Для осуществления ценной реакции пригодны лишь ядра Цепная реакция деления ядер урана. Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую. — При делении ядра урана на два осколка эти осколки разлетаются, тормозятся в веществе и передают свою энергетическую энергию веществу, которое нагревается. Период полураспада урана-241, который образовался в результате взаимодействия урана-238 с платиной-198, составляет около 40 минут. Следова-тельно, «трансураны» получаются при делении ядра урана, так как сам по себе захват нейтрона с испуска.
Ядерные реакции
Вскоре они обнаружили, что камера продолжает регистрировать деление и после удаления источника нейтронов: происходит самопроизвольное деление ядер урана без бомбардировки их нейтронами. — При делении ядра урана на два осколка эти осколки разлетаются, тормозятся в веществе и передают свою энергетическую энергию веществу, которое нагревается. И лишь в 1938 году ученые наконец поняли, что при делении ядра изотопа урана выделяется внушительное количество энергии — это обстоятельство стало началом эры атомной энергетики.
52. Ядерные реакции. Деление ядер урана
В большинстве случаев именно посредством шахт добывают уран в России, так как более выгодный с экономической точки зрения способ найти трудно. Правда все это оправданно лишь если глубина не превысит 2000 метров, а сама руда будет достаточно высокого качества. Поэтому в России уран добывают как подземными горными выработками, так и методом СПВ. Карьерные работы в нашей стране практически не используют. Порода, которую разрабатывают посредством шахт, проходит следующие стадии: извлечение; сортировка на пустую и ту, которая содержит уран; вывоз пустой породы на отвалы; доставка ураносодержащей породы на завод; обработка ураносодержащей породы. К плюсам этой технологии следует отнести безопасность для работников завода ввиду отсутствия радиоактивной пыли при обработке урана. Таким образом, за методом СПВ, который не наносит вред экологии и экономически выгоден, будущее. Но стоит помнить, что в большинстве стран мира, и в России тоже, добывать уран таким способом можно, если руда залегает ниже уровня грунтовых вод, а между ними находится водонепроницаемая глина. Ввиду своей химической активности, уран достаточно гибкий и весьма ковкий металл, обладающий свойством намагничиваться.
Однако в первую очередь, человечество использует его в атомной энергетике. Следует понимать, что в природе смотреть как добывают уран U235 не приходится. Поэтому для нужд энергетики и армии, полученный уран обогащают или обедняют. Изотоп урана U235 устроен таким образом, что однажды запущенная реакция ядерного распада будет протекать самопроизвольно, без дополнительного влияния извне. Поэтому уран добывают в основном как основу для извлечения из руды подобных изотопов. Благодаря такой реакции он крайне эффективен как источник энергии для ядерного реактора. Несмотря на свою эффективность, подобное производство отличается повышенной опасностью, как для персонала, так и для всего человечества. Взрывы АЭС по всему миру заслуженно считаются одними из самых страшных техногенных катастроф за всю нашу историю.
Чаще всего начинкой ядерных боеголовок служит плутоний-239, который получают при облучении урана-238 мощными потоками нейтронов. После того, как уран добыли и облучили данным способом, ядро такого изотопа увеличивает успешность деления, из-за которого испускается больше нейтронов.
Он накрыл фотопластинку черной бумагой и поочередно поместил разные фосфоресцентные соли. Он предположил, что свечение, создаваемое в ЭЛТ электронно-лучевые трубки рентгеновскими лучами, может быть связано с фосфоресценцией. Результаты были неожиданными, так как урановая соль была единственным веществом, которое вызывало значительное почернение пластины.
