Лекция из курса: Физика атомного ядра и частиц.
Самое правильное деление атома
В ядерном реакторе число нейтронов, участвующих в делении ядер, остается неизменным (k=1), реакция протекает стационарно и имеет управляемый характер. Ученым впервые в истории удалось зафиксировать, как соединяются и разъединяются атомы. Передавая при столкновениях с атомами среды топливной композиции свою кинетическую энергию, осколки деления тем самым повышают температуру в ней. Цепная ядерная реакция – самоподдерживающаяся реакция деления тяжёлых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие всё новые и новые ядра.
Закон деления атома
Именно осколки деления и составляют большую часть радиационного загрязнения территории при аварии после разрушения и выброса при взрыве ТВЭЛов. Сколько воды можно нагреть на 10 °С, если использовать всю энергию, которая выделяется при делении 10 15 атомов урана. В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью.
Открыт механизм вращения осколков деления ядер атомов
| Открытие ядерного деления | Ядерное деление — это процесс, при котором ядро атома расщепляется на два или более легких ядра, сопровождаясь высвобождением большого количества энергии. |
| Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция | Ядро атома, если это не водород, состоит из набора протонов и нейтронов. |
| Открытие ядерного деления - Discovery of nuclear fission | Приборы впервые зафиксируют деление ядер урана, а реактор из сложной металлической конструкции превратится в полноценную атомную установку, чтобы обеспечить половину. |
| Ядерное деление | Ядерное деление — это реакция, в ходе которой ядро атома расщепляется на два или более меньших ядра, при этом происходит высвобождение энергии. |
Деление атомных ядер: История Лизы Мейтнер и Отто Ганна
| Деление ядер: процесс расщепления атомного ядра. Ядерные реакции | Они сообщили о делении атомов пяти различных элементов – алюминия, бора, натрия, бериллия и лития – и полученная энергия более чем в три раза превышала то, что затратили. |
| Понятие радиоактивности. Виды распада | Ученые из Германии продемонстрировали квантовую запутанность двух атомов, разделенных 33 км оптоволоконного кабеля. |
| § 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы | На Солнце атомы водорода сливаются, образуя гелий, высвобождая энергию и делая возможной жизнь на Земле. |
| Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот" | fission of an atom. Деление атома. |
ГЛАВА 4 Открытие деления
Хэндл, видимо, не знал, что его работа "Сделай сам" была незаконной. Его не поймали, пока он не отправил вопрос в радиационное управление Швеции, и ему ответили в форме полицейского визита. Пытливые умы хотят знать: как он получил эти химикаты? И если бы Ричард Хэндл оставил наедине со своими собственными устройствами, он мог разделить атомы на своей кухне? Кент Хансен, почетный профессор ядерной науки и техники в Массачусетском технологическом институте, так не считает. Во-первых, по словам Тома Юинга, ученого-ядерщика из Аргоннской национальной лаборатории за пределами Чикаго, у Хэндла не было подходящего сырья. Радий не делится и не расщепляется при бомбардировке нейтронами. Чтобы заставить америций работать, вам нужен сложный ядерный реактор, а в обедненном уране содержится мало нужного количества для ядерного деления: U-235.
Термоядерная реакция — реакция слияния синтеза лёгких ядер, протекающая при высоких температурах. Установки, на которых атомная энергия преобразуется в электрическую, называются атомными электростанциями.
