В результате каждого деления ядра урана вместо одного атома образуются два новых, суммарный объём которых примерно в два раза больше объёма разделившегося атома, поскольку все атомы химических элементов, в общем-то, имеют примерно одинаковые объёмы. Польша готова разместить у себя заводы по производству снарядов с ураном. Новости. Японские исследователи синтезировали уран-241, запустив образец урана-238 на ядрах платины-198 с помощью ускорительной системы RIKEN.
Открытие спонтанного деления ядер урана
| 15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл | | Потом, уже в 1946 году, работа «Спонтанное деление ядер урана» была удостоена Сталинской премии I степени. |
| 1. Механизм деления ядра урана: | Открытие процессов деления ядра урана показало, что ядерные реакции иогут происходить без постоянного возбуждения извне, сопровождаясь при этом выделением огромного количества энергии. |
| Ядерная топка Земли | Рентгеновское излучение от реакции деления первой ступени термоядерного заряда частично отражается от урана-238, частично превращает уран в плазму и частично проходит сквозь уран. |
| Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра | Смотреть видео онлайн Деление ядер урана. Длительность видео: 57 сек. |
1. Механизм деления ядра урана:
Приведём примеры каждой из них. Отходы Одна из самых больших озабоченностей общественности по поводу атомной энергетики в последние десятилетия связана с тем, что делать с урановым топливом после того, как оно настолько насытится делящимися продуктами, что перестанет быть эффективным для производства энергии. Высокоактивные отходы содержат изотопы, радиоактивность которых может снизиться за тысячи лет до уровня, примерно соответствующего уровню радиоактивности руды, из которой они были получены. В настоящее время в мире хранится более четверти миллиона тонн высокорадиоактивных отходов, ожидающих захоронения или переработки. 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.
Они установили, что в результате бомбардировки нейтронами ядер урана образуются элементы средней части периодической системы химических элементов. Физическое объяснение делению ядер дали физики Отто Фриш и Лиза Мейтнер. В 1939 году Нильс Бор и Джон Уилер объяснили механизм деления ядер при помощи капельной модели ядра. Сделали они это в статье «Механизм деления ядер».
При этом реакция деления уран-235 наиболее интенсивно идет на медленных тепловых нейтронах, а ядра урана-238 вступают в реакцию деления только с быстрыми нейтронами с энергией порядка 1 МэВ.
Процесс спонтанного деления ядер не происходит мгновенно: перед образованием двух осколков ядро должно пройти несколько стадий деформированных состояний, различающихся по степени отличия от его исходной, почти сферической формы. В процессе деформации вначале преобладает эффект уменьшения энергии связи нуклонов за счёт увеличения поверхности деформированного ядра , затем кулоновские силы расталкивания протонов приводят к уменьшению потенциальной энергии ядра. Этим объясняется появление т.
В 1966 г. Струтинский ввёл метод учёта эффекта ядерных оболочек для вычисления потенциальной энергии делящегося ядра и получил «двугорбую» структуру энергетического барьера деления см.
Одним из таких факторов является масса урана. Дело в том, что не каждый нейтрон, излучённый при делении ядра, вызывает деление других ядер см. Если масса и соответственно размеры куска урана слишком мала, то многие нейтроны вылетят за его пределы, не успев встретить на своём пути ядро, вызвать его деление и породить таким образом новое поколение нейтронов, необходимых для продолжения реакции. В этом случае цепная реакция прекратится.
Чтобы реакция не прекращалась, нужно увеличить массу урана до определённого значения, называемого критическим. Почему при увеличении массы цепная реакция становится возможной? Чем больше масса куска, тем больше его размеры и тем длиннее путь, который проходят в нём нейтроны. При этом вероятность встречи нейтронов с ядрами возрастает. Соответственно увеличивается число делений ядер и число излучаемых нейтронов. При критической массе урана число нейтронов, появившихся при делении ядер, становится равным числу потерянных нейтронов т.
