Ввиду этого взрыв атомной бомбы, если он происходит в подходящей среде, может вызвать вспышку термоядерной реакции (см. §226). Внутри Чернобыльской атомной электростанции в массах уранового топлива начались реакции деления.
ГЛАВА 4 Открытие деления
В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются для того, чтобы вызвать еще большее количество делений. В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью. Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер. Сколько воды можно нагреть на 10 °С, если использовать всю энергию, которая выделяется при делении 10 15 атомов урана. На Солнце атомы водорода сливаются, образуя гелий, высвобождая энергию и делая возможной жизнь на Земле.
Деление атома
Но деление атомов сразу после церемонии не начнется. Это только первая сборка с ядерным топливом, и нужно загрузить еще 162 комплекта. На запуск цепной реакции уйдет два месяца, и только потом энергоблок постепенно наберет мощность, передает корреспондент НТВ Эдмунд Желбунов. Это и будет то, что специалисты считают «биением атомного сердца». Приборы впервые зафиксируют деление ядер урана, а реактор из сложной металлической конструкции превратится в полноценную атомную установку, чтобы обеспечить половину энергопотребления Петербурга и Ленинградской области.
Стрежни с кадмием или бором, поглощающие нейтроны, вводят в активную зону. Этот процесс позволяет контролировать скорость цепной реакции. Охлаждение активной зоны производится с помощью прокачиваемого теплоносителя в качестве воды или металла с низкой температурой плавления натрий.
Охлаждение активной зоны производится с помощью прокачиваемого теплоносителя в качестве воды или металла с низкой температурой плавления натрий. Передача тепловой энергии воде производится теплоносителем, находящимся в парогенераторе. Вода принимает состояние пара с высоким давлением, который направляется в турбину, соединенную с электрогенератором, после чего вода попадает в конденсатор.
Альфа-распад сдвигает два элемента вниз; бета-распад сдвигает один элемент вверх. Содди и Казимир Фаянс независимо друг от друга наблюдали в 1913 году, что альфа-распад заставил атомы сместиться В результате реорганизации периодической таблицы радий был помещен в группу II, актиний в группе вернула его в исходное положение в периодической таблице , в то время как потеря двух бета-частиц вернула его в исходное положение. Содди предсказал, что этот неизвестный элемент, на котором он назван после Дмитрий Менделеев , как «экатанталий», будет тем, что он назвал III, торий в группе IV и уран в группе VI. Вскоре Фаянс и Освальд Гельмут Геринг известру его как проду кт распа да бета-испу скающего продукта тория. Основываясь на законе радиоактивного вытеснения Фаянса и Содди , это был изотоп недостающего элемента, который они назвали «бревиум» в честь его короткого периода полураспада. Однако это был бета-излучатель и поэтому не мог быть материнским изотопом актиния. Это должен быть другой изотоп. Отто Хан окончил Марбургский университет по специальности химик-органик, но работал исследователем после докторской степени в Университетском колледже Лондона под руководством сэра Уильяма Рамзи и Резерфорд в Университета Макгилла , где он изучал радиоактивные изотопы. В 1906 году он вернулся в Германию, где стал ассистентом Эмиля Фишера в Берлинском университете. В МакГилл он использовал систему сотрудничать с физиком, поэтому он объединился с Лиз Мейтнер , которая получила докторскую степень в Венском университете в 1906 году, переехала в Берлин для изучения физики у Макса Планка в Университета Фридриха Вильгельма. Мейтнер нашла Хана, который