi t mjaftueshme. Ather, dihej se prve atomit t Hidrogjenit, t gjith

atomet tjera prmbajn m shum se nj elektron.

Me njohurit e arritura dhe me zbulimin e elektronit Xhozef Xhon Tomson (J.J. Thomson), e

pranoi modelin statik t atomit, por duke e plotsuar se atomi i eksituar duhet t shqyrtohet si oscilator

harmonik dhe me mendimin se elektronet jan t lvizshme.

Pas zbulimit t radioaktivitetit natyror dhe grimcave radioaktive, u krijua mundsia e hulumtimit

t strukturs s atomit, me an t bombardimit me grimca t shpejta.

N vitin 1910 Raderfordi (Ernest Rutherford), bri nj eksperiment me bombardim t atomeve

n nj flet t holl t arrit me grimcat t shpejta.

Grimcat para se t bien n fletn e

arrit, jan paralele. N dalje ato shprndahen

pr knde t cilat kan vler 2 deri n 3,

por ka edhe knde prej 90 e deri n 180.

Duke pasur parasysh faktin se girmca

ka mas afr 7400 her m t madhe se

masa e elektronit, u prfundua se prhapja e

grimcave pr knde t vogla bhet pr

shkak t goditjeve me elektronet, kurse pr

kndet e mdha pr shkak t goditjes me

grimca t rnda (m t rnda se grimcat ).

N baz t rezultateve t arritura dhe

komentimit adekuat t tyre, u fituan njohuri

t reja dhe m t plota mbi ndrtimin e

atomit.

Sipas Raderfordit, atomi prbhet nga brthama e elektrizuar pozitivisht dhe mbshtjellsit

elektronik, ku elektronet lvizin rreth brthams me shpejtsi shum t madhe. Ky model i atomit u

quajt modeli dinamikplanetar, pasi lvizja e elektroneve rreth brthams i ngjante lvizjes s

planeteve rreth Diellit.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 2

Gjat lvizjes s elektroneve rreth brthams, forca centrifugale e tyre baraspeshohet me forcn

elektrostatike t Kulonit:

=

Modeli i Raderfordit ishte nj

prparim i madh n njohjen e

strukturs s atomit.

Mirpo, edhe ky model kishte t

metat e veta, q kishin t bnin

shpjegimin e emetimit dhe absorbimit

t energjis nga atomi.

Sipas tij, elektroni gjat lvizjes

rreth brthams do t rrezatonte energji. Duke lvizur npr traektore spirale, me rreze gjithnji m t

vogl, ai do ti afrohej brthams dhe do t shpejtohej vazhdimisht.

Pr kt shkak t rrezatimit t vazhdueshm energjia e tij do t zvoglohej derisa t binte n

brtham, ku dhe do t ndalonte. Pr kt shkak atomi do t ishte jostabil. Kjo sht nj e met e

modelit t Raderfordit.

Mangsia tjetr sht se, sipas llogaritjeve t Raderfordit shpejtsia v dhe rrezja r q mund t

ket elektroni gjat lvizjes kan vlera kontinuale. Me kt edhe energjia q rrezaton elektroni mund t

ket vler kontinuale, ndrsa dihej se spektrat atomik emetues jan diskontinual (vijor), t prbr nga

ngjyra t ndryshme, vija spektrale q i prkasin pjesve t ndryshme t spektrit dhe q jan

karakteristike pr secilin element kimik.

N krkim t modelit t atomit u kyn edhe Bohri, Planku (Max Planck), Zomerfeldi (Arnold

Sommerfeld) dhe t tjer, q rezultuan me modelin kuantomekanik pr atomin, model i cili pranohet

si m i prsosuri dhe q mundson prgjigje gati n t gjitha pyetjet e parashtruara pr atomin.

II.2. Postulatet e Borit, teoria e Borit pr atomin e Hidrogjenit

Fizikani danez Bor (Niels Bohr), n mbshtetje t njohurive t athershme mbi ndrtimin e

atomit, n modelin e Raderfordit, teorin e Plankut t fotoneve dhe n teorin e efektit fotoelektrik t

Ajnshtajnit (Albert Einstein), zbatoi iden e njejt mbi emetimin dhe absorbimin e drits nga atomet.

Eksperimentet e bra nga Lenardi (Philipp Lenard), Franku (James Franck) dhe Herci

(Heinrich Hertz), ishin nj kontribut mbi vrtetimin e ekzistencs s gjendjeve diskrete t energjis n

atom. (eksperimentet kishin t bnin me prcaktimin e potencialeve kritike t eksitimit dhe t jonizimit,

gjat goditjeve elastike dhe joelastike t grimcave neutrale dhe atyre t elektrizuara)

Bori i ballafaquar me dilemn se teoria elektromagnetike e emetimit dhe absorbimit, shpiente

kah spektrat kontinual emetues, kurse eksperimentet tregonin se ato jan diskontinual. Bori erdhi n

prfundim se teoria elektromagnetike nuk mund t zbatohet n shpjegimin e proceseve atomike.

Pr t shpjeguar porceset e emetimit dhe absorbimit t atomit, Bori vendosi kto postulate:

Postulati i par (gjendja stacionare), i cili thot: elektroni n atom mund t qarkulloj n orbita

t caktuara stacionare dhe t mos emetoj energji. Secila nga orbitat ka energji t caktuar dhe nivelet

e tilla t energjis quhen stacionare dhe nuk varen nga koha.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 3

Kjo shte n kundrshtim me sugjerimet e teoris klasike sipas s cils atomi ka numr t

pafundm orbitash, kurse postulati i par i Borit tregon se elektroni mund t qndroj vetm n robita

me energji plotsisht t caktuara. Ky postulat tregon stabilitetin e atomit.

Postulati i dyt (rregullat dhe frekuencat), i cili thot: elektroni mund t kaloj nga nj orbit

stacionare n tjetrn me energji m t ult. Gjat ksaj emeton nj foton, energjia e t cilit sht e

barabart me ndryshimin energjetik ndrmjet nivelit t fillimit dhe atij t fundit, gjegjsisht:

=

ku h sht konstanta e Plank-ut, f frekuenca e fotonit apo si quhet ndryshe frekuenca e kalimit

dhe E1, E2 energjit e nivelit t fillimit dhe t fundit t kalimit.

Duke zbatuar postulatin e dyt pr llogaritjen e frekuencs s vijave spektrale t Hidrogjenit,

konstatohet se gjat rrotullimit rreth brthams, elektroni mund t ndodhet vetm n orbitat pr t cilat

momenti i impulsit sht numr i plot i vlers /, q quhet kushti pr kuantizimin e momentit t

impulsit, gjegjsisht:

=

ku m masa e elektronit, v shpejtsia, r rrezja e orbits s elektronit, h konstanta e Plank-ut,

kurse n numri kuantik i cili mund ti merr vlerat: n = 1, 2, 3, etj.

Kt q tham m sipr n fakt paraqet Postulatin e tret (rregulla pr kuantizimin e orbitave),

i cili thot: ekzistojn vetm ato orbita stacionare t elektronit q plotsojn kushtin e kuantizimit t

momentit t impulsit, gjegjsisht:

=

Postulatet teorike t Borit u vrtetuan m

von eksperimentalisht. Atomi i Hidrogjenit sht

m i thjeshti pr kah ndrtimi (fig.1). Ai ka nj

elektron me ngarkes = , i cili rrotullohet

rreth brthams, e cila prbhet nga nj proton me

ngarkes elektrike = +.

Forca elektrostatike trheqse ndrmjet

ngarkesave sht:

=

Kjo e mban baraspeshn e forcs

centrifugale dhe sipas ligjit t dyt t Njutnit do t

kemi:

=

Nga formula e fundit dhe nga kushti pr kuantizimin e momentit t impulsit, pr rrezen e orbits

s elektronit fitojm:

=

Rrezen e orbitave t elektroneve t ndonj elementi tjetr e prcaktojm me formuln:

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 4

=

Pr atomin e Hidrogjenit (Z=1), orbita e par stacionare (n=1) ka rreze m t vogl dhe ajo ka

vlern:

=

Madhsia quhet rrezja e Borit dhe ka vlern , .

Nse merret parasysh kjo, ather rrezen e orbitave t elektronit t cilit do qoft elementi e

prcaktojm me formuln:

=

kurse, shpejtsin e prgjithshme q e ka elektroni n atomin e Hidrogjenit, i prcaktojm me formulat:

=

, =

Atomet tjera kan numr m t madh protonesh n brtham dhe numr m t madh elektronesh

n mbshtjells dhe ndrtimi i tyre sht i ndrlikuar.

II.3. Rrezet katodike

Edhe pse n kushte normale atmosferike gazet nuk e projn rrymn elektrike, por nse ato u

nnshtrohen disa kushteve t posame ato bhen prues t mir t rryms elektrike (kur jonizohen).

Jonizimi i gazit mund t bhet nse i nnshtrohet veprimit t rrezeve kozmike, rrezatimit

radioaktiv, fotoneve me energji t madhe, rrezeve rentgen, etj., por mnyra kryesore e jonizimit t gazit

sht me an t goditjeve t molekulave t gazit me grimca t shpejta n fushn elektrike.

N figur sht paraqitur nj gyp

qelqi me elektroda n skajet e tij, n t cilin

sht rralluar ajri, n shtypje deri n disa

qindra Paskal.

Posa t kyet tensioni dhe t

formohen nj numr jonesh pr shkak t

veprimit t rrezeve kozmike, gazi do t

filloj t prcjell rrymn, por me intensitet

t dobt.

Me rritjen e tensionit, do t arrihet vlera kritike kur rryma rritet menjher dhe gazi bhet i

shndritshm, deri kur do t arrihet gjendja e njohur si shkarkes e qet.

Hapsira ndrmjet katods dhe anods prbhet prej zonave t ndritshme dhe t errta. Siprfaqja

e katods sht e mbuluar me nj shtres t holl t gazit t shndritshm, e cila quhet shtresa e katods.

Afr saj sht zona tjetr e errt e quajtur hapsira e errt e Kruksit, kurse n vazhdim gjendet

errsira e Faradeit (Michael Faraday), dhe prtej ksaj zone vazhdon shtylla pozitive e plazms.

M tutje gjendet nj pjes tjetr e ndrithsme e cila quhet ndriim negativ dhe ky ndriim ka

ngjyr t kaltrt nse n gyp ka ajr.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 5

Nse gypi sht i mbushur me gaz tjetr ather edhe ndriimi do t ket ngjyra tjera si

karakteristik pr gazet me t cilat mbushet gypi. Hapsirat e ndritshme dhe t errta do t ndryshojn

n mnyr alternative nse shtypja bhet shum e ult, afr 0,1 mm Hg (10 Pa), me ka kjo pjes

bhet jokontinuale.

Studimi i dukurive t tilla t shkakress elektrike n gaze tregon se me zvoglimin e shtypjes

vjen deri te ndrprerja e shkakress s qet, dhe do t paraqitet ngjyr e gjelbrt e cila do ta mbush t

gjith gypin e qelqit. Ky ndriim shkaktohet nga i ashtuquajturi emision i ftoht i rrezeve nga katoda

dhe pr kt arsye Golldshtejn (Eugen Goldstain) i quajti rreze katodike.

Pas zbulimit t rrezeve katodike, jan br shum eksperimente pr t zbuluar natyrn e tyre,

p.sh. Kruksi (William Crookes) mendonte se kto rreze kan natyr korpuskulare, Videmani (Eilhard

Wiedemann) mendonte se ato kan natyr valore me gjatsi valore shum t vogl, kurse Perrin (Jean

Baptiste Perrin) tregoi se rrezet katodike jan grimca me ngarkes negative.

