Деление ядер урана Делением ядер называется процесс распада массивного ядра на две приблизительно равные части, сопровождающийся вылетом других частиц. Поскольку вода замедляет нейтроны, ее попадание ускоряло деление ядер урана в расплаве. Для деления ядра урана-235 энергия примерно равна 200МэВ.
1. Механизм деления ядра урана:
Разные изотопы урана могут содержать разное количество нейтронов в своих ядрах. Изотопы могут быть стабильными, когда они сохраняют свою атомную конфигурацию, или нестабильными, когда они распадаются на другие элементы, приобретая или теряя протоны. Скорость распада измеряется периодом полураспада изотопа или временем, которое требуется половине материала для распада на другие элементы. Команда ученых еще не измерила период полураспада урана-241, но, по теоретическим оценкам, он составляет около 40 минут.
Вскоре обнаружилось, что ядерное деление является источником огромной энергии. Исследования Энрико Ферми , Отто Гана и Лизы Мейтнер, а также многих других ученых позволили разобраться в природе ядерного деления. Об этом написано много увлекательных книг, и можно порекомендовать прочесть о подробностях этих важных открытий в литературе, цитированной в конце данной главы. Таким образом , альфа-излучающие элементы — уран и торий — являются источниками нейтронов в природе. Нейтроны в природе выделяются также в результате спонтанного деления ядер урана-235, открытого в 1940 г. Флеровым и Петражаком.
Период полураспада при спонтанном делении урана-235 равен Ю лет. В солнечной системе за планетой Уран следует Нептун. Так и в ряду химических элементов за ураном по-латыни uranium следует нептуний neptunium. Они испытывали К- захват ядро нептуния впитывало в себя один из электронов атомной оболочки и превращалось в уран. В некоторых случаях дочернее ядро урана оказывалось на высоком возбужденном уровне проще говоря, у ядра оказывался большой избыток энергии ,и оно распадалось на осколки. Так был открыт новый вид ядерных превращений — деление чдер после К-захвата. С одной стороны, казалось бы, этот дополнительный запас прочиости нечетных ядер исключает возможность наблюдать спонтанное деление ядер 105-го. С другой стороны, однако, с увеличением порядкового номера элемента вероятность спонтанного деления его изотопов резко увеличивается как для четных элементов , так и для нечетных. Если, например, к ядру урана-238 добавить 8 протонов, то мы получим ядро фермия-246, для которого вероятность спонтанного деления увеличивается более чем в 10 раз по сравнению с ураном-238.
Сечение захвата особенно велико в области резонансного поглощения. Доля нейтронов , не поглотившаяся при замедлении, учитывается коэффициентом Ф — вероятностью избежать резонансного захвата. Все замедлившиеся нейтроны захватываются или ядрами среды. Доля нейтронов , поглощаемых ураном, определяется коэффициентом теплового использования д. Таким образом , по завершении нейтронного цикла к нейтронов предшествующего поколения обращается в ицфт у нейтронов следующего поколения, и, следовательно, по определению [c.
Каково значение этого факта? Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим. Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз.
Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс. Почему происходит смена магнитных полюсов? Магнитное поле планеты формируется благодаря циркуляции расплавленного железа во внешнем ядре. Движение электропроводящей жидкости в магнитном поле создает самоподдерживающуюся систему, своего рода геодинамо. Но для образования мощных переменных течений в ядре, приводящих к изменению магнитного поля, необходимы и мощные нестационарные источники тепла. Вполне подходящими кандидатами на эту роль опять-таки являются природные ядерные реакторы Вполне естественно предположить, что при работе реактора из-за тепловыделения возникают конвективные потоки, вызывающие разрыхление активной зоны. В какой-то момент цепная реакция деления останавливается. Когда выделение тепла прекращается и конвективные потоки ослабевают, уран медленно оседает — цепная реакция возобновляется. Таким образом, геореактор может работать и в импульсном режиме.
Определяющим показателем хода цепной реакции является коэффициент размножения нейтронов k, который равен отношению числа нейтронов, вновь образовавшихся в реакциях деления, к количеству нейтронов, поглощенных в ходе реакции либо покинувших активную зону. Тогда в каждом новом поколении нейтронов становится все больше, и они, в свою очередь, вызывают все больше делений ядер. Возникает лавинообразный процесс. Согласно проведенным расчетам максимально возможный коэффициент размножения ведет себя следующим образом: вначале он падает в течение 1 млрд лет, однако затем более-менее стабилизируется и остается больше единицы вплоть до настоящего времени. Представляется, что более вероятен импульсный сценарий работы реактора, когда периоды активности перемежаются периодами «простоя». Так, как это было в маленьком природном реакторе Окло, но только с большей продолжительностью циклов. По мнению авторов, временные характеристики рассчитанного импульсного режима можно соотнести с рядом периодических явлений, наблюдаемых на поверхности Земли, таких как глобальные изменения климата или смена магнитных полюсов. Откуда летят геонейтрино? Сторонники точки зрения, что Земля является ядерным реактором, сегодня связывают особые надежды с электронным антинейтрино.