был ее ровесником, менее устрашающим, чем старшие и более выдающиеся коллеги. Хан и Мейтнер переехали в недавно созданный Институт химии кайзера Вильгельма в 1913 году и к 1920 году стали руководителями своих собственных лабораторий там со своими студентами, исследовательскими программами и оборудованием. Новые лаборатории открывали новые возможности, поскольку были загрязнены радиоактивными веществами, чтобы исследовать слабо радиоактивные вещества. Они разработали новую технику отделения тантала от урановой обманки, которая, как они надеялись, ускорит выделение нового изотопа. Хан был в немецкую армию, а Мейтнер добровольцем рентгенологом в госпиталях австрийской армии. Она вернулась в Институт кайзера Вильгельма в октябре 1916 года, когда были призваны не только Хан, но и большинство студентов, лаборантов и техников. Поэтому Мейтнер пришлось делать все сама, и Хан, когда он вернулся домой в отпуск, лишь ненадолго помогал. К декабрю 1917 года ей действительно удалось доказать, что это отсутствующий изотоп. Она представила свои результаты для публикации в марте 1918 года. Хотя Фаянс и Геринг были первыми, кто представил этот элемент, представлен самым распространенным изотопом, а бревиум - нет. Фаянс согласился с тем, чтобы Мейтнер назвал элемент протактиний и присвоил ему химический символ Па. В июне 1918 года Содди и Джон Крэнстон объявили, что они извлекли образец изотопа, но в отличие от Мейтнер не смогла описать его характеристики. Они признали приоритет Мейтнер и согласились с названием. Связь с ураном оставалась загадкой, поскольку ни один из известных изотопов урана не распался на протактиний. Он оставался нераскрытым, пока уран-235 не был обнаружен в 1929 году. Трансмутация Ирен Кюри и Фредерик Жолио в их парижской лаборатории в 1935 году. Патрик Блэкетт смог осуществить ядерную трансмутацию азот в кислороде в 1925 году, используя альфа-частицы, направленный на азот. В атомных ядерных реакциях первая реакция следующая:. Полностью искусственная ядерная реакция и ядерная трансмутация были осуществлены в апреле 1932 года Эрнестом Уолтоном и Джоном Кокрофтом , которые использовали искусственно ускоренные протоны против лития , чтобы разрушить это ядро. Этот подвиг был широко известен как «расщепление атома», но не был ядерным делением ; поскольку это не было инициирования процесса внутреннего процесса радиоактивного распада. Всего за несколько недель до подвига Кокрофта и Уолтона другой ученый из Кавендишской лаборатории , Джеймс Чедвик , открыл нейтрон , используя гениальное устройство, сделанное из сургуч , посредством реакции бериллия с альфа-части:. Они отметили, что радиоактивность сохраняется после прекращения нейтронной эмиссии. Они не только открыли новую форму радиоактивного распада в виде излучения позитронов , они превратили один элемент в неизвестный до сих пор радиоактивный изотоп другого, тем самым вызвав радиоактивность там, где ее раньше не было. Радиохимия теперь больше не ограничивалась определенными тяжелыми элементами, а распространялась на всю таблицу Менделеева. Разетти посетил лабораторию Мейтнер в 1931 году, а затем в 1932 году, после открытия Чедвиком нейтрона. Мейтнер показал ему, как приготовить полоний-бериллиевый источник нейтронов. По возвращении в Рим Разетти построил счетчики Гейгера и камеру Вильсона , смоделированную по образцу Мейтнер. Ферми изначально намеревался использовать полоний в качестве источника альфа-частиц, как это сделали Чедвик и Кюри. Радон был более сильным воздействием альфа-частиц, но он также испускал бета- и гамма-лучи, что нанесло ущерб оборудованию для обнаружения в лаборатории.
