Деление атомных ядер — их распад на 2-3 осколка с высвобождением энергии.
Ядерные реакции
В 1938 г. Однако правильное истолкование этого факта, именно как деление ядра урана захватившего, нейтрон, было дано в начале 1939 г. Фришем совместно с австрийским физиком Л. Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжелого ядра, поглотившего нейтрон, на две приблизительно равные части осколками деления. График зависимости удельной энергии связи от массового числа Рис.
Система после деления переходит в состояние с минимальной внутренней энергией. Ведь чем больше энергия связи ядра, тем большая энергия должна выделяться при образовании ядра и, следовательно, тем меньше внутренняя энергия образовавшейся вновь системы. При делении ядра энергия связи, приходящаяся на каждый нуклон, увеличивается на 1 МэВ и общая выделяющаяся энергия должна быть огромной — порядка 200 МэВ на ядро. Не при какой другой ядерной реакции не связанной с делением столь больших энергий не выделяется.
Сопоставим эту энергию с энергией, выделяемой при сгорании топлива. При делении 1 кг урана-235 выделится, энергия, равная. Этот расчет хорошо иллюстрирует преимущество ядерной энергетики. Непосредственные измерения энергии, выделяющейся при делении ядра урана U, подтвердили приведенные соображения и дали величину 200 МэВ.
Причем большая часть этой энергии 168 МэВ приходится на кинетическую энергию осколков. Выделяющаяся при делении ядра энергия имеет электростатическое, а не ядерное происхождение. Большая кинетическая энергия, которую имеют осколки, возникает вследствие их кулоновского отталкивания.
Сегодня физике известно о десятках элементарных частиц, но посмотрев в школьные или университетские учебники вы узнаете только о четырёх: протоне, нейтроне, электроне и фотоне. Атомная матрёшка Краткое видео о видах элементарных частиц Атом намного сложнее, чем предполагали ранее.
Ядро атома, если это не водород, состоит из набора протонов и нейтронов. Однако они отличаются лишь зарядом и небольшим различием массы, что позволило отнести их к одному классу нуклонов. В 1970 г. Нуклоны состоят из трёх кварков, кварк-антикварка и глюонов. Три кварка - это основа ядра, у каждого кварка свои характеристики заряда, отсюда и следует заряд протона.
В сумме заряд протона получается равным единице. Нейтрон имеет два d и один u-кварк в сумме 0. Фокус в том, что протон с нейтроном могут обмениваются друг с другом характеристиками.
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. Например, в Солнце происходит синтез водорода в гелий. Энергия: Ядерный синтез также сопровождается высвобождением энергии, и это является источником основной части энергии, излучаемой Солнцем и другими звездами.
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. Ядра урана, особенно ядра изотопа U-235, наиболее эффективно захватывают медленные нейтроны. Вероятность захвата медленных нейтронов с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых.
§ 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы
Делением атомных ядер называется процесс раскалывания ядра на две примерно равные части. В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью. Тот же принцип цепной реакции деления, только без особенного контроля, работает и в атомной бомбе. Резерфорд много сделал для изучения строения атома и внес вклад и в исследование того, как происходит деление ядра атома. Атомный взрыв возможен при расщеплении нестабильных атомов (в основном радиоактивные вещества) А более стойкие атомы расщепить почти невозможно, слишком много энергии. Да, атомная электростанция объединила бы наш немалый, но разрозненный научный и производственный потенциал.
§ 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы
Деление ядра является реакцией, в которой ядро из атома распадается на два или более мелких ядра. В ТЕКСТЕ ОГОВОРКА: У ГРАФИТА НЕ 6 АТОМНАЯ МАССА, А 12!Для донатов и вопросов: ДЛЯ ДОНАТОВ ИСПОЛЬЗОВАТЬ. ## $a: Физика деления атомных ядер $h: [Текст]: $b: Сборник статей $c: Под ред. д-ра физ.-мат. наук Н. А. Перфилова и канд. физ.-мат. наук В. П. Эйсмонта. Скачай это бесплатное вектор на тему Атомная электростанция, атомные реакторы, производство энергии. деление атома, атомный процесс.
Механизм деления ядра
- Ядерная топка Земли
- Telegram: Contact @reshaysyaa
- Нашли ошибку или баг? Сообщите нам!
