Приборы впервые зафиксируют деление ядер урана, а реактор из сложной металлической конструкции превратится в полноценную атомную установку, чтобы обеспечить половину. Лекция из курса: Физика атомного ядра и частиц. Новости, полученные от Гана, были равносильны атомному взрыву в мозгу Лизы Мейтнер. Международная группа ученых выяснила, как именно вращаются атомные ядра после их деления, сообщает МедиаПоток. Деление тяжелых атомных ядер является источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.
Самое правильное деление атома
В ядерном реакторе число нейтронов, участвующих в делении ядер, остается неизменным (k=1), реакция протекает стационарно и имеет управляемый характер. Но если ядро похоже на жидкую каплю и может дробиться и сливаться, то с чем был связан шок от новости о делении урана? это процесс, при котором атом распадается на два, образуя два атома меньшего размера и огромное количество энергии. Цепная ядерная реакция – это процесс деления тяжелых ядер, при котором деление воспроизводится снова и снова.
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
Замедлитель служит для уменьшения энергии нейтронов, испускаемых в процессе деления, примерно от 1 МэВ до тепловых энергий около 0,025 эВ. Поскольку замедление происходит главным образом в результате упругого рассеяния на ядрах неделящихся атомов, масса атомов замедлителя должна быть как можно меньше, чтобы нейтрон мог передавать им максимальную энергию. Кроме того, у атомов замедлителя должно быть мало по сравнению с сечением рассеяния сечение захвата, так как нейтрону приходится многократно сталкиваться с атомами замедлителя, прежде чем он замедляется до тепловой энергии. Наилучшим замедлителем является водород, поскольку его масса почти равна массе нейтрона и, следовательно, нейтрон при соударении с водородом теряет наибольшее количество энергии. Но обычный легкий водород слишком сильно поглощает нейтроны, а потому более подходящими замедлителями, несмотря на несколько большую массу, оказываются дейтерий тяжелый водород и тяжелая вода, так как они меньше поглощают нейтроны. Хорошим замедлителем можно считать бериллий. У углерода столь малое сечение поглощения нейтронов, что он эффективно замедляет нейтроны, хотя для замедления в нем требуется гораздо больше столкновений, чем в водороде. Среднее число N упругих столкновений, необходимое для замедления нейтрона от 1 МэВ до 0,025 эВ, при использовании водорода, дейтерия, беррилия и углерода составляет приблизительно 18, 27, 36 и 135 соответственно.
Приближенный характер этих значений обусловлен тем, что из-за наличия химической энергии связи в замедлителе столкновения при энергиях ниже 0,3 эВ вряд ли могут быть упругими. При низких энергиях атомная решетка может передавать энергию нейтронам или изменять эффективную массу в столкновении, нарушая этим процесс замедления. В качестве теплоносителей в ядерных реакторах используются вода, тяжелая вода, жидкий натрий, жидкий сплав натрия с калием NaK , гелий, диоксид углерода и такие органические жидкости, как терфенил. Эти вещества являются хорошими теплоносителями и имеют малые сечения поглощения нейтронов. Лучший из известных замедлителей — тяжелая вода. Ее характеристики близки к характеристикам обычной воды, а сечение поглощения нейтронов — меньше. Натрий является прекрасным теплоносителем, но не эффективен как замедлитель нейтронов.
Поэтому его используют в реакторах на быстрых нейтронах, где при делении испускается больше нейтронов. Правда, натрий имеет ряд недостатков: в нем наводится радиоактивность, у него низкая теплоемкость, он химически активен и затвердевает при комнатной температуре. Сплав натрия с калием сходен по свойствам с натрием, но остается жидким при комнатной температуре. Гелий — прекрасный теплоноситель, но у него мала удельная теплоемкость. Диоксид углерода представляет собой хороший теплоноситель, и он широко применялся в реакторах с графитовым замедлителем. Терфенил имеет то преимущество перед водой, что у него низкое давление паров при рабочей температуре, но он разлагается и полимеризуется под действием высоких температур и радиационных потоков, характерных для реакторов. Тепловыделяющие элементы.
Тепловыделяющий элемент твэл представляет собой топливный сердечник с герметичной оболочкой. Оболочка предотвращает утечку продуктов деления и взаимодействие топлива с теплоносителем. Материал оболочки должен слабо поглощать нейтроны и обладать приемлемыми механическими, гидравлическими и теплопроводящими характеристиками. Тепловыделяющие элементы — это обычно таблетки спеченного оксида урана в трубках из алюминия, циркония или нержавеющей стали; таблетки сплавов урана с цирконием, молибденом и алюминием, покрытые цирконием или алюминием в случае алюминиевого сплава ; таблетки графита с диспергированным карбидом урана, покрытые непроницаемым графитом. Все эти твэлы находят свое применение, но для водо-водяных реакторов наиболее предпочтительны таблетки оксида урана в трубках из нержавеющей стали.
Генеральный директор предприятия Александр Белоусов ознакомил гостей с работой завода по разделению изотопов и деятельностью Международного центра по обогащению урана, созданного на базе АЭХК по инициативе правительств России и Казахстана. Увиденное произвело на Карима Масимова огромное впечатление. Предприятие понравилось.
Охлаждение активной зоны производится с помощью прокачиваемого теплоносителя в качестве воды или металла с низкой температурой плавления натрий. Передача тепловой энергии воде производится теплоносителем, находящимся в парогенераторе. Вода принимает состояние пара с высоким давлением, который направляется в турбину, соединенную с электрогенератором, после чего вода попадает в конденсатор.
