Существуют два различных способа освобождения ядерной реакции: деление тяжелых ядер и термоядерные. Исследователи обнаружили, что молекула дирхения проводит большую часть своего времени с четырехкратной связью, разделяя четыре электрона между двумя атомами. Таким образом, появляется возможность осуществления разветвляющейся, ускоряющейся цепной реакции деления ядер атомов с выделением огромного количества энергии.
ГЛАВА 4 Открытие деления
Понять детально данный принцип помогло расщепление ядер. Учёные взяли два радиоактивных элемента Торий-232 и Уран-238. Учёные знали, что ядра элементов при расщеплении удлиняются и образуют «шейку», которая в свою очередь тоже удлиняется и расщепляется. Специалистов волновал только один вопрос: вращение начинается до или после разрыва так называемой «шейки»? Проведя определённое опыты физики выяснили, что вращение атомных ядер начинается именно после разрыва «шейки».
Стоимость Для сравнения затрат на производство электроэнергии исследователи используют так называемую нормированную стоимость энергии , или LCOE [levelized cost of energy]. Это показатель средней себестоимости выработки электроэнергии, рассчитанный на весь срок службы объекта. Этот показатель зависит от множества факторов, связанных с местоположением и колебаниями поставок ресурсов. Тем не менее, можно получить общее представление о LCOE в мире для сравнения технологий. Могут ли атомные электростанции спасти мир? Конечно, новые технологии всегда могут изменить ситуацию. Поиск лучших способов улавливания ядерных отходов может сделать их более безопасными или, по крайней мере, дать общественности уверенность в том, что в будущем они будут представлять меньшую угрозу. Альтернативы изотопам урана могут снять тревогу по поводу расплавов и возможности создания оружия в ядерных программах. Изменение технологий может повлиять на масштабы реакторов или даже полностью повысить их LCOE. Но, скорее всего , для этого будет уже слишком поздно. Анализ внедрения атомной и возобновляемой энергетики в более чем ста странах за последние 25 лет показал, что атомная энергетика не достигла таких же результатов по снижению выбросов углерода, как возобновляемая. Более того, инвестиции в атомную энергетику - это невозвратные затраты, которые затрудняют последующий переход на возобновляемые источники энергии. Всё это не означает, что ядерной энергетике нет места в будущем производстве энергии. Например, освоение космоса может выиграть от развития технологий ядерного деления. Помимо производства энергии, бесценной отраслью является производство особых изотопов для медицины и научных исследований с использованием деления. Возможно, она не спасёт нас от климатического кризиса, но ядерная эра даёт другие технологические преимущества, которые останутся с нами надолго.
Соответствующий метод был предложен Струтинским в 1966 году [16]. Оболочечные эффекты выражаются в увеличении или уменьшении плотности уровней энергии ядра; они присущи как сферически симметричным, так и деформированным состояниям ядер [17]. Учёт этих эффектов усложняет зависимость энергии от параметра деформации по сравнению с капельной моделью. Для большинства ядер актиноидов в этой зависимости появляется вторая потенциальная яма, соответствующая сильной деформации ядра. Глубина этой ямы меньше глубины первой ямы соответствующей основному состоянию ядра на 2—4 МэВ [18]. В общем случае деформация делящегося ядра описывается не одним, а несколькими параметрами. В таком многопараметрическом пространстве ядро может двигаться от начального состояния к точке разрыва различными путями. Такие пути называются модами или каналами деления [19]. Так, в делении 235U тепловыми нейтронами выделяют три моды [20] [21].
Кроме того, параметры спонтанно делящихся ядерных изомеров и характер зависимости сечения реакции деления от энергии вызывающих её нейтронов свидетельствуют о том, что барьер деления тяжёлых ядер имеет не один, а два максимума двугорбый барьер деления , между которыми находится вторая потенциальная яма. Упомянутые изомеры первым из которых был открыт 242mAm соответствуют наиболее низкому энергетическому уровню ядра во второй потенциальной яме [15]. Эти особенности деления получают своё объяснение при учёте оболочечных поправок к энергии, вычисляемой с помощью капельной модели. Соответствующий метод был предложен Струтинским в 1966 году [16]. Оболочечные эффекты выражаются в увеличении или уменьшении плотности уровней энергии ядра; они присущи как сферически симметричным, так и деформированным состояниям ядер [17]. Учёт этих эффектов усложняет зависимость энергии от параметра деформации по сравнению с капельной моделью. Для большинства ядер актиноидов в этой зависимости появляется вторая потенциальная яма, соответствующая сильной деформации ядра. Глубина этой ямы меньше глубины первой ямы соответствующей основному состоянию ядра на 2—4 МэВ [18]. В общем случае деформация делящегося ядра описывается не одним, а несколькими параметрами.
Теория деления ядер
- Популярное
- Элементарно о частицах: физик Дмитрий Бузунов разложил на атомы вопросы школьников
- Свойства атомов
- Ядерная энергетика: как утилизировать уран? -
- Что такое деление ядра
Цепная ядерная реакция: что это за процесс, виды цепных ядерных реакций
Недавно в атомной энергетике произошло событие, которое можно сравнить разве что с созданием вечного двигателя: четвертый энергоблок Белоярской АЭС с реактором. И если Счётная палата хотела узнать, что творится в большом атомном хозяйстве Кириенко, последний немедленно жаловался на «притеснения» в президентские структуры. Поэтому в ядерном реакторе, если копнуть чуть глубже есть и деления урана 8 быстрыми нейтронами, энергия которых может достигать 18МэВ. В отличие от Европы США не собираются отказываться от мирного атома и по мере сил восстанавливают пробелы. При расщеплении (делении) урана высвобождается три нейтрона, которые сталкиваются с другими атомами урана, в результате чего возникает цепная реакция. это ядерная реакция или радиоактивный распад, в котором ядро атома расщепляется на два или более меньших и более легких ядра.