- Подписка на дайджест
- Понятие радиоактивности. Виды распада
- Ядерная топка Земли
Новое в Каталоге Энергетика.RU
- Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
- Даня Тылохин
- - Аналитика. Деление атома
- электроэнергетика и теплоэнергетика, генерация и электросети, предприятия и специалисты энергетики
- Деление ядра — Рувики: Интернет-энциклопедия
Физика. 9 класс
Ядерное деление-это реакция, при которой ядро атома распадается на два или более меньших ядра. Международная группа ученых выяснила, как именно вращаются атомные ядра после их деления, сообщает МедиаПоток. Ученые из Германии продемонстрировали квантовую запутанность двух атомов, разделенных 33 км оптоволоконного кабеля. Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер.
Процесс ядерного деления
- Закон деления атома
- Что нам могут дать элементарные частицы?
- Ядерная энергетика: как утилизировать уран?
- Элементарно о частицах: физик Дмитрий Бузунов разложил на атомы вопросы школьников
- Деление атома: перспективы международного рынка атомной энергетики
Атомы ядерного топлива выталкивают образующийся при его делении газ
Чаще всего испускаемым нуклоном является нейтрон, так как ему не нужно преодолевать кулоновский барьер при вылете из ядра, а для осколков деления это ещё вероятнее, так как они перегружены нейтронами, что приводит к понижению энергии связи последних. В результате практически мгновенно после деления составного ядра осколки деления испускают два или три нейтрона, которые принято называть мгновенными. 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. Спонтанное деление Основная статья: Спонтанное деление В некоторых случаях ядро может делиться самопроизвольно, без взаимодействия с другими частицами. Этот процесс называется спонтанным делением.
Поэтому интенсивное изучение радиоактивных распадов началось лишь после открытия нейтрона в 1932 г. Нейтрон не имеет электрического заряда, и способен гораздо легче попадать в зону действия ядерных сил, чем заряженные протоны или альфа-частицы. Появляется возможность ускорить ядерные реакции, облучая пробу вещества нейтронами. В результате таких исследований в 1938 г О.
Ганом и Ф. Штрассманом было установлено, что при облучении урана нейтронами образуются боле легкие элементы, с массовыми числами меньше, чем массовое число урана, как правило, в полтора раза, в основном четвертого-пятого периодов таблицы Менделеева. Были построены уравнения таких ядерных реакций, описаны их энергетические параметры. Открытие деления ядер урана. Механизм деления ядра В 1939 г физиками О.
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. 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.
А само топливо выглядит как таблетки примерно размерном так 1 см на 1 см. Видите внутри таблеток просверлены отверстия? Напишите в комментариях, как вы думаете зачем они. Лично мне факт их наличия кажется забавным, хоть и логичным. Таблетка - это диоксид урана.
Есть и другие виды. Простой металлический уран не используется, потому что плавится, трескается и т. А теперь самое важное. Что же происходит в реакторе с физической точки зрения? Есть два изотопа урана: 235 и 238. Да вы и сами же знаете, что 235 делится, а 238 нет, поэтому используют обогащенный уран с большим содержанием именно ядер урана-235. Когда 1 сторонний нейтрон попадёт в ядро урана, ядро распадётся на два случайных осколка. Кинетическая энергия этих осколков нагревает воду, что нам и необходимо. А еще вылетит в среднем 2-3 новых нейтрона, которые будут делить новые ядра урана-235. И такой процесс будет продолжаться, пока есть необходимая среда.
Для наглядности вот вам картинка. Только вот есть проблема. Делений в течении времени всё больше и больше, а мощность все выше и выше. Как же не взлететь на воздух? Так вот лишние нейтроны нужно убирать из активной зоны. Для этого есть как раз стержни и борная кислота, которые имеют свойство поглощать нейтроны. Необходимо, чтобы сколько новых нейтронов появилось, только старых поглотилось или по другому, в течении времени количество нейтронов должно быть неизменно. В таком случае реактор будет находится в состоянии, которое называется критика. Его мощность будет постоянна и все будет хорошо. Кстати, еще вопрос на подумать.
Какая теоретическая мощность может быть у реактора? Напишите в комментарии, что думаете.