Стабильные изотопы обладают относительно постоянным или неизменным числом нейтронов. Но если у химического элемента слишком много нейтронов, он становится нестабильным или делящимся. Когда делящиеся изотопы пытаются стать стабильными, они освобождают избыток нейтронов и энергии. Именно эта энергия является источником взрывной силы ядерного оружия. Различают два типа ядерного оружия: Атомные бомбы: в них для создания взрыва используется эффект домино, заключающийся в многочисленных реакциях деления урана или плутония. Водородные бомбы: они основаны на сочетании деления и синтеза урана или плутония при участии более легких элементов, таких как изотопы водорода. Но в чем же разница между реакциями деления и синтеза? Расщепление атомов: деление ядер Деление ядер — это процесс, который используется в ядерных реакторах. В ходе этого процесса происходит выделение большого количества энергии за счет расщепления более тяжелых нестабильных атомов на два атома меньшего размера, что приводит к началу цепной ядерной реакции деления. Когда нейтрон попадает в ядро делящегося атома, например, урана-235, атом урана расщепляется на два более мелких атома в дополнение к увеличению количества нейтронов и энергии.
Нейтроны — герои реактора
- История науки: поленница для мирного атома
- Физика атома и ядра. Слепцов И.А., Слепцов А.А.
- Ядерные реакции
- Деление атома может дать миру необыкновенную власть
СОДЕРЖАНИЕ
- ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
- СОДЕРЖАНИЕ
- Атомы ядерного топлива выталкивают образующийся при его делении газ
- Определение ядерного деления
- Деление атома - Coub - The Biggest Video Meme Platform
- про деление атомов и ядерных взрывах!!!
Механизм деления ядра урана
- Деление ядер: процесс расщепления атомного ядра. Ядерные реакции
- Что такое цепная ядерная реакция
- 1.2.2. Деление атомных ядер
- «Неделимый» атом
- Разница между ядерным делением и синтезом
Ядерные реакции
Заканчиваются же все эти альфа и бета-минус переходы образованием стабильного свинца-206. А уран-234 альфа-распадом — опять в торий торий-230. Далее торий-230 путём альфа-распада — в радий-226, радий — в радон. Деление ядер атомов Это самопроизвольное, или под действием нейтронов, раскалывание ядра атома на 2 примерно равные части, на два «осколка». При делении вылетают 2-3 лишних нейтрона и выделяется избыток энергии в виде гамма-квантов, гораздо больший, чем при радиоактивном распаде.
Если на один акт радиоактивного распада обычно приходится один гамма-квант, то на 1 акт деления приходится 8 -10 гамма-квантов! Кроме того, разлетающиеся осколки обладают большой кинетической энергией скоростью , которая переходит в тепловую. Вылетевшие нейтроны могут вызвать деление двух-трёх аналогичных ядер, если те окажутся поблизости и если нейтроны попадут в них. Таким образом, появляется возможность осуществления разветвляющейся, ускоряющейся цепной реакции деления ядер атомов с выделением огромного количества энергии.
Цепная реакция деления Если позволить цепной реакции развиваться бесконтрольно, то произойдёт атомный ядерный взрыв. Цепная реакция Если цепную реакцию держать под контролем, управлять её развитием, не давать ускоряться и постоянно отводить выделяющуюся энергию тепло , то эту энергию «атомную энергию» можно использовать для получения электроэнергии. Это осуществляется в атомных реакторах, на атомных электростанциях. Периоды полураспада у всех радионуклидов разные — от долей секунды короткоживущие радионуклиды до миллиардов лет долгоживущие.
Активность — это количество актов распада в общем случае актов радиоактивных, ядерных превращений в единицу времени как правило, в секунду. Единицами измерения активности являются беккерель и кюри. Беккерель Бк — это один акт распада в секунду 1 расп. Единица возникла исторически: такой активностью обладает 1 грамм радия-226 в равновесии с дочерними продуктами распада.
Именно с радием-226 долгие годы работали лауреаты Нобелевской премии французские учёные супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри. Проникающая способность радиоактивного излучения. Пробег альфа-частиц зависит от начальной энергии и обычно колеблется в пределах от 3-х до 7 редко до 13 см в воздухе, а в плотных средах составляет сотые доли мм в стекле — 0,04 мм. Альфа-излучение не пробивает лист бумаги и кожу человека.
Из-за своей массы и заряда альфа-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью, они разрушают всё на своём пути, поэтому альфа-активные радионуклиды являются наиболее опасными для человека и животных при попадании внутрь. При этом путь бета-частицы в веществе не является прямолинейным. Проникающая способность также зависит от энергии. Кратность ослабления n- и гамма-излучений.
Наиболее проникающими видами излучения являются нейтронное и гамма-излучение. Их пробег в воздухе может достигать десятков и сотен метров также в зависимости от энергии , но при меньшей ионизирующей способности. В качестве защиты от n- и гамма-излучения применяют толстые слои из бетона, свинца, стали и т. Для 100-кратного ослабления гамма-излучения требуется защита из свинца толщиной 9,5 см; бетона — 55 см; воды — 115 см.
Единицы измерения в дозиметрии Доза от греческого — «доля, порция» облучения. Экспозиционная доза для рентгеновского и гамма-излучения — определяется по ионизации воздуха. Внесистемной единицей измерения является «рентген». Экспозиционной дозе 1Р соответствует поглощенная доза в воздухе 0,88 рад.