Открыт механизм вращения осколков деления ядер атомов
Тамм, а также некоторые зарубежные ученые предложили использовать для удержания плазмы сильные магнитные поля. Если начальная скорость параллельна магнитному полю, частица движется свободно по инерции вдоль линии магнитного поля, так как в этом случае сила Лоренца равна нулю. В общем случае, когда начальная скорость направлена произвольно, имеет место сложение прямолинейного и кругового движений — частица описывает винтовую траекторию, навивающуюся на линию магнитного поля рис. Такой характер движения сохраняется в неоднородном магнитном поле, если на расстоянии порядка шага «винта» направление магнитной индукции поля изменяется незначительно рис. Частица оказывается как бы привязанной к линии поля — она удерживается на постоянном расстоянии от нее, равном радиусу спирали. Радиус спирали прямо пропорционален скорости частицы и обратно пропорционален магнитной индукции см. В реальной плазме на движение частиц влияют соударения между ними Ии внутренние электрические и магнитные пол плазмы они всегда имеются, так как плазма состоит из заряженных частиц. Ввиду этого рассмотрение действия внешнего магнитного поля на движение частиц плазмы оказывается очень сложным. Основная особенность, однако, остается— магнитное поле, искривляя траектории частиц, очень сильно затрудняет их движение в направлении, перпендикулярной к линиям внешнего магнитного поля.
Эта особенность и используется для удержания изоляции плазмы. Магнитное поле используется также и для нагрева плазмы: при изменении магнитной индукции возникает э. К настоящему времени физики научились нагревать плазму, правда весьма разреженную, до температуры сто миллионов градусов и удерживать ее в таком состоянии в течение сотых долей секунды. Эти успехи позволяют надеяться, что на описанном пути удастся в конечном счете осуществить управляемую, а не взрывную, как в водородной бомбе, термоядерную реакцию. При взрыве атомной и водородной бомбы в добавление к эффектам, характерным для любого мощного взрыва, испускается еще много нейтронов и -излучение, а также образуется большое количество радиоактивных веществ.
Так ли это плохо? Хотя хранящиеся ядерные отходы не представляют непосредственной угрозы, если они хорошо изолированы, вопросы долгосрочного обращения с ними, а также возможность неправильного обращения и несчастных случаев делают хранение растущего количества ядерных отходов неоднозначной проблемой. Массивные контейнеры хранят отработанное ядерное топливо в надёжных и безопасных сухих хранилищах Одним из видов отходов можно считать и выбросы углерода. Хотя процесс деления и преобразования ядерной энергии в электричество относительно свободен от выбросов углерода, общий бюджет углерода, связанный с добычей и переработкой руды, необходимой для деления, и строительством конкретной электростанции, не равен нулю. По некоторым оценкам , этот показатель значительно выше - от 10 до 130 граммов CO2 в отдельных случаях. Таким образом, замена угольных электростанций на атомные позволит ежегодно сберегать в атмосфере несколько миллионов тонн CO2, не говоря уже о твёрдых частицах и других загрязняющих веществах. Углеродный след солнечных и ветряных электростанций более или менее сопоставим с нижним пределом для атомной энергетики. В целом, атомная энергия в лучшем случае не содержит столько же углерода, сколько солнечная и ветровая, хотя и связана с непопулярной проблемой отходов, которую мало кто хочет иметь у себя под боком. Риски Прошло более трёх 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. Саркофаг над остатками четвёртого блока Чернобыльской АЭС В 2011 году после землетрясения в Японии произошла авария на атомной станции "Фукусима". Подобные разрушительные события достаточно редки, чтобы о них можно было писать в шокирующих заголовках. Однако, по некоторым оценкам , такие аварии могут происходить раз в 10-20 лет, что в каждом случае 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, «перемещённое население Фукусимы страдает от психосоциальных и психических последствий переезда, разрыва социальных связей людей, потерявших жильё и работу, разрыва семейных связей и стигматизации».
