Быстрые нейтроны, появляющиеся после деления ядер изотопа урана-235, замедлялись графитом до тепловых энергий, а затем вызывали новые деления. Первым открытым процессом деления ядра было вынужденное деление изотопа урана-235 нейтронами. Теория предсказывала, что уран-235 с гораздо большей вероятностью подвергнется делению, чем другие изотопы, особенно если нейтроны, ударяющие в его ядро, движутся с относительно низкой скоростью. Потом, уже в 1946 году, работа «Спонтанное деление ядер урана» была удостоена Сталинской премии I степени. Период полураспада урана-241, который образовался в результате взаимодействия урана-238 с платиной-198, составляет около 40 минут.
Спонтанное деление - ядро - уран
- Лекция 12. Деление ядер | Открытые видеолекции учебных курсов МГУ
- Как было открыто спонтанное деление
- Как деление ядер используется для получения атомной энергии?
- Парадоксы ядерной гонки
- Химия и химическая технология
«Тревожный звоночек»: физик прокомментировал возобновление ядерных реакций в Чернобыле
Поскольку вода замедляет нейтроны, ее попадание ускоряло деление ядер урана в расплаве. 19 января 2019 Ирина С. ответила: Явление деления ядер урана при облучении их нейтронами было открыто немецкими физиками Отто Ганом и Фрицем Штрассманом в 1939 году. Они показали, что при небольшом обогащении естественной смеси изотопов урана легким изотопом (ураном-235) и использовании обыкновенной воды в качестве замедлителя можно создать условия для непрерывной реакции деления атомных ядер, т.е. При спонтанном делении ядер выделяется энергия; для урана она составляет около 190 МэВ на ядро.
Парадоксы ядерной гонки
Это крайне мало для периода полураспада. К примеру, период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет, период полураспада нестабильного изотопа технеция-99m — шесть часов, франция-223 — 22 минуты. Японские исследователи синтезировали уран-241, запустив образец урана-238 на ядрах платины-198 с помощью ускорительной системы RIKEN. В ходе эксперимента было получено 18 новых изотопов, каждый из которых содержал от 143 до 150 нейтронов, пишет Live Science.
Запишите определения в тетрадь. Рассмотрим процесс деления ядра урана рис. Выводы: под действием электростатических сил отталкивания ядро разрывается на две части, которые разлетаются в разные стороны с огромной скоростью и излучают при этом 2-3 нейтрона.
Реакция деления ядер урана идет с выделением энергии в окружающую среду. Цепная реакция деления ядер урана — это реакция, в которой частицы нейтроны , вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. Существуют два вида ядерных реакций: неуправляемая и управляемая. К — коэффициент размножения нейтронов, равен отношению числа нейтронов данного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения.
Энергия деления широко используется в реакторах атомных электростанций, ядерных силовых установках надводных кораблей и субмарин, а также ядерных и термоядерных боеприпасах. Посмотрите стенд "Магия деления ядра урана" на нашем видео на канале в Youtube. Техническое решение, оборудование Основной задачей при оснащении экспоната «Магия деления ядра урана» было построение особой мультимедийной зеркальной комнаты с применением новейшего оборудования и технологий в соответствии с требованиями и пожеланиями, изложенными заказчиком в предоставленном общем техническом задании. В качестве технической основы обустройства стенда были использованы высокотехнологичные светодиодные панели. Каждая из стен имеет в длину 3,072 м при высоте 2,56 м. Зеркальное напольное покрытие из «золотого алюминия», создавая идеальное отражение видеоконтента, обеспечивает получение трехмерного эффекта присутствия наблюдателя в центре демонстрируемых событий, иллюстрирующих этапы деления ядра урана.
При оснащении экспоната, помимо вышеназванного, было задействовано также следующее оборудование: LED лампа Модель чипа epistar; модуль Управления SD16739;.
Валерий Пикунов Искусственный Интеллект 118523 , закрыт 14 лет назад Lilian Просветленный 25520 14 лет назад Вскоре после открытия нейтрона, Энрико Ферми стал изучать ядерные реакции, вызываемые нейтронами. Так как нейтроны лишены заряда, то они беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают ядерные реакции, причем ядерные превращения вызываются не только быстрыми нейтронами, но и медленными, иногда даже эффективнее.
В 1938 г. Для проведения данной реакции использовались изотопы урана 235. Для проведения цепной реакции чистый изотоп урана 238 непригоден. На самом деле ядро 235 урана распадается по реакции:.
Спонтанное деление ядер
Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую. Быстрые нейтроны, появляющиеся после деления ядер изотопа урана-235, замедлялись графитом до тепловых энергий, а затем вызывали новые деления. В 1938 г. был открыт процесс деления атомных ядер урана нейтронами. Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление.
Термоядерные реакции
- 15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл |
- Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана
- Рассмотрим процесс деления ядра урана-235:
- Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется? -
- Уран выпал в осадок?
Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана
| Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется? - | 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 - Смотреть видео | Полное энерговыделение на один акт деления ядра урана-235 равно примерно 200 МэВ. |
| Спонтанное деление урана | После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1). |
| Открыт новый изотоп урана: Наука: Наука и техника: | При спонтанном делении ядер выделяется энергия; для урана она составляет около 190 МэВ на ядро. |
Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра
При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами. новости космоса. Для осуществления ценной реакции пригодны лишь ядра Цепная реакция деления ядер урана. Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. При делении ядра урана 2-3 мгновенных нейтрона скидывается, получаются два осколка с отношением масс преимущественно около 1:1.4, т.е., любимые массы около 95 и 135.
§ 227. Деление урана
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.
По словам исследователей, периоды бездействия и бездействия были очень короткими - первый длился около 30 минут, а второй - не менее 2,5 часов. Что еще более важно, процессы повторялись на протяжении сотен тысяч лет. Мы знаем это, исследуя содержание благородного газа ксенона. Ключевое наблюдение заключалось в том, что образцы Окло содержали различные изотопы этого элемента, от ксенона 136, который образовался всего через одну минуту после деления, до ксенона 132 и 131, образовавшихся через несколько дней, и до ксенона, которому 129 миллионов лет. Если бы месторождение Окло было закрытой системой, ксенон, накопленный в образцах, сохранял бы стандартный изотопный состав.
Однако этого не произошло, о чем свидетельствует испарение воды и реакция повторного деления.
При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно её температура заметно возрастают т. Таким образом, реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду.
Энергия, заключённая в ядрах атомов, колоссальна. Например, при полном делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделилось бы столько же энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5 т нефти. Для преобразования внутренней энергии атомных ядер в электрическую на атомных электростанциях используют так называемые цепные реакции деления ядер.
Рассмотрим механизм протекания цепной реакции деления ядра изотопа урана. Ядро атома урана рис. Два из этих нейтронов вызвали реакцию деления ещё двух ядер, при этом образовалось уже четыре нейтрона.
Эти, в свою очередь, вызвали деление четырёх ядер, после чего образовалось девять нейтронов и т. Цепная реакция возможна благодаря тому, что при делении каждого ядра образуется 2—3 нейтрона, которые могут принять участие в делении других ядер. На рисунке 163 показана схема цепной реакции, при которой общее число свободных нейтронов в куске урана лавинообразно увеличивается со временем.
Соответственно резко возрастает число делений ядер и энергия, выделяющаяся в единицу времени. Поэтому такая реакция носит взрывной характер она протекает в атомной бомбе. Цепная реакция деления ядер урана Возможен другой вариант, при котором число свободных нейтронов уменьшается со временем.
В этом случае цепная реакция прекращается. Следовательно, такую реакцию тоже нельзя использовать для производства электроэнергии.
Пилиго успешно продемонстрировал, что таинственный черный порошок, открытый Мартином Генрихом Клапротом, был не чистым веществом, а оксидом урана UO2.
Он сделал это, обработав тетрахлорид урана черный порошок калием. Затем в 1896 году физик Анри Беккерель обнаружил радиоактивные свойства урана наряду с самой радиоактивностью. Для этого он использовал несколько фосфоресцентных материалов, которые светятся в темноте после воздействия света.
Он накрыл фотопластинку черной бумагой и поочередно поместил разные фосфоресцентные соли. Он предположил, что свечение, создаваемое в ЭЛТ электронно-лучевые трубки рентгеновскими лучами, может быть связано с фосфоресценцией. Результаты были неожиданными, так как урановая соль была единственным веществом, которое вызывало значительное почернение пластины.
Исследование прояснило, что фосфоресценция не была позади запотевания пластины соли урана не являются фосфоресцентными и что там была какая-то форма невидимого излучения, которое проникало в черную бумагу и создавало вид, будто пластина подвергается воздействию света. Природный реактор ядерного деления В 1972 году Фрэнсис Перрин обнаружил более десятка древних естественных ядерных реакторов, расположенных в трех отдельных рудных месторождениях на руднике Окло в Габоне страна на западном побережье Центральной Африки. Эти реакторы деления неактивны.
Последующие исследования показали, что им почти 2 миллиарда лет, за века до того, как был построен первый искусственный ядерный реактор. Вам может быть интересно, как это возможно? Он также разлагается гораздо быстрее, чем уран-238.
Это означает, что уран-235 истощил намного больше, чем уран-238 с момента рождения Земли. Таким образом, теоретически жизнеспособно существование древнего природного ядерного реактора.