Доза Поглощённая доза — энергия ионизирующего излучения, поглощенная единичной массой вещества. Под энергией излучения, переданной веществу, понимается разность между суммарной кинетической энергией всех частиц и фотонов, попавших в рассматриваемый объем вещества, и суммарной кинетической энергией всех частиц и фотонов, покидающих этот объем.
Открывая первую коробку, мы уничтожили квантовую суперпозицию — допущение о том, что там находится ботинок в любом состоянии хотя он там находился в абсолютно конкретном, неизвестном нам состоянии. Если бы мы отправляли сообщение с помощью квантовой запутанности, нам бы потребовалось 1 отправить коробку с ботинком, а также информацию о том, что 2 первая коробка открыта, 3 там левый ботинок, а 4 ботинки обладают свойством квантовой запутанности. Узнав все это, мы можем вычислить состояние второго кванта-ботинка. Все сказанное означает, что на передачу информации с помощью квантовой запутанности понадобятся обычные, неквантовые средства доставки информации — то есть передача информации будет осуществляться с обычной современной скоростью, кроме того, понадобятся время и ресурсы на вычисление состояния запутанного кванта-ботинка. Проверить же все мы сможем, только получив коробку с запутанным ботинком. То есть проверенное решение мы можем получить смотря по тому, что произойдет позже — уничтожение суперпозиции для второго запутанного ботинка открытие коробки , или получение иннформации о том, что коробки содержали запутанные ботинки.
Это означает, что передача информации с помощью квантовой запутанности будет медленнее обычной и дороже обычных способов, поскольку потребует дополнительных вычислений. Подведем итог: квантовой суперпозиции как явления физического мира не существует, квантовая запутанность обеспечивает более медленную и более дорогую передачу информации по сравнению с неквантовыми.
Посмотреть интерактивный материал Конспект Цепная ядерная реакция — самоподдерживающаяся реакция деления тяжёлых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие всё новые и новые ядра. Наименьшая масса вещества, при которой возможно протекание цепной реакции, называется критической массой.
Для наглядности, рассмотрим такой пример. Если представить атом в виде олимпийского стадиона в Пекине а можно и не в Пекине, просто представьте себе большой стадион , то ядро этого атома будет представлять собой вишенку, находящуюся в центре поля. Орбиты электронов при этом находились бы где-то на уровне верхних трибун, а вишня весила бы 30 миллионов тонн.
Впечатляет, не так ли? Если предсавить атом в виде стадиона, ядро будет размером с вишню в центре поля Откуда взялись атомы? Как известно, сейчас различные атомы сгруппированы в таблицу Менделеева.
В ней насчитывается 118 а если с предсказанными, но еще не открытыми элементами - 126 элементов, не считая изотопов. Но так было далеко не всегда. В самом начале формирования Вселенной никаких атомов не было и подавно, существовали лишь элементарные частицы, под воздействием огромных температур взаимодействующие между собой.
Два атома заставили двигаться синхронно на расстоянии 33 км
При расщеплении (делении) урана высвобождается три нейтрона, которые сталкиваются с другими атомами урана, в результате чего возникает цепная реакция. 1. История открытия деления атомного ядра 2. Капельная модель ядра 3. Цепная реакция деления 4. Использование энергии деления ядер 5. Настоящее и будущее атомной энергетики. В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью. атом стоковые видео и кадры b-roll.
Разделяя неразделимое
Отходы от переработки — так называемые продукты деления — также остаются в хранилище. Но свободных мест хранения остается все меньше например, в Финляндии. Что же до использованного урана, то его необходимо хранить в специальных контейнерах, похожих на большие плавательные бассейны. Вода охлаждает топливо и изолирует внешнюю поверхность от контакта с радиоактивностью, — уточняют специалисты. Хранение и переработка ядерных отходов строго регулируется правительствами На сегодняшний день переработка отходов в основном сосредоточена на извлечении плутония и урана, поскольку эти элементы можно использовать повторно в обычных реакторах. Отделенные плутоний и уран впоследствии можно смешивать со свежим ураном и превратить в новые топливные стержни. Вам будет интересно: Атомная энергетика или возобновляемая — какая лучше? Переход к ядерной энергетике Так как атомные электростанции производят возобновляемую, чистую энергию, не загрязняют воздух и не выделяют парниковых газов, их можно строить в городских или сельских районах и не переживать за окружающую среду вокруг. И все же, споры на счет утилизации и хранения ядерных отходов продолжаются — в виду проблем с изменением климата, предложения о переходе к ядерной энергетике звучат все чаще. Так как ядерная энергетика зависит от добываемых ограниченных ресурсах, действующие реакторы не способствуют глобальному потеплению. Сторонники ядерной энергетики также утверждают, что ее следует рассматривать как одно из решений проблемы изменения климата.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram — так вы точно не пропустите ничего интересного! Чтобы обеспечить людей необходимым для комфортной жизни электричеством, во всем мире работают тысячи электростанций.
Первые нейтронные источники были несовершенны, хотя и запускали ядерный взрыв.
Позже они стали ускорителями, создающими ядерную реакцию слияния ядер дейтерия и трития с выходом большого количества нейтронов. Да, мы привыкли, что для взрыва водородной бомбы используется «ядерный запал». И, как это ни парадоксально, для «запала» ядерного заряда используют реакцию водородного синтеза. Блок автоматики — дирижер и исполнитель взрыва Без очень точно отмеренных и быстро проведенных действий не достичь энерговыделения уровня десятков килотонн.
Единым дирижером и исполнителем каскада событий выступает блок автоматики заряда. И описанное выше — лишь часть его большой работы. Блок автоматики — это отдельная конструкция, плотно насыщенная механическими, электрическими и электронными устройствами, соединенными между собой. Устройства объединяются в модули, это упрощает сборку и контроль отдельных подсистем.