Пострадает ли его репутация химика, которая создавалась в течение многих лет? Письмо Гана застало Лизу Мейтнер в отеле в маленьком городке Кунгельв — небольшом курортном местечке около Гетеборга, почти безлюдном в зимнее время, куда она приехала навестить своих друзей на рождественские каникулы. Вместе с нею был ее племянник, Отто Р. Фриш, который хотел провести с тетушкой ее первые каникулы в эмиграции и заодно серьезно поговорить с ней о будущих своих работах. Но судьба решила иначе. Новости, полученные от Гана, были равносильны атомному взрыву в мозгу Лизы Мейтнер. Она перечитала письмо несколько раз, и чем больше его читала, тем фантастичнее оно казалось. Действительно, здесь имела место аномалия: две науки противоречили друг другу — химики открыли факты, которые, как уверяли физики, противоречили природе. Однако за долгие годы совместной работы Лиза Мейтнер знала Гана как серьезного химика и почти полностью исключала возможность ошибки в скрупулезных опытах своих коллег. Если наблюдения Гана и Штрассмана верны, это могло лишь означать, что новое революционное открытие снова было сделано се- рендипно. Природа нового явления потрясла Лизу Мейтнер. Она знала, что барий может появиться лишь при расщеплении ядра атома урана, состоящего из 92 положительных атомных единиц протонов , на два более легких элемента, состоящих из 56 и 36 положительных частиц, что соответствует барию и инертному газу — криптону. Но все известные законы физики утверждали, что такое космическое расщепление противоречит основному закону природы. Если же такое расщепление произошло, то этот закон должен быть коренным образом изменен. Мейтнер была довольна присутствием племянника Отто, молодого физика со свежим умом,— вдвоем они обязательно найдут ответ на эту загадку. Лиза чувствовала, что в барии скрыта одна из величайших тайн природы, послание от святая святых космоса. Само провидение послало ей племянника, чтобы помочь истолковать это послание. Однако, к полному ее смятению, когда она рассказала племяннику о том, что обнаружил Ган, он отказался слушать. Обсуждать нечто невозможное было пустой тратой времени. Он хотел обсуждать только свой собственный проект — ведь это одна из главных причин его визита.
Почему так долго? Корпус реактора - это такая вещь, которую в случае поломки не починить. Если где-то что-то отвалится в процессе эксплуатации, это будет как минимум финансовая катастрофа. А учитывая то, что работать реактор будет половину века с перерывами на ремонт 1 месяц в год под огромным давлением, штука эта и вправду невероятная и дорогая. Идем дальше В корпусе находится дистиллированная вода, но не просто вода, а смешанная с другими веществами. Самые важные добавки: аммиак и борная кислота. Зачем в воде нужен аммиак? Есть такая штука, как радиолиз воды. Это процесс при котором молекулы воды при воздействии нейтронов распадается на водород и кислород. Я думаю почти все знают, что нейтроны в реакторе делят уран. А вот, что нейтроны делят воду, многие не догадываются. В чем же проблема? Посмотрите это короткое видео Кратко говоря, с наличием кислорода появляется коррозия металла и корпусу реактора, а так же другим материалам будет не сладко. Так зачем нужен аммиак? Под воздействием нейтронов он распадается на азот и водород: Так за счет появления большого количества водорода происходит обратный процесс радиолиза воды: водород и кислород взаимодействуют и превращаются в молекулы воды обратно. Иными словами, когда водорода или кислорода слишком много, больше уже появиться не может, а так как кислород нам не нужен, мы делаем очень много водорода, который не так вреден, но поменьше кислорода. Правда водород хорошо горит и все равно приходится очищать от него реакторную воду. А зачем борная кислота? Я думаю вы слышали о стержнях регулирования в реакторе, которые поглощают излишние количество нейтронов, таким образом управляя реактором. Так вот борная кислота делает тоже самое, только она жидкая и растворена в воде. Если нужно понизить мощность, воду разбавляют ею, если повысить, её удаляют. Это называется борное регулирование. Кстати, в основном небольшие изменения мощности регулирует именно ей. Только пока она растворенная доплывёт до активной зоны, можно чай попить и покурить, поэтому сначала опускают стержни, а потом когда борная кислота доплыла до активной зоны, стержни подымают обратно. Теперь о топливе. В реакторе в воде находится топливо, которое помещено в герметичные трубки - твэлы. А само топливо выглядит как таблетки примерно размерном так 1 см на 1 см.