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. Рассмотрение новых технологий и подходов к использованию ядерной энергии, основанных на делении ядер урана. Контент доступен только автору оплаченного проекта Безопасность ядерных реакций с участием деления ядер урана Обсуждение вопросов безопасности при проведении ядерных реакций с участием деления ядер урана.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
В последовавшие за этим рождественскую неделю 1938 г. Их развитие запечатлено в обширной, почти полностью сохранившейся переписке между тремя главными участниками — Отто Ганом, Лизой Мейтнер и Отто- Робертом Фришем племянником Лизы Мейтнер, физиком, работавшим до 1933 г. Эти частные письма дают редкую возможность проследить ход одного из самых плодотворных открытий от первого предчувствия до последнего прояснения, о чем печатные сообщения всегда создают лишь неполную картину; например, о ходе открытия Рентгена до сих пор почти ничего неизвестно. Сейчас как раз И часов вечера; в четверть двенадцатого хотел вернуться Штрассман, так что я могу собираться домой. Что-то все-таки есть в этих «изотопах радия», причем такое редкое, что мы пока сообщаем только Тебе...
Они отделяются от всех элементов, кроме бария; и так во всех реакциях. Только с барием — если только это не наваждение — фракционирование отказывает. Наши изотопы радия имеют свойства бария. Мы не добились явного обогащения ни с BaBr 2, ни с хроматами и т.
А на прошлой неделе я выделил первую фракцию тория-Х, так все шло, как должно. Потом в субботу Штрассман и я фракционировали один из наших изотопов «Ra» с мезоторием-I как индикатором; мезоторий обогатился, как полагается, а наш радий — нет. Хотя еще нельзя исключить случайного стечения обстоятельств, мы все же все более приходим к ужасному заключению: наши изотопы радия ведут себя не как радий, а как барий... Я договорился со Штрассманом, что мы пока скажем это только Тебе.
Может быть, Ты сможешь предложить какое-нибудь фантастическое объяснение. Вот поистине деликатные опыты! Но нужна полная ясность. Теперь начинаются рождественские каникулы, а завтра, как обычно, выходной.
Как я радуюсь ему — работая столько времени без Тебя — Ты можешь себе представить. Но еще до закрытия института мы хотим написать что-нибудь о так называемых изотопах радия для «Naturwissenschaften», так как мы получили очень хорошие кривые. Не верится, чтобы мы так долго заблуждались или чтобы какое-то загрязнение играло с нами злую шутку. Сейчас я опять должен идти к счетчикам.
Надеюсь, через пару дней снова смогу написать Тебе... Отвечай поскорее. Сердечный привет Твоему Отто». Постскриптум: «И от меня сердечный привет и наилучшие пожелания.
Ваш Фриц Штрассман». Мы подробно воспроизвели это письмо, чтобы стало ясно, как в Гане и Штрассмане боролись уверенность в получении бария и сомнение в возможности совместить факт его возникновения с представлениями ядерной физики. Значение упомянутых экспериментов с торием-Х и мезоторием-I состоит в следующем: из своих прежних работ с этими несомненными изотопами радия Ган точно знал, что у него были их чистые препараты, и мог произвести их отделение или обогащение путем добавления их к солям бария в таких малых количествах, в которых имелись и предполагаемые «изотопы радия». В этих экспериментах, таким образом, проявился многолетний опыт работы Гана с невесомыми количествами веществ; кроме того, надо было исключить воз- можность, что изотопы радия в тех малых количествах, в которых они имелись, радиохимически обнаруживают себя иначе.
В письме Гана внимание привлекают два замечания. Во-первых, желание опубликовать заметку о так называемых изотопах радия, «так как мы получили очень хорошие кривые». Успехи Гана и Штрассмана в области эксперимента были особенно велики; они выделили среди сложных продуктов уран-нейтронной реакции многочисленные однородные радиоактивные компоненты, однородность которых и очередность в различных рядах превращений были надежно установлены путем точного измерения периодов полураспада. Результаты этих опытов оказались важнее, чем данное им объяснение.
Во-вторых, несколько странное замечание о том, не могут ли возникать «изотопы бария с гораздо большим атомным весом, чем 137», т. Как следует отсюда, о распаде ядра урана на две части не было еще и мысли. Лиза Мейтнер ответила 21 декабря: «Ваши результаты с радием ошеломляют. Процесс, идущий на медленных нейтронах и приводящий к барию!..
Признать такой необычный распад кажется мне пока очень трудно, но мы пережили в ядерной физике столько неожиданностей, что уже ни о чем нельзя сказать прямо: это невозможно. Впрочем, исключены ли более тяжелые трансураны?.. Ты была бы, наверное, немножко поражена обилием опытов... Со вчерашнего дня мы суммируем наши доказательства о барии-радии...
На их основе, как «химики», мы должны сделать заключение, что три хорошо изученных нами изотопа являются не радием, но, с точки зрения химика, барием. Сам барий, который мы, естественно, тоже испытали, также становится активным после облучения нейтронами. Но гораздо меньше, чем наши препараты. Кроме того, этот активированный барий не превращается в излучающий лантан.