Nga t gjitha hulumtimet e bra, u konstatua se rrezet katodike i kan kto veti:

shkaktojn luminishenc fluoreshenc n qelq ose substanca tjera,

jan t padukshme, por dukuria e luminishencs i bn t dukshme,

prhapen n mnyr drejtvizore nga katoda, q mund t vrtetohet me paraqitjen e hijes nse

n rrugn e prhapjes s tyre vendoset ndonj penges,

rrezet katodike bartin energji q mund t vrtetohet nse n rrugn e tyre vendoset trup q leht

mund t rrotullohet, do t vrehet se trupi rrotullohet dhe nxehet. N kt mnyr vrtetohet se

rrezet katodike paraqesin grimca t vogla,

kan veprim biologjik, zvoglojn aktivitetin e qelizave t gjalla, dhe kur kto qeliza m gjat i

nnshtrohen ktij rrezatimi, ather qelizat asgjsohen vdesin,

kan veprim kimik sepse kur takojn pllak fotografike ato shkaktojn nxirrjen e saj,

pasi rrezet katodike paraqesin elektrone q dalin nga katoda e skuqur, ato shmangen n fush

elektromagnetike,

rrezet katodike bjn jonizimin e mjedisit npr t cilin kalojn.

Vetia kryesore e ktyre rrezeve sht se ato jan grimca me elektricitet negativ, t ciln veti e

zbuloi Xh.Xh. Tomson, duke hulumtuar ndikimin e fhushs elektromagnetike mbi kto rreze. Tomsoni

prcaktoi vlern e ngarkess specifike t elektronit e/m, dhe tregoi se rrezet katodike jan grimca

elektronegative q shum shpejt u quajtn elektrone.

Shum shpejt pas ksaj u sqarua edhe mekanizmi i prfitimit t rrezeve katodike. Pr shkak t

shtypjes s zvogluar, molekulat dhe elektronet kan rrug t lir m t gjat, ashtu q arrijn t fitojn

energji t mjaftueshme pr t shkaktuar jonizimin gjat goditjes me atomet neutrale.

Jonet si grimca pozitive orientohen drejt katods, dhe ua dorzojn energjin e tyre elektroneve

t atomeve t katods. Elektronet e lira nga katoda q kan energji t mjaftueshme pr ta lshuar

siprfaqen e katods, dalin nga ajo n form t rrezeve katodike.

Goditja e joneve pozitive me katodn sht kusht pr paraqitjen e rrezeve katodike. Nse n

katod bhet arrje, ather nj pjes e joneve pozitive q shkojn drejt katods do t kalojn pas saj

n form t rrezeve q njihen si rreze kanale.

Rrezet kanale jan jone pozitive dhe ato mnjanohen n fushn elektromagnetike dhe kto rreze

shfrytzohen pr qllime shkencore. Hulumtimet pr natyrn e rrezeve katodike mundsuan zbulimin

e elektronit si ngarkes elementare e cila hyn n prbrjen e atomit dhe paraqet njrn nga grimcat e

cila sht bartse e rryms tek metalet dhe disa substanca tjera.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 6

II.4. Efekti fotoelektrik

Fotoefekti paraqet dukurin e daljes se elektroneve nga metalet nn veprimin e drits. Kt dukuri

pr her t par e ka vrejtur Herci (Heinrich Hertz), i cili duke eksperimentuar me harkun elektrik ka

vrejtur se elektroskopi i elektrizuar mbi t cilin sht vendosur pllaka e zingut sht elektrizuar.

Herci erdhi n prfundim se elektrizimi i elektroskopit, sht pasoj e daljes s elektroneve nga

pllaka e zingut, nn veprimin e rrezeve ultravjollc q lirohen nga harku elektrik. Kt e vrtetoi duke

e mbyllur pllakn e zingut me nj en qelqi (qelqi ka vetin ti absorboj rrezet ultravjollc).

Dukuria e shkputjes s elektroneve nga atomet nn

veprimin e rrezeve t drits, quhet efekt fotoelektrik.

Q t fitohet efekti fotoelektrik duhet nj paisje si kjo e

paraqitur n figur e cila quhet fototub, fotocelul ose

fotoelement.

Brenda n gypin e vakumuar sht vendosur pllaka

metalike S e cila sht e lidhur me polin negativ t burimit q

paraqet emiterin. Prball emiterit sht vendosur kolektori C,

i cili nprmjet galvanometrit lidhet me polin pozitiv t burimit

Nse pllaka S ndriohet me drit t fort, ather nga ajo

do t lirohen elektronet, me rast do t shkaktohet efekti

fotoelektrik. Elektronet q emetohen nga atomi nn veprimin

e rrezeve t drits quhen fotoelektrone.

Fotoelektronet e emetuara do ti mbledh kolektori. N

galvanometrin G do t lexohet rryma e fituar me an t fotoefektit e cila quhet fotorrym.

Eksperimentet e bra me qllim t hulumtimit t fotoefektit dshmojn se, pr t shkaktuar

fotoefekt n nj siprfaqe t metalit S, nevoitet drit me frekuenc t vogl, nga nj frekuenc kufitare,

e cila quhet frekuenc pragu e fotoefektit.

N munges t ndryshimit potencial, fotoelektronet formojn mjegull ngarkese hapsinore

ndrmjet emiterit dhe kolektorit. Disa nga fotoelektronet q emetohen me shpejtsi fillestare deprtojn

mjegulln e ngarkess hapsinore dhe arrijn deri te kolektori.

Kjo dshmohet me faktin se n qark mund t fitohet rrym e dobt edhe n munges t burimit

t jashtm. Kjo rrym sht fituar nga elektronet t cilat n saj t shpejtsis fillestare kan arritur deri

n kolektorin C. Nse n qarkun e fototubit kyim burimin e rryms, me rritje t tensionit, rryma e

fotoelementit do t rritet derisa t arrihet dukuria e ngopjes.

Grafiku i rryms n funksion t tensionit n

figur, paraqet karakteristikn e fotoelementit.

Nse ndrmjet emiterit dhe kolektorit vendoset

nj potencial i kundrt, i cili rritet, derisa rryma t bhet

zero, ather sht arritur efekti i frenimit t

elektroneve q vinin n kolektor, me ka ky potencial

quhet potencial i frenimit, dhe pr kt rast mund t

shkruajm relacionin:

=

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 7

prej nga mund t gjejm shpejtsin fillestare q ka elektroni n dalje nga metali:

=

Te efekti fotoelektrik sht hulumtuar raporti i numrit t fotoelektroneve dhe shpejtsia

maksimale e tyre, n varsi t intensitetit dhe gjatsis valore t drits, sht vrejtur se:

maksimumi i shpejtsis s daljes s elektroneve nuk varet nga intensiteti i drits, por nga

gjatsia valore e saj,

maksimumi i fotorryms rritet me rritjen e intensitetit t drits, por kjo ndodh pr shkak t

numrit m t madh t fotoelektroneve t emetuara,

me drit t nj gjatsie valore t caktuar mbi pragun e fotoefektit, pa marr parasysh se sa e

dobt sht, maksimumi i shpejtsis s fotoelektroneve do t jet gjithnj i njejt,

Fotoefekti sht dukuri pa inercion.

Shpjegimin e trsishm e dha Ajnshtajni, por teoria e tij nuk u pranua derisa nuk u vrtetua

eksperimentalisht nga Millikeni (Robert Andrews Millikan). Teoria e Ajnshtajnit kishte mbshtetje

edhe n teorin e kuanteve t Plankut.

Kur fotoni bie n metal ai godet elektronin n siprfaqe ose nn t, dhe me kt rast mund tia

transferoj energjin trsisht ose pjesrisht. Ather fotoni shkputet nga atomi dhe mund t dal

jasht siprfaqes ose t mbetet edhe m tej n metal.

Kjo do t varet nga sasia e energjis q ka absorbuar dhe nga kahu i lvizjes s elektronit. Gjat

daljes nga siprfaqja, elektroni shpenzon nj sasi energjie A e njohur si pun dalse e elektronit.

Relacioni q prshkruan efektin fotoelektrik q e dha Ajnshtajni sht:

= +

Ky relacion prputhet saktsisht me rezultatet eksperimentale t Millikenit. Nse energjia e

kuantit sht e vogl pr shkak se frekuenca e tij ka vler minimale, ather elektroni del nga atomi

por mbetet n metal. Ky sht efekti i brendshm dhe paraqitet me relacionin:

=

prej nga mund t llogaritet frekuenca e pragut t fotoefektit, prkatsisht gjatsia valore maksimale q

mund t shkaktoj vetm fotoefekt t brendshm. Pr kt rast kemi:

=

prej ku fitohet gjatsia valore m e madhe, e cila mund t shkaktoj fotoefekt t brendshm:

=

Fotoefekti ka gjetur zbatime t shumta n lmi t ndryshme t shkencs dhe jets. Njri nga

zbatimet m t suksesshme t fotoceluls sht ai tek fotorelejet (figura vijuese), ku fotocelula bn

hapjen dhe mbylljen e qarkut lokal t rryms n saj t rryms q pranon. Kshtu ajo luan rolin e syrit

elektrik.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 8

Nse drita bie n siprfaqe fotoelektrike,

npr rezistorin R do t rrjedh rrym,

gjegjsisht ndrmjet pikave a dhe b paraqitet

ndryshim potencialesh.

N kt rast rrjeta e gypit elektronik, t

lidhur me fotoceluln do t jet n potencialin

negativ, ndrsa rryma e anods do ta aktivizoj

elektromagnetin A, i cili do ta trheq hekurin e

but B.

Kshtu, ndrpritet qarku lokal i rryms. Nse ndrpritet drita q bie n fotocelul, do t nddh e

kundrta.

Fotoefekti ka zbatim tek gjysmprcjellsit me qllim t prmirsimit t vetive elektrike t tyre.

Pr shembull, me an t gjysmprcjellsve si: Galeniti (PbS) dhe Sulfat Kadmiumi (CdS), punohen

fotocelula t cilat kan zbatim si bateri diellore n satelit dhe n fotorelej t ndryshm pr detektor

optik. Rryma elektrike q jep fotocelula sht shum e dobt (disa mikroamper), dhe pr ta rritur

rrymn n gyp, futet sasi e vogl gazi. Elektroni duke kaluar e jonizon gazin dhe kshtu rritet rryma

pr 5 deri 10 her.

Mnyra tjetr e rritjes s rryms fotoelektrike ssht nse n gyp vendosen nj anod dhe m

shum katoda, elektronet e fituara me fotoefekt n katod, fitojn nj prforcim kaskad, derisa bien

nl anod ku rryma sht rritur . Celulat e tilla quhen fotomultiplikator.

Fotomultiplikatort kan zbatime t shumta, por zbatimi kryesor i tyre sht n spektroskopi

atomike dhe brthamore si detektor i kuanteve.

II.5. Fotoelementet

Fotoelektronika sht pjes e elektroniks q studion bashkveprimin e drits dhe rryms

elektrike, e cila poashtu quhet edhe optoelektronik. Fotoelementet jan elemente vakumore, t gazta

ose elemente gjysmprcjellse elektronike, tek t cilat energjia e drits konvertohet n energji

elektrike ose anasjelltas.

Sipas llojit t konvertimit t energjis, fotoelementet ndahen n dy grupe, prkatsisht:

fotodetektor dhe burimet fotoelektronike t drits. Fotodetektort jan elemente t cilat nn veprimin

e drits i ndryshojn tiparet elektrike.

Ndryshimin e tipareve e shkakton nj fenomen i quajtur efekti fotoelektrik. Prfaqsuesit e

fotodetektorve jan: fotogjeneratort, fotocelulat, fotorezistort, fotodiodat, fototranzistort,

fototiristort, etj.

Burimet fotoelektronike t drits jan elementet n t cilat energjia elektrike konvertohet n drit.

Ato jan: diodat ndriuese dhe disa tjera. Karakteristikat dhe funksionimin i fotoelemenateve mund t

kuptohet nse dihet disa tipare t fiziks optike dhe fotometris.

Efekti fotoelektrik dhe madhsit fotometrike

Sipas teoris bashkkohore, drita sht rrezatim elektromagnetik i nj frekuenc t caktuar (f)

dhe gjatsis valore (). Drit e bardh sht e ndar n ngjyra, ku secila prej tyre e ka frekuencn e

vet dhe gjatsin valore t saj.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 9

Sasia e energjis s rrezatimi nuk sht kontinuale, por e kuantizuar. Kjo do t thot se ekziston

sasia minimale e energjis e cila nuk mund t ndahen, dhe sht quajtur kuant drite ose foton.