Деление атома может дать миру необыкновенную власть
Предыдущие исследования показали, что атомные ядра с большим количеством протонов и нейтронов нестабильны. Возникшие после деления «осколки» (атомные ядра других химических элементов) разлетаются с большой скоростью, выделяя в ней тепловую энергию распада. Да, атомная электростанция объединила бы наш немалый, но разрозненный научный и производственный потенциал. Но если ядро похоже на жидкую каплю и может дробиться и сливаться, то с чем был связан шок от новости о делении урана? Это возможно благодаря тому, что разделенный таким образом атом продолжает оставаться единым целым на квантовом уровне из-за того, что части атома запутаны на квантовом уровне.
Самое правильное деление атома
Деление - это форма элементной трансмутации, потому что полученные фрагменты не являются тем же элементом, что и исходный атом. Ядерное деление производит энергию для ядерной энергетики и для взрыва ядерного оружия. Оба использования стали возможными, потому что определенные вещества, называемые ядерным топливом, подвергаются делению при ударе свободными нейтронами и, в свою очередь, генерируют нейтроны при распаде. Это делает возможной самоподдерживающуюся цепную реакцию, которая высвобождает энергию с контролируемой скоростью в ядерном реакторе или с очень быстрой неконтролируемой скоростью в ядерном оружии. Количество свободной энергии, содержащейся в ядерном топливе, в миллионы раз превышает количество свободной энергии, содержащейся в аналогичной массе химического топлива, такого как бензин, что делает ядерное деление очень привлекательным источником энергии.
Однако продукты ядерного деления радиоактивны и остаются таковыми в течение значительных периодов времени, что приводит к проблеме ядерных отходов. Обеспокоенность по поводу накопления ядерных отходов и разрушительного потенциала ядерного оружия может уравновесить желательные качества деления как источника энергии и вызвать продолжающиеся политические дебаты по поводу ядерной энергетики. Физический обзор Ядерное деление отличается от других форм радиоактивного распада тем, что его можно использовать и контролировать с помощью цепной реакции: свободные нейтроны, высвобождаемые каждым событием деления, могут запускать еще больше событий, которые, в свою очередь, высвобождают больше нейтронов и вызывают больше делений. Химические изотопы, которые могут поддерживать цепную реакцию деления, называются ядерным топливом и считаются делящимися.
Наиболее распространенные виды ядерного топлива: 235U изотоп урана с атомной массой 235, используемый в ядерных реакторах, 238 и 239Pu изотоп плутония с атомной массой 239. Эти виды топлива распадаются на ряд химических элементов с атомными массами около 100 продукты деления. В ядерном реакторе или ядерном оружии большинство событий деления вызывается бомбардировкой другой частицей, например нейтроном. Типичные события деления высвобождают несколько сотен миллионов эВ энергии для каждого акта деления.
Напротив, большинство химических реакций окисления таких как сжигание угля или тротила выделяют не более нескольких эВ за одно событие, поэтому ядерное топливо содержит по крайней мере в десять миллионов раз больше полезной энергии, чем химическое топливо. Энергия ядерного деления выделяется в виде кинетической энергии продуктов деления и осколков, а также в виде электромагнитного излучения в форме гамма-лучей; в ядерном реакторе энергия преобразуется в тепло, когда частицы и гамма-лучи сталкиваются с атомами, которые составляют реактор и его рабочую жидкость, обычно воду или иногда тяжелую воду. Ядерное деление тяжелых элементов производит энергию, потому что удельная энергия связи энергия связи на единицу массы ядер промежуточных масс с атомными номерами и атомными массами, близкими к 61Ni и 56Fe больше, чем удельная энергия связи очень тяжелых ядер, поэтому энергия выделяется при разрыве тяжелых ядер. Суммарные массы остатков продуктов деления Мп от единичной реакции меньше массы исходного топливного ядра М.