Нейтрино практически не реагируют с веществом и поэтому обладают огромной проникающей способностью, почти без потерь проходя через все тело Земли. Их регистрация — сложная научная и техническая задача. В течение двух лет ученые зафиксировали 152 события, но после отсечения фона осталось всего 25 — по одному в месяц. Главными источниками фона оказались промышленные реакторы Японии и Южной Кореи. Полное число антинейтрино может быть частично связано с мощностью действующего геореактора и частично — с естественным распадом различных нестабильных ядер в недрах Земли. Из данных KamLAND следует, что полная плотность потока геонейтрино составляет примерно 16 млн частиц в секунду на кв. Это соответствует источнику тепла, порождаемого ядерными реакциями, мощностью от 24 до 60 ТВт. Первое из двух чисел оказалось близким к величине «избыточного» тепла, излучаемого Землей, о котором шла речь выше. И многие специалисты склоняются к мнению, что это объяснение наиболее правдоподобно.
Энергетические спектры нейтрино, образующихся при делении разных ядер, отличаются. Русов с коллегами выполнили компьютерное моделирование и определили спектральные составляющие геонейтрино от различных внутренних источников — урана-238, тория-232, плутония-239. Суммарную мощность геореактора они оценили в 30 ТВт. Результаты этой работы также свидетельствуют в пользу импульсного режима размножения. Этой темой активно занимаются и геологи, и химики, и физики, и математики. Так, в Институте геологии и минералогии СО РАН разработана модель термохимического плюма — канала, заполненного магматическим расплавом, который простирается из земных недр до поверхности Н. Добрецов, А. Кирдяшкин, А. Кирдяшкин, 2001, 2004.
Данные по удельным расходам излияния магм мантийных плюмов за последние 150 млн лет, а также их корреляция с инверсиями магнитного поля Земли Larson, Olson, 1991 подтверждают наш тезис, что плюмы зарождаются на ядро-мантийной границе. Плюм формируется при обязательном наличии теплового потока из жидкого ядра. Изучение тепло- и массообмена на подошве термохимического плюма и взаимодействия канала плюма со свободными конвективными течениями в мантии приводит к заключению, что источник тепла действительно расположен в ядре, как и предполагают авторы гипотезы глубинного геореактора. Что касается изотопного состава гелия, то повышенное содержание гелия-3, обнаруженное в плюмах, указывает на то, что в ядре Земли идут какие-то процессы, связанные с ядерными превращениями. Но, к сожалению, мы очень мало знаем о том, что происходило в начальный момент формирования планеты, и существовал ли, как считают авторы, «океан магмы». Поэтому вопрос о скоплениях актиноидов в ядре еще предстоит разрешить. Причиной же климатических изменений, о которых упоминают авторы статьи, на мой взгляд, не могут быть колебания температуры в ядре Земли.
Фото: Nandalal Sarkar По словам эксперта, команда еще не измерила период полураспада урана-241, но по теоретическим оценкам он составляет около 40 минут.
Это немного. Для справки: период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет, период полураспада очень нестабильного изотопа технеция-99m — шесть часов, а период полураспада франция-223 — 22 минуты. Как проходил эксперимент Ученые синтезировали уран-241, запустив образец урана-238 на ядрах платины-198 на японском ускорителе RIKEN.
52. Ядерные реакции. Деление ядер урана
Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. Прежде всего, была экспериментально доказана справедливость гипотезы о делении ядра урана и непосредственно измерена энергия деления. описание химического элемента, история открытия, применение в различных сферах промышленности, химические и физические свойства, реакции с химическими веществами. 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.
Механизм деления ядра
- 15. Нет недостатка в Уране как источнике энергии
- Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса
- Содержание
- Справочник химика 21
- Рассмотрим процесс деления ядра урана-235:
- Ядерная топка Земли
Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
Напротив, в зарубежную для Германии науку, не страдающую от дискриминации по национальному признаку, ринулись наиболее энергичные и толковые изгнанники из разных стран, подпавших под нацистский гнет. Ждать они, как правило, не стали. Так, сразу же после назначения Гитлера рейхсканцлером, из Берлина в Лондон, а затем в США, переехал талантливый венгерский физик Лео Силард в другом произношении — Сцилард , предвосхитивший открытие расщепления урана. Теллер и Силард, встретившись с ранее переехавшим в США Альбертом Эйнштейном, составили письмо президенту Франклину Рузвельту, в котором они предметно обосновывали реальную опасность создания в Германии «бомб нового типа, обладающих невероятной разрушительной силой». Немецкие ученые, ознакомившиеся с опубликованной в США информацией о роли урана-235 в теории деления ядра, на секретной конференции обсудили возможности реализации ядерного проекта в рамках «Уранового общества», в которое, кроме уже входивших в него известных физиков-ядерщиков Дибнера, Гартека и Гана, решили пригласить нобелевского лауреата Вернера Гейзенберга. Вернер Гейзенберг являл собой, по мнению многих, образчик истинного арийца.
