Таким образом, реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду. Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году. Поскольку вода замедляет нейтроны, ее попадание ускоряло деление ядер урана в расплаве. 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).
Открытие спонтанного деления ядер урана
| Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА . Курчатов | В 1938 г. был открыт процесс деления атомных ядер урана нейтронами. |
| Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция | Физический класс | Повторные реакции деления ядер урана и плутония, зафиксированные на Чернобыльской АЭС, потенциально опасны и требуют серьезных наблюдений. |
| 15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл | Прежде всего, была экспериментально доказана справедливость гипотезы о делении ядра урана и непосредственно измерена энергия деления. |
Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана
Нильс Бор на знаменитой конференции по теоретической физике в Вашингтоне 26 января 1939 года сообщил об открытии деления урана. Деление ядра урана — это процесс расщепления ядра, в результате которого происходит освобождение энергии и эмиссии ядерных частиц. Для научного сообщества эти строчки были лишь необузданной фантазией поэта, однако всего через семнадцать лет, в 1938 году, Отто Ган (, 1879–1968) и Фриц Штрассман (, 1902–1980) открыли деление ядер урана. Ядро урана-238 захватывает нейтрон, превращается в нептуний-239, а затем, путём испускания электрона, превращается в плутоний-239. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Физики синтезировали изотоп урана с избытком нейтронов впервые с 1979 года.
Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников
Комментарии 1 За прошедшие с установки Нового безопасного конфайнмента 5 лет ученые заметили, что количество выделяемых нейтронов начало расти. Несколько недель назад ученые со всего мира отметили важную дату — 35 лет со дня аварии на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 года. Уже прошло почти 5 лет, как над станцией была надвинута новая защитная конструкция — Новый безопасный конфайнмент НБК , построенный консорциумом из европейских компаний. Однако до сих пор местные ученые фиксируют опасные явления, которые несут риски в будущем. Речь идет о продолжающихся реакциях деления в массе расплава. Он образовался, когда после аварии урановые стержни с циркониевыми оболочками вместе с графитовыми управляющими стержнями и песком, которым засыпали активную зону, расплавились и превратились в лаву. Эта лава растеклась по подвальным помещениям реакторного зала и затвердела.
Вместе они производят потенциальный барьер. Как и в случае альфа-распада, чтобы произошло спонтанное деление ядра атома урана, фрагменты должны преодолеть этот барьер с помощью квантового туннелирования. Вынужденное расщепление Гораздо более вероятным является индуцированное деление ядра урана.
Если родитель его поглощает, то они связываются, высвобождая энергию связи в виде колебательной энергии, которая может превысить 6 МэВ, необходимых для преодоления потенциального барьера. Там, где энергии дополнительного нейтрона недостаточно для преодоления потенциального барьера, падающий нейтрон должен обладать минимальной кинетической энергией для того, чтобы иметь возможность индуцировать расщепление атома. В случае 238U энергии связи дополнительных нейтронов не хватает около 1 МэВ. Это означает, что деление ядра урана индуцируется только нейтроном с кинетической энергией больше 1 МэВ. С другой стороны, изотоп 235U имеет один непарный нейтрон. Этого достаточно для освобождения количества энергии, необходимого для того, чтобы ядро преодолело потенциальный барьер и деление изотопа происходило при столкновении с любым нейтроном. Бета-распад Несмотря на то что при реакции деления испускаются три или четыре нейтрона, осколки по-прежнему содержат больше нейтронов, чем их стабильные изобары. Это означает, что фрагменты расщепления, как правило, неустойчивы по отношению к бета-распаду. Ядерные реакции: деление ядер урана Прямое излучение нейтрона из нуклида со слишком большим их количеством для обеспечения стабильности ядра маловероятно.
Здесь дело заключается в том, что нет кулоновского отталкивания, и поэтому поверхностная энергия имеет тенденцию к удержанию нейтрона в связи с родителем.
Расследование показало, что концентрация урана-235 в руднике такая же, как в отработанной атомной станции, но деление ядер произошло 1,8 миллиарда лет назад. Учёные предположили, что это единственный на планете «природный ядерный реактор», сработавший сам по себе. Однако, открыватели атомной энергии давно доказали, что ядерная реакция может быть получена только искусственным путем.
Вернадский писал в 1935 году: «Недалек тот день, когда человек овладеет тайнами атомной энергии — источником колоссальной силы, который даст человечеству возможность строить свою жизнь по своему усмотрению.
Сумеет ли человек правильно использовать эту энергию, направить ее на благие цели, а не на самоуничтожение: достаточно ли зрелыми являются люди для того, чтобы разумно использовать ту силу, которую они неизбежно получат из рук ученых? Ган и Ф. Штрассман послали на публикацию работу, в которой доказали, что под действием медленных нейтронов происходит деление ядер урана, сопровождающееся выделением огромной энергии. Фриш и Мейтнер по телефону сообщили свои выводы Бору, находившемуся в тот момент в Америке. Бор передал эти сообщения, тоже по телефону, четырем американским лабораториям, имеющим циклотрон, и через десять дней эти лаборатории подтвердили гипотезу о делении урана.