Неравные деления энергетически более выгодны, потому что это позволяет одному продукту быть ближе к энергетическому минимуму около массы 60. Изменение удельной энергии связи в зависимости от атомного номера происходит из-за взаимодействия двух фундаментальных сил, действующих на составляющие нуклоны протоны и нейтроны , составляющие ядро. Ядра связаны сильным притягивающим ядерным взаимодействием между нуклонами, которое преодолевает электростатическое отталкивание между протонами. Однако сильное ядерное взаимодействие действует только на очень коротких дистанциях, поскольку оно следует за потенциалом Юкавы.
По этой причине большие ядра менее тесно связаны на единицу массы, чем маленькие ядра, и разбиение очень большого ядра на два или более ядер среднего размера высвобождает энергию. 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.
То, что они наблюдали, было сложной смесью периодов полураспада. Следуя закону с ущербом, они проверили наличие свинца , висмута, радия, актиния, тория и протактиния пропуские элементы, химические свойства которых были неизвестны , и правильно никаких никаких признаков какого-либо из них.. Новые изотопы неизменно распадаются под действием бета-излучения, что элементы перемещаются вверх по периодической таблице. Основываясь на приведенной таблице того времени, полагается, что элемент 93 был экарением - Элемент ниже - с характеристиками аналогично марганцу и рению.
Такой был найден, и Ферми элемент к выводу, что в его экспериментах были созданы новые элементы с протонами 93 и 94, которые он назвал аузонием и гесперием. Результаты были опубликованы в журнале Природа в июне 1934 года. В этой статье должен быть активный продукт, который должен быть в форме очень тонкого слоя. Поэтому в настоящее время кажется преждевременным формировать какую-либо определенную гипотезу о цепи вовлеченных распадов ». Оглядываясь назад, можно сказать, что они действительно представляют неизвестный рениеподобный элемент, технеций , который находится между марганцем и рением в периодической таблице. Лео Сцилард и Томас А. Чалмерс сообщил, что нейтроны, генерируемые гамма-лучами, действующими на бериллий, улавливаются йодом - реакцию, которую также отмечает Ферми.
Когда Мейтнер повторила их эксперимент, она обнаружила, что нейтроны от источников гамма-бериллия захватываются тяжелыми элементами, такими как йод, серебро и золото, но не более легкими, такими как натрий, алюминий и кремний. Она пришла к выводу, что медленные нейтроны с большей вероятностью будут захвачены, чем быстрые, о чем она сообщила Naturwissenschaften в октябре 1934 года. Все думали, что необходимы энергичные нейтроны, как в случае с альфа-частями и протонами, но это было необходимо для преодолеть кулоновский барьер ; нейтронно заряженные нейтроны с большей вероятностью будут захвачены ядром, если они проводят больше времени в его окрестностях. Несколько дней спустя Ферми задумался над любопытством, которое подметила его группа: кажется, что уран по-разному реагирует в разных частях лаборатории; нейтронное облучение, проведенное на деревянном столе, вызвало радиоактивность, чем на мраморном столе в той же комнате. Ферми подумал об этом и попытался использовать кусок парафинового воска между нейтронов и нейтраном. Это привело к резкому увеличению активности. Он рассудил, что нейтроны рассасываются из-за столкновения с атомами водорода в парафине и дереве.
Текущая модель ядра в 1934 году была моделью жидкой капли , впервые предложенной Джорджем Гамовым в 1930 году. Его простая и элегантная модель усовершенствована и развита Карл Фридрих фон Вайцзеккер и после открытия нейтрона Вернером Гейзенбергом в 1935 году и Нильсом Бором в 1936 году он полностью согласился с наблюдениями. В модели нуклоны были вместе в минимально возможном удерживаемом объеме сфере с помощью сильной ядерной силы , которая была способна преодолеть более дальнобойное кулоновское электрическое отталкивание. Discovery Возражения Ферми получил в 1938 Нобелевскую премию по физике за свои «демонстрации» о существовании новых радиоактивных элементов, образующихся при нейтронном облучении, и за связанное с ним открытие ядерных ядер, вызываемых медленными нейтронами ». Однако не всех убедил анализ результатов Ферми. Ида Ноддак предположила в сентябре 1934 года, что вместо создания нового, более тяжелого элемента 93, что: С равным успехом можно было предположить, что когда нейтроны используются для ядерного распада, существуют некоторые совершенно новые ядерные реакции. В результате было обнаружено, что эти элементы изменяют массу лишь на небольшую часть.