Используя принципы квантовой механики, ученым удалось расщепить атом и затем соединить его снова
| Открыт механизм вращения осколков деления ядер атомов | Целью данного урока является изучение деления ядра атома урана и объяснение движения двух ядер, образовавшихся при его делении по готовой фотографии треков. |
| Открытие ядерного деления | Эти избыточные нейтроны, ударяясь о ядра других атомов урана-235, могут запустить цепную реакцию деления, что приводит к атомному взрыву. |
| Ядерная энергетика: как утилизировать уран? - | При расщеплении (делении) урана высвобождается три нейтрона, которые сталкиваются с другими атомами урана, в результате чего возникает цепная реакция. |
| Деление ядер: процесс расщепления атомного ядра. Ядерные реакции | Деление атомных ядер может быть вызвано различными частицами, однако практически наиболее выгодно использовать для этой цели нейтроны. |
| Физика деления атомных ядер : Сборник статей | В радиоактивном веществе, которое содержится внутри атомной бомбы, реакция деления идёт постоянно в тлеющем режиме. |
Разница между ядерным делением и синтезом
| § 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы | В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются, чтобы вызвать еще большее количество делений. |
| Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы | Ядро атома испускает альфа-частицу — ядро атома гелия. |
| Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция | Именно осколки деления и составляют большую часть радиационного загрязнения территории при аварии после разрушения и выброса при взрыве ТВЭЛов. |
| Деление ядер: процесс расщепления атомного ядра. Ядерные реакции | Эти нейтроны могут инициировать деление уже нескольких ядер – возникает цепная реакция. |
В чём проблема ядерной энергетики?
- Открытие деления ядер урана
- Лекция 12. Деление атомных ядер. | Открытые видеолекции учебных курсов МГУ
- Разделяя неразделимое
- Красноречивый гелий
Открытие ядерного деления - Discovery of nuclear fission
В данной статье мы рассмотрим основные различия между ядерным делением и синтезом. Ядерное деление Ядерное деление — это процесс, при котором ядро атома расщепляется на два или более легких ядра, сопровождаясь высвобождением большого количества энергии. Этот процесс может происходить самопроизвольно, но чаще всего он индуцируется бомбардировкой ядер частицами, такими как нейтроны. Основные характеристики ядерного деления: Расщепление: В ходе ядерного деления, тяжелое ядро, как правило, урана или плутония, разбивается на два более легких ядра. Например, при делении урана-235 возникают два ядра криптона и бария, а также нейтроны.
Энергия: Ядерное деление сопровождается высвобождением огромного количества энергии, как удерживаемой в ядерных бомбах, так и использованной в атомных реакторах для производства электроэнергии.
Риск Прошло более трех десятилетий с тех пор, как советская Украина дала миру представление о том, как может выглядеть наихудший сценарий ядерной аварии. Чернобыльская АЭС, расплавившаяся во время технических испытаний в 1986 году, превратилась в радиоактивные руины на фоне отравленного радиоактивными осадками ландшафта. В 2011 году после землетрясения на японской АЭС "Фукусима" также произошла авария. Подобные разрушительные события достаточно редки для того, чтобы о них можно было писать в шокирующих заголовках.
Однако, по некоторым оценкам, такие аварии могут происходить раз в 10-20 лет, что чревато распространением радиоактивных веществ на сотни и даже тысячи километров. Насколько это может быть опасно? Трудно сказать, это зависит от множества факторов, связанных с плотностью населения, степенью облучения и концентрацией изотопов. По данным Всемирной организации здравоохранения, "перемещенное население Фукусимы страдает от психосоциальных и психических последствий переезда, разрыва социальных связей людей, потерявших жилье и работу, разрыва семейных связей и стигматизации". Иными словами, речь идет не только о риске радиоактивного излучения, о котором мы должны беспокоиться.
Тем не менее, привыкнув к воздействию сжигания ископаемого топлива на здоровье человека, мы мало задумываемся о влиянии на него твердых частиц, образующихся при сжигании угля, который сам по себе тоже не совсем свободен от радиоактивных веществ. Стоимость Для сравнения затрат на производство электроэнергии исследователи используют так называемую выровненную стоимость энергии, или LCOE. Это показатель средней себестоимости выработки электроэнергии, рассчитанный на весь срок службы объекта. Этот показатель зависит от множества факторов, связанных с местоположением и колебаниями ресурсов. Тем не менее, можно получить общее представление о LCOE в мире для сравнения технологий.
Могут ли атомные электростанции спасти мир? Конечно, новые технологии всегда могут изменить ситуацию. Поиск лучших способов улавливания ядерных отходов может сделать их более безопасными или, по крайней мере, дать общественности уверенность в том, что в будущем они будут представлять меньшую угрозу.
Поскольку наибольшее число нейтронов на один поглощенный нейтрон возникает в плутониевом реакторе на быстрых нейтронах 1 МэВ , в режиме воспроизводства лучше использовать плутоний в быстром реакторе или уран-233 в тепловом реакторе, чем уран-235 в реакторе на тепловых нейтронах. Уран-235 более предпочтителен с точки зрения простоты управления, поскольку у него больше доля запаздывающих нейтронов. Сырьевые изотопы. Имеются два сырьевых изотопа: торий-232 и уран-238, из которых получаются делящиеся изотопы уран-233 и плутоний-239. Технология использования сырьевых изотопов зависит от разных факторов, например от необходимости обогащения. Поэтому к торию необходимо добавлять обогащенный делящийся изотоп. Важное значение имеет и число новых нейтронов, приходящееся на один поглощенный нейтрон.
