Схема распада ra226. Формула основного закона радиоактивного распада. Радиоактивные превращения закон радиоактивного распада. Новости энгельса-покровска, губернии. В 1896 году, исследуя уран, французский учёный Антуан Анри Беккерель случайно открыл радиоактивный распад. Уран — радиоактивный элемент, и при распаде он выделяет тепло. Расчет показывает, что если бы уран был равномерно распределен по всей толще планеты хотя бы с той же концентрацией, что и на поверхности, то он выделял бы слишком много тепла.
Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана
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. Компания стала вывозить уран из Казахстана (там она совладелец и оператор рудника Инкай) через Транскаспйский транспортный маршрут. Опыты показывали, что радиоактивные элементы почему-то со временем распадаются, будто бы протухают. Лента новостей.
Период полураспада урана-235 составляет 700 000 000 лет. Так почему Хиросима заселена?
Уравнения двух первых этапов в ряде радиоактивного распада урана-238. Есть такая задача: сколько атомов из 1 кг урана-238 (кратко U-238, не путать с подводной лодкой кригсмарине) распадётся за 1 год. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. Сегодня мы производим исчезнувшие изотопы, которые снова занимают свои прежние места: плутоний-239, топливо для ядерной бомбы, в качестве основного примера имеет период полураспада "всего" 24 500 лет и распадается при альфа-излучении на уран-235. Можно увидеть разлет продуктов распада. Распад урана — это даже не атомный, а ядерный процесс. А ядро по размерам в 20 тысяч раз меньше атома и в 5 млн раз меньше длины волны видимого света. Так что наблюдать в оптике, как оно распадается, не получится. Уран — радиоактивный элемент, и при распаде он выделяет тепло. Расчет показывает, что если бы уран был равномерно распределен по всей толще планеты хотя бы с той же концентрацией, что и на поверхности, то он выделял бы слишком много тепла.
Период полураспада урана-235 составляет 700 000 000 лет. Так почему Хиросима заселена?
Первая электростанция была построена в Обнинске в 1954 году. Помимо выработки энергии первые реакторы работали еще и на производство оружейного плутония. Сейчас большинство реакторов работают на медленных нейтронах. Обогащенный уран в виде металла, сплава, например с алюминием, или в виде оксида складывают в длинные цилиндры — тепловыделяющие элементы. Их определенным образом устанавливают в реакторе, а между ними вводят стержни из замедлителя, которые и управляют цепной реакцией. Со временем в тепловыделяющем элементе накапливаются реакторные яды — продукты деления урана, также способные к поглощению нейтронов. Когда концентрация урана-235 падает ниже критической, элемент выводят из эксплуатации. Однако в нем много осколков деления с сильной радиоактивностью, которая уменьшается годами, отчего элементы еще долго выделяют значительное количество тепла. Их выдерживают в охлаждающих бассейнах, а затем либо захоранивают, либо пытаются переработать — извлечь несгоревший уран-235, наработанный плутоний он шел на изготовление атомных бомб и другие изотопы, которым можно найти применение. Неиспользуемую часть отправляют в могильники.
В так называемых реакторах на быстрых нейтронах, или реакторах-размножителях, вокруг элементов устанавливают отражатели из урана-238 или тория-232. Они замедляют и отправляют обратно в зону реакции слишком быстрые нейтроны. Замедленные же до резонансных скоростей нейтроны поглощают названные изотопы, превращаясь соответственно в плутоний-239 или уран-233, которые могут служить топливом для атомной станции. Так как быстрые нейтроны плохо реагируют с ураном-235, нужно значительно увеличивать его концентрацию, но это окупается более сильным потоком нейтронов. Несмотря на то что реакторы-размножители считаются будущим атомной энергетики, поскольку дают больше ядерного топлива, чем расходуют, — опыты показали: управлять ими трудно. Сейчас в мире остался лишь один такой реактор — на четвертом энергоблоке Белоярской АЭС. Как критикуют атомную энергетику? Если не говорить об авариях, то основным пунктом в рассуждениях противников атомной энергетики сегодня стало предложение добавить к расчету ее эффективности затраты по защите окружающей среды после выведения станции из эксплуатации и при работе с топливом. В обоих случаях возникают задачи надежного захоронения радиоактивных отходов, а это расходы, которые несет государство.