Он грезил образами сказочного Третьего рейха, умудряясь при этом в своих действиях избегать политической направленности. Он, однако, оставался в плену заблуждений в том, что победа Германии в начавшейся войне обернется выгодой для Европы. При этом он считал, что гитлеровский режим — явление временное. В его стремлении взять под свою опеку отечественных физиков и при этом не вступить в конфликт с нацистской идеологией была огромная опасность, чреватая неизбежными компромиссами. Макет американской ядерной бомбы «Толстяк», сброшенной на японский город Нагасаки.
Фото Эда Усмана Стремление Гейзенберга выглядеть аполитичным при его желании соответствовать занимаемой им должности прямо-таки удивляет. Он, к примеру, упорно отрицал на словах даже саму возможность массовых казней немцами польских евреев, но при этом принял приглашение от своего старого друга Ганса Франка навестить его в Кракове, где Франк был генерал-губернатором Польши и контролировал безжалостное уничтожение еврейских гетто в Кракове и Варшаве. Трудно себе представить неведение Гейзенберга в этом болезненном для немецкой совести вопросе… Гейзенберг посетил США летом 1939 года. Ему, как и ранее, предложили занять профессорскую должность в Колумбийском университете в Нью-Йорке, но он отверг предложение. Лаура Ферми, жена итальянского физика Энрико Ферми, вынужденного покинуть свою страну из-за еврейского происхождения Лауры, заявила Гейзенбергу, что оставаться в данный момент в Германии может только сумасшедший.
Но это высказывание вызвало у него лишь раздражение. Взявшись за разработку ядерного оружия для гитлеровской Германии, Гейзенберг будто бы решил приспособить подобную сомнительную деятельность для достижения собственных научных целей. Позже он объяснял свою позицию тем, что уже давно для себя решил, что ядерное оружие в ближайшей перспективе создать будет невозможно. После оккупации Дании германскими войсками в апреле 1940 года Нильс Бор остался в Копенгагене, и его 15 сентября 1941 года навестил Гейзенберг. Мотивы визита трактуются неоднозначно, но Бор в процессе их общения вышел из себя, когда Гейзенберг начал активно защищать германскую агрессию против СССР и доказывать, что победа Германии — это наилучший исход в сложившейся ситуации.
Бор после общения с Гейзенбергом остался в полной уверенности в том, что тот сделает все, чтобы пополнить арсенал Гитлера атомной бомбой. В конце августа 1943 года, когда немцы повторно оккупировали Данию, восьми тысячам датских евреев грозило уничтожение, а полуеврею Бору друзья сообщили, что на него в гестапо уже готов приказ об аресте. Борцы датского Сопротивления помогли большей части евреев переправиться в Швецию. Самого же Бора переправили в Британию в бомбовом отсеке двухмоторного бомбардировщика. Затем его включили в состав группы из 30 человек, отправлявшейся в Америку для участия в Манхэттенском проекте.
В США Бор стал своего рода «духовником» для тех ученых, которые, создавая новое оружие, боролись с собственным сознанием и находили при этом у него моральную поддержку. После падения Парижа немецкие физики из «Уранового общества» в спешном порядке прибыли в лабораторию Жолио-Кюри, собираясь прихватить оттуда запасы урановой руды и тяжелой воды. Но им не досталось ни то, ни другое, так как Жолио-Кюри предусмотрительно переправил руду в Алжир, а тяжелую воду — в Великобританию. К слову, вода эта французам досталась бесплатно, в качестве подарка от норвежцев, в то время как немцы получали ее из Норвегии с трудом, натыкаясь на всяческие препятствия. После двух бомбардировок и профессионально выполненной диверсии в Веморке на заводе, производящем тяжелую воду, немцы вынуждены были строить соответствующий завод в Германии.
В целом германскую ядерную программу не удалось сделать согласованным сплоченным исследованием, нацеленным на нужды войны. Проводившие ее отдельные группы ученых соперничали друг с другом, а подчас и конфликтовали из-за поставок урана и тяжелой воды. Неспособные к сотрудничеству немецкие физики за годы войны достигли весьма скромных результатов, оставаясь в неведении относительно успехов противников гитлеровской Германии. Они не знали, что союзники их опередили и создали рабочий реактор в декабре 1942 года. Нильс Бор.
Фото 1935 года Парадокс состоял в том, что сотрудничество между разобщенными группами «Уранового общества» оказалось возможным лишь тогда, когда десять немецких ученых в конце войны были задержаны и интернированы союзниками.
Именно этим объясняю я тот, к примеру, факт, что почти все приборы для исследований — счетчики частиц, усилители импульсов — мы делали своими руками. Один из таких приборов стал темой моей дипломной работы, а руководителем ее был Игорь Васильевич. Бороды он еще не носил. Спустя года два — я продолжал заниматься прибористикой — Курчатов прислал ко мне на консультацию студента Флерова, задиристого и самолюбивого.
Тема его диплома была близка моей, оба мы были молоды и вскоре стали работать сообща, хотя формально были сотрудниками разных институтов. А спустя какое-то время, кажется, это было в самом конце тридцать восьмого года, о ядре заговорили всерьез. Умы взбудоражило сообщение, что Ган и Штрассман в Германии открыли деление ядер урана нейтронами. Они пытались получить новый элемент, а натолкнулись на новое явление. Явление, интересное прежде всего своим энерговыделением — огромным количеством энергии, высвобождавшейся при каждом элементарном акте.
Курчатов поручил нам с Флеровым повторить эти опыты, воспроизвести их. Уран был в виде урановой смолки , радон-бериллиевый источник нейтронов — тоже, а на регистрирующих приборах мы оба к тому времени собаку съели. Результаты Гана и Штрассмана заинтересовали не только Курчатова, заинтересовали прежде всего энергетической стороной дела. И естественно, многие физики задумались, а не могут ли эти ядра делиться сами по себе, спонтанно. Нильс Бор рассчитал даже время жизни урана по спонтанному делению и получил 1022 лет.
Либби попробовал обнаружить спонтанное деление экспериментально, но сумел установить лишь нижний предел — 1014 лет — и прекратил опыты. Начиная свои опыты, мы не ставили целью открытие спонтанного деления, а искали энергетический «порог» деления урана, т. В нашем распоряжении была обычная ионизационная камера и обычная по тем временам регистрирующая радиоаппаратура, смонтированная собственноручно. В каждом приличном опыте положено прежде всего смотреть нулевой эффект, т. И всякий раз, когда измеряли пулевой эффект, он не был равен нулю: камера нет-нет, да щелкнет!
Объясняли это чем угодно, но только не спонтанным делением: проезжими трамваями, космическим излучением, несовершенством усилительной аппаратуры, влиянием посторонних нейтронных источников. Когда первый раз сообщили об этом Курчатову, реакция его была не слишком положительной: «Это какая-то грязь». От греха подальше, т. Но и там камера щелкала. Остались трамваи, космика, осталась та же аппаратура, но исключать возможность нового явления — самопроизвольного деления ядер — тоже не было оснований кроме теоретических расчетов Бора.
Идея эта родилась при обсуждении результатов опытов с Курчатовым. Эффект был — слабый, но был!
Авторы исследования Петр Матвеев и Светлана Гуторова Способ описан в науке довольно давно, но для его реализации не удавалось подобрать селективные экстракционные агенты с высокой емкостью, то есть способные захватывать большое количество химических элементов.
Пока мы заняты теоретической частью проекта, продолжаем исследовать возможности этого механизма экстракции. Но я мечтаю о том, что мы доведем проект до конца в теоретическом плане и сможем на практике внедрить его в ядерный топливный цикл». Внешний вид, геометрия твэлов и топливных кассет соответствуют проектным критериям, замечания отсутствуют.
Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий! Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается. Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна.
Справочник химика 21
Поэтому, хотя при делении ядра в природном уране выделяющиеся нейтроны соударяются намного чаще с только примерно половина из них поглощается, а остальные могут вызвать деление других ядер и. Таким образом , поток нейтронов остается примерно постоянным. Реакции с участием изотопа следующие [c. Ган и Ф. Штрассман открыли реакцию деления ядра , поскольку им удалось доказать, что наивысшая до тех пор концентрация массы вещества в неделимую массу атома урана, будучи увеличена на одну атомную единицу , приходит в неустойчивое, возбужденное состояние и раскалывается на две части. В 1940 г. Флеров и К. Петржак открыли явление спонтанного деления урана.
Конечно, Менделеев пе предвидел, да и не мог предвидеть того, к каким именно конкретно многим новым открытиям поведет исследование урана, тем более что к концу жизни оп выступал как противник идеи превращаемости элементов друг в друга тем не менее его призыв к молодым ученым, ишущим предметов для новых исследований , заниматься ураном звучит сегодня как замечательный прогноз, продиктованный опять же периодическим законом. Следовательно, деление ядра урана является новым типо превращения элементов. В этом процессе в идеальном виде осуще ствляется и другая цель атомщиков высвобождение атомной энер гни. Открытие Ганом и Штрассманом [11 в 1939 г. Развитие ядерных реакторов и других ядерных устройств находилось преимущественно в руках физиков, однако дальнейшее, изучение ядерного деления означало широкое привлечение к работам спе-циалистов-химиков. Ко времени написания этих строк успешно синтезированы десять новых трансурановых элементов и некоторые из них получены в промышленных масштабах. Получение и выделение этих новых элементов , а также изучение свойств их соединений дали для неорганической химии много новых данных.
Среди этих новых членов периодической системы имеются элементы с различными химическими свойствами , что наглядно проявляется при образовании необычных соединений и в некоторых случаях значительно усложняет химию этих элементов в растворах. Из-за радиоактивных свойств , присупщх новым элементам , разработаны новые экспериментальные приемы, ставшие необходимыми для гарантии безопасности при изучении этих элементов. Большое значение для химиков приобретают проблемы, возникающие при попытке интерпретировать взаимосвязь новых элементов между- собой и отношение к элементам периодической системы. Во многих случаях необходимо было вновь исследовать и переоценить некоторые давно известные разделы периодической системы в результате этого выполнен большой объем новых исследований , например по изучению редкоземельных элементов и таких давно известных элементов, как торий и уран. Задача данного труда—представить в сжатой форме экспериментальные и теоретические положения химии самых тяжелых элементов , подчеркнув пробелы наших современных знаний в этой области, а также обеспечить основу для будущего развития неорганической химии , которое должно неизбежно проистекать из факта появления значительного количества новых элементов в периодической системе.
Учёные предположили, что это единственный на планете «природный ядерный реактор», сработавший сам по себе. Однако, открыватели атомной энергии давно доказали, что ядерная реакция может быть получена только искусственным путем.
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. Поэтому в ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используются замедлители нейтронов для повышения коэффициента размножения нейтронов. Основными элементами ядерного реактора являются: ядерное горючее U-235, Pu-239, замедлитель нейтронов тяжелая или обычная вода, графит и др. Снаружи реактор окружают защитной оболочкой, задерживающей гамма-излучение и нейтроны. Оболочку делают из бетона с железным заполнителем. По назначению реакторы делятся: Исследовательские.
Воспроизводящие реакторы на быстрых нейтронах. Реакторы для промышленного получения изотопов различных химических элементов. Коэффициент воспроизводства таких реакторов достигает 1,5, т. В обычных реакторах также образуется плутоний, но в гораздо меньших количествах.
Спонтанное деление было открыто в июне 1940 года советскими физиками Г. Флёровым и К. Петржаком в результате экспериментальных исследований распада урана.
Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
За счет распада радиоактивных веществ мы должны были бы наблюдать постепенное снижение нейтронного потока, однако измерения кое-где показывают, что происходит не совсем это. После аварии это помещение оказалось недоступным. И радиационные те, что связаны с опасностью облучения , и ядерные те, что связаны с риском возникновения самоподдерживающийся цепной реакции измерения по нему косвенные. В итоге получается, что нейтронный «шум» от других ЛТСМ забивает самый важный источник, поэтому точность данных по росту не очень велика в плане привязки замеченного роста потока к конкретному скоплению материалов. Что там происходит Атомный реактор, прежде всего, представляет из себя устройство для размножения нейтронов, с помощью которых идет извлечение ядерной энергии деления. Размножение достигается организацией такой геометрии из делящегося материала и замедлителя, при котором количество нейтронов возрастает после каждого акта деления, образуя самоподдерживающуюся цепную реакцию. Если же часть из нейтронов из нового поколения поглощать или давать им утекать из активной зоны таким образом, что количество их будет постоянным, то и мощность будет поддерживаться на одном и том же уровне. 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.
Первые поколения внешних импульсных нейтронных источников были однокаскадным линейным ускорителем. Он разгонял ионы ядра дейтерия электромагнитным полем до энергии 120 килоэлектронвольт, с запасом обеспечивая преодоление кулоновского отталкивания и энергию начала реакции 100 килоэлектронвольт. Так создается мощный нейтронный поток — нейтронный импульс из десятков триллионов нейтронов и больше, поступающих в сверхкритическую ядерную сборку за короткое время. Технически это вакуумная трубка, где источником ядер дейтерия служит взрывающаяся от нагрева проволочка, содержащая дейтерий. Поэтому устройство назвали нейтронной трубкой. Она является самой сложной и важной частью блока автоматики.
Для работы импульсного нейтронного источника нужны высоковольтные устройства: импульсный трансформатор, конденсаторы с большой емкостью, высоковольтные коммутирующие устройства. Можно повысить энерговыделение взрыва, формируя нейтронный импульс специальной формы. Она задается специальными элементами в блоке нейтронной трубки. Поздние поколения нейтронных источников имеют свои особенности конструкции, но их работа строится на тех же принципах: выдача нейтронного потока нужной интенсивности, длительности и формы, с точной привязкой во времени. Система предохранения и взведения Даже обычный снаряд допустим, автоматической авиационной пушки не готов к взрыву ни на складе, ни в ленте на борту, ни в стволе пушки, ни сразу после выхода из ствола. В процессе выстрела и полета во взрывателе снаряда снимается целый ряд предохранений, последнее уже через пару сотен метров от дула. Это называется дальним взведением, и исключает взрыв снаряда на борту, в стволе и вблизи самолета. Для ядерного боеприпаса это тем более важно.
Он не готов к взрыву ни при эксплуатации, ни сразу после отделения от носителя. Ядерный заряд не даст атомного взрыва в любой нештатной ситуации. Даже если его уронить с высоты на скалы, сунуть в доменную печь, обстрелять из любого оружия, обложить взрывчаткой и взорвать, или близко сработает другой ядерный заряд. Карпенко Взрывобезопасность заряда обеспечивает система предохранения и взведения. Она исключает случайный или преждевременный подрыв заряда, взрыв из-за ложных данных, несанкционированных действий и любых нештатных причин. Она же переводит заряд в стадии все большей готовности к взрыву перед его срабатыванием. И эта система также входит в состав блока автоматики. Ядерный заряд полностью готов взорваться только непосредственно перед взрывом Для предохранения и взведения заряда в блоке автоматики используются комплексы различных коммутационных устройств.
Это электромагнитные реле разных типов и электромагнитные выключатели. Они образуют сложные электрические цепи с возможностью их включения и отключения. Кроме коммутационных, есть другие устройства, входящие в широкий спектр электромеханических приборов автоматики. Не все они размещены в самом блоке автоматики. У человека глаза и осязательные рецепторы находятся на поверхности тела. А вкусовые и слуховые рецепторы, будучи внутри тела, соединены с внешней средой каналами: ротовой полостью или слуховым каналом. Мышечные рецепторы не контактируют со средой. Данные от всех рецепторов поступают в мозг, где обрабатываются с принятием решений на их основе.
Очень похоже работает и система взведения. В блок автоматики, мозг ядерного заряда, стекаются данные от многих приборов и датчиков. Обрабатывая их, система взведения реализует алгоритмы повышения готовности заряда к взрыву.
Нильс Бор рассчитал даже время жизни урана по спонтанному делению и получил 1022 лет. Либби попробовал обнаружить спонтанное деление экспериментально, но сумел установить лишь нижний предел — 1014 лет — и прекратил опыты. Начиная свои опыты, мы не ставили целью открытие спонтанного деления, а искали энергетический «порог» деления урана, т.
В нашем распоряжении была обычная ионизационная камера и обычная по тем временам регистрирующая радиоаппаратура, смонтированная собственноручно. В каждом приличном опыте положено прежде всего смотреть нулевой эффект, т. И всякий раз, когда измеряли пулевой эффект, он не был равен нулю: камера нет-нет, да щелкнет! Объясняли это чем угодно, но только не спонтанным делением: проезжими трамваями, космическим излучением, несовершенством усилительной аппаратуры, влиянием посторонних нейтронных источников. Когда первый раз сообщили об этом Курчатову, реакция его была не слишком положительной: «Это какая-то грязь». От греха подальше, т.
Но и там камера щелкала. Остались трамваи, космика, осталась та же аппаратура, но исключать возможность нового явления — самопроизвольного деления ядер — тоже не было оснований кроме теоретических расчетов Бора. Идея эта родилась при обсуждении результатов опытов с Курчатовым. Эффект был — слабый, но был! Тут же придумали опыт, в сущности очень простой: решили сделать ионизационную камеру многослойной, как радиоконденсатор. Если «щелчки» от урана, то увеличение количества урана в камере должно привести к более частым щелчкам!
Щелчки стали чаще. Это усиливало версию о новом явлении, но уверенности у нас не было. Сообщение о последних опытах и дальнейших планах нашей работы Курчатов встретил серьезно и, я бы сказал, сердито: «Если действительно так, если наблюдается у вас новое явление, то это... Это бывает раз в жизни, и то не у всех. И нужно бросить все и заниматься явлением — год, два, десять, сколько понадобится», — и тут же набросал новую программу исследований. Предстояло доказать, что все другие причины — аппаратура, трамваи, электрическая сеть, космос — несущественны, что эффект не от них.
С радиотехникой и электричеством разделались довольно быстро — за полгода. Оставался космос: жесткая составляющая космического излучения могла дать такие же пики, такие же щелчки. Сначала думали от космического излучения спрятаться на дне моря — померить нулевой фон, находясь на подводной лодке. От этой идеи пришлось отказаться: Балтика мелка, двадцатиметровый слой воды от космического излучения почти не защищает. Но в то время в Москве уже работало метро.
Оно достигается ростом компактности ядерного материала: совмещением разделенных частей делящегося вещества в один блок, либо переводом тонкого полого эллипсоида переменной толщины в компактное тело, как в боеголовке W-88.
Или сближением атомов ядерного материала с ростом его плотности, через обжатие взрывом имплозией , с подрывом наружных блоков взрывчатки. Их детонация запускается сразу в нескольких местах от 2 до 32 в разных схемах взрывателями, срабатывающими в высокой степени синхронно. Для запуска детонаторов подается высоковольтный импульс тока через систему кабелей. Почему высоковольтный? Детонаторы не должны реагировать на статическое электричество и наводки в кабелях. Поэтому у специальных детонаторов имплозионной системы нет чувствительного инициирующего взрывчатого вещества азида свинца , запускающего детонацию вторичного взрывчатого вещества, для выхода ее фронта из взрывателя в блок основной взрывчатки.
Отсутствие инициирующего вещества делает спецдетонатор намного безопаснее, но требует для срабатывания на порядок большей энергии. Она и доставляется мощным высоковольтным импульсом тока, равномерно распределяемого между детонаторами. Малогабаритный блок автоматики БА40 массой 12,6 кг. Духова Его выдает генератор подрывного импульса тока — сложное устройство из многих элементов. Это специальные высоковольтные конденсаторы очень большой емкости, коммутирующие импульсные разрядники, мощный транзистор и высоковольтный выпрямительный столб, дополняемые высоковольтными соединительными элементами. Помимо компактности, в силу быстроты и большой мощности импульса возникает требование малоиндуктивности к генератору и его элементам, выполняемое специальными конструктивными и техническими решениями.
После выдачи подрывного импульса тока включается электрическая линия задержки. Она откладывает выдачу импульса нейтронов до нужного момента времени, когда ядерный материал в ходе имплозии перейдет в сверхкритическое состояние с заданной величиной эффективного коэффициента размножения нейтронов. Самые первые импульсные нейтронные источники были неуправляемыми и представляли собой маленький шарик в центре ядерной сборки. Он содержал разделенные преградой полоний и бериллий. Их ядерная реакция для выхода нейтронов запускалась механическим смешением при имплозии, без выбора момента срабатывания. Применение внешних импульсных нейтронных источников упростило ядерную часть заряда, но главное — ощутимо повысило эффективность деления ядерного материала.
Уже первые внешние импульсные нейтронные источники были управляемыми и создавали импульс нужной интенсивности и длительности в оптимальный момент времени. Это увеличило выделение энергии взрыва более чем в полтора раза, что наглядно характеризует роль блока автоматики и его возможности. Первые поколения внешних импульсных нейтронных источников были однокаскадным линейным ускорителем. Он разгонял ионы ядра дейтерия электромагнитным полем до энергии 120 килоэлектронвольт, с запасом обеспечивая преодоление кулоновского отталкивания и энергию начала реакции 100 килоэлектронвольт. Так создается мощный нейтронный поток — нейтронный импульс из десятков триллионов нейтронов и больше, поступающих в сверхкритическую ядерную сборку за короткое время. Технически это вакуумная трубка, где источником ядер дейтерия служит взрывающаяся от нагрева проволочка, содержащая дейтерий.
Поэтому устройство назвали нейтронной трубкой. Она является самой сложной и важной частью блока автоматики. Для работы импульсного нейтронного источника нужны высоковольтные устройства: импульсный трансформатор, конденсаторы с большой емкостью, высоковольтные коммутирующие устройства. Можно повысить энерговыделение взрыва, формируя нейтронный импульс специальной формы. Она задается специальными элементами в блоке нейтронной трубки. Поздние поколения нейтронных источников имеют свои особенности конструкции, но их работа строится на тех же принципах: выдача нейтронного потока нужной интенсивности, длительности и формы, с точной привязкой во времени.
Система предохранения и взведения Даже обычный снаряд допустим, автоматической авиационной пушки не готов к взрыву ни на складе, ни в ленте на борту, ни в стволе пушки, ни сразу после выхода из ствола. В процессе выстрела и полета во взрывателе снаряда снимается целый ряд предохранений, последнее уже через пару сотен метров от дула.
Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников
Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году. Полное энерговыделение на один акт деления ядра урана-235 равно примерно 200 МэВ. Природный уран получает обогащение, т. е. в нем увеличивают количество изотопа U-235, который стимулирует процесс ядерного деления.
Как было открыто спонтанное деление
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. Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. При делении ядра урана, как видим, удельная энергия связи повышается примерно на 1 \ МэВ/нуклон; эта энергия как раз и выделяется в процессе деления. Объект «Магия деления ядра урана» был создан четко в установленный договорной срок и сдан заказчику без каких-либо замечаний с его стороны. Происходит это так: тепловыделяющие сборки (ТВС) разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления.
52. Ядерные реакции. Деление ядер урана
Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. При спонтанном делении ядер выделяется энергия; для урана она составляет около 190 МэВ на ядро. Выделение энергии в ядерных реакторах происходит за счёт деления ядер урана и плутония. Нильс Бор на знаменитой конференции по теоретической физике в Вашингтоне 26 января 1939 года сообщил об открытии деления урана. Реферат рассказывает о процессе деления ядер урана, обусловленном взаимодействием электростатических сил отталкивания протонов и ядерных сил притяжения.