Блок автоматики расположен всегда вплотную к ядерной сборке, связан с нею кабельной сетью и объединен в ядерное взрывное устройство. Это не всегда ядерный боеприпас, например в СССР использовалось много ядерных взрывных устройств в интересах народного хозяйства. Первый блок автоматики БА4 с импульсным нейтронным инициированием, серийное производство 1955 год. Духова Внешне блок автоматики выглядел небольшой бочкой в ранних конструкциях, позже как большая кастрюля или коробка, и может иметь разный вид, размеры и массу.
Первые блоки автоматики весили почти центнер; позже вес снизился до 30 килограммов и продолжил уменьшаться вместе с габаритами. Применяются и унифицированные блоки автоматики, и специально созданные под конкретный заряд. Работа любого блока автоматики строится на двух базовых принципах: надежность движения к взрыву и контроль над процессом Эти два принципа реализуются в виде действий, этапов и алгоритмов, выполняемых подсистемами блока автоматики. Они поддерживают много уровней предохранения, переводят заряд в состояния все большей готовности к взрыву, вырабатывают главную команду на подрыв и производят сложный взрыв заряда.
Система подрыва и нейтронного инициирования Как мы говорили, подрыв заряда начинается с перевода ядерной сборки в сверхкритическое состояние. Оно достигается ростом компактности ядерного материала: совмещением разделенных частей делящегося вещества в один блок, либо переводом тонкого полого эллипсоида переменной толщины в компактное тело, как в боеголовке W-88. Или сближением атомов ядерного материала с ростом его плотности, через обжатие взрывом имплозией , с подрывом наружных блоков взрывчатки. Их детонация запускается сразу в нескольких местах от 2 до 32 в разных схемах взрывателями, срабатывающими в высокой степени синхронно.
Для запуска детонаторов подается высоковольтный импульс тока через систему кабелей. Почему высоковольтный? Детонаторы не должны реагировать на статическое электричество и наводки в кабелях. Поэтому у специальных детонаторов имплозионной системы нет чувствительного инициирующего взрывчатого вещества азида свинца , запускающего детонацию вторичного взрывчатого вещества, для выхода ее фронта из взрывателя в блок основной взрывчатки.
Отсутствие инициирующего вещества делает спецдетонатор намного безопаснее, но требует для срабатывания на порядок большей энергии. Она и доставляется мощным высоковольтным импульсом тока, равномерно распределяемого между детонаторами. Малогабаритный блок автоматики БА40 массой 12,6 кг. Духова Его выдает генератор подрывного импульса тока — сложное устройство из многих элементов.
Это специальные высоковольтные конденсаторы очень большой емкости, коммутирующие импульсные разрядники, мощный транзистор и высоковольтный выпрямительный столб, дополняемые высоковольтными соединительными элементами. Помимо компактности, в силу быстроты и большой мощности импульса возникает требование малоиндуктивности к генератору и его элементам, выполняемое специальными конструктивными и техническими решениями. После выдачи подрывного импульса тока включается электрическая линия задержки. Она откладывает выдачу импульса нейтронов до нужного момента времени, когда ядерный материал в ходе имплозии перейдет в сверхкритическое состояние с заданной величиной эффективного коэффициента размножения нейтронов.
Распространенное заблуждение заключается в том, что, поскольку определенные части ядерных отходов остаются радиоактивными в течение миллиардов лет, угроза должна сохраняться на протяжении всего периода. Но это не так. Радиация является неизбежной частью жизни на нашей планете. Ключевой фактор в понимании того, почему хранилища ядерных отходов не представляют угрозы для здоровья, связан с количеством материалов, которые были бы обнаружены в окружающей среде в случае утечки. Читайте также: Эффект Вавилова-Черенкова: что нужно знать? Учитывая, что радиоактивные отходы долговечны, зараженная одежда и инструменты могут оставаться радиоактивными на протяжении тысяч лет. Первая атомная электростанция была запущена в 1954 году в районе города Обнинск Московской области. Всего исследователи выделяют три типа ядерных отходов, классифицируемых в соответствии с их радиоактивностью: низкий, средний и высокий уровни.
Не пропустите: Как работает АЭС? Опасны ли атомные станции? Утилизация ядерных отходов В мире существуют две основные стратегии обращения с отходами: некоторые страны десятилетиями перерабатывают отработанное ядерное топливо; другие выбирают прямую утилизацию об этом ниже. По сути, это стратегическое решение, принятое на национальном уровне и в основном обусловленное политическими и экономическими, а также технологическими соображениями. В отличие от любой другой отрасли, производящей энергию, ядерный сектор берет на себя полную ответственность за утилизацию отходов. Так как ядерное топливо энергоемко, для производства огромного количества электроэнергии требуется его небольшой расход.