Нет, сказала Лиз Мейтнер; Хан был слишком хорошим химиком для этого. Но как можно было образовать барий из урана? Никаких более крупных фрагментов, чем протоны или ядра гелия альфа-частицы , никогда не отделяли от ядер, и для того, чтобы отколоть большое количество, не было достаточно энергии. Может быть, капля могла бы более постепенно разделиться на две более мелкие капли, сначала вытянувшись, затем сузившись и, наконец, разорвавшись, а не разбившись на две части? Мы знали, что существуют сильные силы, которые будут сопротивляться такому процессу, так же как поверхностное натяжение обычной жидкой капли имеет тенденцию сопротивляться ее разделению на две меньшие. Но ядра отличались от обычных капель в одном важном отношении: они были электрически заряжены, а это, как известно, противодействовало поверхностному натяжению. Но возникла другая проблема. После разделения две капли разошлись бы друг от друга за счет их взаимного электрического отталкивания и приобрели бы высокую скорость и, следовательно, очень большую энергию, всего около 200 МэВ; откуда могла взяться эта энергия? Итак, вот источник этой энергии; все подошло! Основное открытие и химическое доказательство Отто Гана и Фрица Штрассмана того, что изотоп бария был получен нейтронной бомбардировкой урана, было опубликовано в статье в Германии в Journal. Naturwissenschaften, 6 января 1939 г. Фундаментальную идею этого эксперимента предложил Фришу Джордж Плачек. Первая газета появилась 11 февраля, вторая - 28 февраля. Присуждение Нобелевской премии по химии 1944 года одному только Хану - давняя полемика. Четыре года спустя Бор должен был бежать в Швецию из оккупированной нацистами Дании на маленькой лодке вместе с тысячами других датских евреев в ходе крупномасштабной операции. Незадолго до отъезда Бора из Дании Фриш и Мейтнер предоставили ему свои расчеты. Розенфельд сразу же по прибытии рассказал всем в Принстонском университете, и от них новость устно распространилась среди соседних физиков, включая Энрико Ферми из Колумбийского университета. Ферми во время путешествия, чтобы получить Нобелевскую премию за свою более раннюю работу. В результате бесед между Ферми, Джоном Р. Даннингом и Дж. Пеграмом в Колумбии были предприняты поиски мощных импульсов ионизации, которые можно было бы ожидать от летающих фрагментов ядра урана. Перед завершением встречи в Вашингтоне было начато несколько других экспериментов для подтверждения деления, и было сообщено о положительном экспериментальном подтверждении. Группа Фредерика Жолио-Кюри в Париже обнаружила, что вторичные нейтроны высвобождаются при делении урана, что делает возможной цепную реакцию. Лео Сциллард и Уолтер Зинн независимо друг от друга подтвердили, что при делении ядер урана испускаются два нейтрона. Сцилард, еврей по происхождению из Венгрии, также бежал из континентальной Европы после прихода Гитлера и в конечном итоге оказался в США. Летом Ферми и Сцилард предложили идею ядерного реактора котла с природным ураном в качестве топлива и графитом в качестве замедлителя энергии нейтронов. В августе венгерско-еврейские беженцы Сциллард, Теллер и Вигнер убедили австрийско-еврейского беженца Эйнштейна предупредить президента Рузвельта об угрозе со стороны Германии. В письме говорилось о возможности доставки урановой бомбы по морю. Президент получил его 11 октября 1939 года, вскоре после начала Второй мировой войны. В Англии Джеймс Чедвик на основе статьи Рудольфа Пайерлса предложил атомную бомбу, использующую природный уран, с массой, необходимой для критического состояния, 30-40 тонн. В декабре Гейзенберг представил военному министерству Германии отчет о возможности урановой бомбы. В Бирмингеме, Англия, Отто Роберт Фриш объединился с Рудольфом Пайерлсом, который также бежал от немецких антиеврейских расовых законов. Они придумали идею использования очищенного изотопа урана, урана-235, и выяснили, что бомба из обогащенного урана может иметь критическую массу всего 600 г вместо тонн, и что полученный в результате взрыв будет огромным на самом деле количество оказалось 15 кг. В феврале 1940 года они доставили меморандум Фриша-Пайерлса, однако в то время официально считались «вражескими пришельцами». Уран-235 был выделен Ниером, а деление с медленными нейтронами было подтверждено Даннингом. Немецко-еврейский беженец Фрэнсис Саймон в Оксфорде определил количественно газодиффузионное разделение U-235.
Радиация является неизбежной частью жизни на нашей планете. Ключевой фактор в понимании того, почему хранилища ядерных отходов не представляют угрозы для здоровья, связан с количеством материалов, которые были бы обнаружены в окружающей среде в случае утечки. Читайте также: Эффект Вавилова-Черенкова: что нужно знать? Учитывая, что радиоактивные отходы долговечны, зараженная одежда и инструменты могут оставаться радиоактивными на протяжении тысяч лет. Первая атомная электростанция была запущена в 1954 году в районе города Обнинск Московской области. Всего исследователи выделяют три типа ядерных отходов, классифицируемых в соответствии с их радиоактивностью: низкий, средний и высокий уровни. Не пропустите: Как работает АЭС? Опасны ли атомные станции? Утилизация ядерных отходов В мире существуют две основные стратегии обращения с отходами: некоторые страны десятилетиями перерабатывают отработанное ядерное топливо; другие выбирают прямую утилизацию об этом ниже. По сути, это стратегическое решение, принятое на национальном уровне и в основном обусловленное политическими и экономическими, а также технологическими соображениями. В отличие от любой другой отрасли, производящей энергию, ядерный сектор берет на себя полную ответственность за утилизацию отходов. Так как ядерное топливо энергоемко, для производства огромного количества электроэнергии требуется его небольшой расход. Ядерный реактор — установка, в которой осуществляется самоподдерживающаяся управляемая цепная ядерная реакция деления. Интересный факт Типичный ядерный реактор использует около 200 тонн урана каждый год.