С учетом этого фактора приходится отдать предпочтение урану-233 в случае тепловых нейтронов замедленных до энергии 0,025 эВ , поскольку при таких условиях больше число испускаемых нейтронов, а следовательно, и коэффициент преобразования — число новых делящихся ядер на одно «затраченное» делящееся ядро. Замедлитель служит для уменьшения энергии нейтронов, испускаемых в процессе деления, примерно от 1 МэВ до тепловых энергий около 0,025 эВ. Поскольку замедление происходит главным образом в результате упругого рассеяния на ядрах неделящихся атомов, масса атомов замедлителя должна быть как можно меньше, чтобы нейтрон мог передавать им максимальную энергию. Кроме того, у атомов замедлителя должно быть мало по сравнению с сечением рассеяния сечение захвата, так как нейтрону приходится многократно сталкиваться с атомами замедлителя, прежде чем он замедляется до тепловой энергии. Наилучшим замедлителем является водород, поскольку его масса почти равна массе нейтрона и, следовательно, нейтрон при соударении с водородом теряет наибольшее количество энергии. Но обычный легкий водород слишком сильно поглощает нейтроны, а потому более подходящими замедлителями, несмотря на несколько большую массу, оказываются дейтерий тяжелый водород и тяжелая вода, так как они меньше поглощают нейтроны. Хорошим замедлителем можно считать бериллий. У углерода столь малое сечение поглощения нейтронов, что он эффективно замедляет нейтроны, хотя для замедления в нем требуется гораздо больше столкновений, чем в водороде. Среднее число N упругих столкновений, необходимое для замедления нейтрона от 1 МэВ до 0,025 эВ, при использовании водорода, дейтерия, беррилия и углерода составляет приблизительно 18, 27, 36 и 135 соответственно. Приближенный характер этих значений обусловлен тем, что из-за наличия химической энергии связи в замедлителе столкновения при энергиях ниже 0,3 эВ вряд ли могут быть упругими.
При низких энергиях атомная решетка может передавать энергию нейтронам или изменять эффективную массу в столкновении, нарушая этим процесс замедления. В качестве теплоносителей в ядерных реакторах используются вода, тяжелая вода, жидкий натрий, жидкий сплав натрия с калием NaK , гелий, диоксид углерода и такие органические жидкости, как терфенил. Эти вещества являются хорошими теплоносителями и имеют малые сечения поглощения нейтронов. Лучший из известных замедлителей — тяжелая вода. Ее характеристики близки к характеристикам обычной воды, а сечение поглощения нейтронов — меньше. Натрий является прекрасным теплоносителем, но не эффективен как замедлитель нейтронов. Поэтому его используют в реакторах на быстрых нейтронах, где при делении испускается больше нейтронов. Правда, натрий имеет ряд недостатков: в нем наводится радиоактивность, у него низкая теплоемкость, он химически активен и затвердевает при комнатной температуре. Сплав натрия с калием сходен по свойствам с натрием, но остается жидким при комнатной температуре. Гелий — прекрасный теплоноситель, но у него мала удельная теплоемкость.
Черным цветом показаны атомы урана, вытесненные в междоузельные положения. Ярким свидетельством этого факта служит опубликованные в 2019 и 2020 годах работы французских специалистов. Предлагаемая ими модель даёт значения скорости диффузии, которые в десятки раз ниже измеряемых в специальных экспериментах. По сути, их теория не работает. Однако сам факт опубликования подобных противоречивых результатов говорит о высоком интересе к данной проблеме. Специалисты из МФТИ под руководством заведующего Лабораторией суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния профессора Владимира Владимировича Стегайлова обнаружили принципиально новый физический механизм сверхбыстрой диффузии газа в ядерном топливе. Они смогли смоделировать перемещение нанопузырей ксенона различной концентрации в диоксиде урана на протяжении огромного по атомным масштабам времени — до трех микросекунд три миллиарда шагов интегрирования.
Что такое цепная ядерная реакция и при чём здесь замедлители
Новости, полученные от Гана, были равносильны атомному взрыву в мозгу Лизы Мейтнер. Международная группа ученых выяснила, как именно вращаются атомные ядра после их деления, сообщает МедиаПоток. Ученым впервые в истории удалось зафиксировать, как соединяются и разъединяются атомы. В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются, чтобы вызвать еще большее количество делений.
§ 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы
| Два атома заставили двигаться синхронно на расстоянии 33 км | уДачные советы. 03:00. |
| Открытие ядерного деления - Discovery of nuclear fission | Ядро атома, если это не водород, состоит из набора протонов и нейтронов. |
| Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда | Цепная ядерная реакция – самоподдерживающаяся реакция деления тяжёлых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие всё новые и новые ядра. |
| Элементарно о частицах: физик Дмитрий Бузунов разложил на атомы вопросы школьников | Газ, скапливающийся в ядерном топливе в результате реакций деления, может быстро выходить из него благодаря давлению атомов топлива. |
| Что такое ядерное деление и как оно происходит | Эти избыточные нейтроны, ударяясь о ядра других атомов урана-235, могут запустить цепную реакцию деления, что приводит к атомному взрыву. |
КАК РАБОТАЕТ ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ?
Чаще всего это уран или полоний, которые бомбардируется быстрыми нейтронами. Во-вторых, нельзя не понимать, что деление ядер сопровождается созданием новых нейтронов. В результате количество нейтронов в зоне реакции способно нарастать очень быстро. Каждый нейтрон сталкивается с новыми, еще целыми ядрами, расщепляет их, что приводит к росту выделения тепла. Это и есть цепная реакция деления ядер. Неконтролируемый рост количества нейтронов в реакторе способен привести к взрыву. Именно это и произошло в 1986 году на Чернобыльской АЭС. Поэтому в зоне реакции всегда присутствует вещество, которое поглощает лишние нейтроны, предотвращая катастрофу. Это графит в форме длинных стержней.
Скорость деления ядер можно замедлить, погружая стрежни в зону реакции. Уравнение ядерной реакции составляется конкретно для каждого действующего радиоактивного вещества и бомбардирующих его частиц электроны, протоны, альфа-частицы. Уравнение ядерной реакции также показывает, какое вещество получается в результате распада. Здесь не приведены изотопы химических элементов, однако это важно. Например, существует целых три возможности деления урана, при которых образуются различные изотопы свинца и неона. Почти в ста процентах случаев реакция деления ядра дает радиоактивные изотопы. То есть при распаде урана получается радиоактивный торий. Торий способен распасться до протактиния, тот — до актиния, и так далее.
Радиоактивными в этом ряду могут быть и висмут, и титан. Даже водород, содержащий в ядре два протона при норме один протон , называется иначе — дейтерий. Вода, образованная с таким водородом, называется тяжелой и заполняет первый контур в ядерных реакторах. Немирный атом Такие выражения, как «гонка вооружений», «холодная война», «ядерная угроза» современному человеку могут показаться историческими и неактуальными. Но когда-то каждый выпуск новостей почти по всему миру сопровождался репортажами о том, сколько изобретено видов ядерного оружия и как надо с этим бороться. Люди строили подземные бункеры и делали запасы на случай ядерной зимы. Целые семьи работали на создание убежища. Даже мирное использование реакций деления ядер может привести к катастрофе.