Поэтому их общее число остаётся неизменным. При этом цепная реакция может идти длительное время, не прекращаясь и не приобретая взрывного характера. Наименьшая масса урана, при которой возможно протекание цепной реакции, называется критической массой Если масса урана больше критической, то в результате резкого увеличения числа свободных нейтронов цепная реакция приводит к взрыву, а если меньше критической, то реакция не протекает из-за недостатка свободных нейтронов. Уменьшить потерю нейтронов которые вылетают из урана, не прореагировав с ядрами можно не только за счет увеличения массы урана, но и с помощью специальной отражающей оболочки. Для этого кусок урана помещают в оболочку, сделанную из вещества, хорошо отражающего нейтроны например, из бериллия. Отражаясь от этой оболочки, нейтроны возвращаются в уран и могут принять участие в делении ядер.
Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
Механизм деления ядра В 1939 г физиками О. Фришем и Л. Мейтнером была предложена капельная модель ядра, в рамках которой был описан процесс деления ядра атома урана. В покое ядро урана можно представить в виде капли, состоящей из нуклонов протонов и нейтронов. Протоны имеют одинаковый заряд и стремятся разлететься, однако, ядерные силы имеют большую мощность, и препятствуют этому. В тяжелых элементах протонов очень много, и энергия ядерных сил лишь немного превышает энергию кулоновского отталкивания в сфере их действия напомним, ядерные силы, в отличие от кулоновских — короткодействующие. Если в ядро попадает нейтрон, обладающий некоторой энергией, он передает ее ядру, в ядре, точно так же, как в реальной капле, возникают деформации, оно теряет сферическую форму, и часть ядра может оказаться в зоне, где ядерные силы резко убывают. Капельная модель деления ядра урана. Поскольку доля нейтронов в устойчивых ядрах для легких элементов меньше, получается, что при делении ядра урана один или несколько нейтронов оказываются «лишними», они покидают зону распада, и могут попасть в другие ядра урана, являясь инициаторами цепной реакции деления.
Оценку выделяющей при делении ядра энергии можно сделать с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре. При полном делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти. При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рис. При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. Рассмотренная выше схема цепной реакции представляет собой идеальный случай. В реальных условиях не все образующиеся при делении нейтроны участвуют в делении других ядер. Часть их захватывается неделящимися ядрами посторонних атомов, другие вылетают из урана наружу утечка нейтронов. Поэтому цепная реакция деления тяжелых ядер возникает не всегда и не при любой массе урана. Коэффициент размножения зависит от ряда факторов, в частности от природы и количества делящегося вещества, от геометрической формы занимаемого им объема.
Однако, часто радиоактивные породы находятся под землей и тогда приходится рыть шахты. В большинстве случаев именно посредством шахт добывают уран в России, так как более выгодный с экономической точки зрения способ найти трудно. Правда все это оправданно лишь если глубина не превысит 2000 метров, а сама руда будет достаточно высокого качества. Поэтому в России уран добывают как подземными горными выработками, так и методом СПВ. Карьерные работы в нашей стране практически не используют. Порода, которую разрабатывают посредством шахт, проходит следующие стадии: извлечение; сортировка на пустую и ту, которая содержит уран; вывоз пустой породы на отвалы; доставка ураносодержащей породы на завод; обработка ураносодержащей породы. К плюсам этой технологии следует отнести безопасность для работников завода ввиду отсутствия радиоактивной пыли при обработке урана. Таким образом, за методом СПВ, который не наносит вред экологии и экономически выгоден, будущее. Но стоит помнить, что в большинстве стран мира, и в России тоже, добывать уран таким способом можно, если руда залегает ниже уровня грунтовых вод, а между ними находится водонепроницаемая глина. Ввиду своей химической активности, уран достаточно гибкий и весьма ковкий металл, обладающий свойством намагничиваться. Однако в первую очередь, человечество использует его в атомной энергетике. Следует понимать, что в природе смотреть как добывают уран U235 не приходится. Поэтому для нужд энергетики и армии, полученный уран обогащают или обедняют. Изотоп урана U235 устроен таким образом, что однажды запущенная реакция ядерного распада будет протекать самопроизвольно, без дополнительного влияния извне. Поэтому уран добывают в основном как основу для извлечения из руды подобных изотопов. Благодаря такой реакции он крайне эффективен как источник энергии для ядерного реактора. Несмотря на свою эффективность, подобное производство отличается повышенной опасностью, как для персонала, так и для всего человечества. Взрывы АЭС по всему миру заслуженно считаются одними из самых страшных техногенных катастроф за всю нашу историю. Чаще всего начинкой ядерных боеголовок служит плутоний-239, который получают при облучении урана-238 мощными потоками нейтронов.
