Kärnprocesser

Kärnprocesser är processer där atomkärnor förändras, antingen genom spontant sönderfall eller genom interaktioner med partiklar eller strålning. Dessa processer är centrala för hur energi genereras i vissa sammanhang, hur grundämnen bildas i universum och hur radioaktivitet används inom medicin och industri. Översiktligt kan kärnprocesser delas in i radioaktiva sönderfall, kärnreaktioner och kärnsyntesrelaterade processer i kosmos.

Radioaktiva sönderfall sker spontant i osstable isotoper och innefattar alfa-sönderfall (utsändning av en heliumkärna), beta-sönderfall (utsändning av elektroner eller positroner) och gammastrålning (energirik fotonstrålning). Dessa processer avger energi och omvandlar kärnan till en mer stabil konfiguration, ofta med olika halveringstider som varierar över många ordningar.

Kärnreaktioner innebär att kärnan reagerar med en annan partikel eller strålning. Exempel är kärnfission där en tung kärna delar sig och frisätter energi och neutroner; kärnkraftverk utnyttjar detta i kontrollerad kedjereaktion. Fusion innebär sammanslagning av lätta kärnor till tyngre, vilket frigör mycket energi men kräver höga temperaturer och tryck för att upprätthållas.

I astrofysiken förklarar kärnsyntes hur elementen bildas i stjärnor och under explosionshändelser. S-processen bygger tunga element genom långsamt neutroninfångning, medan r-processen sker vid snabba neutroninfångningar i dramatiska händelser som neutronstjärnsmergers.

Tillämpningar av kärnprocesser inkluderar energiproduktion i kärnkraftverk, medicinska metoder som radioterapi och bildteknik (till exempel PET och gamma-kameror), samt industriell användning som radiografi och sterilisering. Säkerhet, reglering och avfallshantering spelar centrala roller i tillämpningarna.