Деление ядер урана Делением ядер называется процесс распада массивного ядра на две приблизительно равные части, сопровождающийся вылетом других частиц. Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. При делении ядра урана-235, выделяется 200 МэВ энергии, большая часть которой (168 МэВ) приходится на кинетическую энергию осколков.
52. Ядерные реакции. Деление ядер урана
После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1). Происходит это так: тепловыделяющие сборки (ТВС) разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления. За открытие спонтанного деления урана К.А. Петржак в 1946 году был удостоен Государственной премии.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
| «Тревожный звоночек»: физик прокомментировал возобновление ядерных реакций в Чернобыле | Расследование показало, что концентрация урана-235 в руднике такая же, как в отработанной атомной станции, но деление ядер произошло 1,8 миллиарда лет назад. |
| Что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле | Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. |
| Уран, деление ядра - Справочник химика 21 | 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. |
| Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция | Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году. |
| 15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл | | 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! |
Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть?
Если колебания достаточно интенсивные, то ядро сильно вытягивается с последующим образованием гантелевидной формы с явно выраженным перешейком. Осколки «перегружены» нейтронами и являются радиоактивными. За время меньше 10-14 с из осколков вылетают 2-3 нейтрона которые называют мгновенными и гамма-кванты. Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. Важно, что в результате деления ядра урана, вызванное нейтроном, возникают новые нейтроны, способные привести к делению следующих ядер урана.
Президент США Гарри Трумэн теперь не сомневался, что войну с Японией удастся завершить и без помощи СССР, поэтому сообщил Сталину об успешном испытании бомбы и тем самым раскрыл тщательно скрывавшийся от советских союзников секрет о разработке нового оружия. Сталин, выслушав от Молотова мнение о том, что американцы «цену себе набивают», лишь усмехнулся и поручил «переговорить с Курчатовым об ускорении нашей работы». Вопрос о целесообразности атомной бомбардировки японских городов возник после отказа Японии от безоговорочной капитуляции. Тротиловый эквивалент составил 12,5 кт. Все, кто находился в радиусе километра от эпицентра, обуглились в доли секунды, а некоторые просто испарились. В мгновение было разрушено 60 тыс. От лучевой болезни до конца года погибло не менее 60 тыс. Однако после первой атомной бомбардировки Япония от капитуляции отказалась, и 9 августа 1945 года последовала атомная бомбардировка Нагасаки.
Тротиловый эквивалент взрыва составил 22 кт, и он унес жизни более 70 тыс. Лесли Гровс, военный руководитель Манхэттенского проекта, после 17 августа планировал сбросить на Японию третью атомную бомбу. Но, как ни парадоксально, президент Трумэн на этом распорядился прекратить атомные бомбардировки, отказавшись от идеи убийства еще 100 тыс. Конец кошмару был положен капитуляцией Японии 15 августа. Переворот армейских офицеров, планировавших продолжить войну, не состоялся, а японский военный министр Анами покончил с собой. После бомбардировки японских городов американские физики стали покидать атомный проект и возвращаться к академической работе, а некоторые из них навсегда бросили заниматься физикой. Когда Лизе Мейтнер сообщили о бомбардировке Хиросимы, она была этим потрясена и несколько часов бродила по округе городка, в котором тогда жила. От Советского Союза требовалось полностью свернуть ядерную программу, подчиниться мощной международной организации, явно контролируемой США, и отказаться от разработки всех залежей урана, которые могли быть найдены в недрах СССР.
Оно было схоже с конвенцией, направленной на запрещение разработки, производства, накопления и использования химического оружия, которая была принята в 1925 году. Согласно этому варианту, атомное оружие следовало запретить специальной международной конвенцией. Все имеющиеся ядерные арсеналы подлежали уничтожению в течение трех месяцев после ее ратификации. Предлагались и другие мероприятия, гарантирующие выполнение данной конвенции. Однако США советские предложения не приняли. Тем самым возможность сдержать процесс распространения ядерного оружия была упущена. Примечательна реакция Роберта Оппенгеймера на советские контрпредложения о том, чтобы в принципе запретить атомную бомбу. Он счел их намерением «сразу же лишить нас единственного оружия, которое позволило бы не допустить русских в Восточную Европу».