Данная реакция сопровождается выделением большой энергии которая имеет электростатическое происхождение , так как энергия связи образовавшихся ядер оказывается большей, чем у ядер урана. При полном делении 1 г урана выделяется такое же количество теплоты, как при сгорании 3 т. Реакция, в которой частицы вызывающие ее нейтроны , образуются, как продукты данной реакции называется ядерной цепной реакцией. Ядерная цепная реакция характеризуется коэффициентом размножения нейтронов. Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в каком-либо поколении к числу нейтронов в предшествующем поколении. Наименьшую массу делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция, называют критической массой.
Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
| Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть? | Чтобы повысить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить содержащееся в нем количество урана-235 с помощью процесса, называемого обогащением урана. |
| Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция | Физический класс | Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра (так называемые вторичные нейтроны деления), способны вызывать деление новых ядер урана. |
| Энергия связи. Дефект массы. Деление ядер урана. Цепная реакция | Физика 9 класс #55 | Инфоурок | Вскоре они обнаружили, что камера продолжает регистрировать деление и после удаления источника нейтронов: происходит самопроизвольное деление ядер урана без бомбардировки их нейтронами. |
Что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана. процессе деления путем Вывод Делиться на части могут только ядра некоторых тяжелых Цепные ядерные реакции При делении ядра урана освобождаются 2-3 нейтрона. Нейтроны, излучаемые ядрами урана, вызывают деление других ядер урана с появлением новых нейтронов — так происходит самоподдерживающаяся цепная реакция, благодаря которой мы получаем большое количество энергии. В 1938 г. был открыт процесс деления атомных ядер урана нейтронами. Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. Схема цепной реакции деления урана-235 нейтронами при эффективном коэффициенте размножения нейтронов больше единицы.
§ 227. Деление урана
Основной задачей, которую поставила перед собой группа ученых, было повышение результативности переработки ОЯТ в замкнутом ядерном топливном цикле. Согласно концепции радиоэквивалентности, в землю нужно вернуть столько же, сколько было получено: активность захороненных отходов должна быть идентичной активности добытого урана. Если ядерные отходы не подвергать обработке, то для достижения этого баланса потребуются сотни тысяч лет. При извлечении наиболее активных элементов этот период значительно сокращается.
Деление ядер урана Существенным прорывом в области физики было открытие нейтрона. Нейтрон Ядерные реакции. Деление ядер урана Наблюдается следующая реакция при взаимодействии алюминия с нейтроном. Деление ядер урана Великий итальянский физик. Первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения обусловлены не только быстрыми, но и медленными нейтронами. Энрико Ферми 1901—1954 гг. Деление ядер урана O H H Вода Для уменьшения скоростей нейтронов применяют воду, так как в воде есть большое число ядер атома водорода, масса которых практически такая же как и масса нейтронов. Деление ядер урана Проводимые реакции очень разнообразны. И так как ядро не способно оттолкнуть нейтрон, здесь можно говорить о различных превращениях. Деление ядер урана Ядерные превращения, приводящие к испусканию радиоактивных излучений Схема реакции деления ядра Ядерные реакции. Деление ядер урана Немецкие учёные. В конце 1938 года открыли деление ядер урана.
На его гигантской территории размещено множество объектов военно-гражданской инфраструктуры: образцов тяжелого оружия и военной техники различных родов войск на фоне разнообразных интерактивных композиций, музейных, деловых и выставочных павильонов, инфраструктуры культурно-развлекательного и гостиничного назначения. Ежедневно посетителями парка «Патриот» становятся тысячи жителей Москвы и Подмосковья, других субъектов Российской Федерации, государств СНГ и дальнего зарубежья. А в дни официальных и праздничных мероприятий количество посетителей нередко исчисляется десятками тысяч. Его посещение способствует развитию чувства любви и уважения к Родине, создает привлекательный облик службы в Вооружённых Силах страны, формирует гражданскую ответственность за настоящее и будущее безопасности родной Отчизны. Недавно здесь вступил в действие новый выставочный павильон «Атом на службе Родине». В нем различными средствами визуализации отображены события из истории отечественной ядерной энергетики и атомного оружия от первых успехов до наших дней. Церемония торжественного открытия экспозиции павильона состоялась 6 сентября 2016 года. Она помогает молодежи ознакомиться с теми или иными разделами ядерной физики, почерпнуть широкий объем информации в данной сфере человеческой жизнедеятельности Основной, просветительский потенциал выставки, направлен на ознакомление с достижениями в сегменте ядерных исследований, осознание роли ядерного оружия и атомной промышленности в становлении экономического и оборонного потенциала России.