Казалось бы, Чернобыль научил человечество аккуратности в этой сфере, но стихия планеты оказалась сильнее: землетрясение в Японии повредило весьма надежные укрепления АЭС «Фукусима». Энергию ядерной реакции использовать для разрушения гораздо легче. Технологам необходимо лишь ограничить силу взрыва, чтобы не разрушить ненароком всю планету. Наиболее «гуманные» бомбы, если их можно так назвать, не загрязняют окрестности радиацией. В целом чаще всего они используют неконтролируемую цепную реакцию. То, чего на атомных электростанциях стремятся всеми силами избежать, в бомбах добиваются весьма примитивным способом. Для любого естественно радиоактивного элемента существует некоторая критическая масса чистого вещества, в котором цепная реакция зарождается сама собой. Для урана, например, это всего пятьдесят килограммов.
Так как уран очень тяжелый, это лишь небольшой металлический шарик 12-15 сантиметров в диаметре.
На фотографии треки осколков, образовавшихся при делении ядра урана в камере Вильсона. Механизм деления ядра урана Эмигранты из нацисткой Германии Л. Мейтнер и О. Фриш в 1939 г. Сумели объяснить механизм деления ядра урана на основе капельной модели ядра, предложенной Н.
Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в противоположные стороны. Кинетическая энергия новых ядер обусловлена кулоновскими силами. Если суммарная энергия связи ядер-осколков меньше, чем энергия связи ядра урана, то реакция сопровождается выделением огромной энергии в виде кинетической энергии осколков, энергии гамма-квантов и энергии вторичных нейтронов. Обнаружено, что при бомбардировке нейтронами урана-235 образуется 80 различных ядер. 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.
Установки, на которых атомная энергия преобразуется в электрическую, называются атомными электростанциями. Ключевые слова.
Для визуального наблюдения спектром используются спектроскопами, для фотографирования - спектрографами. Основным элементом таких устройств является диспергирующая среда в виде трехгранных призм или дифракционных решеток. Спектр атома водорода. В видимой области спектральные линии атомного водорода в своей последовательности обнаруживает простые закономерности.
Первая линия серии называется головной. Поскольку в конце серии происходит наложение линий друг на друга, нельзя определить последнюю линию серии. Ее определяют как границу серии - линию с номером, равной бесконечности. Можно формулу 4 переписать следующим образом 6 Обычно квантовое число m называют номером серии, а число n - номер линий в данной серии с номером m. В еще более универсальном виде формула примет вид 7 Здесь T m или T n называются спектральными термами. Это и есть основной закон излучения атома, называется комбинационным принципом Ридберга-Ритца.
Закон деления атома
Но как можно было образовать барий из урана? Никаких более крупных фрагментов, чем протоны или ядра гелия альфа-частицы , никогда не отделяли от ядер, и для того, чтобы отколоть большое количество, не было достаточно энергии. Может быть, капля могла бы более постепенно разделиться на две более мелкие капли, сначала вытянувшись, затем сузившись и, наконец, разорвавшись, а не разбившись на две части? Мы знали, что существуют сильные силы, которые будут сопротивляться такому процессу, так же как поверхностное натяжение обычной жидкой капли имеет тенденцию сопротивляться ее разделению на две меньшие.
Но ядра отличались от обычных капель в одном важном отношении: они были электрически заряжены, а это, как известно, противодействовало поверхностному натяжению. Но возникла другая проблема. После разделения две капли разошлись бы друг от друга за счет их взаимного электрического отталкивания и приобрели бы высокую скорость и, следовательно, очень большую энергию, всего около 200 МэВ; откуда могла взяться эта энергия?
Итак, вот источник этой энергии; все подошло! Основное открытие и химическое доказательство Отто Гана и Фрица Штрассмана того, что изотоп бария был получен нейтронной бомбардировкой урана, было опубликовано в статье в Германии в Journal. Naturwissenschaften, 6 января 1939 г.
Фундаментальную идею этого эксперимента предложил Фришу Джордж Плачек. Первая газета появилась 11 февраля, вторая - 28 февраля. Присуждение Нобелевской премии по химии 1944 года одному только Хану - давняя полемика.
Четыре года спустя Бор должен был бежать в Швецию из оккупированной нацистами Дании на маленькой лодке вместе с тысячами других датских евреев в ходе крупномасштабной операции. Незадолго до отъезда Бора из Дании Фриш и Мейтнер предоставили ему свои расчеты. Розенфельд сразу же по прибытии рассказал всем в Принстонском университете, и от них новость устно распространилась среди соседних физиков, включая Энрико Ферми из Колумбийского университета.
Ферми во время путешествия, чтобы получить Нобелевскую премию за свою более раннюю работу. В результате бесед между Ферми, Джоном Р. Даннингом и Дж.
Пеграмом в Колумбии были предприняты поиски мощных импульсов ионизации, которые можно было бы ожидать от летающих фрагментов ядра урана. Перед завершением встречи в Вашингтоне было начато несколько других экспериментов для подтверждения деления, и было сообщено о положительном экспериментальном подтверждении. Группа Фредерика Жолио-Кюри в Париже обнаружила, что вторичные нейтроны высвобождаются при делении урана, что делает возможной цепную реакцию.
Лео Сциллард и Уолтер Зинн независимо друг от друга подтвердили, что при делении ядер урана испускаются два нейтрона. Сцилард, еврей по происхождению из Венгрии, также бежал из континентальной Европы после прихода Гитлера и в конечном итоге оказался в США. Летом Ферми и Сцилард предложили идею ядерного реактора котла с природным ураном в качестве топлива и графитом в качестве замедлителя энергии нейтронов.
В августе венгерско-еврейские беженцы Сциллард, Теллер и Вигнер убедили австрийско-еврейского беженца Эйнштейна предупредить президента Рузвельта об угрозе со стороны Германии. В письме говорилось о возможности доставки урановой бомбы по морю. Президент получил его 11 октября 1939 года, вскоре после начала Второй мировой войны.