Актиний, возникающий из изотопов, вовсе не актиний, но скорее всего излучающий лантан!! Авторы чувствовали себя в это время уже настолько уверенными, что при правке заменили слова «изотопы радия» словами «щелочноземельные металлы». Оттиск статьи сразу был послан в Швецию. Эта весьма обширная работа появилась в первом январском номере журнала, том 27, стр.
Она произвела настоящую сенсацию. Я хорошо помню это, так как вскоре после ее появле- ния докладывал о ней на большом коллоквиуме. Значительные трудности для ее усвоения представляли многочисленные обсуждавшиеся в ней опыты и кривые активности и множество специальных данных. Большая часть статьи посвящена дополнениям, исправлениям и результатам новых точных измерений, сделанным в связи с приведенными выше рядами превращений радия.
Лишь в конце работы сказаны существенные для будущего фразы: «Кроме того, мы должны сказать о некоторых новых исследованиях, результаты которых из-за их странности мы сообщаем лишь с колебанием... Мы приходим к заключению: наши «изотопы радия» имеют свойства бария. Как химики, мы, собственно, должны сказать, что новое вещество — не радий, а барий; о других элементах не может быть и речи». После описания упомянутого в письме от 21 декабря открытия лантана в актинии и обсуждения открытия лантана, сделанного Кюри и Савичем, авторы продолжают: «Что касается «трансурановых элементов», то...
Да раньше об этом и не думали.
Нейтроны вызывают деление ядер урана-235 или плутония-239 которые поэтому называются делящимися материалами , при этом распад ядер сопровождается выходом новых нейтронов и в случае правильной геометрии материалов выстраивается самоподдерживающаяся цепочка реакций. Это можно увидеть в ядерном взрыве или работе атомного реактора, и самопроизвольная авария с образованием цепной реакции весьма опасна. В ходе развития аварии на 4 блоке Чернобыльской АЭС чуть меньше половины загруженного в реактор топлива 80-90 из 200 тонн осталась в здании в виде лаваподобных топливосодержащих материалов ЛТСМ, подробнее об этом читайте в материале «Китайский синдром Чернобыля». Уран, плутоний, америций и нептуний в этой застывшей лаве продолжают распадаться, порождая в некоторых вариантах распада нейтроны. В конце 90-х общее количество нейтронов в «Укрытии» оценивалось величиной примерно 109 штук в секунду, что примерно в триллион раз меньше, чем поток нейтронов в работающем гигаваттном реакторе.
За счет распада радиоактивных веществ мы должны были бы наблюдать постепенное снижение нейтронного потока, однако измерения кое-где показывают, что происходит не совсем это. После аварии это помещение оказалось недоступным. И радиационные те, что связаны с опасностью облучения , и ядерные те, что связаны с риском возникновения самоподдерживающийся цепной реакции измерения по нему косвенные. В итоге получается, что нейтронный «шум» от других ЛТСМ забивает самый важный источник, поэтому точность данных по росту не очень велика в плане привязки замеченного роста потока к конкретному скоплению материалов. Что там происходит Атомный реактор, прежде всего, представляет из себя устройство для размножения нейтронов, с помощью которых идет извлечение ядерной энергии деления. Размножение достигается организацией такой геометрии из делящегося материала и замедлителя, при котором количество нейтронов возрастает после каждого акта деления, образуя самоподдерживающуюся цепную реакцию.
Если же часть из нейтронов из нового поколения поглощать или давать им утекать из активной зоны таким образом, что количество их будет постоянным, то и мощность будет поддерживаться на одном и том же уровне. Организовать такое непросто, и для ЛТСМ в «Укрытии» расчеты показывают , что для запуска ускоряющейся цепной реакции необходимо было бы уменьшить поглощение нейтронов «нейтральными» материалами и их утечку за пределы застывшего расплава как минимум в 2,5 раза.
Штрассманом было открыто деление ядер урана. Ядерные реакции. Деление ядер урана. Деление ядер урана Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил. Деление ядер урана Для осуществления ядерных реакций такой метод гораздо эффективнее, чем использование ядер гелия, испускаемых радиоактивными элементами. Можно использовать протоны, которые в процессе радиоактивного распада не появляются. Можно ускорить ядра более тяжёлые, чем ядра гелия.
Деление ядер урана В 1932 году провели первое ядерное превращение с помощью искусственно разогнанных протонов: мишенью служило ядро атома лития — самого лёгкого элемента после водорода и гелия. Джон Кокрофт 1897—1967 г. Эрнест Томас Синтон Уолтон 1903—1995 гг. Деление ядер урана Отечественные физики-атомщики. Вскоре после кембриджских учёных и независимо от них обнаружили ту же реакцию, первыми дали вероятное объяснение процесса. Кирилл Дмитриевич Синельников 1901—1966 гг.