Есть мнение, что если переложить их на себестоимость энергии, то ее экономическая привлекательность пропадет. Существует оппозиция и среди сторонников атомной энергетики. Ее представители указывают на уникальность урана-235, замены которому нет, потому что альтернативные делящиеся тепловыми нейтронами изотопы — плутоний-239 и уран-233 — из-за периода полураспада в тысячи лет в природе отсутствуют. А получают их как раз вследствие деления урана-235. Если он закончится, исчезнет прекрасный природный источник нейтронов для цепной ядерной реакции. В результате такой расточительности человечество лишится возможности в будущем вовлечь в энергетический цикл торий-232, запасы которого в несколько раз больше, чем урана. Теоретически для получения потока быстрых нейтронов с мегаэлектронвольтными энергиями можно использовать ускорители частиц. Однако если речь идет, например, о межпланетных полетах на атомном двигателе, то реализовать схему с громоздким ускорителем будет очень непросто. Исчерпание урана-235 ставит крест на таких проектах.
Что такое оружейный уран? Это высокообогащенный уран-235. Его критическая масса — она соответствует размеру куска вещества, в котором самопроизвольно идет цепная реакция, — достаточно мала для того, чтобы изготовить боеприпас. Такой уран может служить для изготовления атомной бомбы, а также как взрыватель для термоядерной бомбы. Какие катастрофы связаны с применением урана? Энергия, запасенная в ядрах делящихся элементов, огромна. Вырвавшись из-под контроля по недосмотру или вследствие умысла, эта энергия способна натворить немало бед. Две самые чудовищные ядерные катастрофы случились 6 и 8 августа 1945 года, когда ВВС США сбросили атомные бомбы на Хиросиму и Нагасаки, в результате чего погибли и пострадали сотни тысяч мирных жителей. Катастрофы меньшего масштаба связаны с авариями на атомных станциях и предприятиях атомного цикла.
Первая крупная авария случилась в1949 году в СССР на комбинате «Маяк» под Челябинском, где нарабатывали плутоний; жидкие радиоактивные отходы попали в речку Течу. В сентябре 1957 года на нем же произошел взрыв с выбросом большого количества радиоактивного вещества. Через одиннадцать дней сгорел британский реактор по наработке плутония в Уиндскейле, облако с продуктами взрыва рассеялось над Западной Европой. К наиболее масштабным последствиям привели аварии на Чернобыльской АЭС 1986 и АЭС в Фукусиме 2011 , когда воздействию радиации подверглись миллионы людей. Первая засорила обширные земли, выбросив в результате взрыва 8 тонн уранового топлива с продуктами распада, которые распространились по Европе. Вторая загрязнила и спустя три года после аварии продолжает загрязнять акваторию Тихого океана в районах рыбных промыслов. Ликвидация последствий этих аварий обошлась весьма дорого, и, если бы разложить эти затраты на стоимость электроэнергии, она бы существенно выросла. Отдельный вопрос — последствия для здоровья людей. Согласно официальной статистике, многим людям, пережившим бомбардировку или живущим на загрязненной территории, облучение пошло на пользу — у первых более высокая продолжительность жизни, у вторых меньше онкологических заболеваний, а некоторое увеличение смертности специалисты связывают с социальным стрессом.
Количество же людей, погибших именно от последствий аварий или в результате их ликвидации, исчисляется сотнями человек. Противники атомных электростанций указывают, что аварии привели к нескольким миллионам преждевременных смертей на европейском континенте, просто они незаметны на статистическом фоне. Вывод земель из человеческого использования в зонах аварий приводит к интересному результату: они становятся своего рода заповедниками, где растет биоразнообразие. Правда, отдельные животные страдают от болезней, связанных с облучением. Вопрос, как быстро они приспособятся к повышенному фону, остается открытым. Есть также мнение, что последствием хронического облучения оказывается «отбор на дурака» см. В частности, применительно к людям это должно приводить к снижению умственных способностей у поколения, родившегося на загрязненных территориях вскоре после аварии. Это уран-238, оставшийся после выделения из него урана-235. Объемы отхода производства оружейного урана и тепловыделяющих элементов велики — в одних США скопилось 600 тысяч тонн гексафторида такого урана о проблемах с ним см.