Когда тяжелые ядра бомбардируются нейтронами, возможно, ядроадаются на несколько больших фрагментов, которые, конечно, будут изотопами известных элементов, но не будут соседями пораженного элемента. Статья Ноддака была прочитана команду Ферми. Тем не менее, процитированное возражение опускается до некоторой степени и является лишь одним из нескольких пробелов, которые отметила в заявлении. Модель жидкой капли Бора еще не была сформулирована, поэтому не было теоретического метода вычислить, было ли физически возможно для элементов урана разбиться на большие. Ноддак и ее муж, Уолтер Ноддак , были известными химиками, которые были номинированы на Нобелевскую премию по химии за открытие рения, хотя в то время они также были связаны с противоречием по поводу открытия элемента 43, который они назвали «мазурием». Открытие технеция Эмилио Сегре и Карло Перье положило конец их притязаниям, но не произошло до 1937 года. Мейтнер была не боюсь сказать дорогой Ханхен, фон Physik Verstehst Du Nichts «Хан, в физике ты неааешь» , что Мейтнер или Кюри имели какие-либо ничего предубеждения против Ноддак из-за ее пола.
То же самое относится и к Ноддак, которая не предлагала альтернативную ядерную модель и не проводила эксперименты в поддержку своего утверждения. Хотя Ноддак была известным химиком-аналитиком, ей не хватало знаний в области физики, чтобы оценить масштабность того, что она предлагала. Бывшее здание химического института кайзера Вильгельма в Берлине. После Второй мировой войны он частью стал Берлинского свободного университета. Он был переименован в здании Отто Хана в 1956 году и в здании Хана-Мейтнера в 2010 году. Ноддак был не единственным критиком утверждения Ферми. Аристид фон Гросс предположил, что то, что обнаружил Ферми, было изотопом протактиния.
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. Цепные реакции: Когда освобождающиеся нейтроны от одного деления вызывают деление других ядер, это может привести к цепной реакции, что является основой работы ядерных реакторов и атомных бомб. Ядерный синтез Ядерный синтез, с другой стороны, представляет собой процесс, при котором два или более легких ядра объединяются в одно более тяжелое ядро. Этот процесс происходит при очень высоких температурах и давлениях, которые обычно встречаются в звездах, включая Солнце, и водородных бомбах.
Основные характеристики ядерного синтеза: Слияние: При ядерном синтезе легкие ядра, как правило, водородные изотопы, сливаются в одно более тяжелое ядро.
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. И никаких чёрных дыр при этом не возникает.
При разделении атомов образуется тепло, которое нагревает воду, которая закипает и крутит турбину, которая даёт ток в провода. Например, ядро атома урана-235, при попадании в него нейтрона, расщепляется на ядро бария и ядро криптона и еще два или три нейтрона. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра в основном альфа-частицы , нейтроны и гамма-кванты. Сам Ричард Хандл уверяет, что просто ставил научные эксперименты в домашних условиях и не знал о противозаконности своего хобби.
Научные открытия.
Деление атомного ядра
Цепная ядерная реакция – это процесс деления тяжелых ядер, при котором деление воспроизводится снова и снова. Когда нейтрон сталкивается с атомным ядром, это вызывает деление атома, сопровождаясь высвобождением энергии и дополнительных нейтронов. Новости, полученные от Гана, были равносильны атомному взрыву в мозгу Лизы Мейтнер.