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. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рис. При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. Рассмотренная выше схема цепной реакции представляет собой идеальный случай. В реальных условиях не все образующиеся при делении нейтроны участвуют в делении других ядер.
Часть их захватывается неделящимися ядрами посторонних атомов, другие вылетают из урана наружу утечка нейтронов.
Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра
Вызвать же деление урана при попадании в него нейтрона можно только у изотопов с массовым числом 235, так как ядро урана-238 поглощает нейтрон, а деление не происходит. Деление ядер урана Делением ядер называется процесс распада массивного ядра на две приблизительно равные части, сопровождающийся вылетом других частиц. При делении ядра урана 2-3 мгновенных нейтрона скидывается, получаются два осколка с отношением масс преимущественно около 1:1.4, т.е., любимые массы около 95 и 135. Выделение энергии в ядерных реакторах происходит за счёт деления ядер урана и плутония. Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году.
Красноречивый гелий
- Рассмотрим процесс деления ядра урана-235:
- Спонтанное деление — Википедия
- Этому ядерному реактор 2 миллиарда лет
- matematika_SCH20 - Урок 7
- Похожие презентации
- Деление ядра атома урана
Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
Начало Второй мировой войны усилило опасения, что Германия выберет военный путь развития ядерной энергетики. Одна эта мысль приводила в ужас ученых, инженеров и политиков. Движимые страхом, они решили объединить усилия с целью создания ядерного оружия раньше гитлеровской Германии. Расовые бредни нацистов и деление науки на «арийскую» и «неарийскую» еврейскую внесли существенный раскол в ряды германских ученых. К слову, физики еврейского происхождения, включая нобелевских лауреатов, составляли четверть от общего числа германских физиков, и всем им грозило увольнение. Отток значительной их части за рубеж существенно обескровил германскую науку, но не лишил ее того потенциала, который был необходим для развития ядерных технологий. Напротив, в зарубежную для Германии науку, не страдающую от дискриминации по национальному признаку, ринулись наиболее энергичные и толковые изгнанники из разных стран, подпавших под нацистский гнет.
Ждать они, как правило, не стали. Так, сразу же после назначения Гитлера рейхсканцлером, из Берлина в Лондон, а затем в США, переехал талантливый венгерский физик Лео Силард в другом произношении — Сцилард , предвосхитивший открытие расщепления урана. Теллер и Силард, встретившись с ранее переехавшим в США Альбертом Эйнштейном, составили письмо президенту Франклину Рузвельту, в котором они предметно обосновывали реальную опасность создания в Германии «бомб нового типа, обладающих невероятной разрушительной силой». Немецкие ученые, ознакомившиеся с опубликованной в США информацией о роли урана-235 в теории деления ядра, на секретной конференции обсудили возможности реализации ядерного проекта в рамках «Уранового общества», в которое, кроме уже входивших в него известных физиков-ядерщиков Дибнера, Гартека и Гана, решили пригласить нобелевского лауреата Вернера Гейзенберга. Вернер Гейзенберг являл собой, по мнению многих, образчик истинного арийца. Он грезил образами сказочного Третьего рейха, умудряясь при этом в своих действиях избегать политической направленности.
Он, однако, оставался в плену заблуждений в том, что победа Германии в начавшейся войне обернется выгодой для Европы. При этом он считал, что гитлеровский режим — явление временное. В его стремлении взять под свою опеку отечественных физиков и при этом не вступить в конфликт с нацистской идеологией была огромная опасность, чреватая неизбежными компромиссами. Макет американской ядерной бомбы «Толстяк», сброшенной на японский город Нагасаки. Фото Эда Усмана Стремление Гейзенберга выглядеть аполитичным при его желании соответствовать занимаемой им должности прямо-таки удивляет. Он, к примеру, упорно отрицал на словах даже саму возможность массовых казней немцами польских евреев, но при этом принял приглашение от своего старого друга Ганса Франка навестить его в Кракове, где Франк был генерал-губернатором Польши и контролировал безжалостное уничтожение еврейских гетто в Кракове и Варшаве.
Трудно себе представить неведение Гейзенберга в этом болезненном для немецкой совести вопросе… Гейзенберг посетил США летом 1939 года. Ему, как и ранее, предложили занять профессорскую должность в Колумбийском университете в Нью-Йорке, но он отверг предложение. Лаура Ферми, жена итальянского физика Энрико Ферми, вынужденного покинуть свою страну из-за еврейского происхождения Лауры, заявила Гейзенбергу, что оставаться в данный момент в Германии может только сумасшедший. Но это высказывание вызвало у него лишь раздражение. Взявшись за разработку ядерного оружия для гитлеровской Германии, Гейзенберг будто бы решил приспособить подобную сомнительную деятельность для достижения собственных научных целей. Позже он объяснял свою позицию тем, что уже давно для себя решил, что ядерное оружие в ближайшей перспективе создать будет невозможно.