К этому времени «левак» Оппенгеймер превратился в «реалиста» холодной войны. Этот комитет возглавил Л. Он не был ни ученым, ни инженером, но российские физики считали, что Берия — человек, с которым можно работать. Они оценили его ум, волю и целеустремленность, а также умение доводить дело до конца. Игорю Курчатову, научному руководителю программы, было приказано создать советскую атомную бомбу в кратчайшие сроки, не считаясь с расходами. Лозунг «Догнать и перегнать! Благодаря разведывательной работе Теодора Холла, Дэвида Грингласса и особенно Клауса Фукса Советский Союз смог быстро догнать США в ядерных технологиях, а затем и опередить их благодаря усилиям советских ученых более подробно о роли разведки и Клауса Фукса в создании советского ядерного оружия см. При создании первой советской атомной бомбы в полной мере была использована исчерпывающая информация о конструкции американской плутониевой бомбы, переданная советскими разведчиками, действовавшими непосредственно в центре Манхэттенского проекта.
Из-за предательства перебежчика Игоря Гузенко, работавшего шифровальщиком в советском посольстве в Оттаве, такие советские разведчики, как Алан Мэй, были раскрыты. В списке, представленном Гузенко, были служащие Госдепартамента США, оттавского отдела Верховного комиссариата Великобритании и британских разведывательных организаций. Информация о предательстве Гузенко была передана в Москву Кимом Филби. Советский физик Юлий Харитон провозгласил девиз: «Мы должны знать в десять раз больше того, что мы делаем». Советская атомная индустрия строилась с нуля.
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. Рассмотрим процесс деления ядра урана-235: Ядро можно рассматривать как шарообразную каплю электрически заряженной несжимаемой жидкости. На все нуклоны в ядре действуют ядерные силы притяжения, кроме этого на протоны действуют электростатические силы отталкивания одноимённых зарядов, в результате чего протоны располагаются на периферии ядра. Если ядро не возбуждено, то эти две силы компенсируют друг друга, предотвращая разрыв ядра.
Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в противоположные стороны. Кинетическая энергия новых ядер обусловлена кулоновскими силами. Если суммарная энергия связи ядер-осколков меньше, чем энергия связи ядра урана, то реакция сопровождается выделением огромной энергии в виде кинетической энергии осколков, энергии гамма-квантов и энергии вторичных нейтронов. Обнаружено, что при бомбардировке нейтронами урана-235 образуется 80 различных ядер. Цепная реакция деления урана В январе 1939 года Ферми высказал мысль, что при делении урана-235 следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт. Поставленный эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов. Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. 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.
Открытие спонтанного деления ядер урана
Поглотив нейтрон, ядра урана возбуждается и начинает деформироваться подобно жидкой капли. Она растягивается до тех пор, пока электрические силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начнут преобладать над ядерными силами притяжения, действующими в перешейке. Под действием электрических сил ядро разрывается и осколки разлетаются.
Поглотив нейтрон, ядра урана возбуждается и начинает деформироваться подобно жидкой капли. Она растягивается до тех пор, пока электрические силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начнут преобладать над ядерными силами притяжения, действующими в перешейке. Под действием электрических сил ядро разрывается и осколки разлетаются.
Организовать такое непросто, и расчеты показывают, что для запуска ускоряющейся цепной реакции необходимо было бы уменьшить поглощение нейтронов «нейтральными» материалами и их утечку за пределы застывшего расплава как минимум в 2,5 раза. Самостоятельно такие изменения в самой керамике происходить не могут, но в ней есть поры и трещины, так что кое-что меняться может. Основную роль в изменениях тут играет вода, которой в руинах четвертого энергоблока еще со времен аварии скопилось немало.