Energjia e fotonit sht ngjyra e ndryshueshme e drits dhe varet nga frekuenca e rrezatimit dhe

gjatsia valore. Fotoni n vakum lviz me shpejtsi t drits, dhe energjia i llogaritet sipas formuls:

=

ku: E energjia e nj kuant drite (J),

h konstanta e Plankut ( = , ), f frekuenca e rrezatimit t drits (Hz).

sht vrejtur se disa trupa elektrizohen nn veprimin e rrezatimit drits (efekti fotoelektrik). Kjo

u shpjegua nga Ajnshtajni m 1905, duke futur konceptin e fotoneve. sht e njohur se elektronet gjat

lvizjes rreth brthams gjenden n nivele t ndryshme t energjis.

Sa m shum q t jet i larguar elektroni nga brthama, ai ka energji m t madhe. Me

absorbimin e energjis, pas rrezatimit (sh.drits) elektroni kalon nga nj nivel m i ult n nj nivel m

t lart ose t bhet i lir (i pavarur nga atomi).

Pr tu br kalimi mund t ndodh vetm kur energjia e nj kuanti (fotoni) sht e barabart,

ashtu q e llogaritur me energjin e atomeve nga nj nivel i ult siguron energji n nj nivel t lart.

Gjat kalimit t elektroneve nga niveli i lart n at t ult ose elektronit t lir n fushveprimin

valent t atomit, vjen deri tek emetimi i rrezatimit. Absorbimi dhe emetimi i energjis s rrezatimit

sht treguar skematikisht n fig.,(pr atomin e Silicit)

Pa hyr n detaje m shum n ndrveprimet e ndryshme ndrmjet fotonit dhe elektronit, mund

t konkludohet se rrezatimi i drits krijon elektronet e lira. Poashtu, gjat kthimi t elektroneve t lira

n orbit valence, vjen deri te emetimi i rrezatimit.

Drita sht pjes e dukshme e rrezatimit. Kshtu sht shpjeguar dukuria e paraqitjes s efektit

fotoelektrik. Dirta q bien n nj siprfaqe quhet Fluksi i drits (). Njsia e fluksit t drits sht

Lumeni (lm). Ndriimi sht fluksi i drits n njsi t siprfaqes dhe njsia e saj sht Luksi (lux - lx.)

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 10

Fotocelulat: Fotocelula prbhet nga dy elektroda:

anods dhe katods, t vendosur n nj balon prej xhami,

t cilat mund t jen t gazta ose vakumore.

Pr shkak t prparsive t fotoelementeve

gjysmprcjellse prodhohen shum rrall, kryesisht pr

prdorime n paisje precize matse. Simbol dhe lidhja e

fotoceluls vakumore sht paraqitur n fiur.

Katoda sht prej metalit t ndjeshm ndaj drits

(cezium) dhe emeton elektrone kur n t bie drita. Emetimi

i till i elektroneve quhet emetim fotoelektronik.

Kur n fotocelul kyet tensioni (fig.b), elektronet lvizin kah anoda pozitive, dhe npr

fotocelul dhe n qarkun e jashtm vendoset rryma. Intensiteti i rryms do t jet, gjat tensionit

konstante njkahor t jashtm U, pr aq m e madhe, sa do t jet fluksi i drits .

Karakteristikat e fotoceluls vakumore jan treguar n figur. Nga kto karakteristika shohim se

varsia e rryms n qark sht nga fluksi i ndriimit linear. Kjo prbrje e fotoceluls mundson

prdorimin e saj n gam t gjer n paisjet pr rregullime automatike, paisjet matse, etj.

Karakteristikat e fotoceluls:

a) = () ; = .

b) = () ; = .

Kshtu, pr shembull, fotocelula n lidhje mund t prdoret pr matjen e ndriimit (fig.b). Nse

n qark n mnyr serike lidhim ampermetr, do t fitohet luksmetr. Devijimi n instrument varet nga

madhsia e ndriimit dhe instrumenti kalibrohet n luks. Prve fotocelulave vakumore, ekzistojn

edhe fotocelulat e gazta puna e t cilve sht e bazuar n jonizmit e gazit nn ndikimin e rrezatimit t

drits.

Fotorezistort: Fotorezistort jan elemente n t cilat rezistenca zvoglohet me rritjen e

ndriimit. Ato prpunohen nga materialet gjysmprcjellse, zakonisht prej silicit dhe selenit.

Kur drita do t bie n pjesn aktive t fotorezistorit, fotonet energjin e tyre ua dorzojn

elektroneve t lidhura t cilt bhen t lir. Me kt rritet prcjellshmria e elementit.

Nse fotorezistorin e lidhim n tension, intenziteti i rryms n qark do t varet nga forca e

ndriimit. Simboli elektronik i fotorezistorit dhe forma karakteristikat e R = f () jan dhn n fig.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 11

Format e fotorezistorve mund t jen

t ndryshme. Gjysmpruesi formohet n

bazn izoluese. sht i vendosur n shtpiz

metalike t mbyllur hermetikisht me dritare

qelqi prmes t cilave mund t kaloj drita.

Nprmjet dy elektrodave mund t

kyet n qark elektrik. Prdoren n qarqeve

elektronike ku intenziteti i rryms mund t

rregullohet me ndihmn e intensitetit t

drits. Gjat lidhjes nuk duhet t ket kujdes t

veant ndaj polaritetit t lidhjes s tensionit,

sepse prjellin rrym n t dy kahjet.

Si shembull do t

theksojm prdorimin e

fotorezistorit pr aktivizimin e

relejit n paisjet pr indikacionin

e pengesave t drits, si

tregohet n fig.

Fotodiodat: Fotodioda sht diod gjysmprcjellse, ku prcjellshmria e saj rregullohet me

intensitetin e ndriimit. Ndrtimi i nj fotodiode sht treguar n fig.a, kurse simboli i saj n fig.b.

Fotodioda gjithmon lidhet n kahun jolshues,

d.m.th. anoda lidhet me polin negativ, kurse dkatoda me

polin pozitiv t burimit t tensionit njkahor. Kshtu do

t rrjedh rrym shum e vogl, e cila quhet rrym e

ersirs (themelore) (rreth 10A), nse nuk sht e

ndriuar.

Me ardhjen e nj fotoni t drits prmes dritares s

qelqit ose plastike n lidhjen PN, intenziteti i rryms do

t rritet. Fotonet energjin e tyre ua dorzojn

elektroneve valente t cilt bhen t lir dhe kshtu n

shtresn e bllokimit t lidhjes PN krijohen iftet

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 12

elektronvrim, si barts t rryms, si sht paraqitur n fig.

Elektron lviz n drejtim t katods pozitive, kurse vrima n drejtim t anods negative dhe

kshtu formohet rryma npr diod. Intenziteti i rryms, gjat tensionit konstant, varet nga intensiteti i

drits si dhe gjatsia valore e saj. Lidhja e fotodiods n qark elektrik dhe karakteristikat saj UI, jan

paraqitur n fig.

N diagramin e (fig.b), shohim se ndryshimi i tensionit pothuajse nuk ndikon n ndryshimin e

rryms, derisa intensiteti i ndriimit linearisht ndikon n rritjen e rryms. Pr tensionet e vogla t

polarizimi direkt rrjedh rrym n kahun inverz pr shkak t ndikimit ekuivalent t shtress penguese.

Fotodiodat prdoren tek ndrprersit ndriues.

N munges t drits, qarku i rryms me fotodiodn praktikisht ndrpritet. Rezistenca e ndjek

shum shpejt ndryshimin e drits, d.m.th. inercioni i saj sht i vogl. Prdoren tek relejt ndriues n

shum lmi t automatiks, teknikat matse dhe rregulluese. E met e fotodiodave sht ajo se projn

rrym me intensitet t vogl.

Fototranzistort: Transistort, t

ndjeshem ndaj ndriimit, punojn nn parimin

e ngjashm si fotodiodat. Drita kahzohet kah

kolektori me polarizim inverz t lidhjes PN.

Baza e fototranzistorit gjat puns shpeshher

sht e elektrod e lir, d.m.th. nuk sht e

lidhur n qark.

Fotonet e drits gjenerojn ifte

elektronvrim n shtresn barikaduese t

bazs. Simboli elektronik dhe karakteristikat

I = f () t fotorezistorit jan dhn n fig.

Kur fototranzistori do t lidhet n qark

sipas figurs, rryma sipas konstants s dhn

t tensionit U do t mvaret nga madhsia e

fluksit t drits , sipas fig. t msiprme b.

Rryma e ersirs tek tranzistori sht shum m e madhe se ajo e diods n t njjtn tension.

Kjo rrym sht rrym inverze e cila krijohet nga lidhja e kolektorit (ICBO). Avantazhi i fototranzistorit

n krahasim me fotodiodn sht ndjeshmria m e madhe, d.m.th. ato kan sasi m t madhe t I/

gjat t njjtit tension t ushqimit. Ato prpunohen n cilindra metalik me lente mbledhse n njrn

an, kurse n ann tjetr jan pruesit. Kryesisht prdoren si ndrprers ndriues t elementeve.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 13

Fototiristort jan fotoelemente t cilt sipas sht

strukturs dhe parimit t funksionimit jan t njejt si

tiristort e zakonshm, t cilat vetm se mund t

asgjsohen (digjen) nga impulset e ndriimit. Zakonisht

punohen me mbrojts pr ndriim dhe elektrodn

komanduese G pr ndrprerje t qarkut.

Diodat ndriuese: Diodat ndriuese gjat kalimit t

rryms emitojn drit. Ato poashtu mbajn edhe emrin

LED (ang. light Emitting Diode - dioda t cilat emitojn

drit). Diodat q emetojn drit jan me shtresa, t polarizuara n kahjen e lshimit, dhe emetojn drit,

intensiteti i t cilave sht m i madh n gjysmprcjellsin e kontaktit PN. N kt zon vjen deri

tek rikombinimi i nj numri t madh t elektroneve me vrimat. Frekuenca, dhe sipas ksaj edhe ngjyra

e emetimit t drits, llogariten sipas formuls:

=

ku E sht dallimi i energjis t ciln e ka elektroni n zonn e prcjellshmris dhe asaj valente.

Intensiteti i drits varet nga

numri i kombinimeve t ifteve

elektronvrim, q sht

linearisht i varur nga rryma e

polarizimit direkt t diods (fig.c).

Simboli i diodave ndriuese dhe

lidhja e tyre jan treguar n fig.

Ngjyra e drits s emetuar

varet nga lloji i materialit

gjysmprues.

N do diod gjysmpruese ekziston rrezatimi, por jo n pjesn e dukshme t spektrit

elektromagnetik. Dritn e kuqe e emeton fosfati i galiumit, t gjelbrtn fosfati i galiumit dhe arsenit,

kurse t verdhn karbidi i silicit.

Diodat fotoemetuese shfrytzohen si tregues me ndriim tek: kalkulatort, ort, etj. Displejt

jan nj kombinim kompleks i diodave ndriuese t cilat vizuelisht tregojn informacion n form t

numrave ose shkronjave.

II.6. Absorbimi, emetimi spontan dhe i stimuluar

Disa veti optike t substancs

Luminishenca: Luminishenca sht dukuria e disa substancave q nse ndriohen

me drit t fort, kan aftsi q nj koh pas ksaj t shklqejn (ndriojn), pra t sillen si burime

drite, ngjyra e t cilave mund t jet e ndryshme, n varsi t vet substancs.

Veti t tilla mund t ken nj numr i madh substancash, por nga m t njohurat jan fosforitet,

fluoritet dhe nj numr i madh substancash organike. N luminishenc bjn pjes edhe fosforeshenca

dhe fluoreshenca, dukuri t cilat m s miri vrehen n ersir.

Fosforoshenca sht lloj rrezatimi i cili vazhdon t ememtohet edhe pas ndrprerjes s

rrezatimit t eksitimit. Koha e zgjatjes s fosforeshencs mud t jet nga disa pjes t sekonds deri n

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 14

disa vjet. Fosforoshenca sht vrejtur s pari te fosfori nga edhe sht emrtuar. Fosforoshenca

shfaqet edhe te disa kripra joorganike kur ato rrezatohen me rreze ultravjollc ose me rreze rentgen.

Fosforeshenc intenzive jep edhe sulfidi i zingut i aktivizuar me bakr.