Исследование прояснило, что фосфоресценция не была позади запотевания пластины соли урана не являются фосфоресцентными и что там была какая-то форма невидимого излучения, которое проникало в черную бумагу и создавало вид, будто пластина подвергается воздействию света. Природный реактор ядерного деления В 1972 году Фрэнсис Перрин обнаружил более десятка древних естественных ядерных реакторов, расположенных в трех отдельных рудных месторождениях на руднике Окло в Габоне страна на западном побережье Центральной Африки. Эти реакторы деления неактивны. Последующие исследования показали, что им почти 2 миллиарда лет, за века до того, как был построен первый искусственный ядерный реактор. Вам может быть интересно, как это возможно?
Он также разлагается гораздо быстрее, чем уран-238. Это означает, что уран-235 истощил намного больше, чем уран-238 с момента рождения Земли. Таким образом, теоретически жизнеспособно существование древнего природного ядерного реактора. Краткие и быстрые факты 8. Помимо использования в качестве ядерного топлива обедненный уран также используется в бронебойных боеприпасах высокой плотности.
Бронебойный снаряд - это вид боеприпасов, специально предназначенных для проникновения в бронированные стекла, автомобили, танки и даже военные корабли. Потребовалось бы более 3000 тонн угля для производства такого же количества энергии.
Если размеры тела малы, то вероятность столкновения на пути до выхода наружу мала. Почти все вторичные нейтроны деления вылетают через поверхность тела, не вызывая новых делений, т. Из тела больших размеров вылетают наружу главным образом нейтроны, образовавшиеся в поверхностном слое. Нейтроны, образовавшиеся внутри тела, имеют перед собой достаточную толщу урана и в большинстве своем вызывают новые деления, продолжая реакцию рис.
Чем больше масса урана, тем меньшую долю объема составляет поверхностный слой, из которого теряется много нейтронов, и тем благоприятнее условия для развития цепной реакции. Развитие цепной реакции деления в. Кружочки — осколки деления, стрелки — нейтроны деления Увеличивая постепенно количество , мы достигнем критической массы, т. При дальнейшем увеличении массы реакция начнет бурно развиваться начало ей положат спонтанные деления. При уменьшении массы ниже критической реакция затухает. Итак, можно осуществить цепную реакцию деления.
Если располагать достаточным количеством чистого , отделенного от. И действительно, извлечение из природного урана явилось одним из тех способов, при помощи которых цепная реакция деления была осуществлена на практике. Наряду с этим цепная реакция была достигнута и другим способом, не требующим разделения изотопов урана. Этот способ несколько более сложен в принципе, но зато более прост в осуществлении. Он использует замедление быстрых вторичных нейтронов деления до скоростей теплового движения. Мы видели, что в природном уране незамедленные вторичные нейтроны поглощаются главным образом изотопом.
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. Их содержали в Англии в усадьбе «Фарм-Холл», нашпигованной микрофонами. Гейзенберг поставил перед интернированными немецкими физиками задачу разобраться с вопросом о том, как союзникам удалось создать ядерную бомбу. Но в ходе инициированного им семинара он сам не смог ясно описать разницу между физикой бомбы и физикой реактора.
Его путаные объяснения также зафиксировали «жучки». Интернационал физиков, объединивших в США свои усилия, подвергся серьезным испытаниям после создания Национального комитета по оборонным исследованиям НКОИ. Поскольку членами этого комитета, занимавшегося секретными исследованиями, могли стать только граждане США, то Ферми, Силарда, Теллера и Вигнера отстранили от работы. Парадокс состоял в том, что именно они были носителями основных секретов. Но в донесениях военной контрразведки Ферми, бежавший из фашистской Италии, был охарактеризован как «вне всякого сомнения, фашист». Недоразумения эти удалось устранить с большим трудом, но с условием, что эта четверка ученых будет не в ранге членов НКОИ, а в ранге консультантов.