После сооружения «Укрытия» оказалось, что дождевая и талая вода продолжает поступать внутрь, но к началу 1990 года установился некоторый баланс водного режима. Изменения нейтронной активности в помещениях под саркофагом, как пишут ученые в той же самой статье, были сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, влажные наоборот. Эта ситуация изменилась, когда поверх «Укрытия» возвели в середине 2010-х Новый безопасный конфайнмент — поступление воды в остатки энергоблока резко сократилось. Соответственно, при высыхании залитых водой лаваподобных топливосодержащих материалов ЛТСМ нейтронный поток будет сначала увеличиваться и только после прохождения «оптимального увлажнения» начнет сокращаться — это, возможно, мы и видим сейчас. Это происходит потому, что вода является одновременно сильным замедлителем и сильным поглотителем нейтронов. Замедление нейтронов — это снижение их энергии от миллионов электронвольт при рождении в ядерной реакции до сотых долей электронвольта — средней тепловой энергии атомов при комнатной температуре. Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции. Поэтому добавляя воду к урану, мы увеличиваем вероятность деления и как бы виртуально многократно увеличиваем концентрацию урана.
Однако когда воды становится достаточно много, все нейтроны успевают в ней замедлиться, и дальнейшее ее добавление приводит только к росту поглощения ценных нейтронов.
На все нуклоны в ядре действуют ядерные силы притяжения, кроме этого на протоны действуют электростатические силы отталкивания одноимённых зарядов, в результате чего протоны располагаются на периферии ядра. Если ядро не возбуждено, то эти две силы компенсируют друг друга, предотвращая разрыв ядра. При поглощении ядром урана-235 нейтрона оно получает дополнительную энергию, что приводит к образованию возбуждённого ядра урана-236 и его колебаниям.
Если колебания достаточно интенсивные, то ядро сильно вытягивается с последующим образованием гантелевидной формы с явно выраженным перешейком. Осколки «перегружены» нейтронами и являются радиоактивными.
В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
| Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда | При делении ядра урана 2-3 мгновенных нейтрона скидывается, получаются два осколка с отношением масс преимущественно около 1:1.4, т.е., любимые массы около 95 и 135. |
| Ответы : почему происходит деление ядра урана-235 при попадании в него нейтрона? | В этом случае неизменным будет количество энергии, которая выделяется за единицу времени при делении ядер урана. |
| Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется? | Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции. |
| Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется? - | Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. |
| Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников — Информатор | Первым открытым процессом деления ядра было вынужденное деление изотопа урана-235 нейтронами. |
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
За открытие спонтанного деления урана К.А. Петржак в 1946 году был удостоен Государственной премии. Поскольку вода замедляет нейтроны, ее попадание ускоряло деление ядер урана в расплаве. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Объект «Магия деления ядра урана» был создан четко в установленный договорной срок и сдан заказчику без каких-либо замечаний с его стороны.
Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
| Перспективы ядерной энергетики в современном мире / Хабр | На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана. |
| 52. Ядерные реакции. Деление ядер урана | Польша готова разместить у себя заводы по производству снарядов с ураном. Новости. |
| Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется? - | 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. |
Ядерные реакции
Помимо урана, способны делиться еще некоторые элементы из числа последних элементов периодической системы Менделеева. Эти элементы, так же как и уран, делятся не только под действием нейтронов, но также без внешних воздействий спонтанно. Спонтанное деление было установлено на опыте советскими физиками К. Петржаком и Георгием Николаевичем Флеровым р. Оно представляет собой весьма редкий процесс. Так, в 1г урана происходит всего лишь около 20 спонтанных делений в час. Деление ядра урана под действием нейтронов: а ядро захватывает нейтрон; б удар нейтрона о ядро приводит последнее в колебания; в ядро делится на два осколка; при этом испускается еще несколько нейтронов Благодаря взаимному электростатическому отталкиванию осколки деления разлетаются в противоположные стороны, приобретая огромную кинетическую энергию около. Реакция деления происходит, таким образом, со значительным выделением энергии.
Быстродвижущиеся осколки интенсивно ионизуют атомы среды. Это свойство осколков используют для обнаружения процессов деления при помощи ионизационной камеры или камеры Вильсона. Фотография следов осколков деления в камере Вильсона приведена на рис. Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра так называемые вторичные нейтроны деления , способны вызывать деление новых ядер урана. Благодаря этому можно осуществить цепную реакцию деления: однажды возникнув, реакция в принципе может продолжаться сама собой, охватывая все большее число ядер. Схема развития такой нарастающей целлон реакции изображена на рис. Фотография следов осколков деления урана в камере Вильсона: осколки разлетаются в противоположные стороны из тонкого слоя урана, нанесенного на пластинке, перегораживающей камеру.
На снимке видно также множество более тонких следов, принадлежащих протонам, выбитым нейтронами из молекул водяного кара, содержащегося в камере Осуществление цепной реакции деления на практике не просто; опыт показывает, что в массе природного урана цепная реакция не возникает.
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. 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?
Их первоначальный план состоял в том, чтобы использовать обогащенный уран-235 в качестве топлива, но был отброшен из-за его дефицита в то время.
Вместо этого реактор был заправлен 45 тоннами оксида урана и 5,4 тоннами металлического урана. В качестве замедлителя нейтронов было использовано около 360 тонн гранита. В отличие от многих современных ядерных реакторов, СР-1 не имел системы охлаждения. Уран гораздо важнее, чем вы думаете Распад тория, урана и калия-40 является основным источником тепла вблизи мантии Земли, который управляет критической мантийной конвекцией и удерживает внешнюю жидкость в противоположность твердому внутреннему ядру. Это тепло также играет важную роль в тектонике плит. Уран-уранового, уран—ториевого и уран-свинцового датирования.
Он также используется для создания высокоэнергетических рентгеновских лучей. Это самый тяжелый природный элемент, известный нам Тяжесть элемента может быть определена двумя способами; с точки зрения его атомного веса и с точки зрения его плотности. С 92 протонами в его ядре и атомным весом около 238,0289 уран является самым тяжелым природным элементом на Земле. Самым тяжелым синтетическим элементом, известным на сегодняшний день, является Оганесон атомный номер 118. Уран очень нестабилен Все изотопы урана очень нестабильны, и это в основном из-за его размера. Том Зеллнер в своей книге «Уран: война, энергия и скала» описал уран примерно так: «Атом урана настолько перегружен, что он начал отливать из себя куски, как обманутый человек может сорвать с себя одежду».
Уран был впервые выделен в 1841 году. Фотопластинки Беккереля, которая была засвечена излучением солей урана.
Цепная реакция деления ядер урана — это реакция, в которой частицы нейтроны , вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. Существуют два вида ядерных реакций: неуправляемая и управляемая. К — коэффициент размножения нейтронов, равен отношению числа нейтронов данного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. При делении каждого ядра образуется 2-3 нейтрона, которые могут принять участие в делении других ядер. Чтобы реакция не прекращалась, нужно увеличить массу урана. Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. Чем больше масса куска, тем больше его размеры и путь, который проходят в нем нейтроны.
Деление ядер урана
Деление ядра урана происходит, когда оно захватывает нейтрон, что нарушает стабильность ядра. Реакции деления начались из-за попавшей на нижние уровни воды. Исследователи уверены, что высыхание радиоактивной воды каким-то образом делает нейтроны более, а не менее эффективными при расщеплении ядер урана. Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году. При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами. И лишь в 1938 году ученые наконец поняли, что при делении ядра изотопа урана выделяется внушительное количество энергии — это обстоятельство стало началом эры атомной энергетики. Период полураспада урана-241, который образовался в результате взаимодействия урана-238 с платиной-198, составляет около 40 минут.