Да раньше об этом и не думали. Как «химики-ядерщики», в определенном смысле близкие физике, мы еще не можем решиться на этот шаг, противоречащий всем прежним представлениям ядерной физики. Возможно, наши результаты обусловлены какими-то случайными совпадениями. Мы намерены продолжить опыты с новыми продуктами превращений... При наличии сильных искусственных источников лучей это можно было бы сделать гораздо легче». Последовавшая за этим переписка между Ганом, Лизой Мейтнер и Фришем показывает, как много разного рода трудностей пришлось преодолеть на пути к полной ясности: ошибочные гипотезы, новые сомнения Гана в правильности измерений с барием, неопределенность теоретической возможности расщепления и ее физического доказательства, наконец, немаловажный вопрос о существовании трансуранов. Отто-Роберт Фриш, поставленный в известность Лизой Мейтнер, сомневался в результатах Гана даже больше ее самой, и она внушала ему: «Если Ган с его громадным опытом говорит что-нибудь, то в этом что-то есть! О точном равенстве массовых чисел не может быть и речи... С порядковыми номерами дело, конечно, не проходит, поэтому несколько нейтронов должны пре- вратиться в протоны... Возможно ли это энергетически? Я этого не знаю; я знаю только, что наш радий обладает свойствами бария и что наш актиний не имеет свойств настоящего элемента 89. Все остальное еще не проверено... Возможно, Ты сможешь что-либо рассчитать и опубликовать. Если в этом что-то есть, трансуранам придется... Я не знаю, не причинит ли мне это много горя... Отто-Роберт и я уже сломали себе головы». Затем она задала несколько вопросов, главным образом в связи с трансуранами. Мейтнер и Фриш сообща ответили на рукопись Гана и Штрассмана, посланную в «Naturwissenschaften». Мейтнер писала: «... Может быть, это энергетически и возможно расщепиться тяжелому ядру. Тем не менее Твоя гипотеза о возникновении бария и мазурия по разным причинам кажется мне неприемлемой». Затем снова следовали специальные химические вопросы, поскольку «вопрос о реальности трансуранов имеет для меня сугубо личный характер. Если вся работа трех последних лет была ошибочной, то это можно установить не только с одной стороны. Ведь и я была ответственна за эту работу... Ведь если трансуранам суждено исчезнуть, Вы окажетесь в гораздо лучшем положении, так как сами нашли это, тогда как мне останется лишь опровергнуть свою трехлетнюю работу... Впрочем, я еще отнюдь не убеждена, что трансураны уже прикончены и... Ради одного из названных вопросов Ган оставил ответ на это письмо до возвращения Штрассмана из отпуска, но уже 3 января получил новое письмо: «Теперь я почти убеждена, что Вы действительно открыли распад в барий, и считаю это действительно прекрасным результатом, с которым сердечно поздравляю Тебя и Штрассмана... Можешь мне поверить, что, хотя я при этом ничего не имею, я радуюсь этой чудесной находке». Естественная озабоченность Лизы Мейтнер по поводу возможного опровержения прежней работы была неправильно понята Ганом как возражение против публикации новых результатов без ее согласия. С обеих сторон были сказаны горькие слова, так что Фриш, оказавшийся в Копенгагене, дружески вмешался, чтобы внести ясность. Если опровержение последует только со стороны Гана и Штрассмана,— писал он,— то «люди скажут, что вот. Если же учесть возможность того, что многие прежние результаты не будут затронуты опровержением, то многие расценят опровержение лишь как новую ошибку... То, что тете Лизе несколько грустно не участвовать в новой работе, понятно без слов, но это огорчение уже через день было вытеснено радостью по поводу Вашего прекрасного открытия». Фриш и Лиза Мейтнер выступили в английском журнале «Nature» с общей заметкой, в которой расщепление ядра назвали «fission» деление , и это стало затем общепринятым. В письме, написанном по-немецки, оно определялось как «разделение ядра на два примерно одинаковых осколка, причем каждый содержит большее или меньшее число нейтронов». Для ясности заметим, что объяснение при этом получали лишь продукты реакции, ранее включавшиеся в ряды как радий, актиний и торий; что же касается трансуранов, то вопрос о них по-прежнему оставался открытым. Ответ Гана от 5 января звучит в высшей степени неожиданно: «Сегодня я больше не уверен, даже снова боюсь за барий; не радий ли это все-таки? Никак не могу поверить в это». К Фришу он еще раз обращается с вопросом о реальности трансуранов, на что тот отвечает ему 10 января: «Я накопил уже столько аргументов против трансуранов, что мне трудно согласиться с их оживлением. Не могут ли и они оказаться легкими элементами? Впрочем, мы предполагаем еще изучить осадки с рутением, родием и палладием». Это — первое указание на новую проверку реальности трансуранов. Опыт, поставленный нами сегодня [10. Во всяком случае, сегодня я уже убежден. Нужны несколько более быстрые нейтроны, чтобы взорвать ядра тория». Активность и, значит, количество бария, полученного при обстреле тория быстрыми нейтронами, была крайне малой; ее удалось измерить лишь только потому, что у Гана имелся необходимый для этого измерения чистейший образец тория, приготовленный им в процессе длительных утомительных опытов, путем многократного очищения от продуктов распада, излучение которых исказило бы изучаемое явление. Это была заслуженная награда за прежнюю «бесцельную работу! Она сообщила также, что у них с Фришем готовы две заметки в «Nature». Это следствие того, что дефект массы атома урана существенно меньше, чем дефект массы атомов средней части периодической системы. Если, таким образом, подобный переход происходит, то разница дефектов масс проявляется в виде ядерной энергии. В качестве возможных пар деления, порядковые номера которых в сумме дают 92, в заметке Фриша и Мейтнер предполагались барий 56 и криптон 36 , а также стронций 38 и ксенон 54. Сообщалось также об успешном опыте Фриша с атомами отдачи. В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью, что было установлено по величине производимой ими ионизации в воздухе в условиях, когда все ионизирующие заряженные частицы меньшей скорости, создававшие меньше 500 тысяч ионов, устранялись с помощью внешнего поля. Его реакция на них была очень специфична: выходит, все наши трудоемкие опыты «после убедительного опыта Отто-Роберта не нужны». Лиза Мейтнер ответила 25 января: вовсе не «не нужны», без Вашего прекрасного результата о барии вместо радия мы никогда бы не пришли к этому... Конечно, публикуйте Ваши результаты о стронции и иттрии... Опыты с атомами отдачи доказывают лишь факт взрыва, но не то, на что делится ядро; это может решить только химия». Это письмо Лизы Мейтнер перекрылось с письмом Гана, тоже от 25 января, уже явно оптимистическим «благодаря многим новым результатам»: в барии уже нельзя более сомневаться, доказано образование «гипотетического криптона» при облучении урана нейтронами, среди продуктов деления найдены также стронций, иттрий, рубидий.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
Для научного сообщества эти строчки были лишь необузданной фантазией поэта, однако всего через семнадцать лет, в 1938 году, Отто Ган (, 1879–1968) и Фриц Штрассман (, 1902–1980) открыли деление ядер урана. Смотреть видео онлайн Деление ядер урана. Длительность видео: 57 сек. Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. Теория предсказывала, что уран-235 с гораздо большей вероятностью подвергнется делению, чем другие изотопы, особенно если нейтроны, ударяющие в его ядро, движутся с относительно низкой скоростью. Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуально. Следовательно, при делении ядра урана освобождается энергия порядка 0,9 МэВ/нуклон или приблизительно 210 МэВ на один атом урана.