К числу веществ, обладающих наиболее благоприятными свойствами для развития термоядерной реакции, относятся тяжелый водород дейтерий , сверхтяжелый водород тритий , литий и др. В смеси этих веществ могут идти, например, следующие ядерные реакции: Система из атомной бомбы и вещества, в котором при ее взрыве возникает мощная термоядерная реакция, получила название термоядерной или водородной бомбы. Сила взрыва водородной бомбы в сотни раз превосходит силу взрыва атомной бомбы. Дело в том, что количество «взрывчатки» в атомной бомбе ограничено: масса каждой ее части должна быть меньше критической во избежание преждевременного взрыва. Для количества же «взрывчатки» водородное бомбы такого ограничения нет, так как дейтерий, тритий, их смесь и т. В отличие от реакции деления до настоящего времени еще не осуществлено использование термоядерной реакции для практического получения тепловой и электрической энергии. Однако интенсивные исследования в этом направлении ведутся в СССР и в других странах. Применение термоядерной реакции для получения энергии представляет огромный интерес, так как запасы сырья для этой реакции огромны дейтерий в составе воды в океанах! Движение медленной заряженной частицы в однородном магнитном поле а и в магнитном поле прямолинейного провода с током б. Тонкие линии — линии магнитного поля, спирали — траектории частицы Для возбуждения термоядерной реакции ядерное «горючее» должно быть нагрето до температуры порядка десяти миллионов градусов. При таких температурах вещество переходит в состояние сильно ионизованного газа — плазмы. Чтобы реакция не затухала, плазму нужно удерживать от расширения, то есть надо ограничить свободу движения частиц плазмы — ионов и электронов. Этого нельзя достигнуть простым заключением плазмы в замкнутый сосуд, так как никакие стенки не могут противостоять температуре, в тысячи раз превышающей температуру испарения самых жаростойких материалов изоляция плазмы от стенок нужна еще и потому, что интенсивная передача тепла стенкам затруднила бы нагрев плазмы. В начале 50-х годов советские физики А.
Ученые 80 лет выясняли, как вращаются атомные ядра после деления
Глубина этой ямы меньше глубины первой ямы соответствующей основному состоянию ядра на 2—4 МэВ [18]. В общем случае деформация делящегося ядра описывается не одним, а несколькими параметрами. В таком многопараметрическом пространстве ядро может двигаться от начального состояния к точке разрыва различными путями. Такие пути называются модами или каналами деления [19]. Так, в делении 235U тепловыми нейтронами выделяют три моды [20] [21]. Каждая мода деления характеризуется своими значениями асимметрии масс осколков деления и их полной кинетической энергии. 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.
Однако он воздержался назвать предприятия и размер пакета акций, сославшись на то, что не может раскрыть информацию до тех пор, пока не заключена сделка. Генеральный директор предприятия Александр Белоусов ознакомил гостей с работой завода по разделению изотопов и деятельностью Международного центра по обогащению урана, созданного на базе АЭХК по инициативе правительств России и Казахстана. Увиденное произвело на Карима Масимова огромное впечатление.
Интерпретация Мейтнер и Фриш открытия Гана и Штрассмана пересекла Атлантический океан вместе с Нильсом Бором , который должен был читать лекции в Принстонском университете. Раби и Уиллис Лэмб , два физика из Колумбийского университета, работающие в Принстоне, услышали эту новость и отнесли ее в Колумбию. Лави сказал, что сказал Энрико Ферми ; Ферми отдал должное Лэмбу. Вскоре после этого Бор отправился из Принстона в Колумбию, чтобы увидеть Ферми. Не найдя Ферми в его офисе, Бор спустился в зону циклотрона и нашел Герберта Л.
Бор схватил его за плечо и сказал: «Молодой человек, позвольте мне объяснить вам кое-что новое и захватывающее в физике». Некоторым ученым из Колумбии было ясно, что они должны попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при ядерном делении урана при бомбардировке нейтронами. Эксперимент включал помещение оксида урана внутрь ионизационной камеры и облучение нейтронами, а также измерение выделяемой таким образом энергии. Результаты подтвердили, что происходит деление, и убедительно намекали на то, что делится, в частности, изотоп уран-235. На следующий день в Вашингтоне, округ Колумбия , началась Пятая Вашингтонская конференция по теоретической физике под совместной эгидой Университета Джорджа Вашингтона и Вашингтонского института Карнеги. Там новости о ядерном делении распространились еще дальше, что способствовало большему количеству экспериментальных демонстраций. Реализована цепная реакция деления В этот период венгерский физик Лео Сцилард понял, что нейтронное деление тяжелых атомов можно использовать для создания цепной ядерной реакции. Такая реакция с использованием нейтронов была идеей, которую он впервые сформулировал в 1933 году, после прочтения уничижительных замечаний Резерфорда о выработке энергии в эксперименте 1932 года его команды с использованием протонов для расщепления лития. Однако Сциларду не удалось добиться цепной реакции, управляемой нейтронами, с легкими атомами, богатыми нейтронами. Теоретически, если в цепной реакции, управляемой нейтронами, количество образовавшихся вторичных нейтронов было больше одного, то каждая такая реакция могла бы запускать несколько дополнительных реакций, вызывая экспоненциально увеличивающееся количество реакций.
Таким образом, существует вероятность того, что деление урана может дать огромное количество энергии для гражданских или военных целей например, для производства электроэнергии или атомных бомб. Сциллард теперь убеждал Ферми в Нью-Йорке и Фредерика Жолио-Кюри в Париже воздержаться от публикаций о возможности цепной реакции, чтобы нацистское правительство не узнало о возможностях накануне того, что позже будет известно как Всемирный банк. Вторая война. С некоторыми колебаниями Ферми согласился на самоцензуру. Но Жолио-Кюри этого не сделал, и в апреле 1939 года его команда в Париже, включая Ханса фон Хальбана и Лью Коварски , сообщила в журнале Nature, что количество нейтронов, испускаемых при делении ядер урана, было тогда заявлено как 3,5 на деление. Позже они исправили это до 2,6 на деление. Одновременная работа Сцилларда и Уолтера Зинна подтвердила эти результаты. Результаты предполагали возможность строительства ядерных реакторов впервые названных Сциллардом и Ферми «нейтронными реакторами» и даже ядерных бомб. Однако о системах деления и цепных реакций еще многое было неизвестно. Чертеж первого искусственного реактора Chicago Pile-1.