В Англии Джеймс Чедвик на основе статьи Рудольфа Пайерлса предложил атомную бомбу, использующую природный уран, с массой, необходимой для критического состояния, 30-40 тонн. В декабре Гейзенберг представил военному министерству Германии отчет о возможности урановой бомбы. В Бирмингеме, Англия, Отто Роберт Фриш объединился с Рудольфом Пайерлсом, который также бежал от немецких антиеврейских расовых законов.
Они придумали идею использования очищенного изотопа урана, урана-235, и выяснили, что бомба из обогащенного урана может иметь критическую массу всего 600 г вместо тонн, и что полученный в результате взрыв будет огромным на самом деле количество оказалось 15 кг. В феврале 1940 года они доставили меморандум Фриша-Пайерлса, однако в то время официально считались «вражескими пришельцами». Уран-235 был выделен Ниером, а деление с медленными нейтронами было подтверждено Даннингом.
Немецко-еврейский беженец Фрэнсис Саймон в Оксфорде определил количественно газодиффузионное разделение U-235. В 1941 году американский физик Эрнест О.
Как вы могли заставить их реагировать? Давайте представим, что у вас есть доступ к чистой U-235. Поскольку на вашей кухне нет ядерного реактора, в котором используется так называемый замедлитель для приведения нейтронов в контакт с ураном, ваш единственный вариант - собрать вместе критическую массу материала. Так что просто возьми вок, полный U-235. Он будет готовить самостоятельно. Есть одна маленькая проблема: «Если бы у кого-то было так много и попыталось собрать это вместе, они бы убили себя», - сказал Хансен. Подпишитесь на нас в Твиттере llmysteries, а затем присоединяйтесь к нам в facebook, Следите за Натали Вулчовер в Твиттере nattyover. На разделении атомов работают атомные электростанции.
Однако не все эксперты разделяют эту точку зрения. По его мнению, здесь позиции России по-прежнему сильны. Кроме того, эксперт не считает, что из-за кризиса обстановка в ядерной энергетике революционно преобразуется. Кроме того, по мнению эксперта, они доказали свою высокую надежность и безопасность. Поэтому экспорт российских атомных технологий имеет значительный потенциал к расширению.
Напомним, что по состоянию на август 2009 года в мире строилось 49 реакторов, причем только три из них принадлежат к реакторам третьего поколения.
Вот поиском способа провести самоподдерживающуюся цепную реакцию и занялись Ферми и его коллеги. Через пару лет они смогли перейти от теоретической проработки к экспериментам. Однако для этого нужно было построить ядерный реактор.
Реактор действительно напоминал поленницу лучше не скажешь из брикетов прессованного оксида урана и графитовых блоков. По мере сооружения реактора ученые проводили измерения и отслеживали, насколько близко они подошли к критической массе, необходимой для начала реакции. Она была достигнута 1 декабря. В итоге реактор содержал 5,4 тонны металлического урана, 45 тонн оксида урана и 360 тонн графита.
Деление атомных ядер: История Лизы Мейтнер и Отто Ганна
Деление атома урана" (9 класс). Если не остановить процесс деления атомов, энергии будет слишком много, и произойдет взрыв. Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В 1939 г физиками О. Фришем и Л. Мейтнером была предложена капельная модель ядра, в рамках которой был описан процесс деления ядра атома урана.
Физический обзор
- Физика атома и ядра. Слепцов И.А., Слепцов А.А.
- КАК РАБОТАЕТ ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ?
- Что такое деление ядра
- Открытие ядерного деления
- Деление атомного ядра
Основы строения атома. Просто о сложном
Из-за малого радиуса действия сильной связывающей силы большие ядра должны содержать пропорционально больше нейтронов, чем легкие элементы, которые наиболее стабильны при соотношении протонов и нейтронов 1-1. Дополнительные нейтроны стабилизируют тяжелые элементы, потому что они усиливают сильное связывание, не увеличивая протон-протонное отталкивание. В продуктах деления в среднем примерно такое же соотношение нейтронов и протонов, что и в их родительском ядре, и поэтому они обычно нестабильны, поскольку имеют пропорционально слишком много нейтронов по сравнению со стабильными изотопами аналогичной массы. Это основная причина проблемы высокоактивных радиоактивных отходов ядерных реакторов. Продукты деления, как правило, являются бета-излучателями, излучающими быстро движущиеся электроны для сохранения электрического заряда, поскольку избыточные нейтроны превращаются в протоны внутри ядра атомов продуктов деления. Наиболее распространенные виды ядерного топлива, 235U и 239Pu, сами по себе не представляют серьезной радиологической опасности: 235Период полураспада U составляет около 700 миллионов лет, и хотя 239Период полураспада Pu составляет всего около 24000 лет, он является чистым эмиттером альфа-частиц и, следовательно, не особенно опасен, если его не проглотить. После использования топливного элемента оставшийся топливный материал тщательно смешивается с высокорадиоактивными продуктами деления, которые испускают энергичные бета-частицы и гамма-лучи.
У некоторых продуктов деления период полураспада составляет всего секунды; у других периоды полураспада составляют десятки тысяч лет, что требует длительного хранения в таких объектах, как гора Юкка, до тех пор, пока продукты деления не распадутся на нерадиоактивные стабильные изотопы. Цепные реакции Многие тяжелые элементы, такие как уран, торий и плутоний, подвергаются как спонтанному делению, форме радиоактивного распада, так и индуцированное деление, форма ядерной реакции. Элементарные изотопы, которые подвергаются индуцированному делению при ударе свободным нейтроном, называются делящимися; изотопы, которые подвергаются делению при ударе теплового, медленно движущегося нейтрона, также называются делящимися. Несколько особенно делящихся и легко доступных изотопов особенно 235U и 239Pu называют ядерным топливом, потому что оно может поддерживать цепную реакцию и может быть получено в достаточно больших количествах, чтобы быть полезным. Все делящиеся и делящиеся изотопы подвергаются небольшому спонтанному делению, которое выделяет несколько свободных нейтронов в любой образец ядерного топлива. Такие нейтроны быстро выходят из топлива и становятся известными как свободные нейтроны с периодом полураспада около 15 минут, прежде чем они распадутся на протоны и бета-частицы.