После оккупации Дании германскими войсками в апреле 1940 года Нильс Бор остался в Копенгагене, и его 15 сентября 1941 года навестил Гейзенберг. Мотивы визита трактуются неоднозначно, но Бор в процессе их общения вышел из себя, когда Гейзенберг начал активно защищать германскую агрессию против СССР и доказывать, что победа Германии — это наилучший исход в сложившейся ситуации. Бор после общения с Гейзенбергом остался в полной уверенности в том, что тот сделает все, чтобы пополнить арсенал Гитлера атомной бомбой. В конце августа 1943 года, когда немцы повторно оккупировали Данию, восьми тысячам датских евреев грозило уничтожение, а полуеврею Бору друзья сообщили, что на него в гестапо уже готов приказ об аресте. Борцы датского Сопротивления помогли большей части евреев переправиться в Швецию. Самого же Бора переправили в Британию в бомбовом отсеке двухмоторного бомбардировщика.
Затем его включили в состав группы из 30 человек, отправлявшейся в Америку для участия в Манхэттенском проекте. В США Бор стал своего рода «духовником» для тех ученых, которые, создавая новое оружие, боролись с собственным сознанием и находили при этом у него моральную поддержку. После падения Парижа немецкие физики из «Уранового общества» в спешном порядке прибыли в лабораторию Жолио-Кюри, собираясь прихватить оттуда запасы урановой руды и тяжелой воды. Но им не досталось ни то, ни другое, так как Жолио-Кюри предусмотрительно переправил руду в Алжир, а тяжелую воду — в Великобританию. К слову, вода эта французам досталась бесплатно, в качестве подарка от норвежцев, в то время как немцы получали ее из Норвегии с трудом, натыкаясь на всяческие препятствия. После двух бомбардировок и профессионально выполненной диверсии в Веморке на заводе, производящем тяжелую воду, немцы вынуждены были строить соответствующий завод в Германии.
Дело в том, что именно этот изотоп охотно делится под воздействием медленных нейтронов в отличие от преобладающего изотопа — урана-238, который может делиться только быстрыми нейтронами а быстрые — в среде замедляются, и цепная реакция гаснет, не успев начаться. Таким образом, за миллиарды лет до появления человека природа уже освоила технологию, над реализацией которой в середине ХХ в. Период полураспада урана-238 — 4,5 млрд лет, урана-235 — около 700 млн лет.
Из-за разной скорости естественного распада соотношение изотопов в природе изменяется со временем: доля более легкого урана-235 неуклонно уменьшается. Например, уран-238, распадаясь, сначала превращается в торий-234, который, в свою очередь, также распадается. Конечными стабильными нуклидами для естественных цепочек распада урана являются изотопы свинца.
Суммарное количество энергии, выделяющейся во всей цепочке реакций, около 50 МэВ. Суть цепной ядерной реакции деления заключается в том, что ядро радиоактивного элемента, например урана-235, захватывая нейтрон, становится неустойчивым и распадается преимущественно с образованием двух крупных осколков и — самое важное! Эти нейтроны могут инициировать деление уже нескольких ядер — возникает цепная реакция.
Если потери нейтронов в такой разветвленной цепи реакций будут меньше, чем число вновь образовавшихся, то выделение энергии будет нарастать лавинообразно. В одном акте деления урана высвобождается энергии в 4 раза больше, чем при естественном распаде, причем скорость энерговыделения очень велика. Самые известные примеры процессов такого типа — реакции в атомной бомбе и реакторах АЭС Сама идея атомного реактора в земных недрах возникла примерно в это же время — и почти за двадцать лет до открытия феномена Окло!
В 1953 г. Везерилл и М. Ингрэм выдвинули смелую гипотезу, что в древнейшие времена в скоплениях радиоактивных элементов, главным образом урана и тория, могли протекать цепные ядерные реакции.
Поиски геореакторов, подобных оклоскому, предпринимались впоследствии и в других древних месторождениях, но они успехом не увенчались. Может быть, африканский реактор — это шутка Бога, результат случайного стечения обстоятельств и он действительно уникален? Даже если это так, идея, что в Земле могут идти — причем и в далеком прошлом, и в настоящее время!
Красноречивый гелий Признаки работы природных реакторов ищут не только в земной коре, но и в недрах планеты. Одна из причин упорства исследователей заключается в том, что Земля излучает тепла примерно в 2,5 раза больше, чем должна отдавать в результате естественного распада радиоактивных элементов в коре радиогенное тепло и первичного нагрева. Тепловая энергия, получаемая от Солнца, в этом балансе не учитывается.