Уже к февралю 1939 года это явление было подтверждено работами ряда физических лабораторий мира. Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую. Все достижения, как зарубежные, так и собственные, горячо обсуждали на Курчатовском семинаре. Была проанализирована, в частности, только что выполненная работа Ю. Харитона и Я.
Зельдовича, в которой авторы провели расчет цепной реакции деления урана и показали, что, обогащая природный уран его легким изотопом ураном-235 , можно получить взрывную реакцию. Они установили и условия решения этой задачи[226]. С целью изучения возможности цепной реакции на быстрых нейтронах Курчатов развернул свои первые исследования по проблеме деления тяжелых ядер. В тематическом плане НИР ЛФТИ на 1940 год по своей лаборатории он планировал детально изучить взаимодействие нейтронов с ядрами урана и тория и выяснить, возможна ли цепная ядерная реакция и каковы условия ее осуществления[227]. Проведение этого исследования с самого начала Курчатов взял под свою опеку: разработал план и методику проведения контрольных экспериментов, выделил в качестве лаборатории двум молодым физикам, своим дипломникам Г.
Флерову и К. Петржаку, часть своего кабинета в Физтехе. Флеров и Петржак исследовали этот вопрос с помощью созданного ими под руководством своего научного руководителя детектора нейтронов — камеры деления с рекордной чувствительностью. Чувствительность их камеры деления была прямо пропорциональна площади ее электродов, на которые тонким слоем был нанесен уран, из которого выходили осколки деления. Она была в тысячу раз выше, чем у Уилларда Либби, проводившего аналогичные опыты в Калифорнийском университете.
Конструкцию своей камеры Флеров и Петржак построили наподобие образа конденсатора переменной емкости. В отличие от последнего все 25 пластин камеры были жестко закреплены. Их общая площадь равнялась тысяче квадратных сантиметров. Петржак, умея хорошо рисовать он освоил это ремесло в детстве, чтобы прокормиться и не пропасть среди беспризорников , нанес на электроды камеры чрезвычайно ровный слой окиси урана и покрыл его затем сусальным золотом. Такое покрытие являлось совершенно необходимым условием для того, чтобы в случае появления пылинки на поверхности электрода исключить на выходе камеры импульсы, возникающие в области пылинки, где происходит пробой газового промежутка между пластинами.
При проведении длительного фонового опыта экспериментаторы обнаружили мощный импульс, характерный для осколков деления. Курчатов, проанализировав результаты опыта как новое явление, потребовал «бросить все и заниматься… год, два, десять, сколько потребуется, чтобы уяснить его суть до конца». Наметил контрольные эксперименты, приказал повысить еще чувствительность камеры. В нее ввели эманацию радия — радон. Фон возрос, но скорость счета импульсов не изменилась.
Курчатов приказал защитить камеру толстым слоем вещества, чтобы исключить влияние космических частиц. Для этого проверку следовало проводить под водой или под землей. Научный руководитель распорядился закончить эксперимент в ЛФТИ, а продолжить его в водах Финского залива, в процессе чего наблюдаемое новое явление самопроизвольного деления урана подтвердилось. Тогда исследователи впервые назвали этот процесс «спонтанным делением». Для дополнительных экспериментов Курчатов добился разрешения использовать московскую станцию метро «Динамо».
Около полугода Флеров и Петржак работали в Москве под шестидесятиметровым слоем земли. Эффект и здесь оказался прежним. Выяснилось, что спонтанное деление ядер урана не связано с космическим излучением[228]. Через месяц Курчатов пришел к уверенности, что совокупность экспериментальных данных служит бесспорным доказательством существования в природе нового вида радиоактивности. Он поручил своим сотрудникам подготовить сообщение.
Короткую заметку об открытии, подписанную Флеровым и Петржаком, А. Иоффе направил по трансатлантическому кабелю каблограммой в американский журнал «Physical Review», и в июне 1940 года она увидела свет.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
Открытие деления урана. Цепная реакция деления ядер урана – это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. Первым открытым процессом деления ядра было вынужденное деление изотопа урана-235 нейтронами. Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. Деление ядра урана вследствие бомбардировки
Открытие спонтанного деления ядер урана
| Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть? | На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана. |
| Что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле | Нейтроны, излучаемые ядрами урана, вызывают деление других ядер урана с появлением новых нейтронов — так происходит самоподдерживающаяся цепная реакция, благодаря которой мы получаем большое количество энергии. |
| Ядерные реакции | Реферат рассказывает о процессе деления ядер урана, обусловленном взаимодействием электростатических сил отталкивания протонов и ядерных сил притяжения. |
Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется?