Цепные реакции в то время были известным явлением в химии , но аналогичный процесс в ядерной физике с использованием нейтронов был предвиден еще в 1933 году Сцилардом, хотя Сцилард в то время не имел представления, с помощью каких материалов этот процесс может быть инициирован. Сцилард считал, что нейтроны были бы идеальными для такой ситуации, поскольку у них отсутствовал электростатический заряд. Узнав о нейтронах деления от деления урана, Силард сразу понял возможность ядерной цепной реакции с использованием урана. Летом Ферми и Сцилард предложили идею ядерного реактора котла для посредничества в этом процессе. В качестве топлива котел будет использовать природный уран. Ферми намного раньше показал, что нейтроны гораздо более эффективно захватываются атомами, если они имеют низкую энергию так называемые «медленные» или «тепловые» нейтроны , потому что по квантовым причинам атомы выглядят для нейтронов гораздо более крупными мишенями. Таким образом, чтобы замедлить вторичные нейтроны, высвобождаемые делящимися ядрами урана, Ферми и Сциллард предложили графитовый «замедлитель», с которым будут сталкиваться быстрые вторичные нейтроны высокой энергии, эффективно замедляя их. Имея достаточное количество урана и достаточно чистый графит, их «куча» теоретически могла бы выдержать цепную реакцию с медленными нейтронами. Это приведет к выделению тепла, а также к образованию радиоактивных продуктов деления. В августе 1939 года Сциллард и его коллеги из венгерских физиков-беженцев Теллер и Вигнер подумали, что немцы могут использовать цепную реакцию деления, и были побуждены попытаться привлечь внимание правительства Соединенных Штатов к этой проблеме.
С этой целью они убедили немецко-еврейского беженца Альберта Эйнштейна присвоить свое имя письму, адресованному президенту Франклину Рузвельту. В письме Эйнштейна-Сциларда высказывалась мысль о возможности доставки урановой бомбы на корабле, которая разрушила бы «всю гавань и большую часть окружающей сельской местности». Президент получил письмо 11 октября 1939 года - вскоре после начала Второй мировой войны в Европе, но за два года до вступления в нее США. Рузвельт приказал, чтобы научный комитет был уполномочен наблюдать за работой с ураном, и выделил небольшую сумму денег на исследования котлов. 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 Америке Дж. Роберт Оппенгеймер считал, что куб из дейтерида урана со стороной 10 см около 11 кг урана может «взорвать себя к черту». В этой конструкции все еще предполагалось, что для деления ядерной бомбы потребуется использовать замедлитель это оказалось не так, если делящийся изотоп был отделен. В декабре Вернер Гейзенберг представил военному министерству Германии доклад о возможности урановой бомбы. Большинство этих моделей все еще основывались на предположении, что бомбы будут приводиться в действие медленными нейтронными реакциями - и, таким образом, будут подобны реактору, испытывающему критический скачок мощности.
В Бирмингеме, Англия, Фриш объединился с Пайерлсом , другим немецко-еврейским беженцем. Предполагая, что сечение деления 235 U быстрыми нейтронами такое же, как и сечение деления медленных нейтронов, они определили, что чистая бомба 235 U может иметь критическую массу всего 6 кг вместо тонн, и что результирующий взрыв будет огромный. Фактически это количество оказалось 15 кг, хотя несколько раз это количество использовалось в самой урановой бомбе Little Boy. В феврале 1940 г. По иронии судьбы в то время они все еще официально считались «вражескими пришельцами». Гленн Сиборг , Джозеф В. Кеннеди , Артур Валь и итало-еврейский беженец Эмилио Сегре вскоре после этого обнаружили 239 Pu в продуктах распада 239 U, образующегося при бомбардировке 238 U нейтронами, и определили, что это делящийся материал, такой как 235 U. Возможность выделить уран-235 была технически устрашающей, потому что уран-235 и уран-238 химически идентичны и различаются по массе всего на три нейтрона. Однако, если бы можно было выделить достаточное количество урана-235, это могло бы позволить цепную реакцию деления быстрых нейтронов. Это было бы чрезвычайно взрывоопасно, настоящая «атомная бомба».
Открытие того, что плутоний-239 может быть произведен в ядерном реакторе, указывало на другой подход к созданию бомбы деления на быстрых нейтронах. Оба подхода были в высшей степени новаторскими и еще недостаточно изученными, и существовал значительный научный скептицизм в отношении идеи, что их можно разработать в короткие сроки. В сентябре Ферми собрал свой первый ядерный «котел» или реактор, пытаясь создать в уране медленную цепную реакцию, индуцированную нейтронами, но эксперимент не смог достичь критичности из-за отсутствия подходящих материалов или недостаточного количества подходящих материалов. Создание цепной реакции деления в топливе из природного урана оказалось далеко не тривиальным. 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 редкого изотопа 235 U от гораздо более распространенного изотопа 238 U. Обычно реакторы также требуют включения чрезвычайно химически чистых материалов замедлителя нейтронов, таких как дейтерий в тяжелой воде , гелий , бериллий или углерод, последний обычно в виде графита. Высокая чистота углерода требуется, поскольку многие химические примеси, такие как компонент бор-10 природного бора , являются очень сильными поглотителями нейтронов и, таким образом, отравляют цепную реакцию и преждевременно ее прекращают. Производство таких материалов в промышленных масштабах необходимо было решить для производства ядерной энергии и оружия. Вплоть 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; и концентрированный оксид дейтерия тяжелая вода не более нескольких килограммов.
Специалистам понадобилось 80 лет, чтобы прийти к данным заключениям. На протяжении этого времени физики знали, что атомные ядра начинают вращение в процессе деления. Однако, никто не знал в какой именно момент времени происходит данное явление. Сейчас же специалисты смогли объяснить данный процесс подробно.
Понять детально данный принцип помогло расщепление ядер.
Физика атома и ядра. Слепцов И.А., Слепцов А.А.
Суть цепной ядерной реакции деления заключается в том, что ядро радиоактивного элемента, например урана-235, захватывая нейтрон, становится неустойчивым и распадается преимущественно с образованием двух крупных осколков и — самое важное! Эти нейтроны могут инициировать деление уже нескольких ядер — возникает цепная реакция. Если потери нейтронов в такой разветвленной цепи реакций будут меньше, чем число вновь образовавшихся, то выделение энергии будет нарастать лавинообразно. В одном акте деления урана высвобождается энергии в 4 раза больше, чем при естественном распаде, причем скорость энерговыделения очень велика. Самые известные примеры процессов такого типа — реакции в атомной бомбе и реакторах АЭС Сама идея атомного реактора в земных недрах возникла примерно в это же время — и почти за двадцать лет до открытия феномена Окло!
В 1953 г. Везерилл и М. Ингрэм выдвинули смелую гипотезу, что в древнейшие времена в скоплениях радиоактивных элементов, главным образом урана и тория, могли протекать цепные ядерные реакции. Поиски геореакторов, подобных оклоскому, предпринимались впоследствии и в других древних месторождениях, но они успехом не увенчались.
Может быть, африканский реактор — это шутка Бога, результат случайного стечения обстоятельств и он действительно уникален? Даже если это так, идея, что в Земле могут идти — причем и в далеком прошлом, и в настоящее время! Красноречивый гелий Признаки работы природных реакторов ищут не только в земной коре, но и в недрах планеты. Одна из причин упорства исследователей заключается в том, что Земля излучает тепла примерно в 2,5 раза больше, чем должна отдавать в результате естественного распада радиоактивных элементов в коре радиогенное тепло и первичного нагрева.
Тепловая энергия, получаемая от Солнца, в этом балансе не учитывается. Если такую большую разницу пытаться объяснить только радиогенным теплом из внутренних областей планеты, то Земля в целом должна иметь нереально большие запасы радиоактивных элементов. Но вот в цепных ядерных реакциях как раз выделяется тепла в несколько раз больше, чем при естественном радиоактивном распаде. Цепной механизм выделения энергии мог бы объяснить и упомянутый тепловой дисбаланс, и многие другие необычные явления.
И если гипотетические реакторы расположены глубоко в недрах, то понятно, почему следы их активности не удалось найти в урановых месторождениях за исключением Окло. Искали где ближе, но, может, стоит «копнуть вглубь»? Итак, предположим, что где-то в теле Земли действует такой реактор. По каким признакам его можно обнаружить?
Один из методов поиска — анализ продуктов деления, мигрирующих из зоны реакции и достигающих земной поверхности. В частности, очень интересен изотопный состав «солнечного элемента» — гелия. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He и 3He. Гелий-4 попадает в атмосферу в результате естественного распада урана и тория.
В воздухе на миллион атомов гелия-4 приходится всего полтора атома гелия-3. Но в базальтах срединно-океанических хребтов изотопа 3He больше уже в 8 раз, а в некоторых изверженных магматических горных породах — в 40! Как объяснить происхождение гелия с высоким содержанием изотопа 3He? Какие физические процессы могут быть ответственны за это?
Обычный радиоактивный распад явно не годится, так как он продуцирует исключительно гелий-4. Попробуем привлечь на помощь ядерные реакции деления. Известно, что при работе реактора тяжелые ядра, поглощая нейтрон, становятся неустойчивыми и могут делиться на два крупных осколка с испусканием легких заряженных частиц и 2—3 нейтронов. В конечном продукте совокупности таких реакций доли обоих изотопов гелия хотя и отличаются, но представляют собой величины одного порядка.
Напомним, что в «стандартном» атмосферном гелии их концентрации различаются на шесть порядков! Таким образом, относительно высокое содержание гелия-3, наблюдаемое в магматических породах, поднявшихся на поверхность из земных недр, может служить косвенным свидетельством работы глубинного геореактора. Уран выпал в осадок? Прежде чем продолжить разговор, хочется еще раз подчеркнуть принципиальное различие между естественным радиоактивным распадом и ядерной реакцией деления, ибо разница эта не всегда очевидна на неискушенный взгляд.
Обычная радиоактивность — это самопроизвольный распад атомных ядер; для реакции деления обязательно требуется взаимодействие с внешней частицей нейтроном. По этой причине для осуществления ядерной реакции нужна достаточная концентрация активного вещества; для спонтанного распада концентрация не имеет никакого значения. Если в недрах Земли действительно идут цепные реакции, значит, там должны присутствовать скопления радиоактивных элементов актиноидов. Как и где именно они образовались?
На этот счет существует множество разных точек зрения: от мантии до геометрического центра Земли. Анисичкин с соавторами предложили обоснованную гипотезу, согласно которой местом критической концентрации урана и тория могла быть поверхность твердого внутреннего ядра Земли. Эта концепция во многом базируется на работах по растворимости диоксида урана UO2 , проведенных в конце 1990-х гг. В экспериментах на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» А.