Если такую большую разницу пытаться объяснить только радиогенным теплом из внутренних областей планеты, то Земля в целом должна иметь нереально большие запасы радиоактивных элементов. Но вот в цепных ядерных реакциях как раз выделяется тепла в несколько раз больше, чем при естественном радиоактивном распаде. Цепной механизм выделения энергии мог бы объяснить и упомянутый тепловой дисбаланс, и многие другие необычные явления.
И если гипотетические реакторы расположены глубоко в недрах, то понятно, почему следы их активности не удалось найти в урановых месторождениях за исключением Окло. Искали где ближе, но, может, стоит «копнуть вглубь»? Итак, предположим, что где-то в теле Земли действует такой реактор.
По каким признакам его можно обнаружить? Один из методов поиска — анализ продуктов деления, мигрирующих из зоны реакции и достигающих земной поверхности. В частности, очень интересен изотопный состав «солнечного элемента» — гелия.
Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He и 3He. Гелий-4 попадает в атмосферу в результате естественного распада урана и тория. В воздухе на миллион атомов гелия-4 приходится всего полтора атома гелия-3.
Но в базальтах срединно-океанических хребтов изотопа 3He больше уже в 8 раз, а в некоторых изверженных магматических горных породах — в 40! Как объяснить происхождение гелия с высоким содержанием изотопа 3He? Какие физические процессы могут быть ответственны за это?
Обычный радиоактивный распад явно не годится, так как он продуцирует исключительно гелий-4. Попробуем привлечь на помощь ядерные реакции деления. Известно, что при работе реактора тяжелые ядра, поглощая нейтрон, становятся неустойчивыми и могут делиться на два крупных осколка с испусканием легких заряженных частиц и 2—3 нейтронов.
В конечном продукте совокупности таких реакций доли обоих изотопов гелия хотя и отличаются, но представляют собой величины одного порядка. Напомним, что в «стандартном» атмосферном гелии их концентрации различаются на шесть порядков! Таким образом, относительно высокое содержание гелия-3, наблюдаемое в магматических породах, поднявшихся на поверхность из земных недр, может служить косвенным свидетельством работы глубинного геореактора.
Уран выпал в осадок? Прежде чем продолжить разговор, хочется еще раз подчеркнуть принципиальное различие между естественным радиоактивным распадом и ядерной реакцией деления, ибо разница эта не всегда очевидна на неискушенный взгляд. Обычная радиоактивность — это самопроизвольный распад атомных ядер; для реакции деления обязательно требуется взаимодействие с внешней частицей нейтроном.
По этой причине для осуществления ядерной реакции нужна достаточная концентрация активного вещества; для спонтанного распада концентрация не имеет никакого значения. Если в недрах Земли действительно идут цепные реакции, значит, там должны присутствовать скопления радиоактивных элементов актиноидов.
В 1934 году она убедила Гана присоединиться к ней в изучении ядерных процессов. В совместных исследованиях они продвинулись далеко, но из-за своего еврейского происхождения Мейтнер была лишена возможности заниматься наукой в нацистской Германии и в 1938 году бежала в Швецию, откуда она путем переписки руководила их с Ганом совместной работой. Однако Ган опубликовал полученные результаты без Мейтнер, якобы для того, чтобы не привлекать внимания нацистов. В 1944 году Нобелевская премия была присуждена лишь одному Гану, который Лизу Мейтнер назвал только своей помощницей, не игравшей ведущей роли в их совместной работе. Эту вопиющую несправедливость физики возместили тем, что полвека спустя вновь открытый элемент 109 назвали мейтнерием.
Работая в Стокгольме, Лиза Мейтнер столкнулась с разными проблемами. Но когда в 1943 году ей предложили отправиться в Америку вместе с ее племянником Фришем, она выразилась предельно ясно: «Я категорически не хочу участвовать в работе над бомбой». Начало Второй мировой войны усилило опасения, что Германия выберет военный путь развития ядерной энергетики. Одна эта мысль приводила в ужас ученых, инженеров и политиков. Движимые страхом, они решили объединить усилия с целью создания ядерного оружия раньше гитлеровской Германии. Расовые бредни нацистов и деление науки на «арийскую» и «неарийскую» еврейскую внесли существенный раскол в ряды германских ученых. К слову, физики еврейского происхождения, включая нобелевских лауреатов, составляли четверть от общего числа германских физиков, и всем им грозило увольнение.
