В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Расследование показало, что концентрация урана-235 в руднике такая же, как в отработанной атомной станции, но деление ядер произошло 1,8 миллиарда лет назад. это наличие вещества, которое могло бы замедлить высвобождение нейтронов во время деления ядра урана, чтобы одновременно вызвать распад других ядер.
Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть?
Карьерные работы в нашей стране практически не используют. Порода, которую разрабатывают посредством шахт, проходит следующие стадии: извлечение; сортировка на пустую и ту, которая содержит уран; вывоз пустой породы на отвалы; доставка ураносодержащей породы на завод; обработка ураносодержащей породы. К плюсам этой технологии следует отнести безопасность для работников завода ввиду отсутствия радиоактивной пыли при обработке урана. Таким образом, за методом СПВ, который не наносит вред экологии и экономически выгоден, будущее.
Но стоит помнить, что в большинстве стран мира, и в России тоже, добывать уран таким способом можно, если руда залегает ниже уровня грунтовых вод, а между ними находится водонепроницаемая глина. Ввиду своей химической активности, уран достаточно гибкий и весьма ковкий металл, обладающий свойством намагничиваться. Однако в первую очередь, человечество использует его в атомной энергетике.
Следует понимать, что в природе смотреть как добывают уран U235 не приходится. Поэтому для нужд энергетики и армии, полученный уран обогащают или обедняют. Изотоп урана U235 устроен таким образом, что однажды запущенная реакция ядерного распада будет протекать самопроизвольно, без дополнительного влияния извне.
Поэтому уран добывают в основном как основу для извлечения из руды подобных изотопов. Благодаря такой реакции он крайне эффективен как источник энергии для ядерного реактора. Несмотря на свою эффективность, подобное производство отличается повышенной опасностью, как для персонала, так и для всего человечества.
Взрывы АЭС по всему миру заслуженно считаются одними из самых страшных техногенных катастроф за всю нашу историю. Чаще всего начинкой ядерных боеголовок служит плутоний-239, который получают при облучении урана-238 мощными потоками нейтронов. После того, как уран добыли и облучили данным способом, ядро такого изотопа увеличивает успешность деления, из-за которого испускается больше нейтронов.
Это приводит к тому, что сфере из плутония сердце любой атомной бомбы требуется втрое меньшая масса и радиус, чтобы достичь критического состояния. Так что с его помощью «ядерная начинка» бомбы становится еще разрушительнее, но при этом компактнее. Изотопы этих металлов нашли свое применение в медицине — препараты на их основе представляют собой удобные маркеры, которые просто отследить внутри организма по следам слабого, безопасного для пациента излучения.
В невозбужденном состоянии силы электростатического отталкивания скомпенсированы, поэтому ядро имеет сферическую форму рис. При этом энергия нейтрона равномерно распределяется между всеми нуклонами, а само промежуточное ядро деформируется и начинает колебаться. Если возбуждение невелико, то ядро рис.
Если же энергия возбуждения достаточно велика, то деформация ядра при колебаниях может быть настолько большой, что в нем образуется перетяжка рис. Ядерные силы, действующие в узкой перетяжке, уже не могут противостоять значительной кулоновской силе отталкивания частей ядра. Перетяжка разрывается, и ядро распадается на два "осколка" рис.
В настоящее время известны около 100 различных изотопов с массовыми числами примерно от 90 до 145, возникающих при делении этого ядра. Обратите внимание, что в результате деления ядра, инициированного нейтроном, возникают новые нейтроны, способные вызвать реакции деления других ядер. Продуктами деления ядер урана-235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т.
Оценку выделяющей при делении ядра энергии можно сделать с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре. При полном делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти. При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона.
При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление.
Прежде всего, стали создавать измерительную аппаратуру. Петржак в юные годы работал на фарфоровом заводе, где расписывал чашки и блюдца. Приобретённый навык пригодился, когда потребовалось нанести на пластины создаваемого детектора идеально ровный слой суспензии урана с шеллаком. После просушки пластины покрыли сверху сусальным золотом. В результате получился весьма чувствительный по тому времени измерительный прибор. Из воспоминаний Флерова: «Когда прибор был готов, мы привезли его из Физтеха в Радиевый институт: нейтронные источники были в этом институте. Ленинградская зима. Жуткие морозы — сорок градусов.
День коротенький. Мгла… Собрались начать эксперимент.
Пушкарев, д. Расчеты показали, что теоретически существуют разные сценарии работы реактора. По некоторым из них его активность могла давно прекратиться, по другим — продолжаться до настоящего времени. Максимальная продолжительность возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов. В результате содержание легко делящегося урана-235 поддерживается на достаточно высоком уровне, и получается реактор-размножитель на быстрых нейтронах.
Ряд глобальных явлений на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет. О причинах этих колебаний нет единого мнения. По обломочным окаменевшим моренам и ледниково-морским осадкам, обнаруженным на всех континентах, ученые восстановили ледниковую историю Земли за последние 2,5 млрд лет. В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох. Периодичность потеплений-похолоданий, соответствующая смене ледниковых эпох, составляет около 100 тыс. Подробнейшая информация о палеоклимате получена при бурении ледниковых щитов в Антарктиде. Каково значение этого факта?
Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим. Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз. Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс. Почему происходит смена магнитных полюсов? Магнитное поле планеты формируется благодаря циркуляции расплавленного железа во внешнем ядре. Движение электропроводящей жидкости в магнитном поле создает самоподдерживающуюся систему, своего рода геодинамо.
Но для образования мощных переменных течений в ядре, приводящих к изменению магнитного поля, необходимы и мощные нестационарные источники тепла. Вполне подходящими кандидатами на эту роль опять-таки являются природные ядерные реакторы Вполне естественно предположить, что при работе реактора из-за тепловыделения возникают конвективные потоки, вызывающие разрыхление активной зоны. В какой-то момент цепная реакция деления останавливается. Когда выделение тепла прекращается и конвективные потоки ослабевают, уран медленно оседает — цепная реакция возобновляется. Таким образом, геореактор может работать и в импульсном режиме. Определяющим показателем хода цепной реакции является коэффициент размножения нейтронов k, который равен отношению числа нейтронов, вновь образовавшихся в реакциях деления, к количеству нейтронов, поглощенных в ходе реакции либо покинувших активную зону. Тогда в каждом новом поколении нейтронов становится все больше, и они, в свою очередь, вызывают все больше делений ядер.
Возникает лавинообразный процесс. Согласно проведенным расчетам максимально возможный коэффициент размножения ведет себя следующим образом: вначале он падает в течение 1 млрд лет, однако затем более-менее стабилизируется и остается больше единицы вплоть до настоящего времени. Представляется, что более вероятен импульсный сценарий работы реактора, когда периоды активности перемежаются периодами «простоя». Так, как это было в маленьком природном реакторе Окло, но только с большей продолжительностью циклов. По мнению авторов, временные характеристики рассчитанного импульсного режима можно соотнести с рядом периодических явлений, наблюдаемых на поверхности Земли, таких как глобальные изменения климата или смена магнитных полюсов. Откуда летят геонейтрино? Сторонники точки зрения, что Земля является ядерным реактором, сегодня связывают особые надежды с электронным антинейтрино.
Нейтрино практически не реагируют с веществом и поэтому обладают огромной проникающей способностью, почти без потерь проходя через все тело Земли. Их регистрация — сложная научная и техническая задача. В течение двух лет ученые зафиксировали 152 события, но после отсечения фона осталось всего 25 — по одному в месяц. Главными источниками фона оказались промышленные реакторы Японии и Южной Кореи. Полное число антинейтрино может быть частично связано с мощностью действующего геореактора и частично — с естественным распадом различных нестабильных ядер в недрах Земли. Из данных KamLAND следует, что полная плотность потока геонейтрино составляет примерно 16 млн частиц в секунду на кв. Это соответствует источнику тепла, порождаемого ядерными реакциями, мощностью от 24 до 60 ТВт.
Первое из двух чисел оказалось близким к величине «избыточного» тепла, излучаемого Землей, о котором шла речь выше. И многие специалисты склоняются к мнению, что это объяснение наиболее правдоподобно. Энергетические спектры нейтрино, образующихся при делении разных ядер, отличаются. Русов с коллегами выполнили компьютерное моделирование и определили спектральные составляющие геонейтрино от различных внутренних источников — урана-238, тория-232, плутония-239. Суммарную мощность геореактора они оценили в 30 ТВт. Результаты этой работы также свидетельствуют в пользу импульсного режима размножения. Этой темой активно занимаются и геологи, и химики, и физики, и математики.
Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется?
Под действием электромагнитных сил отталкивания между одноименно заряженными полюсами деформация усиливается. При этом освобождаются 2-3 нейтрона, так как относительное число нейтронов у возникающих при делении осколков оказывается большим, чем это допустимо для ядер атомов, находящихся в середине таблицы Менделеева. Данная реакция сопровождается выделением большой энергии которая имеет электростатическое происхождение , так как энергия связи образовавшихся ядер оказывается большей, чем у ядер урана. При полном делении 1 г урана выделяется такое же количество теплоты, как при сгорании 3 т. Реакция, в которой частицы вызывающие ее нейтроны , образуются, как продукты данной реакции называется ядерной цепной реакцией. Ядерная цепная реакция характеризуется коэффициентом размножения нейтронов.
Чем больше энергия связи ядра, тем большая энергия должна выделятся при возникновении ядра и тем меньше внутренняя энергия образовавшейся системы. Слайд 5 Описание слайда: Капельная модель ядра Согласно модели, сгусток нуклонов напоминает капельку заряженной жидкости. Ядерные силы между нуклонами короткодействующие, как и между молекулами жидкости. Наряду с силами электростатического отталкивания, действуют ядерные силы притяжения, удерживающие ядро от распада. Слайд 8 Описание слайда: Вывод Делиться на части могут только ядра некоторых тяжелых элементов.
Объяснение причин и механизмов выделения энергии в результате деления ядер и ее использование в ядерной энергетике. Контент доступен только автору оплаченного проекта Роль деления ядер урана в ядерной энергетике Исследование важности деления ядер урана для ядерной энергетики. Рассмотрение применения деления ядер урана в ядерных реакторах для производства электроэнергии и других целей. Контент доступен только автору оплаченного проекта История открытия деления ядер урана Описание истории открытия процесса деления ядер урана. Рассмотрение вклада ученых в изучение ядерных реакций и открытие деления ядер урана как важного физического явления. Контент доступен только автору оплаченного проекта Влияние деления ядер урана на окружающую среду Анализ воздействия деления ядер урана на окружающую среду. Рассмотрение последствий ядерных реакций и меры предосторожности, принимаемые для минимизации негативного воздействия. Контент доступен только автору оплаченного проекта Альтернативные методы использования деления ядер урана Исследование альтернативных методов использования деления ядер урана.
Наконец, Пожалуй, в июненикогда 1940 года еще Г. Флеров и открытие К. Петржак не было обнаружили, так быстро чтоиатомы основательно урана распадаются обработано,не перепроверено только под действием и истолковано. Зельдович и Ю. Харитон дают интервью Я. Френкель Тяжелое ядро, возбужденное при резонансном захвате нейтрона, может разделиться на две приблизительно равные части реакция деления тяжелых ядер. Образовавшиеся части называются осколками деления. Неустойчивость тяжелых ядер обусловлена взаимным отталкиванием большого числа протонов, находящихся в ядрах. Деление тяжелого ядра на два осколка сопровождается выделением энергии порядка 1 МэВ на каждый нуклон. Это следует из того, что удельная энергия связи для ядер средней массы составляет примерно 8,7 МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6 МэВ. Например, при делении ядра урана выделяется энергия порядка 200 МэВ. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Условием возникновения цепной реакции является наличие размножающихся нейтронов. Коэффициентом размножения нейтронов k называется Коэффициент размножения зависит от природы отношение числа нейтронов, возникающих в некотором звене делящегося вещества, а для данного изотопа — от его реакции, к числу таких нейтронов в предшествующем звене. Такая реакция называется развивающаяся реакция. Минимальная масса делящегося вещества, находящегося в системе критических размеров, необходимая для осуществления цепной реакции, называется критической массой.
15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл
При делении ядра урана, как видим, удельная энергия связи повышается примерно на 1 \ МэВ/нуклон; эта энергия как раз и выделяется в процессе деления. Объяснили появление этих элементов распадом ядер урана, захватившего нейтрон, на две примерно равные части. Период полураспада урана-241, который образовался в результате взаимодействия урана-238 с платиной-198, составляет около 40 минут. Расследование показало, что концентрация урана-235 в руднике такая же, как в отработанной атомной станции, но деление ядер произошло 1,8 миллиарда лет назад. Нейтроны, излучаемые ядрами урана, вызывают деление других ядер урана с появлением новых нейтронов — так происходит самоподдерживающаяся цепная реакция, благодаря которой мы получаем большое количество энергии.
Ядерные реакции
Цепная реакция деления урана В январе 1939 года Ферми высказал мысль, что при делении урана-235 следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт. Поставленный эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов. Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. Цепная ядерная реакция — самоподдерживающая реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра. С целью уменьшения вылета нейтронов с куска урана увеличивают массу урана. Минимальное значение массы урана, при котором возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 200 г прт наличии отражателя нейтронов до 50 кг. Образование плутония Плутоний Pu — серебристо-белый радиоактивный металл группы актиноидов, теплый на ощупь из-за своей радиоактивности. В природе встречается в очень малых количествах в уранитовой смолке и других рудах урана и церия, в значительном количестве получают искусственно. Поэтому встал вопрос, как использовать в ядерной энергетике уран-238. В процессе радиоактивных превращений образуется изотоп нептуния, а затем плутония, который в дальнейшем используется в качестве ядерного топлива.