Деление атома
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». Иными словами, речь идёт не только о риске радиоактивности, о котором нам следует беспокоиться. Тем не менее, привыкнув к воздействию сжигания ископаемого топлива на здоровье человека, мы мало задумываемся о влиянии на него твёрдых частиц, образующихся при сжигании угля. Который сам по себе тоже не совсем свободен от радиоактивных веществ. Стоимость Для сравнения затрат на производство электроэнергии исследователи используют так называемую нормированную стоимость энергии , или LCOE [levelized cost of energy]. Это показатель средней себестоимости выработки электроэнергии, рассчитанный на весь срок службы объекта.
В среднем в этой области значения параметра «альфа» оказываются даже несколько больше, чем в области тепловых нейтронов, поэтому реакторы на промежуточных нейтронах хотя и строятся, но большого распространения они не получили. В области быстрых нейтронов зависимость сечений деления от энергии нейтронов становится гладкой, но в отличие от сечений радиационного захвата, сечения деления не только не убывают с ростом энергии нейтронов, а даже несколько увеличиваются. С этим обстоятельством связано одно из основных преимуществ ядерных реакторов, работающих на быстрых нейтронах, по сравнению с тепловыми реакторами. Сечения деления четно-четных нуклидов до порога деления равны, естественно, нулю, а выше порога они хотя и отличаются от нуля, но никогда не приобретают больших значений. Так сечение деления 238U при энергиях выше 1 МэВ оказывается порядка 0,5 барн. Осколки деления. Несмотря на большую энергию примерно по 82 МэВ у каждого осколка , пробеги осколков в воздухе оказываются не больше, а даже несколько меньше пробегов альфа-частиц около 2 см. И это несмотря на то, что альфа-частицы имеют значительно меньшие энергии 4 — 9 МэВ. Происходит это потому, что электрический заряд осколка значительно больше заряда альфа-частицы, и поэтому он гораздо интенсивнее теряет энергию на ионизацию и возбуждение атомов среды. Более точные измерения показали, что пробеги осколков, как правило, оказываются не одинаковыми, и группируются около значений 1,8 и 2,2 см. Вообще при делении могут образовываться осколки с самыми различными массовыми числами в пределах от 70 до 160 то есть около 90 различных значений , но образуются осколки с такими массами с разными вероятностями.
Ничто никогда не возникает из ничего, поэтому было ясно, что единственным источником этих элементов был атом урана. Это означало, что нейтрон расщепил ядро тяжелого атома урана на три почти равные части — барий, лантан и церий, каждый из которых являлся одним из осколков ядра урана. Так оно и было в действительности, как об этом через несколько недель узнал изумленный мир. Но Ган и Штрассман были химиками и хорошо знали, что в соответствии с общепринятыми концепциями физики расщепление атома урана было невероятным. Для них, химиков, было слишком большой самоуверенностью бросать вызов таким прославленным именам в области физики, как Эйнштейн, Планк, Бор и Ферми. Как через несколько лет сказал мне Ган, «физики бы этого не позволили». Однако как химики они были уверены, что радиоактивные изотопы бария, лантана и церия, безусловно, созданы в результате бомбардировки урана нейтронами, хотя их истинная природа все еще оставалась неясной для физиков. Как бы то ни было, Ган и Штрассман сознавали, что сделали великое открытие, которое должно проложить путь к новым областям знаний. И они отдавали себе отчет в том, что соревнуются со своим старым соперником — Ирен Жолио-Кюри, которая в любую минуту может понять свою ошибку и объявить всему миру, что она получила лантан из урана и, возможно, расщепила атом урана. Поэтому, даже не закончив полностью свои опыты, Ган и Штрассман подготовили детальный научный доклад о проведенных ими эпохальных опытах, проявляя при этом большую осторожность, чтобы не наступить на пятки своим коллегам-физикам. Описав свое открытие, ученые сделали заключение, которое являлось одним из самых странных в анналах истории науки, что они лишь сообщают результаты своих наблюдений, но отказываются делать из них какие-либо выводы. В сущности, Ган и Штрассман заявили, что как химики они могут лишь сообщить, что три элемента, которые ранее принимали за радий, на деле являются барием, лантаном и церием. Однако добавили, проявляя тем самым пример интеллектуальной осторожности, что «как ядерные химики, тесно примыкающие к физикам», они не могут заставить себя «совершить этот скачок, столь противоречащий всем явлениям, до сих пор наблюдавшимся в ядерной физике». Оградив себя, таким образом, от любой насмешки со стороны ядерщиков, они все же решили поспешить с утверждением своего приоритета на открытие. Поэтому 22 декабря 1938 г. Ган и Штрассман направили свой исторический доклад в немецкий научный еженедельник «Ди Натюрвиссеншафтен». Чтобы убедиться в том, что доклад будет напечатан в самом скором времени, Ган позвонил директору издательства, доктору Паулю Розбауду, своему личному другу. Доктор заверил его, что статья появится в выпуске от 6 января 1939 г. Этот срок был значительно короче срока, обычного для научных публикаций, но для Гана он показался бесконечным. Ведь за эти две недели Ирен Жолио-Кюри в любой день могла перехватить великий приз из его рук!