Однако нейтроны почти всегда сталкиваются и поглощаются другими ядрами, находящимися поблизости, задолго до того, как это происходит вновь созданные нейтроны деления движутся со скоростью примерно 7 процентов от скорости света, и даже замедленные нейтроны движутся примерно в 8 раз быстрее, чем это происходит. Некоторые нейтроны будут воздействовать на ядра топлива и вызывать дальнейшие деления, высвобождая еще больше нейтронов. Если достаточное количество ядерного топлива собрано в одном месте или если нейтроны улетучиваются в достаточной степени, то количество этих только что сгенерированных нейтронов превышает количество нейтронов, выходящих из сборки, и устойчивая цепная ядерная реакция состоится. Сборка, которая поддерживает устойчивую цепную ядерную реакцию, называется критической сборкой или, если сборка почти полностью сделана из ядерного топлива, критической массой. Слово «критический» относится к пику в поведении дифференциального уравнения, которое определяет количество свободных нейтронов, присутствующих в топливе: если присутствует меньше критической массы, то количество нейтронов определяется радиоактивным распадом, но если если присутствует критическая масса или больше, то количество нейтронов контролируется физикой цепной реакции. Фактическая масса критическая масса ядерного топлива сильно зависит от геометрии и окружающих материалов.
Не все делящиеся изотопы могут поддерживать цепную реакцию. Например, 238U, самая распространенная форма урана, расщепляется, но не расщепляется: он подвергается индуцированному делению при столкновении с энергичным нейтроном с кинетической энергией более 1 МэВ. Но слишком мало нейтронов, производимых 238Деление урана достаточно энергично, чтобы вызвать дальнейшее деление в 238U, поэтому цепная реакция с этим изотопом невозможна. Вместо этого бомбардировка 238U с медленными нейтронами заставляет его поглощать их становясь 239U и распад бета-излучением до 239Np, который затем снова распадается тем же процессом до 239Pu; этот процесс используется для производства 239Pu в реакторах-размножителях, но не участвует в цепной нейтронной реакции. Делящиеся, неделящиеся изотопы могут использоваться в качестве источника энергии деления даже без цепной реакции. Бомбардировка 238U с быстрыми нейтронами вызывает деление, высвобождая энергию, пока присутствует внешний источник нейтронов.
Этот эффект используется для увеличения энергии, выделяемой современным термоядерным оружием, путем покрытия оружия оболочкой. Реакторы деления Реакторы критического деления являются наиболее распространенным типом ядерных реакторов. В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются, чтобы вызвать еще большее количество делений, чтобы поддерживать контролируемое количество высвобождения энергии. Устройства, которые производят спроектированные, но несамостоятельные реакции деления, являются подкритические реакторы деления. Такие устройства используют радиоактивный распад или ускорители частиц для запуска деления. Критические реакторы деления строятся для трех основных целей, которые обычно предполагают различные инженерные компромиссы, чтобы использовать либо тепло, либо нейтроны, производимые цепной реакцией деления: Энергетические реакторы предназначены для производства тепла для ядерной энергетики либо в составе генерирующей станции, либо в местной энергосистеме, например, на атомной подводной лодке.
Реакторы-размножители предназначены для массового производства ядерного топлива из более распространенных изотопов. Более известный реактор-размножитель на быстрых нейтронах делает 239Pu ядерное топливо из очень богатых в природе 238U не ядерное топливо. Тепловые реакторы-размножители, ранее испытанные с использованием 232Че продолжают изучать и развивать. Хотя, в принципе, все реакторы деления могут работать на всех трех уровнях мощности, на практике задачи приводят к противоречивым инженерным целям, и большинство реакторов было построено с учетом только одной из вышеперечисленных задач. Есть несколько ранних контрпримеров, таких как реактор Hanford N, который в настоящее время выведен из эксплуатации.
Впрочем, на изотопные источники питания её иногда хватает. А таких атомов раз-два - и обчёлся - это прежде всего уран-325 и плутоний-239. LeonidВысший разум 388973 2 года назад А-а, ну да, конечно.
Leonid, ответ спустя 13 лет.
Атом урана-235 поглощает нейтрон и делится на два новых атома осколки деления , высвобождая три новых нейтрона и некоторую энергию связи. Один из этих нейтронов поглощается атомом урана-238 и не продолжает реакцию. Другой нейтрон просто теряется и ни с чем не сталкивается, также не продолжая реакцию. Однако один нейтрон действительно сталкивается с атомом урана-235, который затем делится и высвобождает два нейтрона и некоторую энергию связи.
Оба этих нейтрона сталкиваются с атомами урана-235, каждый из которых делится и высвобождает от одного до трех нейтронов, которые затем могут продолжить реакцию. Основная статья: Ядерная цепная реакция Некоторые тяжелые элементы, такие как уран , торий и плутоний , подвергаются как самопроизвольному делению - форме радиоактивного распада, так и индуцированному делению - форме ядерной реакции. Элементарные изотопы, которые подвергаются вынужденному делению при ударе свободным нейтроном , называются делящимися ; изотопы, которые подвергаются делению при ударе медленным тепловым нейтроном , также называются делящимися. Несколько особенно делящихся и легко доступных изотопов в частности, 233 U, 235 U и 239 Pu называют ядерным топливом, потому что они могут поддерживать цепную реакцию и могут быть получены в достаточно больших количествах, чтобы быть полезными. Все делящиеся и делящиеся изотопы подвергаются небольшому спонтанному делению, которое высвобождает несколько свободных нейтронов в любой образец ядерного топлива.