Fluoreshenca sht lloj rrezatimi i cili ndrpritet n astin e ndrprerjes s rrezatimit t eksitimit

t atomeve apo molekulave t trupit. Fluoreshenca pr her t par sht vrejtur tek kalcium fluoriti

(CaF2) nga edhe sht emrtuar, por shfaqet te trupat e lngt, gazt dhe t ngurt kur ata rrezatohen

me rreze ultravjollc. Lngje t tilla jan: fluoresceini dhe rodamini, nj ngjyr organike q prdoret

si lnd aktive e laserv t lngt me ngjyra. Trupi rrezatohet me rreze ultravjollc me energji:

=

ku: h sht konstanta e Plankut dhe v sht frekuenca e drits.

Procesi i absorbimit dhe lirimit t energjis. Atomet apo molekulat e trupit e absorbojn fotonin

e drits rnse duke kaluar n gjendje t eksituar, q do t thot se elektroni q ka absorbuar kuantin e

energjis rnse hv dhe do t kaloj nga niveli energjetik themelor E1 n nivelin m t lart energjetik

E2.

Pas ndrprerjes s rrezatimit rns, pas nj kohe t caktuar prej s, atomet apo molekulat e

eksituara kthehen n gjendje themelor, d.m.th. elektroni zbret nga niveli i lart energjetik E2 n nivelin

energjetik themelor E1, me 'rast emetohet rrezatimi fluoreshent me energji hv.

Ky kuant i rrezatimit fluoreshent mund t ket fardo drejtimi t prhapjes, pavarsisht nga

drejtimi i prhapjes s kuantit t rrezatimit rns. Ky lloj kalimi elektronik quhet emetim spontan.

Fluoreshenca luan rol t rndsishm, n hulumtimin e spektrave molekular. Pr t nxitur

fluoreshencn nevoitet burim i fort i drits monokromatike, me gjatsi valore q i prgjigjet

ndryshimit t energjis s dy niveleve elektronike, shiritat e t cilave duhet t jen objekt studimi.

Prve gjatsis valore t drits eksituese, spektri i luminishencs varet edhe nga temperatura

dhe shtypja. Luminishenca sot ka rndsi t madhe hulumtuese, n shum lmi t fiziks,

spektrokimis, kimis organike, fiziks s laserve, etj.

Absorbimi, emetimi spontan dhe i stimuluar

E dim se atomet, molekulat dhe jonet mund t jen n gjendje themelore me energji minimale

nj koh shum t gjat, por nn ndikimin e faktorve t jashtm ato mund t absorbojn energji t

natyrs elektromagnetikefotone ose energji t natyrs tjetr, dhe do t kalojn n gjendje t eksituar.

Procesi i kalimit t atomit,

molekuls ose jonit, nga gjendja

themelore me energji , n

gjendjen me energji m t madhe

quhet absorbim.

Atomi, molekula ose joni

quhen t eksituar. Duhet theksuar se

eksitimi bhet duke absorbuar

energji nga ambienti i jashtm. Kjo energji mund t jet ndonj foton i fushs s jashtme

elektromagnetike, por mund t jet edhe energji e goditjeve me grimca q disponojn energji.

N gjendje t eksituar atomi sht jostabil dhe pr kt arsye qndron nj koh t shkurtr n

kt gjendje. Koha e qndrimit t atomit n gjendje t eksituar sht rreth s dhe quhet koh jete ().

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 15

Pas ksaj kohe atomi vetvetiu

kthehet n gjendjen stacionare

themelore, duke emetuar nj kuant

energjie foton ( = ),

fig.2.

Procesi i kalimit t atomit nga

gjendja me energji n gjendjen

me energji ( > ), pa

ndikimin e faktorve t jashtm quhet emetim spontan.

Fotonet e emetuara gjat emetimit spontan kan drejtime, frekuenca dhe rrafshe polarizimi t

ndryshm. Kjo d.t.th. se emetimi spontan sht rrezatim jokoherent.

Kalimi i atomit nga gjendja e eksituar n gjendjen themelore mund t bhet edhe pa emetim t

kuantit, kurse energjia e absorbuar u jepet atomeve tjera n form t nxehtsis, duke u goditur me to.

N fig.3.a, sht paraqitur

sistemi atomik n gjendje t eksituar,

npr t cilin bie nj kuant

elektromagnetik me energji hf.

Ky arrin nga nj fush e

jashtme rrezatuese e cila nxit kalime

t sistemit, nga gjendja e lart m n

gjendjen n.

Ky kalim shoqrohet me emetim t nj kuanti energjetik si n fig.3.b. Kuanti primar q vjen nga

jasht dhe bie n sistemin me gjendje t eksituar, e shkput elektronin nga gjendja m dhe e detyron q

para kohe t kthehet n nivelin e poshtm n. Ky proces paraqet emetimin e stimuluar.

Procesi i emetimit t stimuluar mund t ndodh vetm nse gjendjet n dhe m kan jet t gjat,

dhe nse stimulimi ndodh para kalimit t kohs s jets n nivelet n dhe m.

N dalje nga sistemi fitohen dy kuante identike, dy fotone q prhapen n drejtim t njejt, pra

kemi efekt t prforcimit t drits. Emetimi i till sht izotrop dhe koherent, pasi kuanti i emetuar

sht n faz me kuantin rns. Rrezatimi i till quhet emetim i stimuluar (induktuar).

Nj lnd q prmban atome, molekula ose jone, q mund t gjendet n gjendje kuantike me

energji dhe , rrezatimi i jashtm mund t shkaktoj kto procese: absorbim, emetim spontan dhe emetim t stimuluar.

Nse mjedisi i dhn material ndodhet n gjendje ashtu q n do njsi kohe numri i atomeve n

gjendje t eksituar do t jet m i madh se numri i atomeve q ndodhen n gjendjen themelore

( > ), ather kt mjedis material e quajm mjedis me popullim invers.

Mjediset me popullim invers kan aftsi t prforcojn rrezatimin q kalon npr to. T gjith

ato materiale q mund t bjn prforcimin e rrezatimit quhen mjedise aktive. Vetm nj numr i

caktuar i materialeve mund t sillen si mjedise aktive.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 16

II.7. Lasert dhe zbatimi i tyre

Laseri sht nj paisje q lshon drit (rrezatim elektromagnetik) prmes nj procesi t

prforcimit optik n baz t emetimit t stimuluar t fotoneve. Zbulimit t laserit i paraprijn punimet

e shum shkenctarve n studimin e vetive t drits.

N vitin 1917, Ajnshtajni duke shpjeguar baraspeshn e rrezatimit t mjediseve t ndryshme

erdhi n prfundim se nuk mjafton vetm procesi i emetimit spontan dhe i thithjes pr tu balancuar

kto procese. Ai n at koh parashikoi procesin e emetimit t induktuar (stimuluar).

Dshmit e para mbi ekzistimin e rrezatimit t stimuluar u paraqitn n vitin 1928 nga

Ladenburgu (Rudolph W. Landenburg) dhe Kopfermani (Hans Kopfermann).

Kta dy zbuluan rrezatimin e stimuluar duke studiuar dispersionin negativ t drits. Mirpo pr

zbulimin e rrezatimit t stimuluar apo, Laserit, u desh t pritej deri n vitin 1960, kur shkenctari

Maiman (Theodore Harold Maiman) e konstruktoi laserin e par, at t rubinit, n laboratoret Hughes

n Kaliforni. Ky ishte nj burim i ri i drits i cili dallonte nga burimet tjera t drits, t njohura deri m

ather.

N zbulimin e laserit kan ndihmuar shum fizicient, n mesin e t cilve jan: Taunsi (Charles

H. Townes), m 1960, zbuloj laserin me dy nivele energjetike, pastaj Basovi (Nikolay Basov) dhe

Prohorovi (Alexander Prokhorov), dy rus po t njjtin vit propozuan skemn me tri nivele energjetike,

pr t fituar popullimin invers, t niveleve energjetike me qllim t fitimit t emisionit laserik.

Pastaj puna e pakursyer e Taunsit dhe e Shavllovit (Arthur L. Schawlow), n po t njjtn fush

shkencore, dhe rezultatet e t cilve jan publikuar n vitin 1958. N shenj mirnjohje pr punn e

tyre t pakursyer n drejtim t zbulimit t laserit, n vitin 1964, shkenctart: Tauns, Basov dhe

Prohorov, fituan mimin Nobel pr fizik.

Termi laser sht nj akronim i fjalve angleze,q dmth:Light Amplification by Stimuled

Emmision and Radiation, q n prkthim n gjuhn shqipe dmth:Prforcim i drits me emetim t

stimuluar t rrezatimit.Me 1961, fizikanti Ali Javan, me bashkpuntor e tij sajoi edhe nj lloj tjetr

t laserit, pra laserin e gazt, me przierje He-Ne.

N vitet n vazhdim, u fitua efekti laserik, edhe n lnd organike, pastaj u zbulua efekti laserik

edhe n reaksione kimike.

Pjest kryesore t do laseri jan: mjedisi aktiv,

burimi, rrezatimi pr eksitimin e atomeve t mjedisit dhe

rezonatori. Mjedis aktiv mund t jet substanca n gjendje

t ngurt, t lngt ose t gazt, kurse rezonatori prbhet

prej dy pasqyrave t vendosura n t dy ant e mjedisit

aktiv. Njra pasqyr reflekton afr 90% kurse tjetra afr

100% (fig.1).

Pompimi optik: Procesi i zhvendosjes s atomeve nga niveli i poshtm n nivelin e siprm t

ndonj mjesisi aktiv, quhet pompim optik.

Te sistemet e ndryshme llaserike pompimi bhet sipas skemave t pompimit me tre nivele

(fig.2.a) dhe me katr nivele (fig.2.b). n t dy skemat, thithja bhet nga niveli themelor laserik (niveli

i poshtm) deri n nivelin e siprm 3, prkatsisht 4.

N skemn me tre nivele kemi deeksitimin 3-2 q paraqet relaksimin dhe 2-1 q paraqet emision

laserik. Te skema me katr nivele 4-3 dhe 2-1 jan procese relaksimi, kurse ai 3-2 sht emision laserik.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 17

Pompimi n sisteme t

ndryshme laserike bhet duke

shfrytzuar burime t forta drite

si: llamba ksenoni, harqe t

ndryshme, shkarkesa elektrike

n gaze, etj. Pasi arrihet

pompimi inverz n mjedis aktiv

(fig.2), do t kemi emision t

stimuluar.

Drita e fituar me emision

t stimuluar duke kaluar disa

her npr mjedis aktiv, gjat disa reflektimeve, nga pasqyrat prforcohet tepr dhe n nj ast lind

veprimi laserik, duke dhn n dalje t laserit emision t fuqishm t drits monokromatike.

Kjo drit sht e orientuar dhe e prkufizuar n tuf shum t ngusht. Intensiteti i drits s fituar

sht i madh, gj q varet nga fuqia dhe lloji i laserit. Drita laserike mund t jet kontinuale ose

impulsive. Lasert impulsiv janpin drit me intensitet t madh n aste kohore t shkurta. Impulset

zakonisht jan disa mikrosekonda ode disa nanosekonda.

Laseri i Rubinit: Si laser i par i

cili ka funksionuar sht laseri i rubinit.

Kristali i rubinit prbhet nga oksid

alumini (Al2O3), n t cilin nj pjes e

atomeve t aluminit n nyjet e rrjets

kristalore jan t plotsuara me jone t

kromit trevalent q mjedisit i japin nj

ngjyr t kuqe karakteristike.

Skema e parimit t puns s laserit

rubin sht paraqitur n fig.3. Pjesa

kryesore e laserit sht mjedisi aktiv (thupra e rubinit P me gjatsi 4 cm dhe diametr 4 mm). Bazat e

thuprs jan plotsisht paralelenjra me tjetrn dje jan mjaft t lmuara ashtu q njra reflekton 100%

kurse tjetra 50-60%.

Gjatsia e thuprs P q paraqet largsin mes ktyre dy pasqyrave, duhet t jet numr i plot i

gjatsis valore t drits q prforcohet. Pasqyrat dhe thupra P formojn rezonatorin.