При этом при делении 1 кг урана получается 1,5 кг плутония. Ядерная энергетика Для осуществления управляемой цепной реакции используют ядерный реактор, который является источником энергии на АЭС и морском флоте. Впервые управляемая цепная реакция деления ядер урана была осуществлена в 1942 г.
Спонтанное деление было открыто [2] в 1940 году советскими физиками Г. Флёровым и К.
Петржаком в результате экспериментальных исследований распада урана [3].
Возможность протекания цепной реакции определяется массой урана, количеством примесей в нем, наличием оболочки и замедлителя. Слайд 14 3. Критическая масса — минимальное количество делящегося вещества, необходимое для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления Минимальное значение радиуса шара при котором возникает цепная реакция называется критическим радиусом. Если масса и соответственно размеры куска урана слишком мала, то многие нейтроны вылетят за его пределы, не успев встретить на своем пути ядро, вызвать его деление и породить таким образом новое поколение нейтронов, необходимых для продолжения реакции. В этом случае цепная реакция прекратится. Уменьшить потерю нейтронов которые вылетают из урана, не прореагировав с ядрами можно не только за счет увеличения массы урана, но и с помощью специальной отражающей оболочки. Для этого кусок урана помещают в оболочку, сделанную из вещества, хорошо отражающего нейтроны например, из бериллия. Применяя замедлитель и отражающую оболочку, и уменьшая количество примесей, удается снизить критическую массу урана до 0,8 кг Слайд 15 Можно ли управлять цепной ядерной реакцией?
Слайд 16 Игорь Васильевич Курчатов - человек, подаривший стране безопасность 2. Курчатов одним из первых в России стал изучать физику атомного ядра. В 1934 г. В 1940 г. Курчатов вместе с Г. Флеровым и К. Петржаком обнаружили, что атомные ядра урана могут подвергаться делению и без помощи нейтронного облучения - самопроизвольно спонтанно.
На первый взгляд это незначительное различие, но его наличие вызвало огромный резонанс в мире науки.
Соотношение урана-235 и урана-238 не изменилось с момента образования Земли, что является прямым результатом их радиоактивности и распада на другие элементы. Период полураспада первого составляет 700 миллионов лет, а второго - 4,5 миллиарда лет, что говорит нам о том, что в прошлом уран-235 был доступен в гораздо более высоких концентрациях, чем сегодня. Возвращаясь к исследованным образцам, они выявили следовые количества других элементов, которые были внедрены в руду. Их процентное содержание было почти таким же, как в отработанном ядерном топливе, используемом на электростанциях. Физики заметили эту связь, тем самым подтвердив, что на руднике Окло, из которого был получен уран, в какой-то момент в далеком прошлом произошло спонтанное деление ядра. В ходе этого процесса уран-235 был истощен, что отразилось на изменении процентного содержания руды. О так называемом Феномен Окло стал очень громким, а сам рудник стал активно исследоваться, что привело к дальнейшим открытиям. Доказано, что в регионе, где имело место ядерное деление, было как минимум 16 различных объектов.
В последующие годы был подробно описан процесс создания естественных реакторов, что было так же интересно, как и само открытие. Сложный процесс, поразивший ученых Около 2,4 миллиарда лет назад содержание кислорода в атмосфере Земли начало быстро увеличиваться, что позволило урану превратиться из его нерастворимой формы в оксид. Затем он растворялся в воде, а затем осаждался в последовательных слоях песчаника до тех пор, пока он не стал достаточно концентрированным, чтобы начать цепную реакцию. Ученые говорят, что вышеупомянутая вода , присутствующая в шахте, имела здесь особое значение , благодаря чему нейроны, выброшенные из яичек, были достаточно замедлены, чтобы быть реабсорбированы другими ядрами. В противном случае вместо деления был бы виден только отскок электронов от атомов. При делении ядер выделяется огромное количество энергии и, следовательно, тепла. В процессе выкипела вода, присутствующая в пещере, что привело к прекращению реакции. Когда вода вернулась, все началось заново.
Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
Слайд 5Деление ядер урана Первым открытым процессом деления ядра урана было вынужденное деление. Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуально. Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. Деление ядер урана Делением ядер называется процесс распада массивного ядра на две приблизительно равные части, сопровождающийся вылетом других частиц. При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами. Первым открытым процессом деления ядра было вынужденное деление изотопа урана-235 нейтронами.
1. Механизм деления ядра урана:
Смотреть видео онлайн Деление ядер урана. Длительность видео: 57 сек. Деление ядра урана — это процесс расщепления ядра, в результате которого происходит освобождение энергии и эмиссии ядерных частиц. Британия с ЕС в разводе, у нее своя заготовка для Зеленского — снаряды с обедненным ураном.