В конечном итоге индуцированная радиоактивность была обнаружена при бомбардировке нейтронами 22 различных элементов. Мейтнер была одной из избранных групп физиков, которая была проведена предварительная проверка копий своих работ, и она смогла сообщить, что проверила его открытие в отношении алюминия, кремния, фосфора, меди и цинка. Когда новый экземпляр La Ricerca Scientifica прибыл в Институт теоретической физики Нильса Бора в Копенгагенском университете , ее племянник, Отто Фриш , был единственным физик, умеющий читать по-итальянски, оказался востребован коллегами, которые хотели получить перевод. У римской группы не было образцов редкоземельных металлов , но в институте Бора Жорж де Хевеши имел полный набор их оксидов, который ему передал Auergesellschaft , поэтому де Хевеши и Хильде Леви провели с ними процесс. Когда римская группа достигла урана, у них возникла проблема: радиоактивность природного урана была почти такой же, как источник их нейтронов. 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.
Сделай Сам: Как Разделить Атомы На Кухне
| Самое правильное деление атома | Новости. Знакомства. |
| про деление атомов и ядерных взрывах!!! | Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер. |
| КАК РАБОТАЕТ ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ? | Эти нейтроны могут инициировать деление уже нескольких ядер – возникает цепная реакция. |
| Деление ядра — Рувики: Интернет-энциклопедия | 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. |
Деление ядер: процесс расщепления атомного ядра. Ядерные реакции
В реакторе есть стержни управления, которые поглощают нейтроны и тормозят реакцию. Его загружают в реактор в специальных картриджах, которые называются тепловыделяющими сборками. В одном реакторе их количество может доходить до нескольких сотен. Топливные сборки доставляют на специальных платформах и загружают краном. Что произойдет, если перестать загружать уран в атомный реактор? А если не охлаждать реактор? В какой-то момент реактор просто остановится, не будет давать достаточное количество энергии, и атомная станция перестанет работать. А если не охлаждать атомный реактор, то он перегреется и может повредиться.
В чем плюсы атомной энергетики? Угольные и дизельные электростанции сильно загрязняют окружающую среду. Существуют чистые источники энергии, основанные на использовании ветра, воды и солнца, но не везде можно поставить солнечную батарею или ветростанцию. Атомная энергия тоже чистая, но несет определенные риски. А вот управляемый термоядерный синтез сможет обеспечить чистую, безопасную, дешевую энергию. Это наше будущее. Но почему многие школьники считают, что это еще и скучно?
И как преподавать физику нескучно? Важно, чтобы ребенок понимал, какие процессы стоят за формулами.
Оболочечные эффекты выражаются в увеличении или уменьшении плотности уровней энергии ядра; они присущи как сферически симметричным, так и деформированным состояниям ядер [17]. Учёт этих эффектов усложняет зависимость энергии от параметра деформации по сравнению с капельной моделью.
Для большинства ядер актиноидов в этой зависимости появляется вторая потенциальная яма, соответствующая сильной деформации ядра. Глубина этой ямы меньше глубины первой ямы соответствующей основному состоянию ядра на 2—4 МэВ [18]. В общем случае деформация делящегося ядра описывается не одним, а несколькими параметрами. В таком многопараметрическом пространстве ядро может двигаться от начального состояния к точке разрыва различными путями.
Такие пути называются модами или каналами деления [19]. Так, в делении 235U тепловыми нейтронами выделяют три моды [20] [21]. Каждая мода деления характеризуется своими значениями асимметрии масс осколков деления и их полной кинетической энергии.
Есть другой способ получения спектра. Пропускают пары газов твердого тела через прозрачные тела.
При этом прозрачное тело поглощает часть проходящего через него излучения, спектр, полученный таким способом, называется спектром поглощения. Спектры поглощения могут быть линейчатыми или полосатыми. Спектры различают по роду их источников. Поэтому спектры бывают атомными, молекулярными, а также бывают спектры газов твердых тел. Атомные спектры являются дискретными спектрами, молекулярные спектры полосатыми, а спектры нагретых твердых тел сплошными.
Приборы для получения и исследования спектров называются спектральными приборами. Для визуального наблюдения спектром используются спектроскопами, для фотографирования - спектрографами. Основным элементом таких устройств является диспергирующая среда в виде трехгранных призм или дифракционных решеток.
Вторая часть доклада Комарова касалась антикризисных мер, которые предпринимаются в российской атомной отрасли. По его словам, "мощная господдержка позволяет, в частности, сохранить динамику достройки АЭС". Кроме того, он отметил, что закладка новых энергоблоков в ближайшие годы будет идти с темпом один блок в год, но с перспективами выхода до двух блоков по мере восстановления спроса на электроэнергию. Посетовав на проблемность привлечения банковских кредитов, Комаров отметил, что атомщики готовы к использованию и иных финансовых инструментов.
В частности, его компания уже объявила о выпуске облигаций на сумму до 195 миллиардов рублей. Эти средства направят на развитие сырьевой базы и на воплощения в жизнь различных инновационных проектов.
Деление атомного ядра
В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью. Ядерные реакторы на АЭС, атомных судах и подводных лодках используют деление ядер урана (иногда вместе с плутонием). fission of an atom. Деление атома. На этой странице вы можете посмотреть видео «Деление атома: перспективы международного рынка атомной энергетики» с RuTube канала «РБК».
Деление атомного ядра
Как через несколько лет сказал мне Ган, «физики бы этого не позволили». Однако как химики они были уверены, что радиоактивные изотопы бария, лантана и церия, безусловно, созданы в результате бомбардировки урана нейтронами, хотя их истинная природа все еще оставалась неясной для физиков. Как бы то ни было, Ган и Штрассман сознавали, что сделали великое открытие, которое должно проложить путь к новым областям знаний. И они отдавали себе отчет в том, что соревнуются со своим старым соперником — Ирен Жолио-Кюри, которая в любую минуту может понять свою ошибку и объявить всему миру, что она получила лантан из урана и, возможно, расщепила атом урана. Поэтому, даже не закончив полностью свои опыты, Ган и Штрассман подготовили детальный научный доклад о проведенных ими эпохальных опытах, проявляя при этом большую осторожность, чтобы не наступить на пятки своим коллегам-физикам. Описав свое открытие, ученые сделали заключение, которое являлось одним из самых странных в анналах истории науки, что они лишь сообщают результаты своих наблюдений, но отказываются делать из них какие-либо выводы. В сущности, Ган и Штрассман заявили, что как химики они могут лишь сообщить, что три элемента, которые ранее принимали за радий, на деле являются барием, лантаном и церием. Однако добавили, проявляя тем самым пример интеллектуальной осторожности, что «как ядерные химики, тесно примыкающие к физикам», они не могут заставить себя «совершить этот скачок, столь противоречащий всем явлениям, до сих пор наблюдавшимся в ядерной физике». Оградив себя, таким образом, от любой насмешки со стороны ядерщиков, они все же решили поспешить с утверждением своего приоритета на открытие.
Поэтому 22 декабря 1938 г. Ган и Штрассман направили свой исторический доклад в немецкий научный еженедельник «Ди Натюрвиссеншафтен». Чтобы убедиться в том, что доклад будет напечатан в самом скором времени, Ган позвонил директору издательства, доктору Паулю Розбауду, своему личному другу. Доктор заверил его, что статья появится в выпуске от 6 января 1939 г. Этот срок был значительно короче срока, обычного для научных публикаций, но для Гана он показался бесконечным. Ведь за эти две недели Ирен Жолио-Кюри в любой день могла перехватить великий приз из его рук! Прежде чем рассказать о своем изумительном открытии кому бы то ни было, Ган написал Лизе Мейтнер в Стокгольм, подробно сообщая ей о своих экспериментах и невероятных результатах, с которыми столкнулись он и Штрассман. С волнением он ждал ее ответа — ведь она была одним из ведущих физиков мира, наблюдательным аналитиком и острым критиком.
Сочтет ли Лиза его выводы смешными, как они казались им самим сначала? Обнаружит ли какие-то серьезные ошибки в методе, которые он просмотрел? Пострадает ли его репутация химика, которая создавалась в течение многих лет?
Цепная ядерная реакция — самоподдерживающая реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра. С целью уменьшения вылета нейтронов с куска урана увеличивают массу урана.
Минимальное значение массы урана, при котором возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 200 г прт наличии отражателя нейтронов до 50 кг. Образование плутония Плутоний Pu — серебристо-белый радиоактивный металл группы актиноидов, теплый на ощупь из-за своей радиоактивности. В природе встречается в очень малых количествах в уранитовой смолке и других рудах урана и церия, в значительном количестве получают искусственно. Поэтому встал вопрос, как использовать в ядерной энергетике уран-238.
В процессе радиоактивных превращений образуется изотоп нептуния, а затем плутония, который в дальнейшем используется в качестве ядерного топлива. При этом при делении 1 кг урана получается 1,5 кг плутония. Ядерная энергетика Для осуществления управляемой цепной реакции используют ядерный реактор, который является источником энергии на АЭС и морском флоте. Впервые управляемая цепная реакция деления ядер урана была осуществлена в 1942 г. Ферми в уран-графитовом реакторе.
В нашей стране первый ядерный реактор был запущен 25 декабря 1946 г. Ядерный реактор — устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция.
Первая газета появилась 11 февраля, вторая - 28 февраля. Присуждение Нобелевской премии по химии 1944 года одному только Хану - давняя полемика. Четыре года спустя Бор должен был бежать в Швецию из оккупированной нацистами Дании на маленькой лодке вместе с тысячами других датских евреев в ходе крупномасштабной операции. Незадолго до отъезда Бора из Дании Фриш и Мейтнер предоставили ему свои расчеты.
Розенфельд сразу же по прибытии рассказал всем в Принстонском университете, и от них новость устно распространилась среди соседних физиков, включая Энрико Ферми из Колумбийского университета. Ферми во время путешествия, чтобы получить Нобелевскую премию за свою более раннюю работу. В результате бесед между Ферми, Джоном Р. Даннингом и Дж. Пеграмом в Колумбии были предприняты поиски мощных импульсов ионизации, которые можно было бы ожидать от летающих фрагментов ядра урана. Перед завершением встречи в Вашингтоне было начато несколько других экспериментов для подтверждения деления, и было сообщено о положительном экспериментальном подтверждении.
Группа Фредерика Жолио-Кюри в Париже обнаружила, что вторичные нейтроны высвобождаются при делении урана, что делает возможной цепную реакцию. Лео Сциллард и Уолтер Зинн независимо друг от друга подтвердили, что при делении ядер урана испускаются два нейтрона. Сцилард, еврей по происхождению из Венгрии, также бежал из континентальной Европы после прихода Гитлера и в конечном итоге оказался в США. Летом Ферми и Сцилард предложили идею ядерного реактора котла с природным ураном в качестве топлива и графитом в качестве замедлителя энергии нейтронов. В августе венгерско-еврейские беженцы Сциллард, Теллер и Вигнер убедили австрийско-еврейского беженца Эйнштейна предупредить президента Рузвельта об угрозе со стороны Германии. В письме говорилось о возможности доставки урановой бомбы по морю.
Президент получил его 11 октября 1939 года, вскоре после начала Второй мировой войны. В Англии Джеймс Чедвик на основе статьи Рудольфа Пайерлса предложил атомную бомбу, использующую природный уран, с массой, необходимой для критического состояния, 30-40 тонн. В декабре Гейзенберг представил военному министерству Германии отчет о возможности урановой бомбы. В Бирмингеме, Англия, Отто Роберт Фриш объединился с Рудольфом Пайерлсом, который также бежал от немецких антиеврейских расовых законов. Они придумали идею использования очищенного изотопа урана, урана-235, и выяснили, что бомба из обогащенного урана может иметь критическую массу всего 600 г вместо тонн, и что полученный в результате взрыв будет огромным на самом деле количество оказалось 15 кг. В феврале 1940 года они доставили меморандум Фриша-Пайерлса, однако в то время официально считались «вражескими пришельцами».
Уран-235 был выделен Ниером, а деление с медленными нейтронами было подтверждено Даннингом. Немецко-еврейский беженец Фрэнсис Саймон в Оксфорде определил количественно газодиффузионное разделение U-235. В 1941 году американский физик Эрнест О. Лоуренс предложил электромагнитное разделение. Лоуренс снизил зарплату Сегре наполовину, когда узнал, что оказался в ловушке в США из-за расовых законов Муссолини. В сентябре Ферми собрал свою первую ядерную установку, пытаясь создать цепную реакцию в уране, вызванную медленными нейтронами, но эксперимент провалился.
Создание цепной реакции деления в урановом топливе далеко не тривиально. В первых ядерных реакторах не использовался уран, обогащенный изотопами, и, как следствие, требовалось использовать большие количества высокоочищенного графита в качестве материалов замедления нейтронов. Использование обычной воды в отличие от тяжелой воды в ядерных реакторах требует обогащенного топлива - частичного отделения и относительного обогащения редких 235Изотоп U из гораздо более распространенного 238Изотоп U. Обычно реакторы также требуют включения чрезвычайно химически чистых материалов замедлителя нейтронов, таких как дейтерий в тяжелой воде , гелий, бериллий или углерод, обычно в виде графита. Высокая чистота требуется, потому что многие химические примеси, такие как компонент бор-10 природного бора, являются очень сильными поглотителями нейтронов и, таким образом, отравляют цепную реакцию. Производство таких материалов в промышленных масштабах необходимо было решить для производства ядерной энергии и оружия.
До 1940 года общее количество металлического урана, производимого в США, не превышало нескольких граммов, и даже это было сомнительной чистотой; металлического бериллия не более нескольких килограммов; концентрированный оксид дейтерия тяжелая вода не более нескольких килограммов; и, наконец, углерод никогда не производился в таком количестве, как чистота, необходимая для замедлителя. Проблема получения больших количеств урана высокой чистоты была решена Фрэнком Спеддингом с использованием термитного процесса.
В области промежуточных нейтронов в зависимости сечений деления от энергии, так же как и при радиационном захвате, проявляются резонансные пики. В среднем в этой области значения параметра «альфа» оказываются даже несколько больше, чем в области тепловых нейтронов, поэтому реакторы на промежуточных нейтронах хотя и строятся, но большого распространения они не получили. В области быстрых нейтронов зависимость сечений деления от энергии нейтронов становится гладкой, но в отличие от сечений радиационного захвата, сечения деления не только не убывают с ростом энергии нейтронов, а даже несколько увеличиваются. С этим обстоятельством связано одно из основных преимуществ ядерных реакторов, работающих на быстрых нейтронах, по сравнению с тепловыми реакторами. Сечения деления четно-четных нуклидов до порога деления равны, естественно, нулю, а выше порога они хотя и отличаются от нуля, но никогда не приобретают больших значений.
Так сечение деления 238U при энергиях выше 1 МэВ оказывается порядка 0,5 барн. Осколки деления. Несмотря на большую энергию примерно по 82 МэВ у каждого осколка , пробеги осколков в воздухе оказываются не больше, а даже несколько меньше пробегов альфа-частиц около 2 см. И это несмотря на то, что альфа-частицы имеют значительно меньшие энергии 4 — 9 МэВ. Происходит это потому, что электрический заряд осколка значительно больше заряда альфа-частицы, и поэтому он гораздо интенсивнее теряет энергию на ионизацию и возбуждение атомов среды. Более точные измерения показали, что пробеги осколков, как правило, оказываются не одинаковыми, и группируются около значений 1,8 и 2,2 см.
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
В качестве примера можно привести некоторые изотопы урана: Уран-238: 92 протона, 146 нейтронов Уран-235: 92 протона, 143 нейтронов Уран-234: 92 протона, 142 нейтронов Эти изотопы могут быть стабильными или нестабильными. Стабильные изотопы обладают относительно постоянным или неизменным числом нейтронов. Но если у химического элемента слишком много нейтронов, он становится нестабильным или делящимся. Когда делящиеся изотопы пытаются стать стабильными, они освобождают избыток нейтронов и энергии. Именно эта энергия является источником взрывной силы ядерного оружия.
Различают два типа ядерного оружия: Атомные бомбы: в них для создания взрыва используется эффект домино, заключающийся в многочисленных реакциях деления урана или плутония. Водородные бомбы: они основаны на сочетании деления и синтеза урана или плутония при участии более легких элементов, таких как изотопы водорода. Но в чем же разница между реакциями деления и синтеза? Расщепление атомов: деление ядер Деление ядер — это процесс, который используется в ядерных реакторах.
В ходе этого процесса происходит выделение большого количества энергии за счет расщепления более тяжелых нестабильных атомов на два атома меньшего размера, что приводит к началу цепной ядерной реакции деления.
Высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления может привести к распаду других соседних атомов U-235. Чтобы произошла эта цепная реакция, должна быть относительно высокая плотность сжатого урана-235, что называется «критической массой» материала. К концу 1930-х годов физики разработали методы замедления нейтронов, достаточные для захвата и обогащения смесей изотопов урана из природных ресурсов для образования критической массы урана-235. Они также придумали способ контролировать цепную реакцию, гарантируя, что экспоненциальное производство нейтронов не выйдет из-под контроля, и в этом случае процесс может стать взрывоопасным. В течение следующего десятилетия технологические достижения в делении ядер будут применяться для производства новых классов сверхоружия. Только после Второй мировой войны инженеры снова обратили внимание на возможность применения процесса ядерного деления для непрерывного производства тепла для выработки электроэнергии. Подобно тому, как пар, полученный при сжигании ископаемого топлива в котле, вращает турбину, соединенную с электрогенератором, пар из «атомного котла» также можно использовать для выработки электроэнергии.
Достижения в области технологий со временем продолжали повышать эффективность и безопасность, в некоторых случаях отказываясь от замедлителей, замедляющих нейтроны, позволяя делящемуся материалу захватывать «более быстрые» частицы. Сегодня в мире насчитывается около 440 действующих атомных электростанций, из них почти 100 только в Соединенных Штатах. В совокупности эти станции производят около 10 процентов электроэнергии в мире, что на 7 процентов меньше, чем в 1993 году. В эпоху, когда производство примерно 60 процентов электроэнергии в мире приводит к выбросу парниковых газов со скоростью, угрожающей катастрофическим глобальным потеплением, атомная энергетика представляет собой сравнительно более чистую альтернативу. Но есть затраты, способные ограничить то, сколько мы должны использовать ядерную энергию для спасения от климатического кризиса. В чем проблема атомной энергетики? Когда дело доходит до поиска экономически эффективных альтернатив ископаемым видам топлива с низким уровнем выбросов, мы можем добиться большего, чем ядерная энергия. Важно отметить, что мы могли бы также добиться большего успеха с технологиями возобновляемых источников энергии, такими как солнечная и ветровая энергия, которые с каждым годом становятся все дешевле.
Проблемы ядерной энергетики можно разделить на три категории: отходы, риск и стоимость. Вот несколько примеров каждой из них.
Нагретая вода перекачивается под давлением в теплообменник, где тепло передается воде второго контура, в котором вырабатывается пар, вращающий турбину. Кипящий реактор. В таком реакторе кипение воды происходит непосредственно в активной зоне реактора и образующийся пар поступает в турбину. В большинстве кипящих реакторов вода используется и как замедлитель, но иногда применяется графитовый замедлитель.
Реактор с жидкометаллическим охлаждением. В таком реакторе для переноса теплоты, выделяющейся в процессе деления в реакторе, используется жидкий металл, циркулирующий по трубам. Почти во всех реакторах этого типа теплоносителем служит натрий. Пар, образующийся на другой стороны труб первого контура, подается на обычную турбину. В реакторе с жидкометаллическим охлаждением могут использоваться нейтроны со сравнительно высокой энергией реактор на быстрых нейтронах либо нейтроны, замедленные в графите или оксиде бериллия. В качестве реакторов-размножителей более предпочтительны реакторы на быстрых нейтронах с жидкометаллическим охлаждением, поскольку в этом случае отсутствуют потери нейтронов, связанные с замедлением.
Газоохлаждаемый реактор. В таком реакторе теплота, выделяющаяся в процессе деления, переносится в парогенератор газом — диоксидом углерода или гелием. Замедлителем нейтронов обычно служит графит. Газоохлаждаемый реактор может работать при гораздо более высоких температурах, нежели реактор с жидким теплоносителем, а потому пригоден для системы промышленного теплоснабжения и для электростанций с высоким кпд. Небольшие газоохлаждаемые реакторы отличаются повышенной безопасностью в работе, в частности отсутствием риска расплавления реактора. Гомогенные реакторы.
В активной зоне гомогенных реакторов используется однородная жидкость, содержащая делящийся изотоп урана. Жидкость обычно представляет собой расплавленное соединение урана. Она закачивается в большой сферический сосуд, работающий под давлением, где в критической массе происходит цепная реакция деления. Затем жидкость подается в парогенератор. Гомогенные реакторы не получили распространения из-за конструктивных и технологических трудностей. Нейтроны, возникающие в процессе деления, исчезают в результате поглощения.
Кроме того, возможна утечка нейтронов вследствие диффузии через вещество, аналогичной диффузии одного газа сквозь другой. Чтобы управлять ядерным реактором, нужно иметь возможность регулировать коэффициент размножения нейтронов k, определяемый как отношение числа нейтронов в одном поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении. Благодаря явлению запаздывающих нейтронов время «рождения» нейтронов увеличивается от 0,001 с до 0,1 с. Это характерное время реакции позволяет управлять ею с помощью механических исполнительных органов — управляющих стержней из материала, поглощающего нейтроны B, Cd, Hf, In, Eu, Gd и др. Постоянная времени регулирования должна быть порядка 0,1 с или больше.
В дальнейшем движение осколков деления не связано с их превращениями. Так как они увлекают за собой не все электроны исходного атома, из них образуются многозарядные ионы , кинетическая энергия которых тратится на ионизацию и возбуждение атомов среды, что вызывает их торможение.
В результате ионы превращаются в нейтральные атомы с ядрами в основных энергетических состояниях. Такие атомы называются продуктами деления. Такие нейтроны называются запаздывающими. Основная статья: Спонтанное деление В некоторых случаях ядро может делиться самопроизвольно, без взаимодействия с другими частицами. Этот процесс называется спонтанным делением. Спонтанное деление — один из основных видов распада сверхтяжёлых ядер. Спонтанное деление ядер в основном состоянии[ править править код ] Делению ядер, находящихся в основном состоянии , препятствует барьер деления.
Разница между ядерным делением и синтезом
В ядерном реакторе число нейтронов, участвующих в делении ядер, остается неизменным (k=1), реакция протекает стационарно и имеет управляемый характер. Новости Новости. поделиться новостью. Деление атома.
Деление ядра атома урана
Процесс деления атомного ядра можно объяснить на основе капельной модели ядра. Газ, скапливающийся в ядерном топливе в результате реакций деления, может быстро выходить из него благодаря давлению атомов топлива. Ядро атома испускает альфа-частицу — ядро атома гелия.