Gjat puns s laserit gjatsia e thuprs P duhet t mos ndryshoj, prandaj ajo vendoset n en

qelqi N, muret e brendshme t s cils jan t lyera dhe luajn rolin e pasqyrs. Thupra e rubinit

mbshtjellet nga nj gyp qelqi S n form t spirales q

sht i mbushur me gaz ksenoni nn shtypje t zvogluar

dhe luan rolin e nj llambe pulsive.

Llamba e ksenonit n tension t lart q fitohet gjat

zbrazjes n kondensator, kur ndrprersi mbyllet,

ndrion shkurt por me intensitet t lart, drita e s cilit

ka gjatsi valore prej 560 nm. Kjo drit i eksiton jonet e

kromit t thuprs s rubinit.

Kur llamba e ksenonit e ndrion shkurt kristalin e

rubinit, ather nj numr i madh i joneve t kromit e absorbojn energjin e fotoneve t drits s

ksenonit dhe kalojn nga niveli themelor E1 n nivelin e eksituar E3 (fig.4).

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 18

Ky kalim sht me shigjetn E13. Kalimi i kundrt realizohet n dy faza. N fazn e par numri i

madh i joneve t eksituara pjesn m t madhe t energjis s tyre ia japin joneve t rrjets kristalore

dhe kalojn n gjendje metastabile (niveli energjetik E2), dhe ky kalim sht treguar me shigjetn E32.

N fazn e dyt kalimi i joneve nga gjendja metastabile E2 n at themelore E1, mund t bhet

spontanisht q sht treguar me shigjetn E21, ose mund t bhet kalimi i stimuluar i cili sht treguar

me shigjetn E21.

Kurse faza tjetr sht kur nj numr i vogl i joneve kalojn drejtprdrejt nga gjendja E3 n

gjendjen themelore E1, dhe ky kalim sht treguar me shigjetn E31.

Tufa e drits paralele sht e prbr prej rrezeve paralele me nj shkall t lart t koherencs,

prandaj edhe mund t arrij largsi t madhe. Kshtu p.sh. nse rrezet laserike drejtohen drejt Hns,

ather atje do t vrejm nj njoll me rreze 3 km, kurse po t bjm kt me drit t rndomt, ai

rreth do t kishte rreze 40,000 km.

Zbatimi i laserit: Zbatimi i laserve ka prfshir shum fusha t jets, shkencs dhe teknologjis.

Zbatimi bazohet n vetit fizike t drits laserike.

Lasert prdoren n mjeksi pr intervenime kirurgjike dhe qllime terapeutike, n

telekomunikacion, n deg t ndryshme t industris pr prpunimin e metaleve (p.sh. prerje, shpim,

saldim, prpunime siprfaqsore, etj.).

Lasert gjithnj e m shum prdoren edhe pr qllime ushtarake (tanke, arm artilerike,

aeronautik dhe si mjete t prsosura pr matjen e largsive). Lasert prdoren edhe n industrin

kimike. Por zbatimi i tyre m i madh sht pr qllime shkencore, hulumtuese.

II.8. Struktura e brthams s atomit

Q nga modeli i Raderfordit pr atomin, u b e qart se masa e atomit sht e prqndruar n

brtham, e q z nj pjes shum t vogl t hapsirs s atomit. N brtham gjithashtu sht e

koncentruar ngarkesa pozitive elektrike e atomit, prandaj thuhet se brthama sht e elektrizuar

pozitivisht.

N fillim, pr brthamn mendohej se sht grimc e pandar, por m von u vrtetua se ajo

prbhej prej grimcave me ngarkes pozitive q quhen protone (p) dhe prej grimcave neutrale q quhen

neutrone (n). Protonet dhe neutronet s bashku formojn nukleonet, kurse brthama quhet nukleon.

Nukleonet n mes veti lidhen me forca brthamore dhe kshtu qndrojn n kompaktsi. Brenda

brthams sipas Ivanenkos (Dimitri Ivanenko) ndodhin dy procese spontane, gjat s cilave emetohen

elektrone dhe pozitrone. Kto procese jan: shndrrimi i protonit n neutron dhe shndrrimi i neutronit

n proton.

Nukleonet kan momente mekanike dhe magnetike,

t cilt mblidhen sipas ligjeve t mekaniks kuantike.

Sipas njohurive mbi ndrtimin e brthams, ajo prbhet

nga shtresa brthamore t mbushura me nukleone.

Nukleonet bashkveprojn me forca.

Ndrmjet protoneve veprojn forca elektrostatike

dbuese. Prve ksaj ndrmjet nukleoneve n prgjithsi

pr shkak t ekzistimit t momenteve t tyre magnetike

paraqiten edhe forca tjera, trheqse dhe dbuese t karakterit elektromagnetik.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 19

Prve ktyre forcave, veprojn edhe forca tjera t ashtuquajtura forca brrthamore, t cilat kan

intensitet shum m t madh se ato me karakter elektromagnetik, t cilat i mbajn nukleonet n bashksi

Nga qndrimi i Ivanenkos sht ai i shkenctarit japonez Jukava (Hideki Yukawa), i cili paraqet

qndrimin se bashkveprimi brthamor bhet me an t grimcave t quajtura mezone. Mezonet kan

mas m t madhe se masa e elektronit, e cila sht afr 200 me.

Mezonet i kan propozuar shkenctart Anderson (Carl David Anderson) dhe Nedermejer (Seth

Neddermeyer) n vitin 1937. Kto grimca s pari jan zbuluar n rrezet kozmike, pastaj edhe n

reaksionet brthamore artificiale, t shkaktuara nga bombardimet.

Mezonet jan elektroneutrale, pozitive dhe negative. Supozohet se gjat transformimit brthamor

t nj elementi n tjetr, shkmbimi i forcave ndrmjet nukleoneve bhet me ndrmjetsim t mezoneve

Ky lloj bashkveprimi ka ngjashmri me forcat e afinitetit kimik t lidhjes s atomeve n

molekul, me dallim se kto kan intensitet afr 106 her m t madh se ato t afinitetit kimik.

Numri atomik (Z): Ky numr prcakton vendin e elementit n sistemin periodik, prandaj shpesh

quhet edhe numri rendor. Kt numr e prcaktojn protonet e brthams. N gjendje normale kur

atomi nuk sht i jonizuar, numri i protoneve dhe elektroneve sht i njejt.

Ngarkesa elektrike e brthams (q): Ngarkesa elektrike e cilsdo brtham sht e barabart

me ngarkesn e t gjith protoneve t brthams (q = + e Z).

Numri i mass (A): Shuma e protoneve Z dhe neutroneve N japin numrin e mass A = Z + N.

Ky sht numr i plot m i afrt me masn e elementit, q zakonisht shprehet si njsi atomike e mass.

Kshtu masa atomike e Oksigjenit sht m=15,9994u, kurse A = 16, pr Kalciumin m = 40,078u,

kurse A = 40, etj.

Shnimi i brthamave atomike: Zakonisht brthamat atomike shnohen n at mnyr q, afr

simbolit t elementit kimik, nga ana e majt shnohet numri rendor dhe numri i mass. N pjesn e

poshtme shnohet numri rendor, kurse n pjesn e siprme shnohet numri i mass, p.sh. .

N kt mnyr pr Hidrogjenin do t kemi , pr Heliumin

, pr Oksigjenin , pr

Neonin , etj.

Pr shkak t mass shum t vogl t ktyre grimcave, si njsi prdoret njsia e unifikuar e

mass atomike q shnohet me u dhe vlera e saj sht:

= /

, = ,

II.9. Forcat brthamore, energjia e lidhjes n brtham

Brthama prbhet nga protonet, si grimca me elektricitet pozitiv dhe neutronet si grimca

elektroneutrale. Duke u bazuar n forcat e Kulonit, mund t themi se brthama posa t formohet, ajo

duhet t shperbhet, pasi mes protoneve veprojn forca dbuese, por nj gj e till nuk ndodh.

Praktikisht e dim se brthama sht mjaft stabile dhe me hulumtime sht vrtetuar se mes

nukleoneve veprojn forca brthamore, t cilat dallohen me disa karakteristika nga forcat tjera, t cilat

jan:

Forcat brthamore veprojn n largsi t vogl, caku i tyre sht madhsi e rendit 1015m, aq sa sht edhe rrezja e brthams. Kto forca jan qindra her m t mdha se forca e Kulonit dhe

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 20

n largsi m t madhe se 2 1015m, ata nuk veprojn, prandaj veprimi i tyre n prbrjen molekulare

nuk ekziston dhe nuk veprojn mbi elektronet.

Forcat brthamore nuk varen nga ngarkesa elektrike, q d.m.th. se kto forca jan t njejta

pa marr parasysh se ndrmjet cilave grimca veprojn, p p, n n ose p n.

Forcat brthamore kan vetin e ngopjes, q d.m.th. se ato nuk veprojn me t gjith

nukleonet, por vetm me fqinjt. Nga kjo veti sht vrtetuar se brthama sht m stabile kur kemi

kombinimin e 4 nukleoneve si tek grimcat .

Kto forca kan vetin e kompenzimit, d.m.th. se ato brthama me numr rendor Z shum t

madh, ku ka m tepr nukleone, forcat dbuese elektrike kompenzohen me prezencn e neutroneve.

Forcat brthamore kan natyr t prbr, prandaj nuk mund t shprehen me formul t

thjesht matematikore, si sht rasti me forcat elektrike ose t gravitacionit.

Natyrn e forcave brthamore ka tentuar ta sqaroj shkenctari japonez Jukava (Hideki Yukawa),

i cili ka thn se bashkveprimi i nukleoneve duhet t bhet nprmjet ndonj grimce q ende nuk sht

zbuluar, ky llogariti edhe masn e asaj grimce, e cila duhej t ishte afrsisht = 275. Koha e

veprimit t ktyre forcave sht 0,5 1023.

M von Pauli (Wolfgang Pauli) zbuloi kt grimc t bashkveprimit q quhet pion ose

mezoni.

N nj brtham stabile, numri i protoneve P sht i barabart me numrin e neutroneve N, kshtu

q masa brthamore apo si quhet ndryshe numri i mass s brthams sht:

= + = +

ku Z sht numri i protoneve apo numri rendor i elementit kimik.

Eksperimentet kan vrtetuar se masa e brthams kompakte sht m e vogl se shuma e masave

e t gjith protoneve dhe neutroneve t brthams s njejt, por e llogaritur ve e ve pr do nukleon.

Kt mund ta paraqesim si vijon:

< + ( )

ku sht masa e brthams kompakte, sht masa e protonit dhe sht masa e nukleonit.

Ndryshimi ndrmjet mass s t gjith nukleoneve n veanti dhe mass s brthams quhet

defekt i mass. Defektin e mass mund ta paraqesim me relacionin:

= + ( )

Sipas formuls s Ajnshtajnit mbi proporcionalitetin e mass dhe energjis, e cila n prgjithsi

vlen = , energjia e fituar me shndrrimin e ksaj mase sht:

= + ( )

Kjo energji ndryshe njihet si energji e lidhjes s nukleoneve brenda brthams. Pr t ilustruar

defektin e mass, do ta llogaritim at pr rastin e brthams s atomit t Heliumit, prkatsisht t

grimcs .

N fig.1 jan paraqitur nukleonet e Heliumit si trsi

kompakte (a) dhe ve e ve (b). Pr Heliumin ngarkesa

elektrike e brthams sht Z=2, ndrsa numri i mass sht

A=4. Masa e brthams kompakte sht = , , masa e protonit sht = , dhe masa e neutronit sht = , .

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 21

Energjia e lidhjes e llogaritur sipas relacionit t msiprm sht = , .

Raporti mes defektit t mass dhe numrit t mass quhet defekt specifik i mass dhe prcaktohet

me formuln:

=

Energjia e lidhje s ilustruar n fig.2, nga e cila mund t shihet se elementet kimike me numr

rendor rreth 50 kan energji t lidhjes m t madhe, ndrsa pr elementet me numr rendor m t madh

dhe m t vogl, energjia e lidhjes zbret sipas grafikut t dhn:

II.10. Radioaktiviteti

Radioaktivitetin natyror e zbuloi Bekereli (Antoine Henri Becquerel), n vitin 1896. Zbulimi i

radioaktivitetit natyror ishte i rastsishm. Bekereli pas puns n laborator, kishte mbshtjellur disa

kripra t Uranit dhe i kishte ln pran pllaks fotografike, ku t nesrmen kishte vrejtur se pllaka

ishte rezatuar.