Деление ядер урана
бригада: это специальная вещь принадлежит для хранения урана, ядро ядерной бомбы есть это вещество она очень радиоактивное и даже 1мг может убить человека если вы увидели такую вещь на полу срочно убегайте и предупреждайте полиции и ФСБ! При спонтанном делении ядер выделяется энергия; для урана она составляет около 190 МэВ на ядро. Лиза Мейтнер и Отто Фриш объяснили этот результат распадом ядра урана на примерно две равные части (осколока), а Фриш назвал это явление по аналогии с биологическим явлением «бинарным делением ядра» или просто делением ядра. нейтроны могут вызывать дальнейшее деление, но только ядер данного урана, количество которого в природном уране всего. Ядро урана-238 захватывает нейтрон, превращается в нептуний-239, а затем, путём испускания электрона, превращается в плутоний-239.
В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
Протоны имеют одинаковый заряд и стремятся разлететься, однако, ядерные силы имеют большую мощность, и препятствуют этому. В тяжелых элементах протонов очень много, и энергия ядерных сил лишь немного превышает энергию кулоновского отталкивания в сфере их действия напомним, ядерные силы, в отличие от кулоновских — короткодействующие. Если в ядро попадает нейтрон, обладающий некоторой энергией, он передает ее ядру, в ядре, точно так же, как в реальной капле, возникают деформации, оно теряет сферическую форму, и часть ядра может оказаться в зоне, где ядерные силы резко убывают. Капельная модель деления ядра урана.
Поскольку доля нейтронов в устойчивых ядрах для легких элементов меньше, получается, что при делении ядра урана один или несколько нейтронов оказываются «лишними», они покидают зону распада, и могут попасть в другие ядра урана, являясь инициаторами цепной реакции деления. В такой реакции нейтрон, попавший в ядро, вызывает его деление, в результате которого возникают новые нейтроны, которые в свою очередь также вызывают новые деления ядер, и так далее. Цепная реакция деления.
В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Удельная энергии связи у более легких элементов выше, а значит, ядру урана энергетически «выгодно» распасться на более легкие ядра.
Почему вообще так важна роль урана-235? Дело в том, что именно этот изотоп охотно делится под воздействием медленных нейтронов в отличие от преобладающего изотопа — урана-238, который может делиться только быстрыми нейтронами а быстрые — в среде замедляются, и цепная реакция гаснет, не успев начаться. Таким образом, за миллиарды лет до появления человека природа уже освоила технологию, над реализацией которой в середине ХХ в. Период полураспада урана-238 — 4,5 млрд лет, урана-235 — около 700 млн лет. Из-за разной скорости естественного распада соотношение изотопов в природе изменяется со временем: доля более легкого урана-235 неуклонно уменьшается. Например, уран-238, распадаясь, сначала превращается в торий-234, который, в свою очередь, также распадается. Конечными стабильными нуклидами для естественных цепочек распада урана являются изотопы свинца.
Суммарное количество энергии, выделяющейся во всей цепочке реакций, около 50 МэВ. Суть цепной ядерной реакции деления заключается в том, что ядро радиоактивного элемента, например урана-235, захватывая нейтрон, становится неустойчивым и распадается преимущественно с образованием двух крупных осколков и — самое важное! Эти нейтроны могут инициировать деление уже нескольких ядер — возникает цепная реакция. Если потери нейтронов в такой разветвленной цепи реакций будут меньше, чем число вновь образовавшихся, то выделение энергии будет нарастать лавинообразно. В одном акте деления урана высвобождается энергии в 4 раза больше, чем при естественном распаде, причем скорость энерговыделения очень велика. Самые известные примеры процессов такого типа — реакции в атомной бомбе и реакторах АЭС Сама идея атомного реактора в земных недрах возникла примерно в это же время — и почти за двадцать лет до открытия феномена Окло! В 1953 г. Везерилл и М. Ингрэм выдвинули смелую гипотезу, что в древнейшие времена в скоплениях радиоактивных элементов, главным образом урана и тория, могли протекать цепные ядерные реакции.