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.
Она знала, что барий может появиться лишь при расщеплении ядра атома урана, состоящего из 92 положительных атомных единиц протонов , на два более легких элемента, состоящих из 56 и 36 положительных частиц, что соответствует барию и инертному газу — криптону. Но все известные законы физики утверждали, что такое космическое расщепление противоречит основному закону природы. Если же такое расщепление произошло, то этот закон должен быть коренным образом изменен. Мейтнер была довольна присутствием племянника Отто, молодого физика со свежим умом,— вдвоем они обязательно найдут ответ на эту загадку. Лиза чувствовала, что в барии скрыта одна из величайших тайн природы, послание от святая святых космоса. Само провидение послало ей племянника, чтобы помочь истолковать это послание.
Однако, к полному ее смятению, когда она рассказала племяннику о том, что обнаружил Ган, он отказался слушать. Обсуждать нечто невозможное было пустой тратой времени. Он хотел обсуждать только свой собственный проект — ведь это одна из главных причин его визита. Когда тетушка стала настаивать, он предложил ей прогуляться. Небольшой моцион и немного воздуха, подумал он,— это все, что нужно, чтобы привести ее в чувство. Поэтому они отправились на прогулку: она пешком, а он на лыжах. Должно быть, это было странное зрелище: крохотная шестидесятилетная старушка, плетущаяся через большие заснеженные поля, рядом с тридцатичетырехлетним мужчиной; она — оживленная, жестикулирующая, очевидно, отчаянно старающаяся разъяснить свою точку зрения, он — безразличный, поглощенный своими мыслями, иногда покачивающий с недоверием головой. Если ей и удалось пробить брешь в его укоренившихся взглядах, то этого не было заметно, когда они вернулись в гостиницу.
Но весомые аргументы, выдвинутые гибким умом его тетушки, наконец сумели преодолеть сопротивление Отто. В последующие дни в провинциальной гостинице проходили оживленные дискуссии, в результате которых появилась новая величественная концепция. Это не было похоже, продолжал он, на распад ядра радия путем испускания одного ядра гелия за две тысячи лет, «а скорее постепенная деформация уранового ядра, его удлинение, появление талии и, наконец, деление на две половины... Самой поразительной чертой этой новой формы ядерной реакции было высвобождение огромной энергии». Открытие деления ядра урана поразило Отто Фриша. Своей матери — сестре Лизы Мейтнер — он писал в это время: «Я чувствую себя как человек, который, пробираясь сквозь джунгли, не желая этого, поймал за хвост слона и сейчас не знает, что с ним делать».
До этого четыре реактора по проекту AP1000 смогли построить в Китае местные компании. Юридически продажа Westinghouse корпорациям Cameco и Brookfield Renewable Partners должна быть закрыта до конца текущего года. Toshiba купила Westinghouse в 2006 году. Для Westinghouse и её новых хозяев продолжение работы и запуск второго модуля важны в дальнейшей перспективе. Представители Westinghouse уже заключили предварительную договорённость о строительстве до шести реакторов AP1000 в Польше. Аналогичные договорённости готовятся с властями Болгарии и Украины.
Я думаю вы слышали о стержнях регулирования в реакторе, которые поглощают излишние количество нейтронов, таким образом управляя реактором. Так вот борная кислота делает тоже самое, только она жидкая и растворена в воде. Если нужно понизить мощность, воду разбавляют ею, если повысить, её удаляют. Это называется борное регулирование. Кстати, в основном небольшие изменения мощности регулирует именно ей. Только пока она растворенная доплывёт до активной зоны, можно чай попить и покурить, поэтому сначала опускают стержни, а потом когда борная кислота доплыла до активной зоны, стержни подымают обратно. Теперь о топливе. В реакторе в воде находится топливо, которое помещено в герметичные трубки - твэлы. А само топливо выглядит как таблетки примерно размерном так 1 см на 1 см. Видите внутри таблеток просверлены отверстия? Напишите в комментариях, как вы думаете зачем они. Лично мне факт их наличия кажется забавным, хоть и логичным. Таблетка - это диоксид урана. Есть и другие виды. Простой металлический уран не используется, потому что плавится, трескается и т. А теперь самое важное. Что же происходит в реакторе с физической точки зрения? Есть два изотопа урана: 235 и 238. Да вы и сами же знаете, что 235 делится, а 238 нет, поэтому используют обогащенный уран с большим содержанием именно ядер урана-235. Когда 1 сторонний нейтрон попадёт в ядро урана, ядро распадётся на два случайных осколка. Кинетическая энергия этих осколков нагревает воду, что нам и необходимо. А еще вылетит в среднем 2-3 новых нейтрона, которые будут делить новые ядра урана-235. И такой процесс будет продолжаться, пока есть необходимая среда. Для наглядности вот вам картинка. Только вот есть проблема. Делений в течении времени всё больше и больше, а мощность все выше и выше. Как же не взлететь на воздух?
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
Выделение дополнительных нейтронов в процессе деления может привести к тому, что другие близлежащие атомы урана-235 также начнут распадаться. Делением атомных ядер называется процесс раскалывания ядра на две примерно равные части. Эти избыточные нейтроны, ударяясь о ядра других атомов урана-235, могут запустить цепную реакцию деления, что приводит к атомному взрыву. В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью. В радиоактивном веществе, которое содержится внутри атомной бомбы, реакция деления идёт постоянно в тлеющем режиме. Видео-стенд из светодиодных панелей для экспозиции "Магия деления ядра Урана" в павильоне "Атом на службе Родины" парка "Патриот".