Meq para nj viti ishin zbuluar rrezet Rentgen, ai mendoi se rrezatimi i pllaks mos ka t bj

me rrezatimin Rentgen, por shum shpejt u vrtetua se ky ishte nj rezatim i ri, i cili n fillim u quajt

rrezatimi i Bekerelit, por pasi u zbuluan vetit e tij ky rrezatim u quajt rrezatim radioaktiv.

M von shkenctarja Maria Kiri (Marie Curie), gjeti se prve Uranit (U), veti t tilla rrezatuese

tregon edhe elementi kimi Toriumi dhe kriprat e tij. M s voni shkenctart Pjer dhe Maria Kiri

(Pierre & Marie Curie) zbuluan nj element t ri t quajtur Radium (Ra), ku pastaj zbuluan edhe

Poloniumin (Po).

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 22

Rezultatet e hulumtimit t vetive t elementeve t ndryshme radioaktive treguan veti deprtuese

t ndryshme, pr shembull: nse aftsia deprtuese e Uranit sht 1, e Toriumit sht 103, e Radiumit

sht 106, e tj.

M von Debiern (Andr-Louis Debierne) e zbuloi elementin radioaktiv Aktiniumin (Ac).

Hulumtimet vertetuan se n shpejtsin dhe intensitetin e rrezatimit radioaktiv natyror, nuk ndikon as

temperatura dhe as shtypja.

Hulumtimet e mvonshme t vetive t elementeve radioaktive, treguan se fusha elektrike dhe

magnetike veprojn n rrezatimin radioaktiv. Le t kemi nj mas t vogl radioaktive n nj en t

vogl plumbi n vakum, e cila pastaj vendoset n fush elektrike ose magnetik (fig.1).

Nga gjurmt q ln n pllakn fotografike mund

t shihet se rrezatimi radioaktiv prbhet prej tre lloje

rrezes. Nj pjes do t mnjanohet nga pllaka e

elektrizuar negativisht, pjesa tjetr nga pllaka e

elektrizuar pozitivisht, kurse pjesa e tret nuk

mnjanohet.

T parat jan elektropozitive dhe jan quajtur

rreze , t dytat jan elektronegative dhe jan quajtur

rreze , kurse ato q nuk mnjanohen jan

elektroneutrale dhe jan quajtur rreze .

Hulumtimet e mvonshme treguan se rrezet jan

grimca t prbra nga dy protone dhe nj neutron, rrezet

jan elektrone, kurse rrezet jan kuante hf ose val

elektromagnetike me veti si edhe drita por me gjatsi

valore shum t vogl.

Vetit e rrezatimit radioaktiv

Rrezet jan identike me brthamn e atomit t Heliumit He++. do atom i elementit

radioaktiv mund t emetoj vetm nj grimc . Shpejtsia e grimcave mund t ket vlera prej

/ deri n , /, kurse energjia e tyre sht 2 MeV deri n 10 MeV. Spektri

energjetik i rrezeve q rrezaton nj element radioaktiv sht diskontinual.

Rrezet kan shpejtsi shum m t madhe dhe pr kt arsye jan m deprtuese.

Shpejtsia e tyre arrin vlera prej 30% deri n 99% t shpejtsis s drits. Nj atom i elementit

radioaktiv emeton vetm nj grimc . Spektri energjetik i rrezeve q emeton nj atom sht

kontinual. Energjit maksimale t rrezeve jan 1 MeV deri n disa MeV. Aftsia e tyre deprtuese

sht afr 100 her m e madhe se e rrezeve . Aftsia jonizuese e tyre vlersohet afr 100 her m e

vogl se e rrezeve .

Rrezet jan val elektromagnetike elektroneutrale, ose kunate hf me gjatsi valore prej

0,01 nm deri n 0,003 nm. do emesion i rrezeve

ose prcillet me emesion t rrezeve . Energjia

e rrezeve ose energjia e kuanteve , sht n

diapazon 10-2 MeV deri n 5 MeV. Aftsia

deprtuese e tyre sht shum m e madhe, 100

her m e madhe se e rrezeve dhe afr 10000

her m e madhe se e rrezeve . Kan aftsi

jonizimi shum t vogl, m t vogl se rrezet .

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 23

II.11. Ligji i zbrthimit radioaktiv

Zbrthimi radioaktiv i nnshtrohet ligjshmrive natyrore. Madhsi t rndsishme t zbrthimit

radioaktiv jan: aktiviteti i zbrthimit dhe koha e gjysmzbrthimit. Aktiviteti paraqet numrin e

brthamave t dezintegruara n njsi t kohs dhe prcaktohet me shprehjen:

=

=

Njsia pr aktivitetin radioaktiv sht Bekereli (Bq).

Aktiviteti sht prej nj Bekereli nse pr nj sekond dezintegrohet mesatarisht nj brtham.

Aktiviteti dhe koha e gjysmzbrthimit varen vetm nga vetit fizike t elementeve radioaktive.

Aktiviteti paraqet shpejtsin e zbrthimit (dezintegrimit) radioaktiv, ndrsa koha e gjysmzbrthimit

paraqet kohn brenda s cils dezintegrohen gjysma e numrit fillestar t atomeve NO q prmban masa

e dhn. A do t ndodh nj zbrthim n kohn e caktuar varet vetm nga probabiliteti i dezintegrimit.

Probabiliteti i zbrthimit shprehet me an t konstants s zbrthimit radioaktiv .

Duke u nisur nga shprehja e aktivitetit, numri i atomeve t zbrthyera N n kohn t mund ta

paraqesim me shprehjen:

=

=

Nse n kohn to=0 kemi NO atome, numri i atomeve n kohn t do t zvoglohet pr N dhe do

t jet N. Ather numri i mbetur i atomeve pas kohs t do t jet:

=

Nse e paraqesim grafikisht numrin e atomeve t zbrthyera gjat kohs fitohet grafiku si n fig.1,

nga i cili shihet si edhe nga relacioni i fundit, zbritje eksponenciale e numrit t atomeve t pazbrthyera.

Perioda e gjysmzbrthimit

Aktiviteti i zbrthimit t ndonj elementi radioaktiv ose radionuklidi, zbret me kohn sipas

grafikut t paraqitur n fig.2. do radionuklid ka periodn e vet t gjysmzbrthimit. Kjo madhsi

quhet koha e gjysmzbrthimit. Nse kohn e gjysmzbrthimit e shnojm me T1/2, ather n kohn

t=T1/2 numri i atomeve t pazbrthyera do t prgjysmohet (N=No/2), ather do t kemi:

=

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 24

dhe pasi t rregullojm shprehjen, prfundimisht fitohet:

/ =,

prej nga shihet se koha e gjysmzbrthimit varet nga konstanta e zbrthimit radioaktiv. Ajo ndryshon

nga nj element n tjetrin, p.sh: koha e gjysmzbrthimit t Radiumit sht 1590 vjet, ndrsa e

poloniumit sht 3 107.

Zbrthimi spontan

Brthamat e rnda t elementeve radioaktive, me mas atomike mbi 200, n rrethana t veanta

mund t bhen jostabile, prandaj dezintegrohen me rast emetojn grimca , dhe . Nga brthama e

atomit mund t ndodh q t emetohen nj ose disa nukleone.

Kjo paraqet rrezatimin , ose . Poashtu mund t ndodh q brthama atomike t ahet dhe t

ndahet n dy brthama tjera. Ky sht fisioni i brthams.

Zbrthimi : Le t kemi nj brtham t ndonj elementi radioaktiv , e cila gjat zbrthimit

emeton grimca radioaktive . Brthama fillestare quhet brthama prind. Procesin e zbrthimit t

brthams mund ta paraqesim me relacionin:

+

ku atomi i Heliumit t fituar paraqet vet grimcn .

Si shihet nga reaksioni i msiprm, gjat emesionit ,

brthama prind jep nj brtham tjetr t quajtur brthama

bij dhe grimcn .

Pr shembull, n fig.2 sht ilustruar reaksioni i

emesionit , i cili po ashtu mund t jepet me relacionin:

+

+

Reaksioni prcillet me lirimin e energjis n form t

nxehtsis Q, q mund ta paraqesim me kt relacion:

= + +

ku me , jan shnuar masat e brthams prind, respektivisht brthams bij, me sht

shnuar masa e grimcs . Madhsia Q sht pozitive, d.m.th. nxehtsia lirohet gjat reaksionit. Ktu

qndron edhe rndsia e zbrthimit t till radioaktiv.

Proceset, ku si rezultat kemi zbrthimin n natyr, nuk mund t ndodh spontanisht, pr shkak

t energjis s madhe t lidhjes s nukleoneve n brtham. Gjat zbrthimit , brthama e elementit

prind shprbhet, por numri i nukleoneve nuk ndryshon. Elementet radioaktive gjat dezintegrimit

emetojn grimca , zakonisht kan koh t gjysmzbrthimit t shkurtr.

N tabeln e mposhtme jan dhn disa elemente t till, energjia q lirohet dhe perioda (koha)

e gjysmzbrthimit.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 25

Tabela 1

Elementi brthamor Q (MeV) Koha e gjysmzbrthimit 238U 4,3 4,5 vjet 226Ra 5 1600 vjet 222Rn 5,7 4 dit 209Bi 6,2 1 or 210Po 10,6 3x10-7 s

Si shihet nga tabela 1, elementet e ndryshme radioaktive kan koh t gjysmzbrthimit t

ndryshme, poashtu, edhe sasia e nxehtsis Q q lirohet ndryshon, nga nj element n tjetrin.

Disa elemente radioaktive kan aftsi q t emetojn grimca me energji t ndryshme. Kjo ndodh

pasi gjat de-eksitimit niveli i fundit i kalimit nuk sht i njejt. Emetimi shpesh prcillet edhe me

emetim .

Zbrthimi : Brthamat e eksituara t elementeve

radioaktive, gjat de-eksitimit mund t emetojn rreze ose

kuante , ngjashm me emetimin e drits nga atomi.

Zbrthimin n vitin 1922 e shpjeguan shkenctart Elis

(C. D. Ellis) dhe Meitner (Lise Meitner). Sipas tyre

emesioni mund t paraqitet me skemn e paraqitur n

fig.3.

N figur jan paraqitur tri nivele energjetike E1, E2

dhe E3. Me matje shkenctart vrtetuan se, energjia e

kuantit hv3, sht e barabart me shumn e energjive t

kuanteve hv1 dhe hv2. Gjat emetimit elementi radioaktiv

nuk e ndryshon numrin rendor dhe as masn atomike. Procesi mund t paraqitet me relacionin:

+

ku ylli (*) tregon se brthama fillestare sht e eksituar. Pasi rrezet jan kuante, dhe pasi kan gjatsi

shum t vogl, ato jan t ngjashme me rrezet X. Reaksioni i till sht:

+

Rrezet mund t difraktojn dhe t absorbohen nga substancat. Dukurin e absorbimit t rrezeve

e hulumtoi shkenctari Mesbauer (Rudolf Mssbauer). Ai gjeti se profili Doplerian i absorbimit

rezonant i rrezeve ngushtohet. Efekti sidomos ishte i dukshm te rrezet me energji t dobt.

Kjo dukuri u quajt efekti i Mesbauerit. Ky efekt ndodh si pasoj e bashkveprimit t kuanteve

me atomet q e rrethojn brthamn emetuese. Sipas efektit t Mesbauerit mund t bhen hulumtime

t strukturs s lngjeve dhe trupave t ngurt.

Zbrthimi : Si u tha m sipr q rrezet jan elektrone dhe se emetohen nga brthamat

radioaktive gjat zbrthimit. Kto jan grimca si edhe elektronet e atomit. Kto pasi t dalin nga

brthama nuk mund t vendosen n mbshtjellsin atomik, pasi kjo sht n kundrshtim me parimin

e Paulit, prandaj e lshojn atomin dhe dalin jasht lnds radioaktive.

Procesi i prmendur m sipr i emetimit t grimcave mund t paraqitet me relacionin:

+

+ + +

ku sht elektroni dhe ky proces njihet si zbrthim .