Такие нейтроны быстро вырвутся из топлива и станут свободными нейтронами со средним временем жизни около 15 минут, прежде чем они распадутся на протоны и бета-частицы. Некоторые нейтроны будут воздействовать на ядра топлива и вызывать дальнейшие деления, высвобождая еще больше нейтронов. Если в одном месте собрано достаточно ядерного топлива или если нейтроны улетучиваются, то количество этих только что испускаемых нейтронов превышает количество нейтронов, выходящих из сборки, и будет иметь место устойчивая цепная ядерная реакция. Сборка, которая поддерживает устойчивую цепную ядерную реакцию, называется критической сборкой или, если сборка почти полностью сделана из ядерного топлива, критической массой. Слово «критический» относится к пику в поведении дифференциального уравнения, которое определяет количество свободных нейтронов, присутствующих в топливе: если присутствует меньше критической массы, то количество нейтронов определяется радиоактивным распадом , но если если присутствует критическая масса или больше, то количество нейтронов контролируется физикой цепной реакции.
Фактическая масса из критической массы ядерного топлива сильно зависит от геометрии и окружающих материалов. Не все делящиеся изотопы могут поддерживать цепную реакцию. Например, 238 U, самая распространенная форма урана, расщепляется, но не расщепляется: он подвергается вынужденному делению при столкновении с энергичным нейтроном с кинетической энергией более 1 МэВ. Однако слишком мало нейтронов, образующихся при делении 238 U, достаточно энергичны, чтобы вызвать дальнейшее деление 238 U, поэтому цепная реакция с этим изотопом невозможна. Вместо этого бомбардировка 238 U медленными нейтронами заставляет его поглощать их превращаясь в 239 U и распадаться за счет бета-излучения до 239 Np, который затем снова распадается тем же процессом до 239 Pu; этот процесс используется для производства 239 Pu в реакторах-размножителях.
Производство плутония на месте также способствует нейтронной цепной реакции в других типах реакторов после того, как было произведено достаточное количество плутония-239, поскольку плутоний-239 также является делящимся элементом, который служит топливом. Подсчитано, что до половины энергии, производимой стандартным реактором "без размножителя", производится за счет деления плутония-239, производимого на месте, в течение всего жизненного цикла топливной загрузки. Делящиеся, неделящиеся изотопы могут использоваться в качестве источника энергии деления даже без цепной реакции. Бомбардировка 238 U быстрыми нейтронами вызывает деление с высвобождением энергии, пока присутствует внешний источник нейтронов. Это важный эффект во всех реакторах, где быстрые нейтроны делящегося изотопа могут вызывать деление близлежащих ядер 238 U, что означает, что некоторая небольшая часть 238 U «сгорает» во всех ядерных топливах, особенно в реакторах на быстрых нейтронах.
Тот же самый эффект быстрого деления используется для увеличения энергии, выделяемой современным термоядерным оружием , путем покрытия оружия 238 U для реакции с нейтронами, высвобождаемыми ядерным синтезом в центре устройства. Но взрывные эффекты цепных реакций ядерного деления можно уменьшить, используя такие вещества, как замедлители, которые замедляют скорость вторичных нейтронов. Реакторы критического деления являются наиболее распространенным типом ядерных реакторов. В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются, чтобы вызвать еще большее количество делений, чтобы поддерживать контролируемое количество высвобождения энергии. Устройства, которые производят спроектированные, но несамостоятельные реакции деления, являются подкритическими реакторами деления.
Такие устройства используют радиоактивный распад или ускорители частиц для запуска деления. Критические реакторы деления строятся для трех основных целей, которые обычно предполагают различные инженерные компромиссы, чтобы использовать либо тепло, либо нейтроны, производимые цепной реакцией деления: Энергетические реакторы предназначены для производства тепла для ядерной энергетики в составе генерирующей станции или местной энергосистемы, такой как атомная подводная лодка. Более известный реактор на быстрых нейтронах производит 239 Pu ядерное топливо из очень распространенного в природе 238 U не ядерного топлива. Реакторы-размножители, ранее испытанные с использованием 232 Th для образования делящегося изотопа 233 U ториевый топливный цикл , продолжают изучаться и разрабатываться. Хотя в принципе все реакторы деления могут работать на всех трех уровнях мощности, на практике задачи приводят к противоречивым инженерным целям, и большинство реакторов построено с учетом только одной из вышеперечисленных задач.
Есть несколько ранних контрпримеров, таких как реактор Hanford N , который сейчас списан. Силовые реакторы обычно преобразуют кинетическую энергию продуктов деления в тепло, которое используется для нагрева рабочей жидкости и привода теплового двигателя, который вырабатывает механическую или электрическую энергию. В паровой турбине в качестве рабочего тела обычно используется вода, но в некоторых конструкциях используются другие материалы, например, газообразный гелий. Исследовательские реакторы производят нейтроны, которые используются по-разному, при этом теплота деления рассматривается как неизбежный продукт отходов. Реакторы-размножители представляют собой специализированную форму исследовательских реакторов с оговоркой, что облучаемый образец обычно является самим топливом, смесью 238 U и 235 U.
Для более подробного описания физики и принципов работы критических реакторов деления см. Описание их социальных, политических и экологических аспектов см. В ядерной энергетике. Бомбы деления Гриб от атомной бомбы , сброшенной на Нагасаки, Япония , 9 августа 1945 года, вырос более чем в 18 км 11 миль над бомбы эпицентра. Приблизительно 39 000 человек были убиты атомной бомбой, из которых 23 145—28 113 были японскими фабричными рабочими, 2 000 - корейскими рабами и 150 - японскими комбатантами.
Один из классов ядерного оружия , бомба деления не путать с термоядерной бомбой , иначе известная как атомная бомба или атомная бомба , представляет собой реактор деления, предназначенный для высвобождения как можно большего количества энергии как можно быстрее, прежде чем высвободится энергия вызывает взрыв реактора и остановку цепной реакции. Разработка ядерного оружия была мотивацией ранних исследований ядерного деления, которые Манхэттенский проект во время Второй мировой войны 1 сентября 1939 - 2 сентября 1945 выполнил большую часть ранних научных работ по цепным реакциям деления, кульминацией которых стали три события. Первая бомба деления под кодовым названием «Гаджет» была взорвана во время испытаний Тринити в пустыне Нью-Мексико 16 июля 1945 года. Две другие бомбы деления под кодовым названием « Маленький мальчик » и « Толстяк » использовались в бою против в японских городов Хиросима и Нагасаки в 6 и 9 августа 1945 года , соответственно. Даже первые бомбы деления были в тысячи раз более взрывоопасными, чем сопоставимая масса химического взрывчатого вещества.
Например, Маленький Мальчик весил в общей сложности около четырех тонн из которых 60 кг составляло ядерное топливо и имел длину 11 футов 3,4 м ; он также привел к взрыву мощностью около 15 килотонн в тротиловом эквиваленте , разрушившему большую часть города Хиросима. Современное ядерное оружие которое включает термоядерный синтез, а также одну или несколько стадий деления в сотни раз более энергетически по своему весу, чем первые атомные бомбы чистого деления см. Хотя фундаментальная физика цепной реакции деления в ядерном оружии аналогична физике управляемого ядерного реактора, эти два типа устройств должны быть спроектированы совершенно по-разному см. Физику ядерного реактора. Ядерная бомба спроектирована так, чтобы высвободить всю свою энергию сразу, в то время как реактор спроектирован так, чтобы генерировать постоянный запас полезной энергии.
Хотя перегрев реактора может привести и привел к расплавлению и паровым взрывам , гораздо меньшее обогащение урана делает невозможным взрыв ядерного реактора с такой же разрушительной силой, как у ядерного оружия. Также трудно извлечь полезную мощность из ядерной бомбы, хотя, по крайней мере, одна ракетная двигательная установка, Проект Орион , была предназначена для работы путем взрыва бомб деления за массивно защищенным и защищенным космическим кораблем. Стратегическое значение ядерного оружия является одной из основных причин , почему технология ядерного деления является политически чувствительным. Жизнеспособные конструкции бомб деления, возможно, под силу многим, будучи относительно простыми с инженерной точки зрения. Однако сложность получения расщепляющегося ядерного материала для реализации проектов является ключом к относительной недоступности ядерного оружия для всех, кроме современных промышленно развитых правительств, имеющих специальные программы по производству расщепляющихся материалов см.
Обогащение урана и ядерный топливный цикл. История Основная статья: Открытие ядерного деления Хан и Мейтнер в 1912 году Открытие ядерного деления произошло в 1938 году в зданиях Химического общества кайзера Вильгельма , ныне являющегося частью Свободного университета Берлина , после более чем четырех десятилетий работы в области науки о радиоактивности и разработки новой ядерной физики , описывающей компоненты атомы. В 1911 годе Эрнест Резерфорд предложил модель атома , в которой очень маленькие, плотные и положительно заряженные ядра из протонов были окружены орбитой, отрицательно заряженные электроны на модели Резерфорда. Нильс Бор улучшил это в 1913 году, согласовав квантовое поведение электронов модель Бора. В работах Анри Беккереля , Марии Кюри , Пьера Кюри и Резерфорда было уточнено, что ядро, хотя и тесно связано, может подвергаться различным формам радиоактивного распада и тем самым превращаться в другие элементы.
Например, при альфа-распаде : испускание альфа-частицы - двух протонов и двух нейтронов, связанных вместе в частицу, идентичную ядру гелия.
Их исследования показали, что это новый радиоактивный изотоп бария, 56-го элемента, с атомным весом, немногим больше половины веса урана. И если созерцание невозможного, которое происходило перед их недоверчивым взором, не было само по себе неожиданностью, то появление в химическом «вареве» другого вещества казалось просто невероятным: вторым из трех новых разновидностей мнимого радия оказался радиоактивный изотоп лантана — 57-го элемента, соседа бария по периодической таблице элементов!
Действительно, это был тот самый лантан, который впервые увидела Ирен Жолио-Кюри, когда наличие примеси привело ее к выводу, что это не лантан. Это было подобно тому, как если бы они положили в инкубатор страусиное яйцо, а вылупились бы цыпленок и голубь. Сначала ученые не поверили своим глазам и были убеждены, что допустили какую-то ошибку, хотя их эксперименты отличались скрупулезной точностью.
Однако когда они попытались обнаружить эту ошибку, то не смогли найти ни одного слабого звена в цепи своих доказательств. Тогда ученые провели целую серию хитроумных и тонких экспериментов, но каждый опыт давал все новые и новые убедительные доказательства того, что эти элементы действительно являются радиоактивными изотопами бария и лантана. Положение еще более усугубилось, когда у них появились серьезные основания считать третий из элементов новым радиоактивным изотопом церия, 58-го элемента.
Сомнений в этом быть не могло: химические исследования подтверждали, что бомбардировка урана нейтронами очень малой энергии около одной четвертой электронвольта приводила к образованию трех радиоактивных видов легких элементов — бария, лантана и церия, соответственно 56, 57 и 58-го элементов. Откуда могли появиться эти три легких элемента? Ничто никогда не возникает из ничего, поэтому было ясно, что единственным источником этих элементов был атом урана.
Это означало, что нейтрон расщепил ядро тяжелого атома урана на три почти равные части — барий, лантан и церий, каждый из которых являлся одним из осколков ядра урана. Так оно и было в действительности, как об этом через несколько недель узнал изумленный мир. Но Ган и Штрассман были химиками и хорошо знали, что в соответствии с общепринятыми концепциями физики расщепление атома урана было невероятным.
Для них, химиков, было слишком большой самоуверенностью бросать вызов таким прославленным именам в области физики, как Эйнштейн, Планк, Бор и Ферми. Как через несколько лет сказал мне Ган, «физики бы этого не позволили». Однако как химики они были уверены, что радиоактивные изотопы бария, лантана и церия, безусловно, созданы в результате бомбардировки урана нейтронами, хотя их истинная природа все еще оставалась неясной для физиков.
Как бы то ни было, Ган и Штрассман сознавали, что сделали великое открытие, которое должно проложить путь к новым областям знаний. И они отдавали себе отчет в том, что соревнуются со своим старым соперником — Ирен Жолио-Кюри, которая в любую минуту может понять свою ошибку и объявить всему миру, что она получила лантан из урана и, возможно, расщепила атом урана. Поэтому, даже не закончив полностью свои опыты, Ган и Штрассман подготовили детальный научный доклад о проведенных ими эпохальных опытах, проявляя при этом большую осторожность, чтобы не наступить на пятки своим коллегам-физикам.