Поиски геореакторов, подобных оклоскому, предпринимались впоследствии и в других древних месторождениях, но они успехом не увенчались. Может быть, африканский реактор — это шутка Бога, результат случайного стечения обстоятельств и он действительно уникален? Даже если это так, идея, что в Земле могут идти — причем и в далеком прошлом, и в настоящее время! Красноречивый гелий Признаки работы природных реакторов ищут не только в земной коре, но и в недрах планеты. Одна из причин упорства исследователей заключается в том, что Земля излучает тепла примерно в 2,5 раза больше, чем должна отдавать в результате естественного распада радиоактивных элементов в коре радиогенное тепло и первичного нагрева. Тепловая энергия, получаемая от Солнца, в этом балансе не учитывается. Если такую большую разницу пытаться объяснить только радиогенным теплом из внутренних областей планеты, то Земля в целом должна иметь нереально большие запасы радиоактивных элементов. Но вот в цепных ядерных реакциях как раз выделяется тепла в несколько раз больше, чем при естественном радиоактивном распаде. Цепной механизм выделения энергии мог бы объяснить и упомянутый тепловой дисбаланс, и многие другие необычные явления.
И если гипотетические реакторы расположены глубоко в недрах, то понятно, почему следы их активности не удалось найти в урановых месторождениях за исключением Окло. Искали где ближе, но, может, стоит «копнуть вглубь»? Итак, предположим, что где-то в теле Земли действует такой реактор. По каким признакам его можно обнаружить? Один из методов поиска — анализ продуктов деления, мигрирующих из зоны реакции и достигающих земной поверхности. В частности, очень интересен изотопный состав «солнечного элемента» — гелия. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He и 3He. Гелий-4 попадает в атмосферу в результате естественного распада урана и тория. В воздухе на миллион атомов гелия-4 приходится всего полтора атома гелия-3.
Но в базальтах срединно-океанических хребтов изотопа 3He больше уже в 8 раз, а в некоторых изверженных магматических горных породах — в 40! Как объяснить происхождение гелия с высоким содержанием изотопа 3He? Какие физические процессы могут быть ответственны за это? Обычный радиоактивный распад явно не годится, так как он продуцирует исключительно гелий-4. Попробуем привлечь на помощь ядерные реакции деления. Известно, что при работе реактора тяжелые ядра, поглощая нейтрон, становятся неустойчивыми и могут делиться на два крупных осколка с испусканием легких заряженных частиц и 2—3 нейтронов. В конечном продукте совокупности таких реакций доли обоих изотопов гелия хотя и отличаются, но представляют собой величины одного порядка. Напомним, что в «стандартном» атмосферном гелии их концентрации различаются на шесть порядков! Таким образом, относительно высокое содержание гелия-3, наблюдаемое в магматических породах, поднявшихся на поверхность из земных недр, может служить косвенным свидетельством работы глубинного геореактора.
Уран выпал в осадок? Прежде чем продолжить разговор, хочется еще раз подчеркнуть принципиальное различие между естественным радиоактивным распадом и ядерной реакцией деления, ибо разница эта не всегда очевидна на неискушенный взгляд. Обычная радиоактивность — это самопроизвольный распад атомных ядер; для реакции деления обязательно требуется взаимодействие с внешней частицей нейтроном. По этой причине для осуществления ядерной реакции нужна достаточная концентрация активного вещества; для спонтанного распада концентрация не имеет никакого значения.
В такой реакции нейтрон, попавший в ядро, вызывает его деление, в результате которого возникают новые нейтроны, которые в свою очередь также вызывают новые деления ядер, и так далее. Цепная реакция деления. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Удельная энергии связи у более легких элементов выше, а значит, ядру урана энергетически «выгодно» распасться на более легкие ядра. Этому препятствуют ядерные силы, нужен внешний возбуждающий импульс, но существует ненулевая вероятность, что в ядре начнется распад и без такого импульса. Что мы узнали? Ядра урана при бомбардировке нейтронами способны делиться на более легкие части. Механизм деления описывается в рамках капельной модели ядра. Тест по теме.
В теории возможно возобновление цепной реакции — это путь к ухудшению радиационной обстановки, — заявил специалист. По его словам, возобновление подобной реакции опасно в первую очередь для жителей близлежащих к Чернобылю городов — Гомеля и Чернигова. Также «вторичная критичность» представляет угрозу для работников «зоны». Однако о критической опасности можно будет говорить лишь в случае обнаружения новых радионуклидов в воздухе, подчеркнул Ожаровский. Среди возможных причин возобновления ядерных реакций может быть попадание в устройство влаги, отметил ученый.
Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра
Смотреть видео онлайн Деление ядер урана. Длительность видео: 57 сек. Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году. Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. Поскольку вода замедляет нейтроны, ее попадание ускоряло деление ядер урана в расплаве.