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 26

M von u zbulua edhe procesi tjetr i njohur si zbrthimi + dhe shprehet me relacionin:

+ + + +

ku + paraqet grimc tjetr q quhet pozitron.

Elektroni ne relacionin e parafundit dhe pozitroni dallohen vetm nga elektrizimi. Elektroni sht

negativ ndrsa pozitroni sht pozitiv, kurse masat i kan t njejta = . Tjetr veti e rndsishme

q duhet t theksohet sht se gjat emetimit t grimcs numri rendor i elementit rritet pr nj, kurse

gjat emetimit t + numri rendor i elementit zvoglohet pr nj. Masa atomike n t dy rastet mbetet

e pandryshuar.

M von u zbulua edhe nj reaksion i ri i emetimit , dhe u gjet se tek disa brthama atomike

numri rendor mund t zvoglohet, edhe pa emetuar pozitron. Kjo mund t ndodh nse brthama e kap

nj elektron t shtress m t afrt (shtress K). Reaksioni i till mund t paraqitet me relacionin:

+

+ +

Kjo dukuri poashtu paraqet shndrrim brthamor q quhet kapje K.

Zbrthimi u zbulua bashk me zbrthimet tjera, por shpjegimi i tij mungoi deri m 1934, kur

fizikani italian Fermi (Enrico Fermi) e dha teorin e zbrthimit . Para ksaj problemi qndronte n

shpjegimin e spektrit t rrezeve , i cili kishte shprndarje kontinuale.

Ligji mbi ruajtjen e energjis pr emetim dhe absorbim

kishte vrtetuar se energjia sht diskontinuale, por prkundrazi

eksperimentet kishin dhn shprndarje energjetike t grimcave

, si n fig.4, ku shihet se grimcat mund t ken fardo

energjie brenda nj spektri kontinual.

N figur n ordinat sht dhn koncentrimi i grimcave

, kurse n abshis energjia e trsishme.

Fermi shpjegoi se zbrthimi sht pasoj e zbrthimit

t nj nukleoni n brthamn atomike. Ky mund t jet neutroni

ose protoni.

Nse neutroni liron nj elektron, ai shndrohet n proton, ndrsa nse protoni liron nj

pozitron, ai do t shndrrohet n neutron. Fermi parashikoi jostabilitetin e neutronit t lir, e cila m

von edhe u vrtetua.

U vrtetua se koha e gjysmzbrthimit t tij ishte afr 12 minuta, por ather dihej se kjo nuk

vlen pr protonin e fituar gjat zbrthimit. Ky sht stabil pasi masa e tij sht m e vogl pr afr 0,78

MeV. Spektri kontinual i grimcave u shpjegua me zbulimin e grimcave neutrino v dhe antineutrino

q emetohen bashk me grimcat . Emetimi i grimcave mund t paraqitet me relacionin si vijon:

+ + ; + + + ; + + +

Energjia q lirohet me emesion , ndahet ndrmjet saj dhe grimcave neutrino v dhe antineutrino

, prandaj grimcat mund t ken fardo energjie dhe japin spektr kontinual si n fig.4. Ndryshimin

ndrmjet energjis maksimale t grimcs dhe energjis q e rregjistrojm e marrin grimcat neutrino

dhe antineutrino.

Pr tu zhvilluar reaksioni i zbrthimit duhet nj energji pozitive Q. Kt reaksion prmes mass

pr emetimin , mund ta shkruajm relacionin:

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 27

( ) = (

) + = ( ) + + + +

= (

) +

ku me , dhe e shnojm masn e atomit, brthams dhe neutrinos.

Poashtu pr emetimitn + mund t shkruajm:

( ) = ( +

) + ( ) + +

= (

) +

Shembuj t zbrthimit jan ilustruar n fig.5.

N relacionet e msiprme Q sht madhsi pozitive nse masa e atomit prind sht m e madhe

se sa masa e atomit bij, t paktn . Atomet tek t cilt nuk plotsohet ky kusht nuk dezintegrohen,

pra jan stabile.

T tri llojet e zbrthimit n fizikn brthamore quhen bashkveprim i dobt, sepse perioda e

gjysmzbrthimit zgjat disa vite. Kjo sht koh tepr e gjat n krahasim me kohn e jets s niveleve

energjetike tek kalimet elektromagnetike.

Radionuklidet artificiale

Radionuklidet artificiale nuk gjenden n natyr, por kto fitohen n laborator ose gjat reaksioneve

brthamore.

Q nga prfitimi i par i tyre n vitin 1934 nga Irena dhe Frederiku (Irne Joliot-Curie dhe

Frdric Joliot-Curie), jan fituar (sintetizuar) nj numr shum i madh radionuklidesh artificiale.

Kshtu, shkenctart ia arritn ti fitojn dy elemente q mungonin n sistemin periodik:

Tehniciumin (Tc)(Z=43) dhe Prometiumin (Pm)(Z=61). Q t dy jan sintetizuar nga elemente t renda

(Z>92) dhe kan jet prej disa milisekondash.

II.12. Detektort pr regjistrimin e rrezatimit radioaktiv

Detektimi dhe matja e dozave t rrezatimeve radioaktive bazohet n vetit fizike t rrezeve

radioaktive dhe n ndryshimet q i shkakton rrezatimi radioaktiv n mjedisin material npr t cilin ka

kaluar. P.sh. grimcat dhe n saj t elektrizimit q kan mund t bjn jonizimin dhe eksitimin e

atomeve dhe molekulave, mund t bjn disocimin e molekulave dhe mund t rrit temperaturn e

mjedisit. Rrezet dhe neutronet mund t detektohen drejtprdrejt n baz t grimcave t elektrizuara

q krijohen me jonizim.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 28

Instrumentet pr detektim t rrezatimit radioaktiv ndahen

n detektor vizuel dhe elektrik. Prej tyre m s shumti prdoren

numruesi i Gaigerit dhe numruesi scintilues.

Detektori m i njohur sht numruesi i Gaigerit, i cili

sht i ilustruar n fig.1. Numruesi prbhet prej nj gypi

cilindrik prej metali, t mbushur me gaz. Rrezet , ose , hyjn

n cilindr nprmjet nj dritareje t holl n njrin skaj t tij.

Rrezet mund t deprtojn gjithashtu edhe

drejtprdrejt npr metal. Nj elektrod prej teli kalon npr

qendr t gypit dhe n krahasim me cilindrin e jashtm, mbahet

n nj tension t lart pozitiv (10003000 V).

Kur grimca me energji t madhe ose kuanti hyn n

cilindr, ndeshet me molekuln egazit dhe e jonizon at.

Elektroni i krijuar nga molekula e gazit do t nxitohet drejt

pruesit pozitiv, duke jonizuar molekula t tjera n rrugn e tij.

N kt mnyr krijohen elektrone t tjera, kurse nj ortek i tyre lshohet npr tel, duke drguar

nj impuls t rryms npr rezistuesin R. Ky impuls mund t numrohet ose t bj q t shaktohet nj

klik n autoparlant.

Numri i impulseve ose i klikeve, varet nga numri i grimcave ose i fotoneve me energji t lart

ose n mnyr ekuivalente, nga numri i dezintegrimeve, prej t cilave krijohen ato.

Numruesi scintilues sht nj detektor tjetr i rndsishm i rrezatimit (fig.2), ky instrument

prbhet prej nj scintiluesi, t montuar n gypin e fotomultiplikatorit.

Shpeshher scintiluesi bhet nga kristali (p.sh. joduri i ceziumit), q prbn nj sasi t vogl t

papastrtis (taliumi), por gjithashtu

prdoren edhe scintilues t plastiks, t

lngt ose t gazt.

Si reagim ndaj jonizimit nga rrezatimi,

ecintiluesi emeton nj shkndij t drits s

dukshme. Fotonet e shkndijs pastaj bien

n fotokatod t gypit t fotomultiplikatorit.

Fotokatoda bhet prej materialit q emeton

elektrone, pr shkak t efektit fotoelektrik.

Kto fotoelektrone pastaj trhiqen nga

nj elektrod speciale, q mbahet nn

tensionin afr +100V n krahasim me

fotokatodn. Elektroda sht e mbshtjell

me nj substanc q pr secilin elektron q

bie n t emeton disa elektrone shtes.

Elektronet shtes trhiqen nga

elektroda e dyt e ngjashme (nn tensionin

+200V), ku fitohen edhe m shum

elektrone. Gypat e fotomultiplikatorve

komercial prbjn m shum se 15

elektroda t tilla speciale, kshtu q

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 29

fotoelektronet q vijn nga shkndija e drits s scintiluesit do t sjellin deri te kaskada e elektroneve

dhe deri te nj impuls i rryms.

Sikurse te numruesi i Gaigerit, edhe ktu impulset e rryms mund t numrohen.

Rrezatimi i jonizimit mund t detektohet edhe me disa lloje t detektorve gjysmprues.

Instrumentet e tilla shfrytzojn materiale t tipit N dhe t tipit P, kurse puna e tyre varet nga elektronet

dhe vrimat q formohen n substanca, si rezultat i rrezatimit.

Nj nga prparsit kryesore t detektorve gjysmprues sht aftsia e tyre pr t br ndarrjen

e dy grimcave, q dallohen shum pak pr nga energjia e tyre.

Ekziston edhe nj numr i instrumenteve q sigurojn q t shihet edhe forma e rrugs q bjn

grimcat me energji t lart, pasi q emetohen nga brthama jostabile dhe shkaktojn jonizim t

rrezatimit. Ndr to jan t ashtuquajturat dhom e errt, instrumenti me emulsion fotografik, etj.

II.13. Doza absorbuese e rrezatimit, veprimi biologjik i saj

Rrezatimet radioaktive dhe ato t llojeve tjera, bashkveprojn me atomet e lnds, n t ciln

deprtojn, duke shkaktuar ndryshime fizike, kimike dhe pr qeniet e gjalla edhe ndryshime biologjike.

Mekanizmi i ktyre ndryshimeve, sipas rastit, sht i ndryshm dhe varet nga lloji i grimcs

radioaktive, nga energjia e saj, nga intensiteti i rrezatimit, lloji i rrezatimit, si dhe nga cilsit elnds,

me t ciln kryhet bashkveprimi.

Pr t karakterizuar sasin e rrezatimit, q ka thithur nj trup i caktuar, prdoret kuptimi i dozs.

Energjia q transportohet n lnd, me an t rrezatimit jonizues, shprehet me an t madhsive

vijuese:

Doza e absorbuar - energjia e absorbuar pr njsin e masg (Gy-gray), njsia e vjetr pr punn

sht, 1Gy = 1 J / kg = 100 (puna). Definicioni i thjesht sht: "Doza e rrezatimit gama 3 Gy, e pranuar

nga trupi n nj periudh t shkurtr kohore do t shkaktoj vdekjen n 50% t rasteve". Doza mesatare

e pranuar nga nj person n nj vit, prej burimeve natyrore dhe artificiale radioaktive sht rreth 2

mGy.

Doza ekuivalente - Llojet e ndryshme t rrezatimit mund t japin t njjtn doz (energji pr

njsi mase), por nuk shkaktojn t njjtat efekte biologjike. Doza ekuivalente e rrezatimit shpreh

efektin biologjik t dozs s absorbuar, kshtu q dozn e absorbuar shumzoje me faktorin numerik

RBE - ndikimi relativ biologjik. RBE = 1 pr rrezet X dhe elektronet, RBE = 5 pr neutronet e

ngadalt, RBE = 20 pr rrezeve alfa.

Njsia SI e dozs ekuivalente sht 1 Sievert (Sv). Rekomandohet q personat joprofesional t

mos pranojn dozn ekuivalente t rrezatimit m t madhe se 5 mSv n nj vit.

N rastet e fluturimit me aeroplan, njerzit jan t ekspozuar ndaj rrezatimit kozmik. Gjat 900

or fluturimi n vit, doza ekuivalente sht rreth 5,4 mSv, q tejkalon kufirin prej 5 mSv n nj vit.

Aktiviteti i burimit Doza e absorbuar Efekti biologjik i dozs Intensiteti

Njsia e vjetr Curie Rad Rem Rentgen

Njsia SI Becquerel Gray Sievert ...

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 30

Pr tu mbrojtur nga rrezatimet e ndryshme, shfrytzohen metoda dhe mjete t ndryshme dhe t

gjitha kto mund t prmblidhen n katr veprime themelore:

shfrytzim sa m t vogl t rrezatimit,

rritjen e distancs nga burimi i rrezatimit,

sa m shkurt ti ekspozohemi rrezatimit, dhe

vendosja e absorbuesve n rrugn e rrezatimit.

II.14. Reaksionet brthamore, fizioni

Gjat zbrthimit radioaktiv kemi konstatuar se me rastin e zbrthimit t nj elementi shndrrohet

spontanisht n nj element tjetr. Mirpo, shndrrimi i nj elementi n nj element tjetr mund t bhet

n mnyr artificiale prmes reaksioneve brthamore.

Me reaksion brthamor nnkuptojm transformimet e brthamave atomike t shkaktuara nga

bashkveprimi i tyre me grimcat elementare. Pr tu realizuar nj reaksion brthamor sht e

domosdoshme q grimcat ti afrohen njra tjetrs brenda zons s veprimit t forcave brthamore, q

d.t.th. n distanc .

N do reaksion brthamor marrin pjes katr grimca:

dy grimca q hyjn n reaksion kanali hyrs,

dy grimca q dalin nga reaksioni kanali dals.

Reaksionet brthamore shkruhen si reaksione kimike. N t majt shkruhen grimcat q hyjn n

reaksion (a+X) dhe n t djatht produktet e reaksionit (Y+b), d.m.th:

+

+

N kt shprehje madhsit e siprshnuara paraqesin:

a grimc bombarduese (projektili),

X brthamn q bombardohet (qllimi),

Y brthamn e krijuar pas reaksionit, dhe

b grimcn e krijuar pas reaksionit.

Reaksioni i par sht krijuar realizuar nga Raderfordi (Ernest Rutherford) me bashkpuntort e

tij n laborator n 1916. Bombardimi i brthamave mund t bhet me grimca si jan: neutroni,

protoni, deutroni, triciumi ose gama kuante.

Varsisht nga natyra e zhvillimit, reaksionet brthamore mund t ndahen n dy grupe:

n reaksione q zhvillohen nprmjet fazs tranzitore, krijimi i brthams s prbr,

reaksionet e drejtprdrejta q zhvillohen pas krijimit t brthams s prbr.

Vlen t theksohet se reaksionet e drejtprdrejta brthamore zakonisht jan si pasoj e

bombardimit t cakut me grimca t prshpejtuara. Tek reaksionet brthamore vlejn ligjet e ruajtjes s

energjis, impulsit, ngarkess elektrike, numrit t nukleoneve, etj.

Reaksionet brthamore zhvillohen duke liruar ose absorbuar energji, kdhtu p.sh: nse energjia

e prgjithshme kinetike e grimcave t krijuara pas reaksionit, sht m e madhe se energjia kinetike e

grimcave q hyjn n reaksion brthamor, ather ky reaksion quhet ekzoenergjetik dhe shoqrohet

me lirim energjie.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 31

Nse Q

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 32

Neutroni q bn bombardimin e atomit duhet t jet me energji t ndryshme q varet nga

elementi radioaktiv q bombardohet. Pr disa atome t elementeve radioaktive fizioni mund t arrihet

me neutrone me energji t dobt q quhen neutrone termale, ndrsa disa t tjer me neutrone termale

por edhe me neutrone t shpejta, t cilat kan energji t madhe.

Neutronet termale kan energji E = 0,03 eV dhe mund t prdoren te fizioni i 238U. Neutronet e

shpejta kan energji E > 1 MeV. Kto zbatohen te fizioni i 235U.

Q t mund t arrihet fizioni i ndonj brthame t elementit radioaktiv, duhet ti jepet nj energji

minimale nga jasht me ndnj metod, e cila sht e nevojshme pr fizionin. Kjo energji sht quajtur

energji e aktivizimit brthamor. Pr brthama t elementeve t ndryshme, energjia e aktivizimit

brthamor ka vlera t ndryshme.

Reaksioni vargor brthamor

do reaksion fizioni fillon me nj brtham t atomit t elementit brthamor t nj mase t dhn

radioaktive. Nse reaksioni vazhdon edhe n brthama tjera, ather quhet reaksion vargor brthamor.

Reaksioni vargor ideal do t arrihet nse do neutron i liruar n fizionin paraprak do t bj fizion

n nj brtham tjetr. N praktik kjo mund t ndodh shum rrall. Skema e reaksionit vargor

brthamor sht paraqitur n fig.2.

Karakteri i nj reaksioni vargor brthamor varet nga madhsia e quajtur koeficient i shndrrimit

t reaksionit brthamor, t dhn me shprehjen:

=

A do t arrihet fizioni brthamor ose jo varet nga vlera e koeficientit k dhe nga masa e elementit

radioaktiv, q hyn n reaksion.

Masa e elementit radioaktiv duhet t ket vlern e mass kritike. P.sh: pr vlern e koeficientit t

reaksionit k = 1, pr aktino Uranin, masa kritike e ka formn e sfers prej 40 kg.

Fizioni brthamor ka zbatime t llojllojshme. Disa nga zbatimet e fizionit jan:

pr t prodhuar Plutonium pr bomb atomike nga 92235 ,

pr t prodhuar tufa neutronesh t shpejta dhe me intensitet t lart pr zbatim tek

bombardimet brthamore me qllim hulumtues,

pr prodhim t radioizotopeve artificiale pr zbatime n mjeksi, buqsi, biologji, etj,

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 33

pr prodhim t lnds radioaktivepr centrale brthamore, pr reaktort brthamor, pr

vnie n lvizje t nndetseve, anijeve, anijeve kozmike, etj.

Bomba atomike paraqet reaksion vargor brthamor t pakontrolluar, i cili vazhdon deri n

ybrthimin e plot t mass radioaktive q hyn n reaksion, gjegjsisht drei n zbrthimin e atomit t

fundit.

Reaksioni i till liron sasi t madhe t energjis, e cila prhapet nga vendi i eksplodimit , n

largsi deri n qindra kilometra, q varet nga madhsia e bombs. Kjo energji lirohet si energji

mekanike dhe termike, e cila lirohet pr nj koh shum t shkurtr.

Energjia mekanike e liruar shkakton val goditse e cila shkatrron dhe rrnon gjithka q gjen

prpara prhapjes. Nxehtsia e liruar shkakton rritje t temperaturs s ambientit rreth eksplodimit dhe

t ajrit. Temperatura e lart prhapet n largsi bashk me valn e ajrit.

Kjo poashtu shkakton efekte shkatrrimtare duke djegur gjithka q gjen prpara duke ln

shkrettir pas vetes.

Prve efekteve t dmshme mekanike dhe termike, dme t mdha pr qeniet e gjalla, ajo

shkakton rrezatim radioaktiv i cili mbetet deri edhe n qindra vjet m von. Ky rrezatim l pasoja, jo

vetm n gjallesat q i nnshtrohen rrezatimit direkt, por edhe n gjeneratat e pasardhsve.

II.15. Reaktort brthamor

Reaktort brthamor jan makina me t cilat mund t realizohet dhe ruhet reaksioni vargor i

kontrolluar. Reaktorin e par brthamor e konstruktoi fizikani Fermi (Enrico Fermi) n vitin 1942.

Qllimi i konstruktimit t reaktorit ishte zhvillimi i reaksionit vargor brthamor si reaksion i

kontrolluar. Pjest q prbjn reaktorin brthamor jan: lnda djegse brthamore, moderatori,

reflektori, veglat pr kontrollim te reaksionit n reaktor, sistemi pr ftohje dhe materialet mbrojtse.

Secila nga pjest e prmendura ka rolin dhe rndsin e vet, por m s teprmi do t ndalemi n

proceset fizike.

Skema e puns s reaktorit me moderatorin e neutroneve sht paraqitur n fig.1. Neutroni termik

godet atomin e Uraniumit dhe ky i fundit ahet duke dhn dy brthama t reja dhe dy ose m shum

neutrone me energji t madhe. Kto neutrone gjat kalimit npr moderator humbin nj pjes t energjis

kinetike dhe shndrrohen n neutrone termike.

Trashsia e moderatorit mund t rregullohet ashtu q, nse paraqitet nevoja t mund ti ndal nj

ose m shum neutrone t liruar gjat

fizionit t atomeve tjera. Kjo mundson

q t mund t kontrollohen shkallt e

ardhshme t fizionit.

Si lnd djegse e reaktorit sht

Uraniumi (235U, 238U) ose Plutoniumi

(239Pu), por ndonjher izotopet tjera t

Uranit, ndrsa si moderator mund t

shrbej Grafiti, Berliumi (Be) dhe Uji

i rnd (D2O).

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 34

Uji i rend ose Grafiti vendoset n rrugn e neutroneve q lirohen gjat fizionit pr t ndalur disa

prej tyre. Lnda djegse n brendsi t reaktorit mund t vendoset n form shufrash ndrmjet shtresave

t moderatorit por mund t vendoset edhe njtrajtsisht n hapsirn ndrmjet shtresave t moderatorit.

Veglat pr kontrollimin e reaksionit vargor brthamor prbhen prej shufrash Kadmiumi (Cd).

Kto vendosen n thellsi t reaktorit dhe bashk me moderatorin kan pr detyre t zvoglojn

numrin e neutroneve t liruara gjat fizionit. Materialet mbrojtse jan blloqe betoni q duhet t

absorbojn neutrone q t mos dalin jasht reaktorit.

Reaktort jan t llojllojshm dhe ndahen:

sipas lnds djegse q prdorin,

sipas llojit t moderatorit,

sipas energjis s neutroneve q bjn fizionin,

sipas qllimit t zbatimit.

Pr cilin lloj reaktori do t prcaktohemi, varet nga qllimi, nse reaktori do t ndrtohet q t

shrbej pr qllime ushtarake ose paqsore. Reaktort kan zbatime t llojllojshme, pr hulumtime

shkencore, pr qllime energjetike dhe pr prodhim t lnds mbushse t armve brthamore.

Reaktort energjetik kan zbatim n centralet atomike pr prodhim t energjis elektrike.

Fig.2. Pjest prbrse t nj reaktori brthamor.

II. FIZIKA MODERNE

FIZIKA III Rrahim MUSLIU ing.dipl.mek. 35

II.16. Fuzioni brthamor

Pr t prodhuar sasi t mdha t energjis zbatohen dy lloje t reaksioneve brthamore, gjat t

cilave kjo energji lirohet. N t dy llojet, masa mbetse pas reaksionit sht m e vogl se masa q

hyn n reaksion. Ky ndryshim i mass sht shndrruar n energji.

Lloji i par sht fizioni i Uraniumit, i cili u shpjegua m sipr. Reaksioni tjetr brthamor paraqet

bashkimin e dy brthamave paraprake t lehta, kryesisht t Hidrogjenit dhe t izotopeve t tij dhe sht

i njohur si fuzion brthamor.

Ky proes sht m i komplikuar se sa ai i fizionit. Ktu masa mbetse pas reaksionit sht m e

vogl se masa mbetse e brthamave fillestare.

Reaksioni i lirimit t energjis gjat fuzionit mund t paraqitet me relacionin si vijon:

+

+ +

kjo sht shkalla e par e reaksionit.

M tutje do kemi:

+

+

dhe pas shkalls tjetr t reaksionit, prfundimitsh fitohet:

+

+

+

N relacionin e par kemi kombinimin e dy protoneve ( ), ku formohet nj Deuterium (

)

dhe lirohet nj pozitron. N t dytin bashkohen protoni dhe deutroni dhe formojn izotopin e leht t

Heliumit ( ). Pr t arritur n shkalln e tret t reaksionit, dy t part duhet t zhvillohen dy her,

pastaj dy brthamat e Heliumit t leht bashkohen dhe formojn Heliumin e rregullt.

Kto reaksione t njohura si vargu proton proton jan prezente n brendi t Diellit dhe t yjeve

t tjer, gjat t cilave fitohet Hidrogjeni.

Pozitronet e fituara gjat shkalls s par t reaksionit bjn goditje me elektronet dhe me kt

rast ndodh i ashtuquajturi proes i anhillimit t grimcave me rast energjia e tyre shndrrohet n

rrezatim .

Efekti prfundimtar i