Эти отходы надо либо хранить до лучших времен, когда будут созданы реакторы на быстрых нейтронах и появится возможность переработки урана-238 в плутоний, либо как-то использовать. Применение ему нашли.
Обедненным ураном называют отходы, полученные при обогащении урановой руды.
А гексафторид урана, составляющий основную массу руды, отделяют. Он содержит уран-238, имеющий низкую радиоактивность: период полураспада у него 4,5 миллиарда лет. С точки зрения физики уран-238 достаточно безвреден, чтобы хранить его в цистернах на открытом воздухе.
Так и поступают на урановых обогатительных фабриках. Лучевой болезни, как в случае с советскими атомными батарейками , обедненный уран не вызывает. Его используют даже для утяжеления килей яхт и изготовления грузиков в гироскопах.
Но у урана-238 есть два ценных с точки зрения оружейной промышленности свойства. Второе — пирофорность, то есть способность твердого материала самовоспламеняться в пылевидном состоянии.
Газоцентрифужный метод обогащения урана Поскольку мощность одной центрифуги мала, для производства нужного количества обогащённого продукта их объединяют в большую цепочку — так называемый разделительный каскад. Козёл, МОХ и жёлтый кек: как хорошо вы понимаете язык атомщиков Газоцентрифужная система для обогащения урана на Электрохимическом заводе «Росатома» в Зеленогорске. Источник фото Для разных целей требуется разная концентрация урана-235 в топливе. Обогащённый газообразный гексафторид урана UF6 переводят в твёрдое состояние и в транспортных ёмкостях направляют на предприятия по производству ядерного топлива. Там его преобразовывают в диоксид урана UO2 , из которого прессуют таблетки. Их затем помещают в циркониевую оболочку, а образующиеся таким образом тепловыделяющие элементы твэлы крепят на специальном кронштейне, создавая таким образом так называемую тепловыделяющую сборку, и размещают их внутри активной зоны реактора. Упаковка для ядерного топлива: как работают тепловыделяющие сборки Когда уран-235 распадается в реакторе, выделяется большое количество тепла. Оно кипятит воду внутри первого герметичного контура, которая начинает испаряться.
Образующийся пар под давлением подаётся в парогенератор во втором контуре и крутит турбину, которая, в свою очередь, вращает электрогенератор. Таким образом АЭС вырабатывает энергию, с помощью которой можно отапливать и снабжать электричеством целые города. Что происходит с ураном после использования? Урановое топливо, которое используют для работы реакторов на АЭС, в среднем служит три-пять лет. Что с ним происходит после отработки, зависит от того, какой ядерно-топливный цикл используют. При открытом цикле уран извлекают из реактора и захоранивают на специальных полигонах в герметичных контейнерах и на большой глубине. При замкнутом — отработавшее ядерное топливо направляют на предприятия, которые занимаются его регенерацией. Там диоксид урана UO2 снова переводят в гексафторид урана UF6 и смешивают его либо с гексафторидом урана природного состава, либо с отвалами прошлых лет — обеднённым ураном.
Распад на барий и криптон с выделением трёх нейтронов: 2. Распад на ксенон и стронций с выделением двух нейтронов: Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжёлого ядра, возбуждённого захватом нейтрона, на две приблизительно равные части, называемые осколками деления. Ядра урана-238 могут делиться лишь под влиянием нейтронов большой энергии быстрых нейтронов. Примерно только 1 из 5 образовавшихся нейтронов вызывает деление ядра. Механизм превращения энергии во время деления ядра. Единица измерения энергии Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии.
Уровень активности и длительность периода полураспада
продукты распада урана. Через год после взрыва атомной бомбы из продуктов радиоактивного распада остались лишь следующие долгоживущие элементы: 89Sr, 90Sr, 144Ce, 90Y, 91Y, l06Ru, 137Cs, 95Zr, 140Ba, 95N. 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. Уран, плутоний, америций и нептуний в этой застывшей лаве продолжают распадаться, порождая в некоторых вариантах распада нейтроны. 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. Можно увидеть разлет продуктов распада Распад урана — это даже не атомный, а ядерный процесс. А ядро по размерам в 20 тысяч раз меньше атома и в 5 млн раз меньше длины волны видимого света. Так что наблюдать в оптике, как оно распадается, не получится. Важные новости образования в России и в Москве — новшества в детских садах, школах и вузах.
Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется?
Называется он "двугорбая кривая зависимости выхода продуктов деления от массового числа". Приведу его тут: По оси Х у нас возможная масса получившегося осколка, по оси Y - вероятность его появления, в процентах. Кроме реакции деления есть еще много других реакций, которые в меньшей мере, но тоже способствуют образованию новых ядер в топливе. Как пример одной из них - реакция образования плутония-239 из урана-238. Ядро урана-238 захватывает нейтрон, превращается в нептуний-239, а затем, путём испускания электрона, превращается в плутоний-239. А последний, кстати, тоже делится нейтронами. За все годы работы топлива в реакторе, в нём образуется чуть ли не вся таблица Менделеева. Этот ядерный зоопарк дико фонит, причем испускает практически все виды излучения - альфа, бета, гамма, нейтронное, нейтринное и т. Такое топливо не то чтобы трогать нельзя, на него даже смотреть опасно. Ну, если только оно находится не под слоем воды, или не за специальным просвинцованным стеклом.
Конкурентные преимущества участия структур "Росатома" заключаются в возможности применения инновационных технологий, конверсии и обогащения урана", - рассказала Sputnik генеральный директор "Независимого аналитического агентства нефтегазового сектора", эксперт в области энергетики Тамара Сафонова. По ее словам, от приобретения "Росатомом" доли в СП "Буденовское" Казахстан получит ряд преимуществ: помимо увеличения налоговых выплат российской стороной в бюджет Казахстана, эксперт отметила возможность использования потенциала российской госкомпании для создания высокотехнологичных продуктов, расширения географии поставок и диверсификации рынка импортеров. Выгодой для Казахстана в данной истории является увеличение капитализации, продолжил Борис Марцинкевич. Приобретение "Росатомом" доли в СП "Буденовское" вызвала глубокое недовольство западных властей и массовую истерику в западной прессе. При этом оно будет иметь ряд преимуществ для Казахстана, отмечает научный руководитель Института глобальных исследований Финансового университета при правительстве РФ Александр Ильинский. Во-первых, отмечает эксперт, "Росатом" принесет в совместное предприятие новые мировые технологии и передовой опыт, что приведет к повышению качества продукции и повышению эффективности кооперационных процессов. Это, по его словам, потенциально может привести к увеличению объемов производства, а также повысить конкурентоспособность российско-казахстанского предприятия на мировом рынке. В-третьих, говорит он, налоговые отчисления горно-металлургической компании правительству Казахстана также увеличатся в результате увеличения производства и доходов. Это, по словам эксперта, предоставит правительству дополнительное финансирование для инвестиций в ключевые области, такие как образование, здравоохранение и развитие инфраструктуры, что может оказать более широкое влияние на экономические перспективы страны. Подробнее о Буденовском месторождении Месторождение Буденовское - одно из крупнейших в мире, открытое в 1970-е годы. Однако после распада СССР финансирование прекратилось и геологоразведочные работы были остановлены. Тогда местными властями было принято решение привлекать к работе на казахстанских месторождениях крупнейшие международные уранодобывающие компании с целью привлечения инвестиций и применения новейших технологий. При этом добывать уран в Казахстане они могли бы только в составе совместных с "Казатомпромом" предприятий. Продолжилась разведка Буденовского только в середине 2000-х годов. Месторождение разделили на семь участков, которые были "отданы" в работу трем совместным предприятиям.
Преимущество лютеция-177 в том, что лечит он локально — убивает только патологические участки в организме, то есть раковые клетки. Также разработаны оригинальные технологии получения иридия-192, вольфрама-188, рения-188, итрия-90. Лаборатория включает в себя комплекс ядерного легирования кремния. Сам по себе кремний является диэлектриком. Но под воздействием потока нейтронов внутри слитков чистого кремния появляются равномерные вкрапления атомов фосфора. Это делает кремний хорошим полупроводником одновременно с высоким сопротивлением. По информации Томского политеха, вуз сейчас легирует кремний для всех российских производителей полупроводниковой продукции, а также для ряда зарубежных заказчиков. Еще одно приложение изотопного конструирования на реакторе — окраска драгоценных и полудрагоценных камней, например, топазов. В природе они встречаются разных цветов, но ценится больше всего небесно-голубой. В природе найти такие топазы сейчас сложно, поэтому нужного цвета добиваются при помощи облучения быстрыми нейтронами. После облучения камни становятся радиоактивными, и чтобы они стали безопасными, их отправляют в хранилище радиоактивных образцов для выдержки. Она может продлиться до года. Подсчитать изотопы Еще одно направление работы исследовательского реактора — нейтрон-активационный анализ НАА. Это ядерный процесс, используемый для определения концентрации элементов или изотопов в образцах самых разных материалов. Каждый элемент имеет набор гамма-линий, по которым его можно определить в будущем. На реакторе проводится элементный анализ геологических, биологических, медицинских и других образцов. По информации ТПУ, также на реакторе проводятся испытания, в процессе которых изучается поведение различных приборов в радиационной среде. Для этого моделируется ситуация, когда прибор «проживает» свой срок службы за относительно короткий срок. Это делается, чтобы отследить изменение свойств приборов и оценить их работоспособность и предполагаемый ресурс. Исследовательский реактор выполняет еще одну функцию — образовательную. В год здесь проходят обучение несколько сотен студентов, которые изучают управление, проектирование атомных станций, ядерную безопасность, нераспространение ядерных материалов, ядерную медицину, в том числе производство радиофармпрепаратов. Материал изменен. Добавлена информация про инженера реактора Алину Горбунову. Следите за нашим Telegram , чтобы не пропускать самое интересное Самое обсуждаемое.
Снаряды с обедненным ураном имеют продолженное воздействие, если такие бомбы бросить на территорию Украины, они будут иметь продолженное воздействие 4-5 млрд лет, таков период его распада, это значит, что обедненный уран, который будет применен на Украине, останется там навечно, нашим потомкам и нашим детям", - заявил Алексич. Обедненный уран - опаснейшая вещь для любой страны и любого народа, и его употребление необходимо немедленно запретить, поскольку он вызвал массу смертей в Сербии, в Косове и Метохии, в Албании, в Северной Македонии, даже в Болгарии - на Балканах вообще, - люди умирают от этого в Ираке, Ливии, Афганистане - везде, где НАТО употребило это оружие", - подчеркнул адвокат. После этого страна заняла первое место по числу онкологических заболеваний в Европе, а за первые 10 лет с момента бомбардировок в республике заболели раком около 30 тыс. Облучение получили как мирные жители, так и солдаты из контингента НАТО. В январе 2020 года в Сербии был подан первый иск против НАТО за использование обедненного урана в 1999 году.
Публикации
- Как работают снаряды с урановым сердечником?
- Как устроены и чем опасны снаряды с обедненным ураном
- Справочник химика 21
- Дьявол в деталях: чем страшны урановые боеприпасы – ученый | Крымский федеральный университет
- Rn распад - фото сборник
Физики создают новый изотоп урана
Именно из-за этого свойства при нуклеосинтезе за счет нейтронного облучения ядра тяжелее урана образуются с большим трудом. Суть явления состоит в следующем. Если соотношение числа нейтронов и протонов в ядре не оптимально, оно становится нестабильным. Обычно такое ядро выбрасывает из себя либо альфа-частицу — два протона и два нейтрона, либо бета-частицу — позитрон, что сопровождается превращением одного из нейтронов в протон. В первом случае получается элемент таблицы Менделеева, отстоящий на две клетки назад, во втором — на одну клетку вперед. Однако ядро урана помимо излучения альфа- и бета-частиц способно делиться — распадаться на ядра двух элементов середины таблицы Менделеева, например бария и криптона, что и делает, получив новый нейтрон. Это явление обнаружили вскоре после открытия радиоактивности, когда физики подвергали новооткрытому излучению все, что придется. Вот как пишет об этом участник событий Отто Фриш «Успехи физических наук», 1968, 96, 4. После открытия бериллиевых лучей — нейтронов — Энрико Ферми облучал ими, в частности, уран, чтобы вызвать бета-распад, — он надеялся за его счет получить следующий, 93-й элемент, ныне названный нептунием. Он-то и обнаружил у облученного урана новый тип радиоактивности, который связал с появлением трансурановых элементов.
При этом замедление нейтронов, для чего бериллиевый источник покрывали слоем парафина, увеличивало такую наведенную радиоактивность. Американский радиохимик Аристид фон Гроссе предположил, что одним из этих элементов был протактиний, но ошибся. Зато Отто Ган, работавший тогда в Венском университете и считавший открытый в 1917 году протактиний своим детищем, решил, что обязан узнать, какие элементы при этом получаются. Вместе с Лизой Мейтнер в начале 1938 года Ган предположил на основании результатов опытов, что образуются целые цепочки из радиоактивных элементов, возникающих из-за многократных бета-распадов поглотивших нейтрон ядер урана-238 и его дочерних элементов. Вскоре Лиза Мейтнер была вынуждена бежать в Швецию, опасаясь возможных репрессий со стороны фашистов после аншлюса Австрии. Ган же, продолжив опыты с Фрицем Штрассманом, обнаружил, что среди продуктов был еще и барий, элемент с номером 56, который никоим образом из урана получиться не мог: все цепочки альфа-распадов урана заканчиваются гораздо более тяжелым свинцом. Исследователи были настолько удивлены полученным результатом, что публиковать его не стали, только писали письма друзьям, в частности Лизе Мейтнер в Гётеборг. Там на Рождество 1938 года ее посетил племянник, Отто Фриш, и, гуляя в окрестностях зимнего города — он на лыжах, тетя пешком, — они обсудили возможности появления бария при облучении урана вследствие деления ядра подробнее о Лизе Мейтнер см. Бор, хлопнув себя по лбу, сказал: «О, какие мы были дураки!
Мы должны были заметить это раньше». В январе 1939 года вышла статья Фриша и Мейтнер о делении ядер урана под действием нейтронов. К тому времени Отто Фриш уже поставил контрольный опыт, равно как и многие американские группы, получившие сообщение от Бора. Рассказывают, что физики стали расходиться по своим лабораториям прямо во время его доклада 26 января 1939 года в Вашингтоне на ежегодной конференции по теоретической физике, когда ухватили суть идеи. После открытия деления Ган и Штрассман пересмотрели свои опыты и нашли, так же, как и их коллеги, что радиоактивность облученного урана связана не с трансуранами, а с распадом образовавшихся при делении радиоактивных элементов из середины таблицы Менделеева. Фото: ОАО Росатом, www. Вскоре после того, как была экспериментально доказана возможность деления ядер урана и тория а других делящихся элементов на Земле в сколько-нибудь значимом количестве нет , работавшие в Принстоне Нильс Бор и Джон Уиллер, а также независимо от них советский физик-теоретик Я. Френкель и немцы Зигфрид Флюгге и Готфрид фон Дросте создали теорию деления ядра. Из нее следовали два механизма.
Один — связанный с пороговым поглощением быстрых нейтронов. Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. При меньшей энергии поглощение нейтрона ураном-238 имеет резонансный характер. Так, нейтрон с энергией 25 эВ имеет в тысячи раз большую площадь сечения захвата, чем с другими энергиями. При этом никакого деления не будет: уран-238 станет ураном-239, который с периодом полураспада 23,54 минуты превратится в нептуний-239, тот, с периодом полураспада 2,33 дня, — в долгоживущий плутоний-239. Торий-232 станет ураном-233. Второй механизм — беспороговое поглощение нейтрона, ему следует третий более-менее распространенный делящийся изотоп — уран-235 а равно и отсутствующие в природе плутоний-239 и уран-233 : поглотив любой нейтрон, даже медленный, так называемый тепловой, с энергией как у молекул, участвующих в тепловом движении, — 0,025 эВ, такое ядро разделится. И это очень хорошо: у тепловых нейтронов площадь сечения захвата в четыре раза выше, чем у быстрых, мегаэлектронвольтных. В этом значимость урана-235 для всей последующей истории атомной энергетики: именно он обеспечивает размножение нейтронов в природном уране.
После попадания нейтрона ядро урана-235 становится нестабильным и быстро делится на две неравные части. Попутно вылетает несколько в среднем 2,75 новых нейтронов. Если они попадут в ядра того же урана, то вызовут размножение нейтронов в геометрической прогрессии — пойдет цепная реакция, что приведет к взрыву из-за быстрого выделения огромного количества тепла. Ни уран-238, ни торий-232 так работать не могут: ведь при делении вылетают нейтроны со средней энергией 1—3 МэВ, то есть при наличии энергетического порога в 1 МэВ значительная часть нейтронов заведомо не сможет вызвать реакцию, и размножения не будет. А значит, про эти изотопы следует забыть и придется замедлять нейтроны до тепловой энергии, чтобы они максимально эффективно взаимодействовали с ядрами урана-235. А действуя замедлителем, можно поддерживать размножение нейтронов на постоянном уровне и взрыва не допустить — управлять цепной реакцией. Расчет, проведенный Я. Зельдовичем и Ю. Харитоном в том же судьбоносном 1939 году, показал, что для этого нужно применить замедлитель нейтронов в виде тяжелой воды или графита и обогатить ураном-235 природный уран по меньшей мере в 1,83 раза.
Смоленская АЭС. В 1940 году Г. Флеров и К. Петржак обнаружили, что деление урана может происходить спонтанно, без всякого внешнего воздействия, правда, период полураспада гораздо больше, чем при обычном альфа-распаде. Поскольку при таком делении тоже получаются нейтроны, если не дать им улететь из зоны реакции, они-то и послужат инициаторами цепной реакции. Именно это явление используют при создании атомных реакторов. Зачем нужна атомная энергетика? Зельдович и Харитон были в числе первых, кто посчитал экономический эффект атомной энергетики «Успехи физических наук», 1940, 23, 4. В настоящий момент еще нельзя сделать окончательных заключений о возможности или невозможности осуществления в уране ядерной реакции деления с бесконечно разветвляющимися цепями.
Если такая реакция осуществима, то автоматически осуществляется регулировка скорости реакции, обеспечивающая спокойное ее протекание, несмотря на огромное количество находящейся в распоряжении экспериментатора энергии. Это обстоятельство исключительно благоприятно для энергетического использования реакции.
Ган и Ф. Штрассман смогли показать, что при поглощении нейтрона ядром урана происходит вынужденная реакция деления. Как правило, ядро делится на два осколка, при этом высвобождается 2-3 нейтрона см. Кривая зависимости относительного выхода изотопов, образующихся при облучении урана-235 медленными нейтронами, от массового числа — симметрична и по форме напоминает букву «M». Два выраженных максимума этой кривой соответствуют массовым числам 95 и 134, а минимум приходится на диапазон массовых чисел от 110 до 125. Таким образом, деление урана на осколки равной массы с массовыми числами 115—119 происходит с меньшей вероятностью, чем асимметричное деление [5] , такая тенденция наблюдается у всех делящихся изотопов и не связана с какими-то индивидуальными свойствами ядер или частиц, а присуща самому механизму деления ядра. Однако асимметрия уменьшается при увеличении энергии возбуждения делящегося ядра и при энергии нейтрона более 100 МэВ распределение осколков деления по массам имеет один максимум, соответствующий симметричному делению ядра.
Различные изотопы элемента могут иметь разное количество нейтронов в ядре, и чтобы изотоп считался богатым нейтронами, он должен иметь больше нейтронов, чем обычно для данного элемента. Исследователи создали уран-241, обстреляв образец урана-238 ядрами платины-198 на японском ускорителе RIKEN. В результате этого процесса два изотопа подверглись многонуклонному переносу, в ходе которого они обменялись нейтронами и протонами.
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.
Чрезвычайно короткий период полураспада
- Продукты распада урана. Поражающее действие продуктов деления урана
- Чем опасен обедненный уран | MAXIM
- Уран: факты и фактики
- Открытие деления ядер урана
- Уран: факты и фактики
Когда и где НАТО применяло такие боеприпасы?
- Ученые впервые с 1979 года открыли новый «богатый нейтронами» изотоп урана
- User account menu
- Ученые впервые с 1979 года открыли новый «богатый нейтронами» изотоп урана
- Ядерное топливо