Понятие радиоактивности. Виды распада
Типичные события деления высвобождают несколько сотен миллионов эВ энергии для каждого акта деления. Напротив, большинство химических реакций окисления таких как сжигание угля или тротила выделяют не более нескольких эВ за одно событие, поэтому ядерное топливо содержит по крайней мере в десять миллионов раз больше полезной энергии, чем химическое топливо. Энергия ядерного деления выделяется в виде кинетической энергии продуктов деления и осколков, а также в виде электромагнитного излучения в форме гамма-лучей; в ядерном реакторе энергия преобразуется в тепло, когда частицы и гамма-лучи сталкиваются с атомами, которые составляют реактор и его рабочую жидкость, обычно воду или иногда тяжелую воду. Ядерное деление тяжелых элементов производит энергию, потому что удельная энергия связи энергия связи на единицу массы ядер промежуточных масс с атомными номерами и атомными массами, близкими к 61Ni и 56Fe больше, чем удельная энергия связи очень тяжелых ядер, поэтому энергия выделяется при разрыве тяжелых ядер. Суммарные массы остатков продуктов деления Мп от единичной реакции меньше массы исходного топливного ядра М. Неравные деления энергетически более выгодны, потому что это позволяет одному продукту быть ближе к энергетическому минимуму около массы 60. Изменение удельной энергии связи в зависимости от атомного номера происходит из-за взаимодействия двух фундаментальных сил, действующих на составляющие нуклоны протоны и нейтроны , составляющие ядро. Ядра связаны сильным притягивающим ядерным взаимодействием между нуклонами, которое преодолевает электростатическое отталкивание между протонами. Однако сильное ядерное взаимодействие действует только на очень коротких дистанциях, поскольку оно следует за потенциалом Юкавы. По этой причине большие ядра менее тесно связаны на единицу массы, чем маленькие ядра, и разбиение очень большого ядра на два или более ядер среднего размера высвобождает энергию. 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.
В конце 1938 года из Старого света пришла новость о том, что два немецких ученых, Отто Ган и Фриц Штрассман, открыли реакцию деления атомного ядра. Американские ученые заинтересовались этими экспериментами и особенно той энергией, которая выделяется в ходе реакции. Уже в январе 1939 года группа ученых, в числе которых был и Ферми, провела первую такую реакцию в США. Деление ядра атома проводили путем облучения тяжелых элементов нейтронами. Ученые знали, что цепная реакция возможна, если при делении выделяется больше нейтронов, чем поглощается. Такая реакция протекает с выделением большого количества энергии. Вот поиском способа провести самоподдерживающуюся цепную реакцию и занялись Ферми и его коллеги.
И, кстати, если верить слухам, специалисты Westinghouse сейчас помогают французам достроить атомные реакторы во Франции. Местная компания EDF, как выясняется на практике, тоже растеряла компетенции, но это уже другая история. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий. Материалы по теме.
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. 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, это будет 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 возобновляемые источники энергии. Более того, инвестиции в атомную энергетику - это невозвратные затраты, затрудняющие последующий переход на возобновляемые источники энергии. Все 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 спасет нас от климатического кризиса, но ядерная эра дает другие технологические преимущества, которые останутся с нами надолго.
Открытие ядерного деления
Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. Поэтому в ядерном реакторе, если копнуть чуть глубже есть и деления урана 8 быстрыми нейтронами, энергия которых может достигать 18МэВ. Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления.
Ядерные реакции
Деление ядра является реакцией, в которой ядро из атома распадается на два или более мелких ядра. Исследователи обнаружили, что молекула дирхения проводит большую часть своего времени с четырехкратной связью, разделяя четыре электрона между двумя атомами. Это возможно благодаря тому, что разделенный таким образом атом продолжает оставаться единым целым на квантовом уровне из-за того, что части атома запутаны на квантовом уровне.