Отток значительной их части за рубеж существенно обескровил германскую науку, но не лишил ее того потенциала, который был необходим для развития ядерных технологий. Напротив, в зарубежную для Германии науку, не страдающую от дискриминации по национальному признаку, ринулись наиболее энергичные и толковые изгнанники из разных стран, подпавших под нацистский гнет. Ждать они, как правило, не стали. Так, сразу же после назначения Гитлера рейхсканцлером, из Берлина в Лондон, а затем в США, переехал талантливый венгерский физик Лео Силард в другом произношении — Сцилард , предвосхитивший открытие расщепления урана. Теллер и Силард, встретившись с ранее переехавшим в США Альбертом Эйнштейном, составили письмо президенту Франклину Рузвельту, в котором они предметно обосновывали реальную опасность создания в Германии «бомб нового типа, обладающих невероятной разрушительной силой». Немецкие ученые, ознакомившиеся с опубликованной в США информацией о роли урана-235 в теории деления ядра, на секретной конференции обсудили возможности реализации ядерного проекта в рамках «Уранового общества», в которое, кроме уже входивших в него известных физиков-ядерщиков Дибнера, Гартека и Гана, решили пригласить нобелевского лауреата Вернера Гейзенберга. Вернер Гейзенберг являл собой, по мнению многих, образчик истинного арийца.
Он грезил образами сказочного Третьего рейха, умудряясь при этом в своих действиях избегать политической направленности. Он, однако, оставался в плену заблуждений в том, что победа Германии в начавшейся войне обернется выгодой для Европы. При этом он считал, что гитлеровский режим — явление временное. В его стремлении взять под свою опеку отечественных физиков и при этом не вступить в конфликт с нацистской идеологией была огромная опасность, чреватая неизбежными компромиссами. Макет американской ядерной бомбы «Толстяк», сброшенной на японский город Нагасаки. Фото Эда Усмана Стремление Гейзенберга выглядеть аполитичным при его желании соответствовать занимаемой им должности прямо-таки удивляет. Он, к примеру, упорно отрицал на словах даже саму возможность массовых казней немцами польских евреев, но при этом принял приглашение от своего старого друга Ганса Франка навестить его в Кракове, где Франк был генерал-губернатором Польши и контролировал безжалостное уничтожение еврейских гетто в Кракове и Варшаве.
Трудно себе представить неведение Гейзенберга в этом болезненном для немецкой совести вопросе… Гейзенберг посетил США летом 1939 года. Ему, как и ранее, предложили занять профессорскую должность в Колумбийском университете в Нью-Йорке, но он отверг предложение. Лаура Ферми, жена итальянского физика Энрико Ферми, вынужденного покинуть свою страну из-за еврейского происхождения Лауры, заявила Гейзенбергу, что оставаться в данный момент в Германии может только сумасшедший. Но это высказывание вызвало у него лишь раздражение. Взявшись за разработку ядерного оружия для гитлеровской Германии, Гейзенберг будто бы решил приспособить подобную сомнительную деятельность для достижения собственных научных целей. Позже он объяснял свою позицию тем, что уже давно для себя решил, что ядерное оружие в ближайшей перспективе создать будет невозможно. После оккупации Дании германскими войсками в апреле 1940 года Нильс Бор остался в Копенгагене, и его 15 сентября 1941 года навестил Гейзенберг.
Мотивы визита трактуются неоднозначно, но Бор в процессе их общения вышел из себя, когда Гейзенберг начал активно защищать германскую агрессию против СССР и доказывать, что победа Германии — это наилучший исход в сложившейся ситуации. Бор после общения с Гейзенбергом остался в полной уверенности в том, что тот сделает все, чтобы пополнить арсенал Гитлера атомной бомбой. В конце августа 1943 года, когда немцы повторно оккупировали Данию, восьми тысячам датских евреев грозило уничтожение, а полуеврею Бору друзья сообщили, что на него в гестапо уже готов приказ об аресте. Борцы датского Сопротивления помогли большей части евреев переправиться в Швецию.
Первый ядерный реактор был построен в 1942 году в США под руководством Э. В нашей стране первый реактор был построен в 1946 году под руководством И. Термоядерные реакции - реакции слияния легких ядер при очень высоких температурах. Второй путь освобождения ядерной энергии связан с реакциями синтеза. В целом в этой реакции выделяется: вырабатывается в ядерном реакторе из Это одна из наиболее перспективных термоядерных реакций. Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях, в расчете на один нуклон в несколько раз превышает удельную энергию, выделяющуюся в цепных реакциях деления ядер.
При такой температуре вещество находится в полностью ионизированном состоянии - плазменном. Осуществление управляемых термоядерных реакций даст человечеству новый экологически чистый и практически неисчерпаемый источник энергии. Получение сверхвысоких температур и удержание плазмы, нагретой до миллиарда градусов, представляет собой труднейшую научно-техническую задачу на пути осуществления управляемого термоядерного синтеза. Токомак — вакуумная торроидальная кольцевая камера магнитных катушек, для осуществления управляемой термоядерной реакцией. Тамм и А. Сахаров — магнитная термоизоляция. На данном этапе развития науки и техники удалось осуществить только неуправляемую реакцию синтеза взрыв водородной бомбы. Высокая температура, необходимая для ядерного синтеза, достигается здесь с помощью взрыва обычной урановой или плутониевой бомбы. Термоядерные реакции играют чрезвычайно важную роль в эволюции Вселенной.