В ответ на последующие сообщения Гана о его новых сомнениях в методах отделения пришли тревожные встречные вопросы «Так что же, все сомнительно? Вопреки всем сомнениям, Ган и Штрассман в своем печатном сообщении от 8 ноября 1938 г. Кроме того, был найден второй такой же ряд превращений изотопов радия при бомбардировке тория быстрыми нейтронами: о нем, по существу, уже сообщали Мейтнер, Штрассман и Гаи после того, как еще в 1935 г. Предварительная схема торий-нейтронных реакций имела вид: Атомы радия а также актиния и тория в разных реакциях данной и предыдущей схем предполагались имеющими одинаковую массу, так как они возникали из одинаковых атомов урана и тория, т. Выяснение факта существования столь многочисленных изомеров радия было бы весьма значительным научным открытием, если бы оно не оказалось фиктивным. Вновь и вновь возникал вопрос, действительно ли это радий? Особое значение придавалось обогащению изомеров в силу их крайне малых количеств и, следовательно, малой интенсивности излучения. Этими опытами началась последняя фаза великого открытия. Ни отделения, ни обогащения изомеров радия не удалось достичь ни одним из примененных методов: то, что предполагалось радием и безошибочно характеризовалось точным значением периода полураспада, всегда и с постоянной интенсивностью сопровождало барий. Радиохимическое разделение радия и бария не удалось. Оно было, наконец, признано невозможным.
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».
Некоторые из этих изотопов образуются при спонтанном делении ядер урана. Наиболее изучен радиоактивный ит-трий-91, образующийся, в частности, при взрывах атомного оружия. Наряду со стронцием-90 этот изотоп считается одним из наиболее опасных продуктов распада.
Опасен и дочерний продукт строн-ция-90 - иттрий-90. Нейтроны же доставляются в этот природный реактор тремя источниками: космическим излучением, реакцией спонтанного деления ядер урана и реакциями типа а, п между а - частицами, испускаемыми ураном и легкими ядрами, входящими в состав руд.
Не можешь найти — моделируй! Когда речь идет о процессах на глубинах в тысячи километров, следует иметь в виду, что, с одной стороны, они недоступны непосредственному экспериментальному исследованию, с другой — их не всегда возможно изучать и в лабораторных установках, где трудно создать аналогичные физические условия. Но в современной науке существует еще один универсальный инструмент познания — компьютерное моделирование. В 2005 г. Задача была не из легких, поскольку методы теории реакторов традиционно применяются для расчета процессов длительностью максимум в годы, а здесь потребовалось просчитывать интервалы в миллиарды лет! Согласно их идее при кристаллизации магматического океана происходило «гравитационное разделение вещества по плотности», в результате которого силикаты, кристаллизуясь, всплывали, а соединения тяжелых актиноидов оседали на внутреннее ядро планеты. В дальнейшем сконцентрировавшаяся таким образом масса актиноидов, и в первую очередь соединения урана, играла роль ядерного реактора, генерирующего энергию, обусловленную цепными реакциями деления. К сожалению, в самой основе этой занимательной гипотезы лежит недоразумение.
Кристаллизация каких-либо соединений актиноидов в виде самостоятельных минеральных фаз, которые могли бы погружаться в недра планеты, в магматическом океане невозможна. Прежде всего, это обусловлено исключительно низкими концентрациями урана и других актиноидов в протопланетном веществе. При кристаллизации расплава, который возникает на основе такого вещества, весь уран распределяется в кристаллической решетке породообразующих минералов или на их границах в виде примеси, как и многие другие редкие и рассеянные элементы. Конечно, образование скоплений редких элементов в природе возможно вспомним, например, самородное золото , только это происходит в коре и не в результате кристаллизации магматических расплавов, а за счет разгрузки гидротермальных растворов, транспортирующих эти элементы и сбрасывающих их при изменении физических условий. В ходе геологических процессов зарождающиеся в недрах планеты магматические расплавы вследствие более низкой плотности по сравнению с твердым веществом перемещаются к поверхности. В тех случаях, когда они прорываются на поверхность, возникает вулкан. Когда такой расплав застревает на глубине и кристаллизуется в магматической камере, образуется твердое магматическое тело, называемое интрузивом. Дифференциация вещества по плотности при формировании магматических тел принципиально ничем не отличается от такой дифференциации при затвердевании расплава в магматическом океане. Однако кристаллизующиеся силикаты магния и железа в этих расплавах вопреки предположению авторов обсуждаемой гипотезы не всплывают, а тонут, потому что их плотность всегда выше плотности жидкой фазы. Утверждая, что плотность магмы увеличится за счет железа, авторы упускают из виду, что в магматическом океане металл сразу образует самостоятельную жидкую фазу, не смешивающуюся с силикатной, которая опустится на дно задолго до начала кристаллизации силикатов.