Деление ядра атома урана
В качестве замедлителей используются такие вещества как графит, вода, тяжелая вода. Критическая масса шарообразного куска урана-235 приблизительно равна 50 кг, а его радиус при этом всего 9 см, так как уран имеет очень большую плотность. Закрепление материала — выполнение лабораторной работы «Изучение деления ядра атома урана по фотографии треков». Откройте, пожалуйста, учебник на странице 307. Прочтите описание работы.
Вам нужно ответить на два вопроса в Задании 1 и Задании 2 для выполнения этого задания используйте закон сохранения заряда в ядерных реакциях. Домашнее задание.
Были построены уравнения таких ядерных реакций, описаны их энергетические параметры. Открытие деления ядер 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.
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 уран: Скорость цепной ядерной реакции характеризуется коэффициентом размножения нейтронов k — это отношение числа нейтронов в данном этапе цепной ядерной реакции к их числу в предыдущем этапе.
Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы так называемый коэффициент размножения нейтронов был больше единицы. Другими словами, в каждом последующем поколении нейтронов должно быть больше, чем в предыдущем. Коэффициент размножения определяется: числом нейтронов, образующихся в каждом элементарном акте; условиями, в которых протекает реакция — часть нейтронов может поглощаться другими ядрами или выходить из зоны реакции. Самоподдерживающаяся цепная реакция в уране с повышенным содержанием может развиваться только тогда, когда масса урана превосходит так называемую критическую массу. Для чистого критическая масса составляет около 50 кг при минимальном объеме шара радиусом 9см. Критическую массу урана можно во много раз уменьшить, если использовать замедлители нейтронов, так как нейтроны, рождающиеся при распаде ядер урана, имеют слишком большие скорости, а вероятность захвата медленных нейтронов ядрами в сотни раз больше, чем быстрых. Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода D2O. Обычная вода при взаимодействии с нейтронами сама превращается в тяжелую воду.
Хорошим замедлителем является также графит, ядра которого не поглощают нейтронов. При упругом взаимодействии с ядрами дейтерия или углерода нейтроны замедляются до тепловых скоростей. Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из бериллия, которая отражает нейтроны, позволяет снизить критическую массу до 250 г.
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.
Возводились реакторы, установки для получения плутония, специальные оружейные лаборатории для создания бомбы и подготовки к ее испытанию. Советские конструкторы не ограничились одним лишь копированием американской бомбы. Весной 1948 года они под руководством Якова Зельдовича начали работы над собственной оригинальной моделью, размер которой получился вдвое меньше, а мощность вдвое больше, чем у американского прототипа. Вскоре приступили к разработке более мощной, водородной бомбы, взяв в качестве прототипа модель американской бомбы «Супер», разработанную Теллером. В конце 1948 года Стратегические силы ВВС США возглавил генерал Кертис Лемей, который в конце войны приказал сбросить на 63 японских города зажигательные бомбы, от которых погибли 2,5 млн гражданских лиц. В марте 1949 года он приготовил боевой план, в соответствии с которым в течение 30 дней предлагалось на 70 советских городов сбросить 133 атомные бомбы, уничтожив тем самым основные индустриальные центры, правительственные учреждения, нефтяную промышленность, транспортные сети и электростанции. По предварительным оценкам, страна могла бы потерять примерно 3 млн мирных жителей, и 4 млн человек оказались бы ранеными. Собравшаяся вскоре американская Комиссия по атомной энергии была потрясена этой новостью, поскольку ожидалось, что на создание атомной бомбы в СССР уйдет еще несколько лет. Вернер Гейзенберг предпочел стать слугой нацистов. Фото Федерального архива Германии Потеряв монополию на технологию создания «классической» атомной бомбы, США сосредоточились на создании супербомбы.
Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников
| Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса | Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. |
| Перспективы ядерной энергетики в современном мире / Хабр | На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана. |
| В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива | Происшествия - 14 июля 2023 - Новости Новосибирска - |
§ 227. Деление урана
| Справочник химика 21 | Реферат рассказывает о процессе деления ядер урана, обусловленном взаимодействием электростатических сил отталкивания протонов и ядерных сил притяжения. |
| § 227. Деление урана | За открытие спонтанного деления урана К.А. Петржак в 1946 году был удостоен Государственной премии. |
Деление ядер урана презентация
Чтобы повысить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить содержащееся в нем количество урана-235 с помощью процесса, называемого обогащением урана. Спонтанное деление ядер урана было впервые обнаружено в 1939 году в Ленинграде. Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра (так называемые вторичные нейтроны деления), способны вызывать деление новых ядер урана. — При делении ядра урана на два осколка эти осколки разлетаются, тормозятся в веществе и передают свою энергетическую энергию веществу, которое нагревается. Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления.