это наличие вещества, которое могло бы замедлить высвобождение нейтронов во время деления ядра урана, чтобы одновременно вызвать распад других ядер. На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана. Реферат рассказывает о процессе деления ядер урана, обусловленном взаимодействием электростатических сил отталкивания протонов и ядерных сил притяжения. Полное энерговыделение на один акт деления ядра урана-235 равно примерно 200 МэВ.
Деление ядра атома урана
При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами. Нильс Бор на знаменитой конференции по теоретической физике в Вашингтоне 26 января 1939 года сообщил об открытии деления урана. новости космоса.
Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса
На «Динамо» повторили все, что делали на уровне моря. Эффект был! За сороковой год все закончили, и Иоффе телеграфом послал наше сообщение в «Physical Review». Вот и вся история. Впрочем, еще до поездки в Москву случилась еще одна история, о которой оба мы вспоминаем с улыбкой. Но тогда нам было не до смеха: в один «прекрасный» день многократно наблюдавшийся нами эффект вдруг пропал. Можете представить наше положение и состояние. День, другой, третий... Две недели, и ни одного щелчка!
Перебрали всю аппаратуру, проверили каждый контакт — эффекта нет. Курчатов проявил максимум такта. Придет, поздоровается. Зато мы нервничали, особенно Г. У него же характер — винт. Сам завелся и других дозаводил. Кончилось ссорой, и на правах старшего по возрасту я выпроводил его из лаборатории. Пытаюсь сосредоточиться, мысленно перебираю всю схему — нет, все проверено.
Не перебирали лишь самую импульсную камеру. Но что в ней может быть? Конструкция-то простейшая: диски, покрытые урановой смолкой и склеенные между собой шеллаком... Все-таки разобрал ее. Оказалось, что от долгого употребления, от дорожной тряски или других причин слои расклеились, окись урана осыпалась, и эффект, естественно, не мог не пропасть. За ночь я нанес на все пластины новый урановый слой, собрал камеру, подключил аппаратуру. Утром пришли Игорь Васильевич и Г. Эффект был, и мы на радостях на два дня уехали в Волхов.
И еще об одном хочу сказать — о стиле работы в лабораториях Курчатова, Иоффе, Хлопина...
Забили тревогу, пропажи хватило бы для изготовления нескольких атомных бомб. Расследование показало, что концентрация урана-235 в руднике такая же, как в отработанной атомной станции, но деление ядер произошло 1,8 миллиарда лет назад. Учёные предположили, что это единственный на планете «природный ядерный реактор», сработавший сам по себе.
Скорость распада измеряется периодом полураспада изотопа или временем, которое требуется половине материала для распада на другие элементы. Команда ученых еще не измерила период полураспада урана-241, но, по теоретическим оценкам, он составляет около 40 минут. Это крайне мало для периода полураспада. К примеру, период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет, период полураспада нестабильного изотопа технеция-99m — шесть часов, франция-223 — 22 минуты.
Деление ядер урана Для осуществления ядерных реакций такой метод гораздо эффективнее, чем использование ядер гелия, испускаемых радиоактивными элементами. Можно использовать протоны, которые в процессе радиоактивного распада не появляются. Можно ускорить ядра более тяжёлые, чем ядра гелия. Деление ядер урана В 1932 году провели первое ядерное превращение с помощью искусственно разогнанных протонов: мишенью служило ядро атома лития — самого лёгкого элемента после водорода и гелия. Джон Кокрофт 1897—1967 г. Эрнест Томас Синтон Уолтон 1903—1995 гг. Деление ядер урана Отечественные физики-атомщики. Вскоре после кембриджских учёных и независимо от них обнаружили ту же реакцию, первыми дали вероятное объяснение процесса. Кирилл Дмитриевич Синельников 1901—1966 гг. Игорь Васильевич Курчатов 1903—1960 г. Деление ядер урана Реакция превращения атома лития в атом гелия Ядерные реакции. Деление ядер урана Существенным прорывом в области физики было открытие нейтрона. Нейтрон Ядерные реакции.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
| Деление ядер урана презентация | Открытие процессов деления ядра урана показало, что ядерные реакции иогут происходить без постоянного возбуждения извне, сопровождаясь при этом выделением огромного количества энергии. |
| Открытие спонтанного деления ядер урана — #HerzenSPb: История и методология химии | Открытие деления урана. |
| Деление урана — PhysBook | Природный уран получает обогащение, т. е. в нем увеличивают количество изотопа U-235, который стимулирует процесс ядерного деления. |
| Спонтанное деление ядер. Большая российская энциклопедия | Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. |
| Ядерное топливо. Что же происходит с ним внутри реактора? | Пикабу | При делении ядра урана, как видим, удельная энергия связи повышается примерно на 1 \ МэВ/нуклон; эта энергия как раз и выделяется в процессе деления. |
Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса
| Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть? | Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. |
| Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана | Потом, уже в 1946 году, работа «Спонтанное деление ядер урана» была удостоена Сталинской премии I степени. |
Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра
| Деление урана — PhysBook | За открытие спонтанного деления урана К.А. Петржак в 1946 году был удостоен Государственной премии. |
| Справочник химика 21 | 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. |
Деление ядер урана и цепная реакция
Этот метод применим лишь для очень старых минералов, содержащих много урана, так как лишь в них скопления ксенона достаточны для измерений. Некоторые из этих изотопов образуются при спонтанном делении ядер урана. Наиболее изучен радиоактивный ит-трий-91, образующийся, в частности, при взрывах атомного оружия. Наряду со стронцием-90 этот изотоп считается одним из наиболее опасных продуктов распада. Опасен и дочерний продукт строн-ция-90 - иттрий-90.
Туркиным было показано, что растворимость UO2 в расплавах на основе железа с ростом давления уменьшается. Исследуемый диапазон давлений составлял 5—10 ГПа для сравнения: в центре Земли давление около 360 ГПа.
Поскольку в природе уран встречается преимущественно в виде оксидов, то логично сделать вывод: чем глубже, тем хуже будет растворяться уран! Этот важный экспериментальный факт наводит на мысль, что миграция актиноидов в теле Земли могла быть следующей. После образования планеты в океане магмы, состоящей, в основном, из расплавов железа и силикатов, присутствовали и соединения урана. Со временем магма остывала, и происходило гравитационное разделение вещества по плотности. Силикаты, кристаллизуясь, всплывали в магме, плотность которой за счет железа была выше. Соединения же тяжелых актиноидов, выделяясь из расплава по мере роста давления и кристаллизуясь, оседали на внутреннее твердое железоникелевое ядро планеты.
Из сейсмологических исследований известно, что переходная зона между внешним жидким и внутренним твердым ядром Земли толщиной 2—3 км имеет мозаичную структуру. При этом основными структурными элементами являются относительно тонкие взвешенные слои протяженностью до нескольких десятков километров. Возможно, именно они и являются областями концентрации тяжелых радиоактивных элементов. Не можешь найти — моделируй! Когда речь идет о процессах на глубинах в тысячи километров, следует иметь в виду, что, с одной стороны, они недоступны непосредственному экспериментальному исследованию, с другой — их не всегда возможно изучать и в лабораторных установках, где трудно создать аналогичные физические условия. Но в современной науке существует еще один универсальный инструмент познания — компьютерное моделирование.
В 2005 г. Задача была не из легких, поскольку методы теории реакторов традиционно применяются для расчета процессов длительностью максимум в годы, а здесь потребовалось просчитывать интервалы в миллиарды лет! Согласно их идее при кристаллизации магматического океана происходило «гравитационное разделение вещества по плотности», в результате которого силикаты, кристаллизуясь, всплывали, а соединения тяжелых актиноидов оседали на внутреннее ядро планеты. В дальнейшем сконцентрировавшаяся таким образом масса актиноидов, и в первую очередь соединения урана, играла роль ядерного реактора, генерирующего энергию, обусловленную цепными реакциями деления. К сожалению, в самой основе этой занимательной гипотезы лежит недоразумение. Кристаллизация каких-либо соединений актиноидов в виде самостоятельных минеральных фаз, которые могли бы погружаться в недра планеты, в магматическом океане невозможна.
Прежде всего, это обусловлено исключительно низкими концентрациями урана и других актиноидов в протопланетном веществе. 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.
Изменения нейтронной активности в помещениях под саркофагом, как пишут ученые в той же самой статье, были сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, влажные наоборот. Эта ситуация изменилась, когда поверх «Укрытия» возвели в середине 2010-х Новый безопасный конфайнмент — поступление воды в остатки энергоблока резко сократилось. Соответственно, при высыхании залитых водой лаваподобных топливосодержащих материалов ЛТСМ нейтронный поток будет сначала увеличиваться и только после прохождения «оптимального увлажнения» начнет сокращаться — это, возможно, мы и видим сейчас. Это происходит потому, что вода является одновременно сильным замедлителем и сильным поглотителем нейтронов. Замедление нейтронов — это снижение их энергии от миллионов электронвольт при рождении в ядерной реакции до сотых долей электронвольта — средней тепловой энергии атомов при комнатной температуре. Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции.
Поэтому добавляя воду к урану, мы увеличиваем вероятность деления и как бы виртуально многократно увеличиваем концентрацию урана. Однако когда воды становится достаточно много, все нейтроны успевают в ней замедлиться, и дальнейшее ее добавление приводит только к росту поглощения ценных нейтронов. Но что может быть, если расчеты и модели неверны, и в реальности где-то сложатся условия для возникновения самопроизвольной цепной реакции? За историю работы человечества с делящимися материалами такие аварии возникали неоднократно, поэтому можно довольно уверенно предсказать, что произойдет. Как выглядит самый страшный сценарий Что будет, если все же ускоряющаяся цепная реакция запустится где-то в объеме топливосодержащей лавы? В какой-то момент нейтронный поток начнет экспоненциально расти, и за несколько миллисекунд мощность цепной реакции достигнет киловатта или мегаватта — в общем, достаточного уровня, чтобы быстро прогреть топливный материал и окружающую среду.
Поглотив нейтрон, ядра урана возбуждается и начинает деформироваться подобно жидкой капли. Она растягивается до тех пор, пока электрические силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начнут преобладать над ядерными силами притяжения, действующими в перешейке. Под действием электрических сил ядро разрывается и осколки разлетаются.
Деление ядер урана и цепная реакция
Он уже был признанным лидером Западного побережья США в теоретической физике, когда стала известна новость о делении ядра урана, полученная в результате открытия Лизы Мейтнер и ее племянника Отто Фриша. Вскоре они обнаружили, что камера продолжает регистрировать деление и после удаления источника нейтронов: происходит самопроизвольное деление ядер урана без бомбардировки их нейтронами. Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Следовательно, при делении ядра урана освобождается энергия порядка 0,9 МэВ/нуклон или приблизительно 210 МэВ на один атом урана. Прежде всего, была экспериментально доказана справедливость гипотезы о делении ядра урана и непосредственно измерена энергия деления.
Справочник химика 21
Существуют два вида ядерных реакций: неуправляемая и управляемая. К — коэффициент размножения нейтронов, равен отношению числа нейтронов данного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. При делении каждого ядра образуется 2-3 нейтрона, которые могут принять участие в делении других ядер. Чтобы реакция не прекращалась, нужно увеличить массу урана. Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. Чем больше масса куска, тем больше его размеры и путь, который проходят в нем нейтроны. При этом вероятность встречи нейтронов с ядрами возрастает.
Деление ядер урана В 1932 году провели первое ядерное превращение с помощью искусственно разогнанных протонов: мишенью служило ядро атома лития — самого лёгкого элемента после водорода и гелия. Джон Кокрофт 1897—1967 г.
Эрнест Томас Синтон Уолтон 1903—1995 гг. Деление ядер урана Отечественные физики-атомщики. Вскоре после кембриджских учёных и независимо от них обнаружили ту же реакцию, первыми дали вероятное объяснение процесса. Кирилл Дмитриевич Синельников 1901—1966 гг. Игорь Васильевич Курчатов 1903—1960 г. Деление ядер урана Реакция превращения атома лития в атом гелия Ядерные реакции. Деление ядер урана Существенным прорывом в области физики было открытие нейтрона. Нейтрон Ядерные реакции.
Деление ядер урана Наблюдается следующая реакция при взаимодействии алюминия с нейтроном. Деление ядер урана Великий итальянский физик. Первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами.
Я хорошо помню это, так как вскоре после ее появле- ния докладывал о ней на большом коллоквиуме. Значительные трудности для ее усвоения представляли многочисленные обсуждавшиеся в ней опыты и кривые активности и множество специальных данных.
Большая часть статьи посвящена дополнениям, исправлениям и результатам новых точных измерений, сделанным в связи с приведенными выше рядами превращений радия. Лишь в конце работы сказаны существенные для будущего фразы: «Кроме того, мы должны сказать о некоторых новых исследованиях, результаты которых из-за их странности мы сообщаем лишь с колебанием... Мы приходим к заключению: наши «изотопы радия» имеют свойства бария. Как химики, мы, собственно, должны сказать, что новое вещество — не радий, а барий; о других элементах не может быть и речи». После описания упомянутого в письме от 21 декабря открытия лантана в актинии и обсуждения открытия лантана, сделанного Кюри и Савичем, авторы продолжают: «Что касается «трансурановых элементов», то...
Да раньше об этом и не думали. Как «химики-ядерщики», в определенном смысле близкие физике, мы еще не можем решиться на этот шаг, противоречащий всем прежним представлениям ядерной физики. Возможно, наши результаты обусловлены какими-то случайными совпадениями. Мы намерены продолжить опыты с новыми продуктами превращений... При наличии сильных искусственных источников лучей это можно было бы сделать гораздо легче».
Последовавшая за этим переписка между Ганом, Лизой Мейтнер и Фришем показывает, как много разного рода трудностей пришлось преодолеть на пути к полной ясности: ошибочные гипотезы, новые сомнения Гана в правильности измерений с барием, неопределенность теоретической возможности расщепления и ее физического доказательства, наконец, немаловажный вопрос о существовании трансуранов. Отто-Роберт Фриш, поставленный в известность Лизой Мейтнер, сомневался в результатах Гана даже больше ее самой, и она внушала ему: «Если Ган с его громадным опытом говорит что-нибудь, то в этом что-то есть! О точном равенстве массовых чисел не может быть и речи... С порядковыми номерами дело, конечно, не проходит, поэтому несколько нейтронов должны пре- вратиться в протоны... Возможно ли это энергетически?
Я этого не знаю; я знаю только, что наш радий обладает свойствами бария и что наш актиний не имеет свойств настоящего элемента 89. Все остальное еще не проверено... Возможно, Ты сможешь что-либо рассчитать и опубликовать. Если в этом что-то есть, трансуранам придется... Я не знаю, не причинит ли мне это много горя...
Отто-Роберт и я уже сломали себе головы». Затем она задала несколько вопросов, главным образом в связи с трансуранами. Мейтнер и Фриш сообща ответили на рукопись Гана и Штрассмана, посланную в «Naturwissenschaften». Мейтнер писала: «... Может быть, это энергетически и возможно расщепиться тяжелому ядру.
Тем не менее Твоя гипотеза о возникновении бария и мазурия по разным причинам кажется мне неприемлемой». Затем снова следовали специальные химические вопросы, поскольку «вопрос о реальности трансуранов имеет для меня сугубо личный характер. Если вся работа трех последних лет была ошибочной, то это можно установить не только с одной стороны. Ведь и я была ответственна за эту работу... Ведь если трансуранам суждено исчезнуть, Вы окажетесь в гораздо лучшем положении, так как сами нашли это, тогда как мне останется лишь опровергнуть свою трехлетнюю работу...
Впрочем, я еще отнюдь не убеждена, что трансураны уже прикончены и... Ради одного из названных вопросов Ган оставил ответ на это письмо до возвращения Штрассмана из отпуска, но уже 3 января получил новое письмо: «Теперь я почти убеждена, что Вы действительно открыли распад в барий, и считаю это действительно прекрасным результатом, с которым сердечно поздравляю Тебя и Штрассмана... Можешь мне поверить, что, хотя я при этом ничего не имею, я радуюсь этой чудесной находке». Естественная озабоченность Лизы Мейтнер по поводу возможного опровержения прежней работы была неправильно понята Ганом как возражение против публикации новых результатов без ее согласия. С обеих сторон были сказаны горькие слова, так что Фриш, оказавшийся в Копенгагене, дружески вмешался, чтобы внести ясность.
Если опровержение последует только со стороны Гана и Штрассмана,— писал он,— то «люди скажут, что вот. Если же учесть возможность того, что многие прежние результаты не будут затронуты опровержением, то многие расценят опровержение лишь как новую ошибку... То, что тете Лизе несколько грустно не участвовать в новой работе, понятно без слов, но это огорчение уже через день было вытеснено радостью по поводу Вашего прекрасного открытия». Фриш и Лиза Мейтнер выступили в английском журнале «Nature» с общей заметкой, в которой расщепление ядра назвали «fission» деление , и это стало затем общепринятым. В письме, написанном по-немецки, оно определялось как «разделение ядра на два примерно одинаковых осколка, причем каждый содержит большее или меньшее число нейтронов».
Для ясности заметим, что объяснение при этом получали лишь продукты реакции, ранее включавшиеся в ряды как радий, актиний и торий; что же касается трансуранов, то вопрос о них по-прежнему оставался открытым. Ответ Гана от 5 января звучит в высшей степени неожиданно: «Сегодня я больше не уверен, даже снова боюсь за барий; не радий ли это все-таки? Никак не могу поверить в это». К Фришу он еще раз обращается с вопросом о реальности трансуранов, на что тот отвечает ему 10 января: «Я накопил уже столько аргументов против трансуранов, что мне трудно согласиться с их оживлением. Не могут ли и они оказаться легкими элементами?
Впрочем, мы предполагаем еще изучить осадки с рутением, родием и палладием». Это — первое указание на новую проверку реальности трансуранов. Опыт, поставленный нами сегодня [10. Во всяком случае, сегодня я уже убежден. Нужны несколько более быстрые нейтроны, чтобы взорвать ядра тория».
Активность и, значит, количество бария, полученного при обстреле тория быстрыми нейтронами, была крайне малой; ее удалось измерить лишь только потому, что у Гана имелся необходимый для этого измерения чистейший образец тория, приготовленный им в процессе длительных утомительных опытов, путем многократного очищения от продуктов распада, излучение которых исказило бы изучаемое явление. Это была заслуженная награда за прежнюю «бесцельную работу! Она сообщила также, что у них с Фришем готовы две заметки в «Nature». Это следствие того, что дефект массы атома урана существенно меньше, чем дефект массы атомов средней части периодической системы. Если, таким образом, подобный переход происходит, то разница дефектов масс проявляется в виде ядерной энергии.
В качестве возможных пар деления, порядковые номера которых в сумме дают 92, в заметке Фриша и Мейтнер предполагались барий 56 и криптон 36 , а также стронций 38 и ксенон 54.
Исследователи выстрелили ядрами урана-238 в ядра платины-198. Такие взаимодействия приводят к многонуклонному переносу, при котором изотопы меняют местами нейтроны и протоны. В результате столкновения образовалось большое количество фрагментов, в том числе 19 тяжелых изотопов, содержащих от 143 до 150 нейтронов.
Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется?
В СССР самопроизвольное деление ядер урана стали называть на иностранный лад — спонтанным. А проверить справедливость зарубежной гипотезы Игорь Васильевич Курчатов поручил молодым физикам-аспирантам Радиевого института Константину Петржаку и Георгию Флёрову. Исследователи принялись за дело с энтузиазмом. Прежде всего, стали создавать измерительную аппаратуру. Петржак в юные годы работал на фарфоровом заводе, где расписывал чашки и блюдца. Приобретённый навык пригодился, когда потребовалось нанести на пластины создаваемого детектора идеально ровный слой суспензии урана с шеллаком. После просушки пластины покрыли сверху сусальным золотом.
В результате получился весьма чувствительный по тому времени измерительный прибор. Из воспоминаний Флерова: «Когда прибор был готов, мы привезли его из Физтеха в Радиевый институт: нейтронные источники были в этом институте. Ленинградская зима.
Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна. В течение всего Десятилетия при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы, конкурсы для всех желающих и многое другое.
Данная реакция сопровождается выделением большой энергии которая имеет электростатическое происхождение , так как энергия связи образовавшихся ядер оказывается большей, чем у ядер урана. При полном делении 1 г урана выделяется такое же количество теплоты, как при сгорании 3 т.
Реакция, в которой частицы вызывающие ее нейтроны , образуются, как продукты данной реакции называется ядерной цепной реакцией. Ядерная цепная реакция характеризуется коэффициентом размножения нейтронов. Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в каком-либо поколении к числу нейтронов в предшествующем поколении. Наименьшую массу делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция, называют критической массой.
Таким образом , для урана распад может идти одновременно по двум схемам, по типу а-распада и по типу деления. Последний процесс характеризуется большим периодом полураспада 10 лет и поэтому в природном уране он осуществляется очень редко. Положение здесь аналогично химическим экзотермическим реакциям , которые могут протекать самопроизвольно , но с измеримой скоростью протекают лишь тогда, когда система получает необходимую энергию активации, позволяющую реагирующим частицам преодолеть потенциальный барьер. Для осуществления деления требуется также активация , например, за счет поглощения тяжелым ядром нейтрона. Было установлено, что уран не образует при этом новых изотопов, как это бывает при простейших ядерных реакциях , а вместо этого возникают ядра, обладающие приблизительно вдвое меньшей массой по сравнению с массой исходного ядра урана например, Ва илиКг. Вскоре обнаружилось, что ядерное деление является источником огромной энергии. Исследования Энрико Ферми , Отто Гана и Лизы Мейтнер, а также многих других ученых позволили разобраться в природе ядерного деления. Об этом написано много увлекательных книг, и можно порекомендовать прочесть о подробностях этих важных открытий в литературе, цитированной в конце данной главы. Таким образом , альфа-излучающие элементы — уран и торий — являются источниками нейтронов в природе. Нейтроны в природе выделяются также в результате спонтанного деления ядер урана-235, открытого в 1940 г. Флеровым и Петражаком. Период полураспада при спонтанном делении урана-235 равен Ю лет. В солнечной системе за планетой Уран следует Нептун. Так и в ряду химических элементов за ураном по-латыни uranium следует нептуний neptunium. Они испытывали К- захват ядро нептуния впитывало в себя один из электронов атомной оболочки и превращалось в уран. В некоторых случаях дочернее ядро урана оказывалось на высоком возбужденном уровне проще говоря, у ядра оказывался большой избыток энергии ,и оно распадалось на осколки. Так был открыт новый вид ядерных превращений — деление чдер после К-захвата. С одной стороны, казалось бы, этот дополнительный запас прочиости нечетных ядер исключает возможность наблюдать спонтанное деление ядер 105-го. С другой стороны, однако, с увеличением порядкового номера элемента вероятность спонтанного деления его изотопов резко увеличивается как для четных элементов , так и для нечетных. Если, например, к ядру урана-238 добавить 8 протонов, то мы получим ядро фермия-246, для которого вероятность спонтанного деления увеличивается более чем в 10 раз по сравнению с ураном-238.
Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра
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. Ведь глубинные температурные флуктуации передаются на поверхность мантийными конвективными течениями примерно через 100 млн лет, а плюмы могут донести эти изменения за 1—5 млн лет. За это время флуктуации с периодом всего 100 тыс.
В любом случае модель природного ядерного реактора на границе внутреннего и внешнего ядра интересна геологам уже тем, что не противоречит имеющимся знаниям в области геодинамики и фактам плюмового магматизма. Безусловно, предложенная гипотеза подлежит дальнейшей разработке, и достоверность ее должны подтвердить новые геологические, геофизические и геохимические данные о планете Земля. Кирдяшкин, д. Для решения этой и других задач предполагается создать глобальную сеть детекторов. Подобный опыт у международного научного сообщества уже есть: в 2005 г. Таким образом, в ближайшее десятилетие планируется зарегистрировать геонейтрино в нескольких точках земного шара. Объединение данных разных детекторов позволит наконец установить точное месторасположение источников этих частиц внутри нашей планеты и даст еще один довод «за» или «против» гипотезы «ядерной топки» Земли. Вместо послесловия Известно, что на атомной электростанции может произойти взрыв, если не регулировать ход цепной реакции в реакторе. Есть веские основания полагать, что в далеком прошлом по разным причинам — внутренним или внешним, например при столкновении с астероидом, — медленные ядерные реакции в недрах Земли могли трансформироваться во взрывные.
Если бы взорвался весь уран Земли, событие было бы эквивалентно взрыву тротила в количестве, сравнимом с массой планеты!
Если опровержение последует только со стороны Гана и Штрассмана,— писал он,— то «люди скажут, что вот. Если же учесть возможность того, что многие прежние результаты не будут затронуты опровержением, то многие расценят опровержение лишь как новую ошибку... То, что тете Лизе несколько грустно не участвовать в новой работе, понятно без слов, но это огорчение уже через день было вытеснено радостью по поводу Вашего прекрасного открытия». Фриш и Лиза Мейтнер выступили в английском журнале «Nature» с общей заметкой, в которой расщепление ядра назвали «fission» деление , и это стало затем общепринятым. В письме, написанном по-немецки, оно определялось как «разделение ядра на два примерно одинаковых осколка, причем каждый содержит большее или меньшее число нейтронов». Для ясности заметим, что объяснение при этом получали лишь продукты реакции, ранее включавшиеся в ряды как радий, актиний и торий; что же касается трансуранов, то вопрос о них по-прежнему оставался открытым. Ответ Гана от 5 января звучит в высшей степени неожиданно: «Сегодня я больше не уверен, даже снова боюсь за барий; не радий ли это все-таки? Никак не могу поверить в это». К Фришу он еще раз обращается с вопросом о реальности трансуранов, на что тот отвечает ему 10 января: «Я накопил уже столько аргументов против трансуранов, что мне трудно согласиться с их оживлением.
Не могут ли и они оказаться легкими элементами? Впрочем, мы предполагаем еще изучить осадки с рутением, родием и палладием». Это — первое указание на новую проверку реальности трансуранов. Опыт, поставленный нами сегодня [10. Во всяком случае, сегодня я уже убежден. Нужны несколько более быстрые нейтроны, чтобы взорвать ядра тория». Активность и, значит, количество бария, полученного при обстреле тория быстрыми нейтронами, была крайне малой; ее удалось измерить лишь только потому, что у Гана имелся необходимый для этого измерения чистейший образец тория, приготовленный им в процессе длительных утомительных опытов, путем многократного очищения от продуктов распада, излучение которых исказило бы изучаемое явление. Это была заслуженная награда за прежнюю «бесцельную работу! Она сообщила также, что у них с Фришем готовы две заметки в «Nature». Это следствие того, что дефект массы атома урана существенно меньше, чем дефект массы атомов средней части периодической системы.
Если, таким образом, подобный переход происходит, то разница дефектов масс проявляется в виде ядерной энергии. В качестве возможных пар деления, порядковые номера которых в сумме дают 92, в заметке Фриша и Мейтнер предполагались барий 56 и криптон 36 , а также стронций 38 и ксенон 54. Сообщалось также об успешном опыте Фриша с атомами отдачи. В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью, что было установлено по величине производимой ими ионизации в воздухе в условиях, когда все ионизирующие заряженные частицы меньшей скорости, создававшие меньше 500 тысяч ионов, устранялись с помощью внешнего поля. Его реакция на них была очень специфична: выходит, все наши трудоемкие опыты «после убедительного опыта Отто-Роберта не нужны». Лиза Мейтнер ответила 25 января: вовсе не «не нужны», без Вашего прекрасного результата о барии вместо радия мы никогда бы не пришли к этому... Конечно, публикуйте Ваши результаты о стронции и иттрии... Опыты с атомами отдачи доказывают лишь факт взрыва, но не то, на что делится ядро; это может решить только химия». Это письмо Лизы Мейтнер перекрылось с письмом Гана, тоже от 25 января, уже явно оптимистическим «благодаря многим новым результатам»: в барии уже нельзя более сомневаться, доказано образование «гипотетического криптона» при облучении урана нейтронами, среди продуктов деления найдены также стронций, иттрий, рубидий. В своем ответе на следующий день Лиза Мейтнер писала: «Все сделанное Вами в последнее время мне представляется фантастическим.
Добрая половина периодической системы встречается среди этих осколков урана, и Вы в последние месяцы заслужили много первых наград». Отдельные данные, сообщенные Ганом в последних письмах, получили дальнейшее обоснование в еще более обстоятельной второй статье Гана и Штрассмана «Доказательство возникновения активных изотопов бария из урана и тория при облучении их нейтронами; доказательство новых активных осколков, возникающих при делении урана» датировано 28 января 1939 г. Окончательные результаты этих потребовавших много времени опытов сняли последние сомнения, но с типичной для Гана добросовестностью все еще проводилось различие между «сильным доводом в пользу бария» и «доказательством в пользу бария» и новые результаты сформулированы в статье существенно осторожнее, чем в предшествующем письме. Следовательно, и эта важнейшая работа несет отпечаток тех действительно громадных трудностей, которые приходилось преодолевать исследователям. При делении урана возникают четыре разных ра- диоактивных изотопа бария, которые затем превращаются в другие элементы; поэтому в исследуемом препарате наряду с первичными продуктами деления всегда имеются вторичные продукты распада. То же самое имело место при определении природы новых первичных продуктов деления. Для проверки естественного предположения, что и криптон, подобно барию, превращается в соседние с ним элементы, были поставлены два опыта. Следовательно, была допустима и другая схема деления урана. Это исследование было проведено. Четыре недели спустя 2 марта последовало экспериментальное доказательство распада урана на различные изотопы ксенона и стронция.
Две следующие работы, датированные 21 и 22 июля, принесли дальнейшее прояснение и сведения о новых продуктах деления. Какие трудности пришлось преодолеть на пути к выяснению этих связей, видно уже из того, что в разные ряды входят изотопы одних и тех же химических элементов, различающихся между собой только периодами радиоактивного распада. Были найдены также новые продукты деления — йод, бром, теллур, молибден. Наконец, было установлено совпадение продуктов деления урана и тория благодаря тому, что некоторые препараты тория были облучены быстрыми нейтронами от сильных источников института Бора в Копенгагене и Берлинского Ауер-общества. Сразу же после первых публикаций Гана и Штрассмана о делении урана опыты с расщеплением ядер были повторены и продолжены во многих институтах мира. Почти всюду имелись более сильные источники нейтронов, чем в институте Гана. В связи с некоторыми публикациями возникали жаркие споры о приоритете, которые, однако, быстро разрешались и забывались. Три факта сегодня не вызывают возражений: 1 никто до Гана и Штрассмана не принимал во внимание такой своеобразной ядерной реакции, как деление ядер; 2 Ган и Штрассман дали окончательное доказательство деления своими радиохимическими методами; 3 Фриш и Мейтнер предложили первое физическое объяснение и дали экспериментальное доказательство взрывного ядерного процесса, связанного с освобождением больших количеств энергии. Очень большое значение имело также данное около четверти года спустя группой Жолио окончательное доказательство того факта, впервые замеченного Ганом, Штрассманом и др. Мнения о существовании трансуранов, выраженные в письмах и в журнальных публикациях, колебались: должны они умереть или остаться?
Ган и Лиза Мейтнер склонялись то к одному, то к другому мнению. Неужели четырехлетняя сверх всякой меры напряженная работа должна оказаться безрезультатной? Отчасти себе в утешение, отчасти из чувства великодушия, Ган и Штрассман писали в своей второй работе, что без многолетней практики с «трансуранами» совместно с Лизой Мейтнер деление урана нельзя было бы обнаружить. Но вопрос имел и оборотную сторону. Дело в том, что «кюрьозный» трансуран Кюри и Савича, послуживший поводом для новых опытов Гана, Мейтнер и Штрассмана и обладавший свойствами лантана, не заставил их отказаться от трансурановой гипотезы и подумать о другом механизме его возникновения; лишь Ган и Штрассман указали на то, что он является продуктом деления урана или распада бария. Самым существенным аргументом против трансуранов стал результат исключительно красивого опыта Лизы Мейтнер с атомами отдачи. Только третья схема реакций еще не получила объяснения. Деление урана носило «усиленный» характер, т. Его дочерний продукт из-за малой интенсивности не мог быть, однако, установлен однозначно, а химическая природа последующих продуктов не могла быть выяснена из-за их быстрого распада.
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. После извлечения из реактора, топливо выдерживается в специальном приреакторном хранилище.
Согласно концепции радиоэквивалентности, в землю нужно вернуть столько же, сколько было получено: активность захороненных отходов должна быть идентичной активности добытого урана. Если ядерные отходы не подвергать обработке, то для достижения этого баланса потребуются сотни тысяч лет. При извлечении наиболее активных элементов этот период значительно сокращается. Происходит это так: тепловыделяющие сборки ТВС разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления.
Деление ядер урана и цепная реакция
Вызвать же деление урана при попадании в него нейтрона можно только у изотопов с массовым числом 235, так как ядро урана-238 поглощает нейтрон, а деление не происходит. Открытие деления урана. Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. новости космоса.