Президент США Гарри Трумэн теперь не сомневался, что войну с Японией удастся завершить и без помощи СССР, поэтому сообщил Сталину об успешном испытании бомбы и тем самым раскрыл тщательно скрывавшийся от советских союзников секрет о разработке нового оружия. Сталин, выслушав от Молотова мнение о том, что американцы «цену себе набивают», лишь усмехнулся и поручил «переговорить с Курчатовым об ускорении нашей работы». Вопрос о целесообразности атомной бомбардировки японских городов возник после отказа Японии от безоговорочной капитуляции. Тротиловый эквивалент составил 12,5 кт. Все, кто находился в радиусе километра от эпицентра, обуглились в доли секунды, а некоторые просто испарились. В мгновение было разрушено 60 тыс.
От лучевой болезни до конца года погибло не менее 60 тыс. Однако после первой атомной бомбардировки Япония от капитуляции отказалась, и 9 августа 1945 года последовала атомная бомбардировка Нагасаки. Тротиловый эквивалент взрыва составил 22 кт, и он унес жизни более 70 тыс. Лесли Гровс, военный руководитель Манхэттенского проекта, после 17 августа планировал сбросить на Японию третью атомную бомбу. Но, как ни парадоксально, президент Трумэн на этом распорядился прекратить атомные бомбардировки, отказавшись от идеи убийства еще 100 тыс. Конец кошмару был положен капитуляцией Японии 15 августа.
Переворот армейских офицеров, планировавших продолжить войну, не состоялся, а японский военный министр Анами покончил с собой. После бомбардировки японских городов американские физики стали покидать атомный проект и возвращаться к академической работе, а некоторые из них навсегда бросили заниматься физикой. Когда Лизе Мейтнер сообщили о бомбардировке Хиросимы, она была этим потрясена и несколько часов бродила по округе городка, в котором тогда жила. От Советского Союза требовалось полностью свернуть ядерную программу, подчиниться мощной международной организации, явно контролируемой США, и отказаться от разработки всех залежей урана, которые могли быть найдены в недрах СССР. Оно было схоже с конвенцией, направленной на запрещение разработки, производства, накопления и использования химического оружия, которая была принята в 1925 году. Согласно этому варианту, атомное оружие следовало запретить специальной международной конвенцией.
Все имеющиеся ядерные арсеналы подлежали уничтожению в течение трех месяцев после ее ратификации. Предлагались и другие мероприятия, гарантирующие выполнение данной конвенции. Однако США советские предложения не приняли. Тем самым возможность сдержать процесс распространения ядерного оружия была упущена. Примечательна реакция Роберта Оппенгеймера на советские контрпредложения о том, чтобы в принципе запретить атомную бомбу. Он счел их намерением «сразу же лишить нас единственного оружия, которое позволило бы не допустить русских в Восточную Европу».
К этому времени «левак» Оппенгеймер превратился в «реалиста» холодной войны.
1. Механизм деления ядра урана:
| Деление ядра атома урана | При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно. |
| Опасная работа: как добывают уран | Следова-тельно, «трансураны» получаются при делении ядра урана, так как сам по себе захват нейтрона с испуска. |
| Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра | Лиза Мейтнер и Отто Фриш объяснили этот результат распадом ядра урана на примерно две равные части (осколока), а Фриш назвал это явление по аналогии с биологическим явлением «бинарным делением ядра» или просто делением ядра. |
Самопроизвольное деление
- Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
- Опасная работа: как добывают уран
- Механизм деления ядра
- «Тревожный звоночек»: физик прокомментировал возобновление ядерных реакций в Чернобыле
- Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
- Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется? -
Деление ядер урана и цепная реакция
Все актиниды радиоактивны, но уран называют одним из четырех наиболее радиоактивных элементов, наряду с радием, полонием и торием. Кривая периода полураспада. 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.
Однако правильное истолкование факта было дано в 1939г. Фришем и Л.
Спонтанное деление ядер урана было открыто Г. Флеровым и К. Петржаком в 1940г.
Историк Марьяна Скуратовская Узнать больше Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки! Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате. Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий!
На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Условием возникновения цепной реакции является наличие размножающихся нейтронов. Коэффициентом размножения нейтронов k называется Коэффициент размножения зависит от природы отношение числа нейтронов, возникающих в некотором звене делящегося вещества, а для данного изотопа — от его реакции, к числу таких нейтронов в предшествующем звене. Такая реакция называется развивающаяся реакция. Минимальная масса делящегося вещества, находящегося в системе критических размеров, необходимая для осуществления цепной реакции, называется критической массой. Цепная реакция в уране с повышенным содержанием урана235 может развиваться только тогда, когда масса урана превосходит критическую массу. В небольших кусках урана большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают наружу. Для чистого урана-235 критическая масса составляет около 50 кг. Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из вобериллия, котораяесли Критическую массу урана можно много раз уменьшить, отражает так нейтроны, позволяет снизить использовать называемые замедлители нейтронов. Дело в том, что нейтроны, рождающиеся критическую массу до 250при г. Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода D2O. Обычная вода при взаимодействии с нейтронами сама превращается в тяжелую воду. Цепные реакции делятся на управляемые и неуправляемые. Взрыв атомной бомбы —пример неуправляемой реакции. В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает при быстром соединении двух кусков урана-235, каждый из которых имеет массу несколько ниже критической. Критическая масса Летит нейтрон по трассе, В реакции цепной, Критическая масса, И будет взрыв большой! Управляемые цепные реакции осуществляются в ядерных реакторах.
Ядерные реакции
При кристаллизации расплава, который возникает на основе такого вещества, весь уран распределяется в кристаллической решетке породообразующих минералов или на их границах в виде примеси, как и многие другие редкие и рассеянные элементы. Конечно, образование скоплений редких элементов в природе возможно вспомним, например, самородное золото , только это происходит в коре и не в результате кристаллизации магматических расплавов, а за счет разгрузки гидротермальных растворов, транспортирующих эти элементы и сбрасывающих их при изменении физических условий. В ходе геологических процессов зарождающиеся в недрах планеты магматические расплавы вследствие более низкой плотности по сравнению с твердым веществом перемещаются к поверхности. В тех случаях, когда они прорываются на поверхность, возникает вулкан. Когда такой расплав застревает на глубине и кристаллизуется в магматической камере, образуется твердое магматическое тело, называемое интрузивом.
Дифференциация вещества по плотности при формировании магматических тел принципиально ничем не отличается от такой дифференциации при затвердевании расплава в магматическом океане. Однако кристаллизующиеся силикаты магния и железа в этих расплавах вопреки предположению авторов обсуждаемой гипотезы не всплывают, а тонут, потому что их плотность всегда выше плотности жидкой фазы. Утверждая, что плотность магмы увеличится за счет железа, авторы упускают из виду, что в магматическом океане металл сразу образует самостоятельную жидкую фазу, не смешивающуюся с силикатной, которая опустится на дно задолго до начала кристаллизации силикатов. Возвращаясь к интрузивам, заметим, что никаких скоплений минералов, сложенных актиноидами, на дне соответствующих магматических камер нет, несмотря на то, что концентрация урана как в самих интрузивных телах, так и в исходных расплавах зачастую на два порядка превосходит его концентрацию в протопланетном веществе и магматическом океане.
Все происходит ровно наоборот: основная часть урана концентрируется в остаточной жидкости, которая, как правило, собирается в верхней части магматической камеры, после того как основной объем расплава уже затвердел. Поэтому, даже если бы в этих последних порциях расплава и возникли какие-то тяжелые урансодержащие минералы, опускаться им было бы некуда. Конечно, для объективной оценки обсуждаемой гипотезы необходимы исследования специалистов в различных областях науки. Что касается геологической составляющей, то я считаю, что предложенная концепция пока не подтверждается фактическим материалом.
Пушкарев, д. Расчеты показали, что теоретически существуют разные сценарии работы реактора. По некоторым из них его активность могла давно прекратиться, по другим — продолжаться до настоящего времени. Максимальная продолжительность возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов.
В результате содержание легко делящегося урана-235 поддерживается на достаточно высоком уровне, и получается реактор-размножитель на быстрых нейтронах. Ряд глобальных явлений на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет. О причинах этих колебаний нет единого мнения. По обломочным окаменевшим моренам и ледниково-морским осадкам, обнаруженным на всех континентах, ученые восстановили ледниковую историю Земли за последние 2,5 млрд лет.
В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох. Периодичность потеплений-похолоданий, соответствующая смене ледниковых эпох, составляет около 100 тыс. Подробнейшая информация о палеоклимате получена при бурении ледниковых щитов в Антарктиде. 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.
Он открыл еще один уран, «уран-Z», который отличается от «урана-Х2», но тоже имеет массу 234, то есть, это другое ядро, но не изотоп. При этом ошибки нет, а значит, обнаружено что-то совсем новое. Только полтора десятка лет спустя Карл Вайцзеккер сумел объяснить явление изомерии атомных ядер — существование метастабильных возбужденных состояний ядра с достаточно большим для обнаружения временем жизни. И примечательно, что первым ядром, у которого удалось увидеть изомерию, оказался открытый Ганом протактиний. Путь к атомной электростанции и атомной бомбе был открыт.
Публикация результатов эксперимента состоялась 6 января 1939 года, а уже 11 февраля Лиза Мейтнер и ее племянник Отто Роберт Фриш опубликовали в Nature теоретические выкладки, объясняющие экспериментальный результат Гана. Открытие расщепления ядра Отто Ганом и Фрицем Штрассманом стало началом новой эпохи в истории человечества. Научное достижение, лежавшее в основе этого открытия, потому кажется мне столь необыкновенным, что оно было достигнуто чисто химическим путем, без всяческой теоретической наводки. Лиза Мейтнер Выдающийся австрийский физик и радиохимик Эти слова Мейтнер показывают ее отношение к этому открытию. Да и другая цитата тоже вполне показательна. Это удалось с помощью необычайно хорошей, просто фантастически хорошей, химической работы Гана и Штрассмана, на которую в те времена больше никто не был способен. Позже американцы научились.
Но тогда Ган и Штрассман были действительно единственными, потому что они были столь хорошими химиками.
По данным ученых из Института проблем безопасности АЭС Киев застывшее топливо стимулирует расщепление ядер урана под воздействием нейтронов. А поскольку уровень воды уменьшается, деление может ускориться в прогрессии, что приведет к неконтролируемому выбросу энергии. Конечно, с учетом наличия НБК рисков для окружения станции практически нет — вся радиоактивная пыль в любом случае останется внутри конфайнмента.
Однако это сильно повлияет на планы в дальнейшем демонтировать объект «Укрытие» и нейтрализовать оставшееся в расплаве ядерное топливо — если НБК наполнится радиоактивной пылью, сделать это будет невозможно. Тем временем из-за влажности и высокой радиации сам расплав становится мягче — если раньше отколоть от него кусок для анализов удалось только выстрелом из автомата, то сейчас консистенция расплава начинает напоминать песок. Власти Украины намерены к сентябрю подготовить план по вывозу расплава из объекта «Укрытие» в хранилище радиоактивных отходов. Но пока это кажется маловероятным — учитывая, что процессы деления в топливе продолжаются.
Под действием электрических сил ядро разрывается и осколки разлетаются. Поскольку суммарная масса осколков, образовавшихся при делении гораздо меньше массы ядра урана, в результате реакции деления высвобождается энергия. Образовавшиеся ядра имеют переизбыток нейтронов и излучают их.
