Деление действительно назрело: военная часть тормозит развитие гражданки. Лекция из курса: Физика атомного ядра и частиц.
Понятие радиоактивности. Виды распада
Как сообщает ToDay News Ufa, в течение 80-ти лет ученые — физики старались выяснить принцип вращения атомных ядер после деления. Они сообщили о делении атомов пяти различных элементов – алюминия, бора, натрия, бериллия и лития – и полученная энергия более чем в три раза превышала то, что затратили. Резерфорд много сделал для изучения строения атома и внес вклад и в исследование того, как происходит деление ядра атома. В отличие от Европы США не собираются отказываться от мирного атома и по мере сил восстанавливают пробелы.
История науки: поленница для мирного атома
В этом случае реакция нарастает со скоростью взрыва. После того как реакция началась, она выходит из-под контроля; бурное выделение энергии приводит к разрушению системы. Особенно быстро развивается реакция в чистом , так как она вызывается здесь быстрыми незамедленными нейтронами. Поэтому в количестве, заметно превышающем критическую массу, представляет сильнейшее взрывчатое вещество, используемое для так называемой атомной бомбы. Чтобы атомная бомба не взрывалась при хранении, можно разделить ее урановый заряд на несколько удаленных друг от друга частей с массой, меньшей критической. Для производства взрыва необходимо эти части быстро сблизить. По энергии взрыва урановый заряд в сотни тысяч раз превосходит обычные взрывчатые вещества, взятые в том же количестве. В момент взрыва температура в атомной бомбе поднимается до миллионов градусов. Ввиду этого взрыв атомной бомбы, если он происходит в подходящей среде, может вызвать вспышку термоядерной реакции см.
К числу веществ, обладающих наиболее благоприятными свойствами для развития термоядерной реакции, относятся тяжелый водород дейтерий , сверхтяжелый водород тритий , литий и др. В смеси этих веществ могут идти, например, следующие ядерные реакции: Система из атомной бомбы и вещества, в котором при ее взрыве возникает мощная термоядерная реакция, получила название термоядерной или водородной бомбы. Сила взрыва водородной бомбы в сотни раз превосходит силу взрыва атомной бомбы. Дело в том, что количество «взрывчатки» в атомной бомбе ограничено: масса каждой ее части должна быть меньше критической во избежание преждевременного взрыва. Для количества же «взрывчатки» водородное бомбы такого ограничения нет, так как дейтерий, тритий, их смесь и т.
Условия: Для синтеза водорода в гелий необходимы крайне высокие температуры и давления, которые поддерживаются внутри звезд. На Земле такие условия трудно достичь, и научные исследования в этой области направлены на разработку контролируемых ядерных реакций. Заключение Итак, ядерное деление и синтез представляют собой два основных процесса в ядерной физике и энергетике. Ядерное деление — это процесс расщепления тяжелых ядер, сопровождающийся высвобождением энергии и часто используется в атомных реакторах и бомбах. Ядерный синтез, напротив, представляет собой процесс слияния легких ядер, который освобождает энергию и служит источником света и тепла в звездах.
Понимание различий между этими процессами имеет важное значение для нашего знания о ядерной физике и его приложений в современном мире.
Причина — в сильной связи протонов и нейтронов внутри ядра. При ядерной реакции значительная часть этой связанной энергии освобождается, и атомы движутся с огромной скоростью. В результате другие атомы не успевают захватить их и не могут продолжить цепную реакцию. Поэтому новые реакции случаются редко и с недостаточным уровнем энергии или тепла.
При этом нейтроны с высокой скоростью в процессе деления высвобождают энергию. Это приводит к большим колебаниям температуры и нарушает стабильность условий внутри реактора. Это ставит производство электричества под вопрос. Наука научилась контролировать скорость нейтронов с помощью графитовых стержней. Эти элементы используют в ядерных реакторах, чтобы управлять ядерными реакциями.
Их изготавливают из графита, формы углерода, и называют замедлителями. Как водитель автомобиля регулирует скорость, чтобы избежать аварии, так и графитовые стержни управляют скоростью ядерной реакции. Они замедляют быстрые нейтроны. Процесс начинается с прямого взаимодействия. Нейтроны из первичной атомной реакции сталкиваются с ядрами углерода в графите.
Поскольку ядра углерода массивные, при столкновении нейтроны передают часть своей энергии атомам углерода. В результате этих многократных столкновений нейтроны постепенно замедляются. Из-за понижения энергии и снижения скорости атомы успевают поймать нейтроны, что продолжает цепную ядерную реакцию. Изотопы: суперсила в медицине На российских АЭС стержни над реактором подвешивают и удерживают электромагнитами, чтобы всегда гарантировать их попадание в активную зону. Электромагниты — эффективный способ управлять графитовыми стержнями.
Например, подачей электрического тока в электромагниты можно изменять магнитное поле и регулировать подвешивание и удержание стержней с высокой точностью. При нештатных ситуациях на энергоблоке электромагниты выключатся, а стержни сами опустятся в активную зону под действием силы тяжести.
Такие нейтроны быстро выходят из топлива и становятся известными как свободные нейтроны с периодом полураспада около 15 минут, прежде чем они распадутся на протоны и бета-частицы.
Однако нейтроны почти всегда сталкиваются и поглощаются другими ядрами, находящимися поблизости, задолго до того, как это происходит вновь созданные нейтроны деления движутся со скоростью примерно 7 процентов от скорости света, и даже замедленные нейтроны движутся примерно в 8 раз быстрее, чем это происходит. Некоторые нейтроны будут воздействовать на ядра топлива и вызывать дальнейшие деления, высвобождая еще больше нейтронов. Если достаточное количество ядерного топлива собрано в одном месте или если нейтроны улетучиваются в достаточной степени, то количество этих только что сгенерированных нейтронов превышает количество нейтронов, выходящих из сборки, и устойчивая цепная ядерная реакция состоится.
Сборка, которая поддерживает устойчивую цепную ядерную реакцию, называется критической сборкой или, если сборка почти полностью сделана из ядерного топлива, критической массой. Слово «критический» относится к пику в поведении дифференциального уравнения, которое определяет количество свободных нейтронов, присутствующих в топливе: если присутствует меньше критической массы, то количество нейтронов определяется радиоактивным распадом, но если если присутствует критическая масса или больше, то количество нейтронов контролируется физикой цепной реакции. Фактическая масса критическая масса ядерного топлива сильно зависит от геометрии и окружающих материалов.
Не все делящиеся изотопы могут поддерживать цепную реакцию. Например, 238U, самая распространенная форма урана, расщепляется, но не расщепляется: он подвергается индуцированному делению при столкновении с энергичным нейтроном с кинетической энергией более 1 МэВ. Но слишком мало нейтронов, производимых 238Деление урана достаточно энергично, чтобы вызвать дальнейшее деление в 238U, поэтому цепная реакция с этим изотопом невозможна.
Вместо этого бомбардировка 238U с медленными нейтронами заставляет его поглощать их становясь 239U и распад бета-излучением до 239Np, который затем снова распадается тем же процессом до 239Pu; этот процесс используется для производства 239Pu в реакторах-размножителях, но не участвует в цепной нейтронной реакции. Делящиеся, неделящиеся изотопы могут использоваться в качестве источника энергии деления даже без цепной реакции. Бомбардировка 238U с быстрыми нейтронами вызывает деление, высвобождая энергию, пока присутствует внешний источник нейтронов.
Этот эффект используется для увеличения энергии, выделяемой современным термоядерным оружием, путем покрытия оружия оболочкой. Реакторы деления Реакторы критического деления являются наиболее распространенным типом ядерных реакторов. В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются, чтобы вызвать еще большее количество делений, чтобы поддерживать контролируемое количество высвобождения энергии.
Устройства, которые производят спроектированные, но несамостоятельные реакции деления, являются подкритические реакторы деления. Такие устройства используют радиоактивный распад или ускорители частиц для запуска деления. Критические реакторы деления строятся для трех основных целей, которые обычно предполагают различные инженерные компромиссы, чтобы использовать либо тепло, либо нейтроны, производимые цепной реакцией деления: Энергетические реакторы предназначены для производства тепла для ядерной энергетики либо в составе генерирующей станции, либо в местной энергосистеме, например, на атомной подводной лодке.
Реакторы-размножители предназначены для массового производства ядерного топлива из более распространенных изотопов. Более известный реактор-размножитель на быстрых нейтронах делает 239Pu ядерное топливо из очень богатых в природе 238U не ядерное топливо. Тепловые реакторы-размножители, ранее испытанные с использованием 232Че продолжают изучать и развивать.
Хотя, в принципе, все реакторы деления могут работать на всех трех уровнях мощности, на практике задачи приводят к противоречивым инженерным целям, и большинство реакторов было построено с учетом только одной из вышеперечисленных задач. Есть несколько ранних контрпримеров, таких как реактор Hanford N, который в настоящее время выведен из эксплуатации. Энергетические реакторы обычно преобразуют кинетическую энергию продуктов деления в тепло, которое используется для нагрева рабочей жидкости и привода теплового двигателя, который генерирует механические или механические свойства.
В паровой турбине рабочим телом обычно является вода, но в некоторых конструкциях используются другие материалы, например, газообразный гелий. Исследовательские реакторы производят нейтроны, которые используются по-разному, при этом теплота деления рассматривается как неизбежный продукт отходов. Реакторы-размножители представляют собой специализированную форму исследовательских реакторов с оговоркой, что облучаемый образец обычно является самим топливом, смесью 238U и 235U.
Бомбы деления Один класс ядерного оружия, бомба деления не путать с термоядерная бомба , иначе известный как Атомная бомба или атомная бомба, представляет собой реактор деления, предназначенный для высвобождения как можно большего количества энергии как можно быстрее, прежде чем высвободившаяся энергия вызовет взрыв реактора и остановку цепной реакции. Разработка ядерного оружия была мотивацией ранних исследований ядерного деления: Манхэттенский проект американских вооруженных сил во время Второй мировой войны выполнил большую часть ранних научных работ по цепным реакциям деления, кульминацией которых стали бомбы Little Boy, Fat Man и Trinity, которые были взорваны над полигонами в городах Хиросима и Нагасаки, Япония, в августе 1945 года. Даже первые бомбы деления были в тысячи раз более взрывоопасными, чем сопоставимая масса химического взрывчатого вещества.
Например, Маленький Мальчик весил в общей сложности около четырех тонн из которых 60 кг составляло ядерное топливо и имел длину 11 футов; он также привел к взрыву, эквивалентному примерно 15 000 тонн тротила, разрушив большую часть города Хиросима. Хотя фундаментальная физика цепной реакции деления в ядерном оружии аналогична физике управляемого ядерного реактора, эти два типа устройств должны быть спроектированы совершенно по-разному. Было бы чрезвычайно сложно преобразовать ядерный реактор, чтобы вызвать настоящий ядерный взрыв хотя имели место частичные расплавления топлива и паровые взрывы , и так же трудно извлечь полезную мощность из ядерного взрывного устройства хотя по крайней мере одна ракетная двигательная установка, проект Орион , предназначался для работы путем взрыва бомб делящегося ядерного реактора за массивно обшитым автомобилем.
Стратегическое значение ядерного оружия - основная причина, по которой технология ядерного деления является политически чувствительной. Жизнеспособные конструкции бомбы деления находятся в пределах возможностей одаренных студентов см.
Проблемы при протекании ЦЯРД
- Закон деления атома
- История науки: поленница для мирного атома
- Сделай Сам: Как Разделить Атомы На Кухне
- Что такое деление ядра
- История науки: поленница для мирного атома
- Понятие радиоактивности. Виды распада
Спустя 80 лет ученые поняли, как атомные ядра начинают вращаться после деления
В отличие от вынужденного деления, основанного на захвате ядром нейтрона, запаздывающее деление основано на захвате электрона из собственного атома. Резерфорд много сделал для изучения строения атома и внес вклад и в исследование того, как происходит деление ядра атома. В отличие от Европы США не собираются отказываться от мирного атома и по мере сил восстанавливают пробелы. Новости Новости.
1.2.2. Деление атомных ядер
Лекция из курса: Физика атомного ядра и частиц. Сколько воды можно нагреть на 10 °С, если использовать всю энергию, которая выделяется при делении 10 15 атомов урана. Деление атомов. Цепная ядерная реакция – это процесс деления тяжелых ядер, при котором деление воспроизводится снова и снова. Передавая при столкновениях с атомами среды топливной композиции свою кинетическую энергию, осколки деления тем самым повышают температуру в ней.
Физика деления атомных ядер : Сборник статей
Причем большая часть этой энергии 168 МэВ приходится на кинетическую энергию осколков. Выделяющаяся при делении ядра энергия имеет электростатическое, а не ядерное происхождение. Большая кинетическая энергия, которую имеют осколки, возникает вследствие их кулоновского отталкивания. Использование именно нейтронов для деления ядер обусловлено их электро нейтральностью. Отсутствие кулоновского отталкивания протонами ядра позволяет нейтронам беспрепятственно проникать в атомное ядро. Временный захват нейтрона нарушает хрупкую стабильность ядра, обусловленную тонким балансом сил кулоновского отталкивания и ядерного притяжения. Избыток нейтронов в центре ядра означает избыток протонов на периферии. Причем наиболее вероятным оказывается деление на осколки, массы которых относятся примерно как 2:3. Большинство крупных осколков имеют массовое число А в пределах 135—145, а мелкие от 90 до 100. В результате реакции деления ядра урана U образуются два или три нейтрона. Одна из возможных реакций деления ядра урана протекает по схеме: Эта реакция протекает с образованием трех нейтронов.
Возможна реакция с образованием двух нейтронов: 1. Задание ученикам: восстановить реакцию. Задание ученикам: подпишите элементы рисунка. При полном делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделяется столько энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5 т нефти. Процесс деления атомного ядра можно объяснить на основе капельной модели ядра.
Тонкие линии — линии магнитного поля, спирали — траектории частицы Для возбуждения термоядерной реакции ядерное «горючее» должно быть нагрето до температуры порядка десяти миллионов градусов. При таких температурах вещество переходит в состояние сильно ионизованного газа — плазмы. Чтобы реакция не затухала, плазму нужно удерживать от расширения, то есть надо ограничить свободу движения частиц плазмы — ионов и электронов.
Этого нельзя достигнуть простым заключением плазмы в замкнутый сосуд, так как никакие стенки не могут противостоять температуре, в тысячи раз превышающей температуру испарения самых жаростойких материалов изоляция плазмы от стенок нужна еще и потому, что интенсивная передача тепла стенкам затруднила бы нагрев плазмы. В начале 50-х годов советские физики А. Сахаров и И. Тамм, а также некоторые зарубежные ученые предложили использовать для удержания плазмы сильные магнитные поля. Если начальная скорость параллельна магнитному полю, частица движется свободно по инерции вдоль линии магнитного поля, так как в этом случае сила Лоренца равна нулю. В общем случае, когда начальная скорость направлена произвольно, имеет место сложение прямолинейного и кругового движений — частица описывает винтовую траекторию, навивающуюся на линию магнитного поля рис. Такой характер движения сохраняется в неоднородном магнитном поле, если на расстоянии порядка шага «винта» направление магнитной индукции поля изменяется незначительно рис. Частица оказывается как бы привязанной к линии поля — она удерживается на постоянном расстоянии от нее, равном радиусу спирали.
Радиус спирали прямо пропорционален скорости частицы и обратно пропорционален магнитной индукции см. В реальной плазме на движение частиц влияют соударения между ними Ии внутренние электрические и магнитные пол плазмы они всегда имеются, так как плазма состоит из заряженных частиц. Ввиду этого рассмотрение действия внешнего магнитного поля на движение частиц плазмы оказывается очень сложным.
Для этого достаточно уменьшить массу системы до критической величины. Реакцию можно в любой момент погасить, уменьшив массу ниже критической.
Таким образом, цепная реакция полностью поддается контролю. Иначе обстоит дело, если масса системы значительно превышает критическую. В этом случае реакция нарастает со скоростью взрыва. После того как реакция началась, она выходит из-под контроля; бурное выделение энергии приводит к разрушению системы. Особенно быстро развивается реакция в чистом , так как она вызывается здесь быстрыми незамедленными нейтронами.
Поэтому в количестве, заметно превышающем критическую массу, представляет сильнейшее взрывчатое вещество, используемое для так называемой атомной бомбы. Чтобы атомная бомба не взрывалась при хранении, можно разделить ее урановый заряд на несколько удаленных друг от друга частей с массой, меньшей критической. Для производства взрыва необходимо эти части быстро сблизить. По энергии взрыва урановый заряд в сотни тысяч раз превосходит обычные взрывчатые вещества, взятые в том же количестве. В момент взрыва температура в атомной бомбе поднимается до миллионов градусов.
Ввиду этого взрыв атомной бомбы, если он происходит в подходящей среде, может вызвать вспышку термоядерной реакции см. К числу веществ, обладающих наиболее благоприятными свойствами для развития термоядерной реакции, относятся тяжелый водород дейтерий , сверхтяжелый водород тритий , литий и др.
На станции, которая снабжает электричеством не только Санкт-Петербург , но и соседние регионы, начался запуск нового энергоблока. Сложнейшая техническая операция включает загрузку топлива и тщательное тестирование систем безопасности. Она продлится несколько месяцев.
Все должно закончиться тем, что сами ядерщики называют «биением атомного сердца». Так называемый физический пуск символизирует его рождение нового реактора.