Возвращаясь к интрузивам, заметим, что никаких скоплений минералов, сложенных актиноидами, на дне соответствующих магматических камер нет, несмотря на то, что концентрация урана как в самих интрузивных телах, так и в исходных расплавах зачастую на два порядка превосходит его концентрацию в протопланетном веществе и магматическом океане. Все происходит ровно наоборот: основная часть урана концентрируется в остаточной жидкости, которая, как правило, собирается в верхней части магматической камеры, после того как основной объем расплава уже затвердел. Поэтому, даже если бы в этих последних порциях расплава и возникли какие-то тяжелые урансодержащие минералы, опускаться им было бы некуда. Конечно, для объективной оценки обсуждаемой гипотезы необходимы исследования специалистов в различных областях науки. Что касается геологической составляющей, то я считаю, что предложенная концепция пока не подтверждается фактическим материалом. Пушкарев, д. Расчеты показали, что теоретически существуют разные сценарии работы реактора. По некоторым из них его активность могла давно прекратиться, по другим — продолжаться до настоящего времени. Максимальная продолжительность возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов. В результате содержание легко делящегося урана-235 поддерживается на достаточно высоком уровне, и получается реактор-размножитель на быстрых нейтронах.
Ряд глобальных явлений на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет. О причинах этих колебаний нет единого мнения. По обломочным окаменевшим моренам и ледниково-морским осадкам, обнаруженным на всех континентах, ученые восстановили ледниковую историю Земли за последние 2,5 млрд лет. В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох. Периодичность потеплений-похолоданий, соответствующая смене ледниковых эпох, составляет около 100 тыс. Подробнейшая информация о палеоклимате получена при бурении ледниковых щитов в Антарктиде. Каково значение этого факта? Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим. Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз.
Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс. Почему происходит смена магнитных полюсов? Магнитное поле планеты формируется благодаря циркуляции расплавленного железа во внешнем ядре. Движение электропроводящей жидкости в магнитном поле создает самоподдерживающуюся систему, своего рода геодинамо. Но для образования мощных переменных течений в ядре, приводящих к изменению магнитного поля, необходимы и мощные нестационарные источники тепла. Вполне подходящими кандидатами на эту роль опять-таки являются природные ядерные реакторы Вполне естественно предположить, что при работе реактора из-за тепловыделения возникают конвективные потоки, вызывающие разрыхление активной зоны. В какой-то момент цепная реакция деления останавливается. Когда выделение тепла прекращается и конвективные потоки ослабевают, уран медленно оседает — цепная реакция возобновляется. Таким образом, геореактор может работать и в импульсном режиме.
Об этом «Вечерней Москве» рассказал инженер-физик Андрей Ожаровский. Требуется срочно провести дополнительные измерения концентрации радионуклидов в воздухе, температуры радиоактивной массы и другого. В теории возможно возобновление цепной реакции — это путь к ухудшению радиационной обстановки, — заявил специалист. По его словам, возобновление подобной реакции опасно в первую очередь для жителей близлежащих к Чернобылю городов — Гомеля и Чернигова. Также «вторичная критичность» представляет угрозу для работников «зоны».
Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана. При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно. Слайд 5Деление ядер урана Первым открытым процессом деления ядра урана было вынужденное деление. Для научного сообщества эти строчки были лишь необузданной фантазией поэта, однако всего через семнадцать лет, в 1938 году, Отто Ган (, 1879–1968) и Фриц Штрассман (, 1902–1980) открыли деление ядер урана.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
При попадании нейтрона в ядро урана-235 происходит деление на две половины, сопровождающееся высвобождением энергии. Описывается спонтанное и вынужденное деление ядер, а также его роль в ядерной энергетике. Тип: реферат Введение Описание темы работы, актуальности, целей, задач, тем содержашихся внутри работы. Контент доступен только автору оплаченного проекта Физические принципы деления ядер урана Объяснение взаимодействия электростатических сил отталкивания протонов и ядерных сил притяжения при делении ядер урана. Описание процесса деформации ядра урана-235 и его разделения на две половины при попадании нейтрона. Контент доступен только автору оплаченного проекта Спонтанное деление ядер урана Исследование спонтанного деления ядер урана, происходящего без внешнего воздействия. Рассмотрение условий, при которых может происходить самопроизвольное деление ядер урана и высвобождение энергии. Контент доступен только автору оплаченного проекта Вынужденное деление ядер урана Анализ вынужденного деления ядер урана, вызванного взаимодействием с другими частицами, в основном с нейтронами.
Последнее — редкость. Число их протонов находится в промежутке от 89 до 103. Все актиниды радиоактивны, но уран называют одним из четырех наиболее радиоактивных элементов, наряду с радием, полонием и торием.
Кривая периода полураспада.
Дефект массы. Деление ядер урана. Цепная реакция Физика 9 класс 55 Инфоурок Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуальной работы.
Вода принимает состояние пара с высоким давлением, который направляется в турбину, соединенную с электрогенератором, после чего вода попадает в конденсатор. Отсутствие утечки радиации обусловлено работой теплоносителя I II по замкнутым циклам. Турбина атомной электростанции используется в качестве тепловой машины, которая определяет по второму закону термодинамики общую эффективность станций.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
На стенде наглядно и красочно проиллюстрированы все этапы процесса деления атомного ядра. Ядро, схематически представленное как шар, деформируется, обретая гантелеобразную форму со все более сужающимся перешейком. В результате происходит разделение ядра на пару осколков, сопровождающееся высвобождением колоссального энергетического потенциала. 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.
Этот процесс Бор и Уиллер считали вполне естественным. Однако подтвердить их гипотезу на практике никак не удавалось. Все попытки, предпринятые за океаном, потерпели фиаско — приборы оказались слишком малочувствительными. В СССР самопроизвольное деление ядер урана стали называть на иностранный лад — спонтанным. А проверить справедливость зарубежной гипотезы Игорь Васильевич Курчатов поручил молодым физикам-аспирантам Радиевого института Константину Петржаку и Георгию Флёрову. Исследователи принялись за дело с энтузиазмом. Прежде всего, стали создавать измерительную аппаратуру.
Петржак в юные годы работал на фарфоровом заводе, где расписывал чашки и блюдца. Приобретённый навык пригодился, когда потребовалось нанести на пластины создаваемого детектора идеально ровный слой суспензии урана с шеллаком. После просушки пластины покрыли сверху сусальным золотом.
Да, Ган, как и Габер, тоже делал химическое оружие и навсегда получил отвращение к войне после нескольких проведенных газовых атак. Главная встреча в научной жизни Гана случилась в 1907 году, когда Отто получил профессорскую позицию в Берлине. И у них началось… Нет, не то, что вы могли подумать, а дружба и совместная научная работа, которая продлилась 31 год. В 1938 году, когда случился аншлюс Австрии, еврейку Мейтнер лишили гражданства, и она с трудом, при помощи Гана, бежала в Швецию. Еще одного коллегу и соавтора по главному открытию, Вильгельма Траубе, Ган спасти не сумел: в 1942 году он погиб в тюрьме гестапо в Берлине. Они выделили долгоживущий радиоактивный изотоп нового вещества, который назвали прото-актинием.
Как оказалось позже, в 1913 году работавшие в Карлсруэ Казимир Фаянс и его ученик Освальд Геринг не путать с Германом! В 1949 году IUPAC окончательно утвердила название Гана — Мейтнер, «отредактировав» его в протактиний и признав за ними приоритет первооткрывателей. Он открыл еще один уран, «уран-Z», который отличается от «урана-Х2», но тоже имеет массу 234, то есть, это другое ядро, но не изотоп. При этом ошибки нет, а значит, обнаружено что-то совсем новое. Только полтора десятка лет спустя Карл Вайцзеккер сумел объяснить явление изомерии атомных ядер — существование метастабильных возбужденных состояний ядра с достаточно большим для обнаружения временем жизни. И примечательно, что первым ядром, у которого удалось увидеть изомерию, оказался открытый Ганом протактиний. Путь к атомной электростанции и атомной бомбе был открыт.
Критическая масса шарообразного куска урана-235 приблизительно равна 50 кг, а его радиус при этом всего 9 см, так как уран имеет очень большую плотность. Закрепление материала — выполнение лабораторной работы «Изучение деления ядра атома урана по фотографии треков». Откройте, пожалуйста, учебник на странице 307. Прочтите описание работы. Вам нужно ответить на два вопроса в Задании 1 и Задании 2 для выполнения этого задания используйте закон сохранения заряда в ядерных реакциях. Домашнее задание. Оформите лабораторную работу, фото пришлите учителю на электронную почту: rul.
Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра
Например, при делении ядра урана выделяется энергия порядка 200 МэВ., содержащего 238 нуклонов, Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рисунке При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном. Схема цепной реакции деления урана-235 нейтронами при эффективном коэффициенте размножения нейтронов больше единицы. (Фото РИА Новости). Скачок цен на углеводороды в Европе подхлестнул давние споры о судьбе атомных электростанций. Вскоре они обнаружили, что камера продолжает регистрировать деление и после удаления источника нейтронов: происходит самопроизвольное деление ядер урана без бомбардировки их нейтронами. Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон.
Деление ядер урана презентация
| Открытие спонтанного деления ядер урана | процессе деления путем Вывод Делиться на части могут только ядра некоторых тяжелых Цепные ядерные реакции При делении ядра урана освобождаются 2-3 нейтрона. |
| Ядерные реакции. Деление ядер урана | Британия с ЕС в разводе, у нее своя заготовка для Зеленского — снаряды с обедненным ураном. |
| Парадоксы ядерной гонки / Концепции / Независимая газета | 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. |
| Деление урана — PhysBook | Следовательно, при делении ядра урана освобождается энергия порядка 0,9 МэВ/нуклон или приблизительно 210 МэВ на один атом урана. |
| Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса | Реферат рассказывает о процессе деления ядер урана, обусловленном взаимодействием электростатических сил отталкивания протонов и ядерных сил притяжения. |
Справочник химика 21
Вскоре обнаружилось, что ядерное деление является источником огромной энергии. Исследования Энрико Ферми , Отто Гана и Лизы Мейтнер, а также многих других ученых позволили разобраться в природе ядерного деления. Об этом написано много увлекательных книг, и можно порекомендовать прочесть о подробностях этих важных открытий в литературе, цитированной в конце данной главы. Таким образом , альфа-излучающие элементы — уран и торий — являются источниками нейтронов в природе. Нейтроны в природе выделяются также в результате спонтанного деления ядер урана-235, открытого в 1940 г.
Флеровым и Петражаком. Период полураспада при спонтанном делении урана-235 равен Ю лет. В солнечной системе за планетой Уран следует Нептун. Так и в ряду химических элементов за ураном по-латыни uranium следует нептуний neptunium.
Они испытывали К- захват ядро нептуния впитывало в себя один из электронов атомной оболочки и превращалось в уран. В некоторых случаях дочернее ядро урана оказывалось на высоком возбужденном уровне проще говоря, у ядра оказывался большой избыток энергии ,и оно распадалось на осколки. Так был открыт новый вид ядерных превращений — деление чдер после К-захвата. С одной стороны, казалось бы, этот дополнительный запас прочиости нечетных ядер исключает возможность наблюдать спонтанное деление ядер 105-го.
С другой стороны, однако, с увеличением порядкового номера элемента вероятность спонтанного деления его изотопов резко увеличивается как для четных элементов , так и для нечетных. Если, например, к ядру урана-238 добавить 8 протонов, то мы получим ядро фермия-246, для которого вероятность спонтанного деления увеличивается более чем в 10 раз по сравнению с ураном-238. Сечение захвата особенно велико в области резонансного поглощения. Доля нейтронов , не поглотившаяся при замедлении, учитывается коэффициентом Ф — вероятностью избежать резонансного захвата.
Все замедлившиеся нейтроны захватываются или ядрами среды. Доля нейтронов , поглощаемых ураном, определяется коэффициентом теплового использования д. Таким образом , по завершении нейтронного цикла к нейтронов предшествующего поколения обращается в ицфт у нейтронов следующего поколения, и, следовательно, по определению [c.
Соединения же тяжелых актиноидов, выделяясь из расплава по мере роста давления и кристаллизуясь, оседали на внутреннее твердое железоникелевое ядро планеты. Из сейсмологических исследований известно, что переходная зона между внешним жидким и внутренним твердым ядром Земли толщиной 2—3 км имеет мозаичную структуру. При этом основными структурными элементами являются относительно тонкие взвешенные слои протяженностью до нескольких десятков километров.
Возможно, именно они и являются областями концентрации тяжелых радиоактивных элементов. Не можешь найти — моделируй! Когда речь идет о процессах на глубинах в тысячи километров, следует иметь в виду, что, с одной стороны, они недоступны непосредственному экспериментальному исследованию, с другой — их не всегда возможно изучать и в лабораторных установках, где трудно создать аналогичные физические условия. Но в современной науке существует еще один универсальный инструмент познания — компьютерное моделирование. В 2005 г. Задача была не из легких, поскольку методы теории реакторов традиционно применяются для расчета процессов длительностью максимум в годы, а здесь потребовалось просчитывать интервалы в миллиарды лет!
Согласно их идее при кристаллизации магматического океана происходило «гравитационное разделение вещества по плотности», в результате которого силикаты, кристаллизуясь, всплывали, а соединения тяжелых актиноидов оседали на внутреннее ядро планеты. В дальнейшем сконцентрировавшаяся таким образом масса актиноидов, и в первую очередь соединения урана, играла роль ядерного реактора, генерирующего энергию, обусловленную цепными реакциями деления. К сожалению, в самой основе этой занимательной гипотезы лежит недоразумение. Кристаллизация каких-либо соединений актиноидов в виде самостоятельных минеральных фаз, которые могли бы погружаться в недра планеты, в магматическом океане невозможна. Прежде всего, это обусловлено исключительно низкими концентрациями урана и других актиноидов в протопланетном веществе. При кристаллизации расплава, который возникает на основе такого вещества, весь уран распределяется в кристаллической решетке породообразующих минералов или на их границах в виде примеси, как и многие другие редкие и рассеянные элементы.
Конечно, образование скоплений редких элементов в природе возможно вспомним, например, самородное золото , только это происходит в коре и не в результате кристаллизации магматических расплавов, а за счет разгрузки гидротермальных растворов, транспортирующих эти элементы и сбрасывающих их при изменении физических условий. В ходе геологических процессов зарождающиеся в недрах планеты магматические расплавы вследствие более низкой плотности по сравнению с твердым веществом перемещаются к поверхности. В тех случаях, когда они прорываются на поверхность, возникает вулкан. Когда такой расплав застревает на глубине и кристаллизуется в магматической камере, образуется твердое магматическое тело, называемое интрузивом. Дифференциация вещества по плотности при формировании магматических тел принципиально ничем не отличается от такой дифференциации при затвердевании расплава в магматическом океане. Однако кристаллизующиеся силикаты магния и железа в этих расплавах вопреки предположению авторов обсуждаемой гипотезы не всплывают, а тонут, потому что их плотность всегда выше плотности жидкой фазы.
Утверждая, что плотность магмы увеличится за счет железа, авторы упускают из виду, что в магматическом океане металл сразу образует самостоятельную жидкую фазу, не смешивающуюся с силикатной, которая опустится на дно задолго до начала кристаллизации силикатов. Возвращаясь к интрузивам, заметим, что никаких скоплений минералов, сложенных актиноидами, на дне соответствующих магматических камер нет, несмотря на то, что концентрация урана как в самих интрузивных телах, так и в исходных расплавах зачастую на два порядка превосходит его концентрацию в протопланетном веществе и магматическом океане. Все происходит ровно наоборот: основная часть урана концентрируется в остаточной жидкости, которая, как правило, собирается в верхней части магматической камеры, после того как основной объем расплава уже затвердел. Поэтому, даже если бы в этих последних порциях расплава и возникли какие-то тяжелые урансодержащие минералы, опускаться им было бы некуда. Конечно, для объективной оценки обсуждаемой гипотезы необходимы исследования специалистов в различных областях науки. Что касается геологической составляющей, то я считаю, что предложенная концепция пока не подтверждается фактическим материалом.
Пушкарев, д. Расчеты показали, что теоретически существуют разные сценарии работы реактора. По некоторым из них его активность могла давно прекратиться, по другим — продолжаться до настоящего времени. Максимальная продолжительность возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов. В результате содержание легко делящегося урана-235 поддерживается на достаточно высоком уровне, и получается реактор-размножитель на быстрых нейтронах. Ряд глобальных явлений на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет.
О причинах этих колебаний нет единого мнения. По обломочным окаменевшим моренам и ледниково-морским осадкам, обнаруженным на всех континентах, ученые восстановили ледниковую историю Земли за последние 2,5 млрд лет. В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох. Периодичность потеплений-похолоданий, соответствующая смене ледниковых эпох, составляет около 100 тыс. Подробнейшая информация о палеоклимате получена при бурении ледниковых щитов в Антарктиде. Каково значение этого факта?
Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим. Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз. Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс. Почему происходит смена магнитных полюсов? Магнитное поле планеты формируется благодаря циркуляции расплавленного железа во внешнем ядре.
Движение электропроводящей жидкости в магнитном поле создает самоподдерживающуюся систему, своего рода геодинамо. Но для образования мощных переменных течений в ядре, приводящих к изменению магнитного поля, необходимы и мощные нестационарные источники тепла.
В отличие от многих современных ядерных реакторов, СР-1 не имел системы охлаждения. Уран гораздо важнее, чем вы думаете Распад тория, урана и калия-40 является основным источником тепла вблизи мантии Земли, который управляет критической мантийной конвекцией и удерживает внешнюю жидкость в противоположность твердому внутреннему ядру. Это тепло также играет важную роль в тектонике плит.
Уран-уранового, уран—ториевого и уран-свинцового датирования. Он также используется для создания высокоэнергетических рентгеновских лучей. Это самый тяжелый природный элемент, известный нам Тяжесть элемента может быть определена двумя способами; с точки зрения его атомного веса и с точки зрения его плотности. С 92 протонами в его ядре и атомным весом около 238,0289 уран является самым тяжелым природным элементом на Земле. Самым тяжелым синтетическим элементом, известным на сегодняшний день, является Оганесон атомный номер 118.
Уран очень нестабилен Все изотопы урана очень нестабильны, и это в основном из-за его размера. Том Зеллнер в своей книге «Уран: война, энергия и скала» описал уран примерно так: «Атом урана настолько перегружен, что он начал отливать из себя куски, как обманутый человек может сорвать с себя одежду». Уран был впервые выделен в 1841 году. Фотопластинки Беккереля, которая была засвечена излучением солей урана. 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.
Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим.
Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз. Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс. Почему происходит смена магнитных полюсов? Магнитное поле планеты формируется благодаря циркуляции расплавленного железа во внешнем ядре.
Движение электропроводящей жидкости в магнитном поле создает самоподдерживающуюся систему, своего рода геодинамо. Но для образования мощных переменных течений в ядре, приводящих к изменению магнитного поля, необходимы и мощные нестационарные источники тепла. Вполне подходящими кандидатами на эту роль опять-таки являются природные ядерные реакторы Вполне естественно предположить, что при работе реактора из-за тепловыделения возникают конвективные потоки, вызывающие разрыхление активной зоны. В какой-то момент цепная реакция деления останавливается.
Когда выделение тепла прекращается и конвективные потоки ослабевают, уран медленно оседает — цепная реакция возобновляется. Таким образом, геореактор может работать и в импульсном режиме. Определяющим показателем хода цепной реакции является коэффициент размножения нейтронов k, который равен отношению числа нейтронов, вновь образовавшихся в реакциях деления, к количеству нейтронов, поглощенных в ходе реакции либо покинувших активную зону. Тогда в каждом новом поколении нейтронов становится все больше, и они, в свою очередь, вызывают все больше делений ядер.
Возникает лавинообразный процесс. Согласно проведенным расчетам максимально возможный коэффициент размножения ведет себя следующим образом: вначале он падает в течение 1 млрд лет, однако затем более-менее стабилизируется и остается больше единицы вплоть до настоящего времени. Представляется, что более вероятен импульсный сценарий работы реактора, когда периоды активности перемежаются периодами «простоя». Так, как это было в маленьком природном реакторе Окло, но только с большей продолжительностью циклов.
По мнению авторов, временные характеристики рассчитанного импульсного режима можно соотнести с рядом периодических явлений, наблюдаемых на поверхности Земли, таких как глобальные изменения климата или смена магнитных полюсов. Откуда летят геонейтрино? Сторонники точки зрения, что Земля является ядерным реактором, сегодня связывают особые надежды с электронным антинейтрино. Нейтрино практически не реагируют с веществом и поэтому обладают огромной проникающей способностью, почти без потерь проходя через все тело Земли.
Их регистрация — сложная научная и техническая задача. В течение двух лет ученые зафиксировали 152 события, но после отсечения фона осталось всего 25 — по одному в месяц. Главными источниками фона оказались промышленные реакторы Японии и Южной Кореи. Полное число антинейтрино может быть частично связано с мощностью действующего геореактора и частично — с естественным распадом различных нестабильных ядер в недрах Земли.
Из данных KamLAND следует, что полная плотность потока геонейтрино составляет примерно 16 млн частиц в секунду на кв. Это соответствует источнику тепла, порождаемого ядерными реакциями, мощностью от 24 до 60 ТВт. Первое из двух чисел оказалось близким к величине «избыточного» тепла, излучаемого Землей, о котором шла речь выше. И многие специалисты склоняются к мнению, что это объяснение наиболее правдоподобно.
Энергетические спектры нейтрино, образующихся при делении разных ядер, отличаются. Русов с коллегами выполнили компьютерное моделирование и определили спектральные составляющие геонейтрино от различных внутренних источников — урана-238, тория-232, плутония-239. Суммарную мощность геореактора они оценили в 30 ТВт. Результаты этой работы также свидетельствуют в пользу импульсного режима размножения.
Этой темой активно занимаются и геологи, и химики, и физики, и математики. Так, в Институте геологии и минералогии СО РАН разработана модель термохимического плюма — канала, заполненного магматическим расплавом, который простирается из земных недр до поверхности Н. Добрецов, А. Кирдяшкин, А.
Кирдяшкин, 2001, 2004. Данные по удельным расходам излияния магм мантийных плюмов за последние 150 млн лет, а также их корреляция с инверсиями магнитного поля Земли Larson, Olson, 1991 подтверждают наш тезис, что плюмы зарождаются на ядро-мантийной границе. Плюм формируется при обязательном наличии теплового потока из жидкого ядра. Изучение тепло- и массообмена на подошве термохимического плюма и взаимодействия канала плюма со свободными конвективными течениями в мантии приводит к заключению, что источник тепла действительно расположен в ядре, как и предполагают авторы гипотезы глубинного геореактора.
Что касается изотопного состава гелия, то повышенное содержание гелия-3, обнаруженное в плюмах, указывает на то, что в ядре Земли идут какие-то процессы, связанные с ядерными превращениями. Но, к сожалению, мы очень мало знаем о том, что происходило в начальный момент формирования планеты, и существовал ли, как считают авторы, «океан магмы». Поэтому вопрос о скоплениях актиноидов в ядре еще предстоит разрешить. Причиной же климатических изменений, о которых упоминают авторы статьи, на мой взгляд, не могут быть колебания температуры в ядре Земли.
Ведь глубинные температурные флуктуации передаются на поверхность мантийными конвективными течениями примерно через 100 млн лет, а плюмы могут донести эти изменения за 1—5 млн лет.