Парадоксы ядерной гонки
Чтобы повысить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить содержащееся в нем количество урана-235 с помощью процесса, называемого обогащением урана. Изучение деления ядра атома урана показало, что при этом выделяется 3–4 нейтрона: 238U → 145La + 90Br + 3n. Деление ядра урана происходит, когда оно захватывает нейтрон, что нарушает стабильность ядра. Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуально. Нейтроны, излучаемые ядрами урана, вызывают деление других ядер урана с появлением новых нейтронов — так происходит самоподдерживающаяся цепная реакция, благодаря которой мы получаем большое количество энергии. При делении ядра урана 2-3 мгновенных нейтрона скидывается, получаются два осколка с отношением масс преимущественно около 1:1.4, т.е., любимые массы около 95 и 135.
Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. Прежде всего, была экспериментально доказана справедливость гипотезы о делении ядра урана и непосредственно измерена энергия деления. Расследование показало, что концентрация урана-235 в руднике такая же, как в отработанной атомной станции, но деление ядер произошло 1,8 миллиарда лет назад. При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами. После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1). На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
Деление ядер урана Делением ядер называется процесс распада массивного ядра на две приблизительно равные части, сопровождающийся вылетом других частиц. Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. Именно Нильс Бор выступил с гипотезой о том, что деление ядер урана медленными нейтронами происходит только в случае урана-235. Осколки деления ядер урана обладают высокой кинетической энергией, которая при их торможении передается топливу. За открытие спонтанного деления урана К.А. Петржак в 1946 году был удостоен Государственной премии.
Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
В 1939 году Нильс Бор и Джон Уилер объяснили механизм деления ядер при помощи капельной модели ядра. Сделали они это в статье «Механизм деления ядер». При этом реакция деления уран-235 наиболее интенсивно идет на медленных тепловых нейтронах, а ядра урана-238 вступают в реакцию деления только с быстрыми нейтронами с энергией порядка 1 МэВ. Рассмотрим процесс деления ядра урана-235: Ядро можно рассматривать как шарообразную каплю электрически заряженной несжимаемой жидкости. На все нуклоны в ядре действуют ядерные силы притяжения, кроме этого на протоны действуют электростатические силы отталкивания одноимённых зарядов, в результате чего протоны располагаются на периферии ядра.
Петржаком в 1940г. Чем больше энергия связи ядра, тем большая энергия должна выделятся при возникновении ядра и тем меньше внутренняя энергия образовавшейся системы. Слайд 5 Описание слайда: Капельная модель ядра Согласно модели, сгусток нуклонов напоминает капельку заряженной жидкости. Ядерные силы между нуклонами короткодействующие, как и между молекулами жидкости. Наряду с силами электростатического отталкивания, действуют ядерные силы притяжения, удерживающие ядро от распада.
Ядерная реакция, имеющее наибольшее значение для энергетики — это деление ядер урана. Рассмотрим особенности этой реакции подробнее. Открытие деления ядер урана Большинство природных радиоактивных элементов сильно распылено. Поэтому добыча весовых количеств этих элементов уже представляет собой сложности. Изучение продуктов распада еще труднее, поскольку все природные радиоактивные элементы имеют длительные периоды полураспада, и получение весовых количеств веществ, пригодных для исследования, происходит крайне медленно. Поэтому интенсивное изучение радиоактивных распадов началось лишь после открытия нейтрона в 1932 г. Нейтрон не имеет электрического заряда, и способен гораздо легче попадать в зону действия ядерных сил, чем заряженные протоны или альфа-частицы. Появляется возможность ускорить ядерные реакции, облучая пробу вещества нейтронами. В результате таких исследований в 1938 г О.
При этом вероятность встречи нейтронов с ядрами возрастает. Наличие в уране так называемого замедлителя нейтронов также влияет на ход реакции. 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.
Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса
Многим ученым из Колумбийского университета было ясно, что они должны попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при делении ядра урана в результате нейтронной бомбардировки. Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. Чтобы повысить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить содержащееся в нем количество урана-235 с помощью процесса, называемого обогащением урана. Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. Например, при делении ядра урана выделяется энергия порядка 200 МэВ., содержащего 238 нуклонов, Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рисунке При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном.