Ученым впервые в истории удалось зафиксировать, как соединяются и разъединяются атомы. И если Счётная палата хотела узнать, что творится в большом атомном хозяйстве Кириенко, последний немедленно жаловался на «притеснения» в президентские структуры. Судите сами: когда-то советские ученые пришли, условно, к Сталину, и доложили, что из западных научных журналов исчезли статьи по делению ядра атома – реально перспективную. Исследователи обнаружили, что молекула дирхения проводит большую часть своего времени с четырехкратной связью, разделяя четыре электрона между двумя атомами. Приборы впервые зафиксируют деление ядер урана, а реактор из сложной металлической конструкции превратится в полноценную атомную установку, чтобы обеспечить половину.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
Атомная (ядерная) реакция — процесс превращения (деления) атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами и гамма-квантами. В ядерном реакторе число нейтронов, участвующих в делении ядер, остается неизменным (k=1), реакция протекает стационарно и имеет управляемый характер. Именно осколки деления и составляют большую часть радиационного загрязнения территории при аварии после разрушения и выброса при взрыве ТВЭЛов.
Деление атома: перспективы международного рынка атомной энергетики
Атомная (ядерная) реакция — процесс превращения (деления) атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами и гамма-квантами. Ядерное деление — это реакция, в ходе которой ядро атома расщепляется на два или более меньших ядра, при этом происходит высвобождение энергии. В радиоактивном веществе, которое содержится внутри атомной бомбы, реакция деления идёт постоянно в тлеющем режиме.
Понятие радиоактивности. Виды распада
Первая газета появилась 11 февраля, вторая - 28 февраля. Присуждение Нобелевской премии по химии 1944 года одному только Хану - давняя полемика. Четыре года спустя Бор должен был бежать в Швецию из оккупированной нацистами Дании на маленькой лодке вместе с тысячами других датских евреев в ходе крупномасштабной операции. Незадолго до отъезда Бора из Дании Фриш и Мейтнер предоставили ему свои расчеты.
Розенфельд сразу же по прибытии рассказал всем в Принстонском университете, и от них новость устно распространилась среди соседних физиков, включая Энрико Ферми из Колумбийского университета. Ферми во время путешествия, чтобы получить Нобелевскую премию за свою более раннюю работу. В результате бесед между Ферми, Джоном Р.
Даннингом и Дж. Пеграмом в Колумбии были предприняты поиски мощных импульсов ионизации, которые можно было бы ожидать от летающих фрагментов ядра урана. Перед завершением встречи в Вашингтоне было начато несколько других экспериментов для подтверждения деления, и было сообщено о положительном экспериментальном подтверждении.
Группа Фредерика Жолио-Кюри в Париже обнаружила, что вторичные нейтроны высвобождаются при делении урана, что делает возможной цепную реакцию. Лео Сциллард и Уолтер Зинн независимо друг от друга подтвердили, что при делении ядер урана испускаются два нейтрона. Сцилард, еврей по происхождению из Венгрии, также бежал из континентальной Европы после прихода Гитлера и в конечном итоге оказался в США.
Летом Ферми и Сцилард предложили идею ядерного реактора котла с природным ураном в качестве топлива и графитом в качестве замедлителя энергии нейтронов. В августе венгерско-еврейские беженцы Сциллард, Теллер и Вигнер убедили австрийско-еврейского беженца Эйнштейна предупредить президента Рузвельта об угрозе со стороны Германии. В письме говорилось о возможности доставки урановой бомбы по морю.
Президент получил его 11 октября 1939 года, вскоре после начала Второй мировой войны. В Англии Джеймс Чедвик на основе статьи Рудольфа Пайерлса предложил атомную бомбу, использующую природный уран, с массой, необходимой для критического состояния, 30-40 тонн. В декабре Гейзенберг представил военному министерству Германии отчет о возможности урановой бомбы.
В Бирмингеме, Англия, Отто Роберт Фриш объединился с Рудольфом Пайерлсом, который также бежал от немецких антиеврейских расовых законов. Они придумали идею использования очищенного изотопа урана, урана-235, и выяснили, что бомба из обогащенного урана может иметь критическую массу всего 600 г вместо тонн, и что полученный в результате взрыв будет огромным на самом деле количество оказалось 15 кг. В феврале 1940 года они доставили меморандум Фриша-Пайерлса, однако в то время официально считались «вражескими пришельцами».
Уран-235 был выделен Ниером, а деление с медленными нейтронами было подтверждено Даннингом. Немецко-еврейский беженец Фрэнсис Саймон в Оксфорде определил количественно газодиффузионное разделение U-235. В 1941 году американский физик Эрнест О.
Лоуренс предложил электромагнитное разделение. Лоуренс снизил зарплату Сегре наполовину, когда узнал, что оказался в ловушке в США из-за расовых законов Муссолини. В сентябре Ферми собрал свою первую ядерную установку, пытаясь создать цепную реакцию в уране, вызванную медленными нейтронами, но эксперимент провалился.
Создание цепной реакции деления в урановом топливе далеко не тривиально. В первых ядерных реакторах не использовался уран, обогащенный изотопами, и, как следствие, требовалось использовать большие количества высокоочищенного графита в качестве материалов замедления нейтронов. Использование обычной воды в отличие от тяжелой воды в ядерных реакторах требует обогащенного топлива - частичного отделения и относительного обогащения редких 235Изотоп U из гораздо более распространенного 238Изотоп U.
Обычно реакторы также требуют включения чрезвычайно химически чистых материалов замедлителя нейтронов, таких как дейтерий в тяжелой воде , гелий, бериллий или углерод, обычно в виде графита. Высокая чистота требуется, потому что многие химические примеси, такие как компонент бор-10 природного бора, являются очень сильными поглотителями нейтронов и, таким образом, отравляют цепную реакцию. Производство таких материалов в промышленных масштабах необходимо было решить для производства ядерной энергии и оружия.
До 1940 года общее количество металлического урана, производимого в США, не превышало нескольких граммов, и даже это было сомнительной чистотой; металлического бериллия не более нескольких килограммов; концентрированный оксид дейтерия тяжелая вода не более нескольких килограммов; и, наконец, углерод никогда не производился в таком количестве, как чистота, необходимая для замедлителя. Проблема получения больших количеств урана высокой чистоты была решена Фрэнком Спеддингом с использованием термитного процесса.
Звезды, масса которых в два раза превышает массу Солнца, сжимаются до размеров сферы диаметром около 20 километров. Этот коллапс происходит так быстро, что электроны и протоны сбиваются вместе настолько плотно, что образуются нейтроны, что и дало название новой звезде. Столовая ложка этой массы весила бы на Земле более 1 миллиарда тонн. Если две нейтронные звезды сталкиваются друг с другом, высвобождается огромное количество нейтронов. Эти свободные нейтроны захватываются другими атомными ядрами в окружающей среде и образуют сверхтяжелые, но нестабильные элементы.
Эти сверхтяжелые элементы затем могут распадаться на более легкие и стабильные элементы, такие как золото, в результате ядерного деления. Образуются более легкие металлы, такие как рутений, родий, палладий и серебро, а также редкоземельные ядра, такие как европий, гадолиний, диспрозий и гольмий.
Однако, по некоторым оценкам , такие аварии могут происходить раз в 10-20 лет, что в каждом случае чревато распространением радиоактивных веществ на сотни и даже тысячи километров. Насколько это может быть опасно? Трудно сказать, это зависит от множества факторов, связанных с плотностью населения, степенью облучения и концентрацией изотопов. По данным Всемирной организации здравоохранения, «перемещённое население Фукусимы страдает от психосоциальных и психических последствий переезда, разрыва социальных связей людей, потерявших жильё и работу, разрыва семейных связей и стигматизации». Иными словами, речь идёт не только о риске радиоактивности, о котором нам следует беспокоиться. Тем не менее, привыкнув к воздействию сжигания ископаемого топлива на здоровье человека, мы мало задумываемся о влиянии на него твёрдых частиц, образующихся при сжигании угля.
Который сам по себе тоже не совсем свободен от радиоактивных веществ. Стоимость Для сравнения затрат на производство электроэнергии исследователи используют так называемую нормированную стоимость энергии , или LCOE [levelized cost of energy]. Это показатель средней себестоимости выработки электроэнергии, рассчитанный на весь срок службы объекта. Этот показатель зависит от множества факторов, связанных с местоположением и колебаниями поставок ресурсов. Тем не менее, можно получить общее представление о LCOE в мире для сравнения технологий. Могут ли атомные электростанции спасти мир? Конечно, новые технологии всегда могут изменить ситуацию. Поиск лучших способов улавливания ядерных отходов может сделать их более безопасными или, по крайней мере, дать общественности уверенность в том, что в будущем они будут представлять меньшую угрозу.
Альтернативы изотопам урана могут снять тревогу по поводу расплавов и возможности создания оружия в ядерных программах. Изменение технологий может повлиять на масштабы реакторов или даже полностью повысить их LCOE.
Цепная реакция деления. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Удельная энергии связи у более легких элементов выше, а значит, ядру урана энергетически «выгодно» распасться на более легкие ядра. Этому препятствуют ядерные силы, нужен внешний возбуждающий импульс, но существует ненулевая вероятность, что в ядре начнется распад и без такого импульса.
Что мы узнали? Ядра урана при бомбардировке нейтронами способны делиться на более легкие части. Механизм деления описывается в рамках капельной модели ядра. Тест по теме.
Разделяя неразделимое
Цепная ядерная реакция – самоподдерживающаяся реакция деления тяжёлых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие всё новые и новые ядра. Деление тяжелых атомных ядер является источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии. Ядерное деление — это реакция, в ходе которой ядро атома расщепляется на два или более меньших ядра, при этом происходит высвобождение энергии.
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
Коэффициент размножения нейтронов k — отношение числа нейтронов в данном этапе цепной реакции к их числу в предыдущем этапе. Если k 1, то число нейтронов увеличивается с течением времени или остаётся постоянным и цепная реакция идет. Коэффициент размножения k может стать равным единице лишь при условии, что размеры реактора и соответственно масса урана превышают некоторые критические значения. Критической массой называют наименьшую массу делящегося вещества, при которой может протекать цепная реакция. Число нейтронов, образующихся при делении ядер, зависит от объема урановой среды. Чем больше этот объем, тем большее число нейтронов выделяется при делении ядер. Начиная с некоторого минимально-критического объема урана, имеющего определенную критическую массу, реакция деления ядер становится самоподдерживающейся. Очень важным фактором, влияющим на ход ядерной реакции, является наличие замедлителя нейтронов. Дело в том, что ядра урана-235 делятся под действием медленных нейтронов. А при делении ядер образуются быстрые нейтроны. Если быстрые нейтроны замедлить, то большая их часть захватится ядрами урана-235 с последующим делением ядер.
В качестве замедлителей используются такие вещества, как графит, вода, тяжелая вода и некоторые другие. Для чистого урана U, имеющего форму шара, критическая масса приблизительно равна 50 кг. При этом радиус шара равен примерно 9 см. Применяя замедлитель нейтронов и отражающую нейтроны оболочку из бериллия, удалось снизить критическую массу до 250 г.
Теория деления, основанная на модели оболочек, была сформулирована Марией Гепперт Майер. Однако бинарный процесс происходит просто потому, что он наиболее вероятен. Тройной процесс менее распространен, но все же приводит к значительному накоплению газообразных гелия-4 и трития в топливных стержнях современных ядерных реакторов.
Энергетика Вход Стадии бинарного деления в модели жидкой капли. В модели жидкой капли предсказывается, что два осколка деления будут одного размера. Модель ядерной оболочки позволяет им различаться по размеру, что обычно наблюдается экспериментально. После того, как доли ядра были отодвинуты на критическое расстояние, за пределами которого сильная сила ближнего действия больше не может удерживать их вместе, процесс их разделения происходит за счет энергии дальнего действия электромагнитного отталкивания между фрагментами. В результате два осколка деления удаляются друг от друга с высокой энергией. Около 6 МэВ энергии деления поступает за счет простого связывания дополнительного нейтрона с тяжелым ядром посредством сильного взаимодействия; однако во многих делящихся изотопах этого количества энергии недостаточно для деления. Например, уран-238 имеет близкое к нулю сечение деления нейтронов с энергией менее одного МэВ. Нейтроны такой высокой энергии способны делить U-238 напрямую см.
Термоядерное оружие для применения, где быстрые нейтроны поставляются с помощью ядерного синтеза. Однако этот процесс не может происходить в значительной степени в ядерном реакторе, так как слишком малая часть нейтронов деления, произведенных любым типом деления, имеет достаточно энергии для эффективного деления U-238 нейтроны деления имеют модовую энергию 2 МэВ, но медиана составляет всего 0,75 МэВ, что означает, что половина из них имеет меньше этой недостаточной энергии. Однако среди тяжелых актинидных элементов те изотопы, которые имеют нечетное число нейтронов например, U-235 со 143 нейтронами , связывают дополнительный нейтрон с дополнительной энергией 1-2 МэВ по сравнению с изотопом того же элемента с четным количество нейтронов например, U-238 с 146 нейтронами. Эта дополнительная энергия связи становится доступной в результате механизма эффектов спаривания нейтронов. Эта дополнительная энергия является результатом принципа исключения Паули, позволяющего дополнительному нейтрону занимать ту же ядерную орбиталь, что и последний нейтрон в ядре, так что они образуют пару. Таким образом, в таких изотопах кинетическая энергия нейтронов не требуется, поскольку вся необходимая энергия поступает за счет поглощения любого нейтрона, медленного или быстрого первые используются в ядерных реакторах с замедлителем, а вторые - в быстрых. Как отмечалось выше, подгруппа делящихся элементов, которые могут эффективно делиться с их собственными нейтронами деления таким образом, потенциально вызывая ядерную цепную реакцию в относительно небольших количествах чистого материала , называется « делящимися ». Примерами делящихся изотопов являются уран-235 и плутоний-239.
Точный изотоп, который расщепляется, независимо от того, является ли он расщепляющимся или расщепляющимся, оказывает лишь небольшое влияние на количество выделяемой энергии. Это можно легко увидеть, изучив кривую энергии связи изображение ниже и отметив, что средняя энергия связи нуклидов актинидов, начиная с урана, составляет около 7,6 МэВ на нуклон. Если посмотреть дальше влево на кривой энергии связи, где образуются кластеры продуктов деления , легко заметить, что энергия связи продуктов деления стремится к центру около 8,5 МэВ на нуклон. Таким образом, в любом случае деления изотопа в диапазоне масс актинида примерно 0,9 МэВ выделяется на нуклон исходного элемента. Этот профиль высвобождения энергии справедлив также для тория и различных второстепенных актинидов. Напротив, большинство химических реакций окисления таких как сжигание угля или тротила выделяют не более нескольких эВ за одно событие. Таким образом, ядерное топливо содержит как минимум в десять миллионов раз больше полезной энергии на единицу массы, чем химическое топливо. Энергия ядерного деления выделяется в виде кинетической энергии продуктов деления и осколков, а также в виде электромагнитного излучения в форме гамма-лучей ; в ядерном реакторе энергия преобразуется в тепло, когда частицы и гамма-лучи сталкиваются с атомами, которые составляют реактор и его рабочую жидкость , обычно воду или иногда тяжелую воду или расплавленные соли.
Анимация кулоновского взрыва в случае кластера положительно заряженных ядер, сродни кластеру осколков деления. Уровень оттенка цвета пропорционален большему заряду ядра. Электроны меньшего размера на этой шкале времени видны только стробоскопически, а уровень оттенка - это их кинетическая энергия. В атомной бомбе это тепло может способствовать повышению температуры ядра бомбы до 100 миллионов кельвинов и вызывать вторичное излучение мягких рентгеновских лучей, которые преобразуют часть этой энергии в ионизирующее излучение. Однако в ядерных реакторах кинетическая энергия осколков деления остается низкотемпературной теплотой, которая сама по себе вызывает небольшую ионизацию или ее отсутствие. Были сконструированы так называемые нейтронные бомбы улучшенное радиационное оружие , которые выделяют большую часть своей энергии в виде ионизирующего излучения в частности, нейтронов , но все это термоядерные устройства, которые зависят от стадии ядерного синтеза для получения дополнительного излучения. Например, в уране-235 эта запаздывающая энергия делится на примерно 6,5 МэВ в бета, 8,8 МэВ в антинейтрино высвобождаемых одновременно с бета и, наконец, на дополнительные 6,3 МэВ в задержанном гамма-излучении возбужденного бета-излучения. В реакторе, который работает в течение некоторого времени, радиоактивные продукты деления будут накапливаться до устойчивых концентраций, так что их скорость распада равна скорости их образования, так что их относительный общий вклад в тепло реактора через бета-распад совпадает с этими радиоизотопными дробными вкладами в энергию деления.
Именно эта выходная доля остается, когда реактор внезапно останавливается подвергается аварийному останову. Однако в течение нескольких часов из-за распада этих изотопов выходная мощность распада намного меньше. Подробнее см. Остаточное тепло. Причина в том, что энергия, выделяемая в виде антинейтрино, не улавливается материалом реактора в виде тепла, а уходит прямо через все материалы включая Землю почти со скоростью света в межпланетное пространство поглощенное количество мизерно. Нейтринное излучение обычно не классифицируется как ионизирующее излучение, потому что оно почти полностью не поглощается и, следовательно, не вызывает эффектов хотя очень редкое нейтринное событие является ионизирующим. Некоторые процессы с участием нейтронов примечательны тем, что поглощают или, наконец, выделяют энергию - например, кинетическая энергия нейтронов не дает тепла сразу, если нейтрон захватывается атомом урана-238 для образования плутония-239, но эта энергия выделяется, если плутоний-239 позже расщепляется. С другой стороны, так называемые запаздывающие нейтроны, испускаемые как продукты радиоактивного распада с периодом полураспада до нескольких минут от дочерних элементов деления, очень важны для управления реактором , поскольку они дают характерное время «реакции» для полной ядерной реакции.
Без их существования ядерная цепная реакция стала бы критической и увеличивалась бы в размерах быстрее, чем ее можно было бы контролировать с помощью вмешательства человека. В этом случае первые экспериментальные атомные реакторы убежали бы в опасную и беспорядочную «быструю критическую реакцию», прежде чем их операторы смогли бы отключить их вручную по этой причине конструктор Энрико Ферми включил управляющие стержни с радиационным противодействием, подвешенные электромагнитами, которые могли автоматически упасть в центр Чикаго Пайл-1. Если эти запаздывающие нейтроны захватываются без деления, они также выделяют тепло. Ядра-продукты и энергия связи Основные статьи: продукты деления и выход продуктов деления При делении предпочтительно получать осколки с четным числом протонов, что называется нечетно-четным эффектом распределения заряда осколков. Однако нечетно-четного эффекта на распределение массового числа фрагментов не наблюдается. Этот результат объясняется разрывом нуклонных пар. Происхождение активной энергии и кривая энергии связи «Кривая энергии связи»: график энергии связи на нуклон обычных изотопов. Ядерное деление тяжелых элементов производит полезную энергию, потому что удельная энергия связи энергия связи на массу ядер промежуточной массы с атомными номерами и атомными массами, близкими к 62 Ni и 56 Fe , больше, чем удельная энергия связи нуклонов очень тяжелых ядер.
Полная масса покоя продуктов деления Mp от одиночной реакции меньше, чем масса исходного ядра топлива M. Изменение удельной энергии связи в зависимости от атомного номера происходит из-за взаимодействия двух фундаментальных сил, действующих на составляющие нуклоны протоны и нейтроны , составляющие ядро. Ядра связаны ядерной силой притяжения между нуклонами, которая преодолевает электростатическое отталкивание между протонами. Однако ядерное взаимодействие действует только на относительно коротких расстояниях несколько диаметров нуклона , поскольку оно следует за экспоненциально убывающим потенциалом Юкавы, что делает его несущественным на больших расстояниях. Электростатическое отталкивание имеет больший диапазон, поскольку оно затухает по правилу обратных квадратов, так что ядра размером более 12 нуклонов в диаметре достигают точки, в которой полное электростатическое отталкивание преодолевает ядерную силу и делает их спонтанно нестабильными. По той же причине более крупные ядра более восьми нуклонов в диаметре менее тесно связаны на единицу массы, чем более мелкие ядра; разбиение большого ядра на два или более ядер среднего размера высвобождает энергию. Также из-за малого радиуса действия сильной связывающей силы большие стабильные ядра должны содержать пропорционально больше нейтронов, чем самые легкие элементы, которые наиболее стабильны при соотношении протонов и нейтронов 1: 1. Ядра, содержащие более 20 протонов, не могут быть стабильными, если у них нет более равного количества нейтронов.
Дополнительные нейтроны стабилизируют тяжелые элементы, потому что они усиливают сильную связь которая действует между всеми нуклонами , не увеличивая протон-протонное отталкивание. В продуктах деления в среднем примерно такое же соотношение нейтронов и протонов, что и в их родительском ядре, и поэтому они обычно нестабильны к бета-распаду который превращает нейтроны в протоны , потому что они имеют пропорционально слишком много нейтронов по сравнению со стабильными изотопами аналогичной массы. Эта тенденция ядер продуктов деления к бета-распаду является фундаментальной причиной проблемы радиоактивных высокоактивных отходов ядерных реакторов. Продукты деления, как правило, являются бета-излучателями , испускающими быстро движущиеся электроны для сохранения электрического заряда , поскольку избыточные нейтроны превращаются в протоны в атомах продуктов деления. Раздел « Продукты деления по элементам » для описания продуктов деления, отсортированных по элементам. Цепные реакции Схема цепной реакции ядерного деления.
Испускание ядром нуклона возможно лишь в случае, когда энергия возбуждения превышает энергию связи нуклона в ядре, тогда он испускается с большей вероятностью, чем гамма-квант, так как последний процесс протекает гораздо медленнее электромагнитное взаимодействие намного слабее ядерного. Чаще всего испускаемым нуклоном является нейтрон, так как ему не нужно преодолевать кулоновский барьер при вылете из ядра, а для осколков деления это ещё вероятнее, так как они перегружены нейтронами, что приводит к понижению энергии связи последних. В результате практически мгновенно после деления составного ядра осколки деления испускают два или три нейтрона, которые принято называть мгновенными. В дальнейшем движение осколков деления не связано с их превращениями. Так как они увлекают за собой не все электроны исходного атома, из них образуются многозарядные ионы , кинетическая энергия которых тратится на ионизацию и возбуждение атомов среды, что вызывает их торможение. В результате ионы превращаются в нейтральные атомы с ядрами в основных энергетических состояниях. Такие атомы называются продуктами деления. Такие нейтроны называются запаздывающими. Основная статья: Спонтанное деление В некоторых случаях ядро может делиться самопроизвольно, без взаимодействия с другими частицами.
Оградив себя, таким образом, от любой насмешки со стороны ядерщиков, они все же решили поспешить с утверждением своего приоритета на открытие. Поэтому 22 декабря 1938 г. Ган и Штрассман направили свой исторический доклад в немецкий научный еженедельник «Ди Натюрвиссеншафтен». Чтобы убедиться в том, что доклад будет напечатан в самом скором времени, Ган позвонил директору издательства, доктору Паулю Розбауду, своему личному другу. Доктор заверил его, что статья появится в выпуске от 6 января 1939 г. Этот срок был значительно короче срока, обычного для научных публикаций, но для Гана он показался бесконечным. Ведь за эти две недели Ирен Жолио-Кюри в любой день могла перехватить великий приз из его рук! Прежде чем рассказать о своем изумительном открытии кому бы то ни было, Ган написал Лизе Мейтнер в Стокгольм, подробно сообщая ей о своих экспериментах и невероятных результатах, с которыми столкнулись он и Штрассман. С волнением он ждал ее ответа — ведь она была одним из ведущих физиков мира, наблюдательным аналитиком и острым критиком. Сочтет ли Лиза его выводы смешными, как они казались им самим сначала? Обнаружит ли какие-то серьезные ошибки в методе, которые он просмотрел? Пострадает ли его репутация химика, которая создавалась в течение многих лет? Письмо Гана застало Лизу Мейтнер в отеле в маленьком городке Кунгельв — небольшом курортном местечке около Гетеборга, почти безлюдном в зимнее время, куда она приехала навестить своих друзей на рождественские каникулы. Вместе с нею был ее племянник, Отто Р. Фриш, который хотел провести с тетушкой ее первые каникулы в эмиграции и заодно серьезно поговорить с ней о будущих своих работах. Но судьба решила иначе. Новости, полученные от Гана, были равносильны атомному взрыву в мозгу Лизы Мейтнер. Она перечитала письмо несколько раз, и чем больше его читала, тем фантастичнее оно казалось. Действительно, здесь имела место аномалия: две науки противоречили друг другу — химики открыли факты, которые, как уверяли физики, противоречили природе. Однако за долгие годы совместной работы Лиза Мейтнер знала Гана как серьезного химика и почти полностью исключала возможность ошибки в скрупулезных опытах своих коллег.
Используя принципы квантовой механики, ученым удалось расщепить атом и затем соединить его снова
Протекают только в тяжёлых химических элементах, инициируется появившимися при прошлом делении ядер. Вследствие протекания самоподдерживающихся реакций продукт предыдущего взаимодействия вступает в реакцию с образовавшимся тогда же ядром. Чаще всего провоцируются нейтроны. В результате появляется пара более лёгких в сумме элементов осколков деления , чем исходные. На очередном этапе взаимодействия число вовлекаемых в процесс ядер может превышать их численность на прежнем этапе, тогда их количество растёт лавинообразно. Если их численность на каждом этапе удерживается на одном уровне, цепная ядерная реакция называется управляемой. Лавинообразное появление новых ядер в уране возможно только для изотопа 235U. Впервые о явлении заговорили в 1934 благодаря работам Жолио-Кюри.
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. 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.
И, похоже, благодаря этому денежный конвейер заработал! К слову, против «сомнительной» деятельности г-на Першукова у стен Росатома весной 2014 года прошло несколько пикетов. Но воз с Першуковым и ныне там. Почему же не реагируют МВД и Генеральная прокуратура?
Интересный вопрос. Уголовные дела? Подшиваются «Только за 2011 год по подозрениям в коррупции и других злоупотреблениях госкорпорацию «Росатом» покинули 12 руководителей разного уровня, а в 2010 году ещё 35 менеджеров высшего звена», — рассказал автору этих строк директор департамента коммуникаций Росатома и пресс-секретарь г-на Кириенко Сергей Новиков. Пока самым громким событием того периода, по сообщению «РИА Новости», стал арест заместителя опять заместителя!
Он подозревался в хищении денежных средств в размере около 50 млн рублей, выделенных для проведения научно-исследовательских работ. Но исследования не проводились, а работы, представленные как результат научных изысканий, были высосаны из Интернета. Какие шалости ещё позволяют себе заместители Кириенко? Как известно, ГК «Росатом» — это не только федеральные ядерные центры, НИИ, атомные станции, ядерные реакторы, но и многое другое.
Итак, что было продано, «освоено» за последнее время? За последнее время тут была продана опять вспоминаются Ильф и Петров и ещё один их персонаж — голубой воришка Альхен ТЭЦ, снабжающая энергией и теплом и институт, и город.
Специалистов волновал только один вопрос: вращение начинается до или после разрыва так называемой «шейки»? Проведя определённое опыты физики выяснили, что вращение атомных ядер начинается именно после разрыва «шейки». Наука и обучение Автор u2ssa «Мнение автора может не совпадать с мнением редакции».
Особенно если это кликбейт. Вы можете написать жалобу.
Физика. 9 класс
Стадии процесса деления [ править править код ] Условное схематическое изображение стадий процесса деления r — расстояние между образовавшимися ядрами, t — время протекания стадий Деление начинается с образования составного ядра. Часть энергии деления переходит в энергию возбуждения осколков деления, которые ведут себя как любые возбуждённые ядра — либо переходят в основные состояния, излучая гамма-кванты, либо испускают нуклоны и превращаются в новые ядра, которые также могут оказаться в возбуждённом состоянии и их поведение будет аналогично поведению ядер, образовавшихся при делении исходного составного ядра. Испускание ядром нуклона возможно лишь в случае, когда энергия возбуждения превышает энергию связи нуклона в ядре, тогда он испускается с большей вероятностью, чем гамма-квант, так как последний процесс протекает гораздо медленнее электромагнитное взаимодействие намного слабее ядерного. Чаще всего испускаемым нуклоном является нейтрон, так как ему не нужно преодолевать кулоновский барьер при вылете из ядра, а для осколков деления это ещё вероятнее, так как они перегружены нейтронами, что приводит к понижению энергии связи последних.
В результате практически мгновенно после деления составного ядра осколки деления испускают два или три нейтрона, которые принято называть мгновенными. В дальнейшем движение осколков деления не связано с их превращениями. Так как они увлекают за собой не все электроны исходного атома, из них образуются многозарядные ионы , кинетическая энергия которых тратится на ионизацию и возбуждение атомов среды, что вызывает их торможение.
В результате ионы превращаются в нейтральные атомы с ядрами в основных энергетических состояниях. Такие атомы называются продуктами деления.
Напомним, что по состоянию на август 2009 года в мире строилось 49 реакторов, причем только три из них принадлежат к реакторам третьего поколения. Причем они строились в трех странах из 13, где в целом в настоящее время ведется строительство АЭС. Вторая часть доклада Комарова касалась антикризисных мер, которые предпринимаются в российской атомной отрасли. По его словам, "мощная господдержка позволяет, в частности, сохранить динамику достройки АЭС". Кроме того, он отметил, что закладка новых энергоблоков в ближайшие годы будет идти с темпом один блок в год, но с перспективами выхода до двух блоков по мере восстановления спроса на электроэнергию. Посетовав на проблемность привлечения банковских кредитов, Комаров отметил, что атомщики готовы к использованию и иных финансовых инструментов.
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. Людям не нужно участвовать в этом процессе. Зачем нам графитовые стержни Контролировать ядерную реакцию важно по нескольким причинам. Энергия, высвобождающаяся в ходе цепной реакции, может перегреть реактор и даже привести к аварии. Если поток нейтронов увеличивается, растёт температура в реакторе и повышается паросодержание. Реакторы спроектированы так, что повышение паросодержания в активной зоне вызовет ускоренное поглощение нейтронов и остановит цепную реакцию. Работа без сбоев.
Графитовые стержни поддерживают стабильное производство тепла в реакторе. А далее тепло используют для генерации пара в турбинах, которые производят электроэнергию. Долгий срок службы. Мощность реактора растёт быстро, поэтому легко может стать неуправляемой. Стержни оставляют мощность реактора на безопасном уровне, что продлевает срок службы оборудования.
Она продлится несколько месяцев. Все должно закончиться тем, что сами ядерщики называют «биением атомного сердца». Так называемый физический пуск символизирует его рождение нового реактора. Но деление атомов сразу после церемонии не начнется. Это только первая сборка с ядерным топливом, и нужно загрузить еще 162 комплекта.
электроэнергетика и теплоэнергетика, генерация и электросети, предприятия и специалисты энергетики
- - Аналитика. Деление атома
- Ядерное деление
- Лекция 12. Деление атомных ядер. | Открытые видеолекции учебных курсов МГУ
- Ядерное деление - Nuclear fission -
- Деление тяжелых ядер
Разделяя неразделимое
Автор оригинала: ScienceAlert Деление ядер - это расщепление ядра атома с образованием двух или более лёгких элементов. Хотя в изотопах некоторых тяжёлых элементов, таких как торий и уран, оно может происходить спонтанно, обычно оно запускается нейтроном с нужной энергией, ударяющим по ядру. Внезапная «переполненность» ядра делает сгусток протонов и нейтронов неустойчивым и склонным к разрыву, в результате которого не только образуются ядра меньшего размера, или делящиеся продукты, но и выбрасывается ещё больше свободных нейтронов, а также происходит всплеск высокоэнергетических фотонов в виде гамма-излучения. Энергия, выделяемая при разделении ядерных частиц, используется в качестве источника энергии с середины XX века.
Хотя при производстве энергии не выделяются такие же опасные парниковые газы, как при сжигании ископаемого топлива, опасения по поводу риска расплавления , опасных отходов долговременного хранения и стоимости строительства означают, что атомное будущее, о котором многие мечтали в прошлом, может оказаться недостижимым. Как деление ядер используется для получения атомной энергии? Проведённые в 1930-х годах эксперименты по бомбардировке атомов ядерными частицами привели к созданию моделей деления, которые обещали, что из нужных изотопов тяжёлых элементов, таких как уран, может высвобождаться значительное количество энергии.
Теория предсказывала, что уран-235 с гораздо большей вероятностью подвергнется делению, чем другие изотопы, особенно если нейтроны, ударяющие в его ядро, движутся с относительно низкой скоростью. Выделение дополнительных нейтронов в процессе деления может привести к тому, что другие близлежащие атомы урана-235 также начнут распадаться. Для возникновения такой цепной реакции необходима относительно высокая плотность атомов урана-235, которую называют «критической массой» материала.
К концу 1930-х годов физики разработали методы замедления нейтронов, достаточные для захвата и обогащения смесей изотопов урана из природных ресурсов с образованием критической массы урана-235. Они также придумали, как контролировать цепную реакцию, чтобы экспоненциальное производство нейтронов не вышло из-под контроля, в случае чего процесс мог бы стать взрывоопасным. В течение последующего десятилетия технологические достижения в области деления ядер использовались для создания новых классов супероружия.
Только после Второй мировой войны инженеры вновь обратили внимание на возможность использования процесса деления ядер для устойчивого производства тепла, пригодного для выработки электроэнергии. Подобно тому, как пар, получаемый при сжигании ископаемого топлива в котле, вращает турбину, соединённую с электрогенератором, пар из «ядерного котла» также можно использовать для выработки электроэнергии. Градирни атомной электростанции во Франции С течением времени совершенствование технологий позволило повысить эффективность и безопасность, в некоторых случаях отказаться от замедления нейтронов, чтобы расщепляющийся материал мог захватывать более быстрые частицы.
Атомные спектры являются дискретными спектрами, молекулярные спектры полосатыми, а спектры нагретых твердых тел сплошными. Приборы для получения и исследования спектров называются спектральными приборами. Для визуального наблюдения спектром используются спектроскопами, для фотографирования - спектрографами. Основным элементом таких устройств является диспергирующая среда в виде трехгранных призм или дифракционных решеток. Спектр атома водорода. В видимой области спектральные линии атомного водорода в своей последовательности обнаруживает простые закономерности.
Первая линия серии называется головной. Поскольку в конце серии происходит наложение линий друг на друга, нельзя определить последнюю линию серии. Ее определяют как границу серии - линию с номером, равной бесконечности. Можно формулу 4 переписать следующим образом 6 Обычно квантовое число m называют номером серии, а число n - номер линий в данной серии с номером m.
Нейтроны — герои реактора Атом состоит из трёх основных элементов: электронов, протонов и нейтронов. Электроны — это маленькие частицы, которые вращаются вокруг ядра атома. Они носят отрицательный электрический заряд и участвуют в создании электричества и химических реакциях. Протоны — такие же частицы, но с положительным зарядом. Они находятся в ядре атома.
Их задача — удержать электроны внутри атома. Это возможно благодаря электрическому заряду. Положительный заряд протонов притягивает отрицательные электроны. Сила этого притяжения помогает удерживать электроны вокруг ядра, образуя атом и сохраняя его структуру. Нейтроны — частицы без электрического заряда. Их задача — «связывать» протоны друг с другом в ядре, не давая им отталкиваться. От нейтронов зависит стабильность атомов. В цепной ядерной реакции в контексте атомной энергетики нейтроны играют важную роль. Как устроена атомная электростанция Заставляют атомы в ядерном топливе делиться.
Когда нейтрон сталкивается с атомным ядром, это вызывает деление атома, сопровождаясь высвобождением энергии и дополнительных нейтронов. Распространяют реакции. Высвобожденные нейтроны сталкиваются с другими атомами и вызывают их деление. Это порождает дополнительные нейтроны, которые вызывают деление других атомов, и так далее. Благодаря этому энергия в ядерных реакторах высвобождается постоянно. Как графитовые стержни замедляют нейтроны В ядерных реакциях нейтроны высвобождаются с высокой скоростью. Причина — в сильной связи протонов и нейтронов внутри ядра.
На самом же деле квантовая суперпозиция кванту не нужна — он просто пребывает в каждый момент времени в каком-то своем конкретном состоянии, которое человек измерить не может и потому говорит о вероятностном состоянии кванта в какой-то момент. Поскольку в реальности квантовой суперпозиции не существует, никакого квантового преимущества она обеспечить не может, коль скоро именно ее описывают как один из столпов такого преимущества. Смотрим, что такое квантовая запутанность. Начнем с того, как возникает квантовая запутанность. Возникает она таким образом, что каким-то способом нам для понимания не важно, каким , кванты разделяют на группы по какому-то основанию. Как, к примеру, разбирают пару обуви по основанию "правый или левый" ботинок. Если каждую абсолютно одинаковую пару ботинок слепой сортировщик, оперирующий механическим приспособлением, не дающим ему информации о том, правый или левый ботинок он упаковывает в коробку, разложит по одинаковым коробкам, так, что сам не будет знать, в какую положил правый ботинок, а в какую — левый, то мы получим запутанные ботинки, то есть ботинки, обладающие квантовой запутанностью. Тогда, если мы откроем одну коробку, мы уничтожим суперпозицию — узнаем состояние одного кванта ботинка — левый , и по методу исключения мы вычислим состояние второго запутанного с ним кванта ботинка — правый При этом мы не определим состояние парного ботинка — мы сделали это раньше, когда разделили пару, мы его вычислим, потратив время и иные ресурсы.