Процесс деления атомного ядра можно объяснить на основе капельной модели ядра. Ядерное деление-это реакция, при которой ядро атома распадается на два или более меньших ядра. Деление атомов. РУВИКИ: Интернет-энциклопедия — Деление ядра — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. Это возможно благодаря тому, что разделенный таким образом атом продолжает оставаться единым целым на квантовом уровне из-за того, что части атома запутаны на квантовом уровне.
Что такое цепная ядерная реакция и при чём здесь замедлители
Именно осколки деления и составляют большую часть радиационного загрязнения территории при аварии после разрушения и выброса при взрыве ТВЭЛов. это ядерная реакция или радиоактивный распад, в котором ядро атома расщепляется на два или более меньших и более легких ядра. уДачные советы. 03:00.
Атомы ядерного топлива выталкивают образующийся при его делении газ
Цепные реакции: Когда освобождающиеся нейтроны от одного деления вызывают деление других ядер, это может привести к цепной реакции, что является основой работы ядерных реакторов и атомных бомб. Ядерный синтез Ядерный синтез, с другой стороны, представляет собой процесс, при котором два или более легких ядра объединяются в одно более тяжелое ядро. Этот процесс происходит при очень высоких температурах и давлениях, которые обычно встречаются в звездах, включая Солнце, и водородных бомбах. Основные характеристики ядерного синтеза: Слияние: При ядерном синтезе легкие ядра, как правило, водородные изотопы, сливаются в одно более тяжелое ядро. Например, в Солнце происходит синтез водорода в гелий. Энергия: Ядерный синтез также сопровождается высвобождением энергии, и это является источником основной части энергии, излучаемой Солнцем и другими звездами.
Атомная и водородная бомбы Ландсберг Г. Этот процесс сопровождается обильным выделением энергии.
В зависимости от условий цепная реакция представляет собой либо спокойный, поддающийся регулировке процесс, либо взрывной процесс. Если масса реагирующей системы лишь слегка превышает критическую массу, то реакция нарастает медленно. По достижении нужной мощности нарастание реакции можно прекратить. Для этого достаточно уменьшить массу системы до критической величины. Реакцию можно в любой момент погасить, уменьшив массу ниже критической. Таким образом, цепная реакция полностью поддается контролю. Иначе обстоит дело, если масса системы значительно превышает критическую.
В этом случае реакция нарастает со скоростью взрыва. После того как реакция началась, она выходит из-под контроля; бурное выделение энергии приводит к разрушению системы. Особенно быстро развивается реакция в чистом , так как она вызывается здесь быстрыми незамедленными нейтронами. Поэтому в количестве, заметно превышающем критическую массу, представляет сильнейшее взрывчатое вещество, используемое для так называемой атомной бомбы. Чтобы атомная бомба не взрывалась при хранении, можно разделить ее урановый заряд на несколько удаленных друг от друга частей с массой, меньшей критической.
Наш корреспондент побывала на лекции в павильоне «Рабочий и колхозница» на ВДНХ и записала самое интересное. Как устроен атом? Атом состоит из плотного ядра положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, которое окружено облаком отрицательно заряженных электронов. В таблице Менделеева первое место занимает легкий газ водород, его порядковый номер 1. Ядро атома водорода называется «протон», что в переводе с древнегреческого означает «первый, основной».
Вокруг ядра атома водорода движется один электрон. Зная порядковый номер любого химического элемента в периодической системе Менделеева, можно представить себе строение атомов. Следовательно, в ядре атома кислорода восемь протонов, а на электронных оболочках находится восемь электронов. Его атомная масса равна 16. Протонов у кислорода восемь, значит, и нейтронов у него восемь. В таблице Менделеева мы видим, что каждый элемент существует в единичном экземпляре. Может ли быть несколько вариантов кислорода или углерода? Да, есть такое понятие, как изотопы. Если добавить еще один нейтрон, получим атомную массу 17. В природе такие разновидности кислорода встречаются редко, но люди научились их получать.
Изотопы 17 и 18 менее стабильны, чем изотоп 16, а в таблице указаны лишь самые стабильные химические элементы. Изотопы углерода часто используют в медицине.
В то время мы с Лизой Мейтнер решили повторить эксперименты, Ферми, чтобы выяснить, был ли 13-минутный изотоп изотопом протактиния или нет. Это было логичное решение, поскольку они были первооткрывателями протактиния ». К Хану и Мейтнер присоединился Фриц Штрассманн. Штрассманн получил докторскую степень по аналитической химии в Технический университет Ганновера в 1929 году и приехал в Химический институт кайзера Вильгельма учиться у Гана, полагаясь, что это улучшит его перспективы трудоустройства. Ему так нравилась работа и люди, что он остался там после истечения срока его стипендии в 1932 году.
После, как нацистская партия пришла в власть в Германии в 1933 году, он отказал в выгодном предложении партии, поскольку для этого требовалось политическое правительство и член в нацистской партии, и он ушел из Общества немецких химиков , когда оно стало частью нацистского Немецкого рабочего фронта. Это необходимо для того, чтобы стать независимым исследователем в Германии, чтобы получить свою квалификацию. Мейтнер убедила Ханаять Штрассмана на деньги фонда директора по особым обстоятельствам. В 1935 году Штрассманн стал ассистентом с половинной оплаты. Вскоре он будет считаться соавтором документов, которые они подготовили. Закон 1933 года о восстановлении профессиональной гражданской службы удалил службы евреев с государством, включая академические круги. Мейтнер никогда не пыталась скрыть свое еврейское происхождение, но изначально была освобождена от этого воздействия по нескольким причинам: она работала до 1914 года, служила в армии во время мировой войны, была австрийкой, а не гражданином Германии, и кайзером Вильгельмом.
Институт был партнерством государства и промышленности. Однако она была уволена с должности адъюнкт-профессора в Берлинском университете на том основании, что ее служба в Первую мировую войну на фронте, и она не завершила свою подготовку до 1922 года. Карл Бош , директор из IG Farben , главный спонсора Химического института кайзера Вильгельма, заверила Мейтнер, что ее положение там безопасно, и она согласилась остаться. Мейтнер, Хан и Штрассманн стали ближе друг к другу, поскольку их антинацистская политика все больше отдаляла их от остальной части организации, но это дало им больше времени для исследований, поскольку управление было передано помощникам Гана и Мейтнер. Исследования Экспозиция ядерного деления в Немецком музее в Мюнхене. В течение многих лет это рекламировалось как стол и экспериментальный прибор, с помощью которого Отто Хан ядерное деление в 1938 году. Таблица и инструменты являются репрезентативными для использования, но не обязательно оригинальными, вместе с ними в одной комнате.
Берлинская группа начала с облучения урановая, ученые заставили нас изменить экспозицию в 1988 году, чтобы отметить соль с нейтронами от радон-бериллиевого источника, подобного тому, который использовал Ферми. Они растворили его и добавили перренат калия , хлорид платины и гидроксид натрия. Оставшееся затем подкисляли сероводородом , что приводило к осаждению сульфида платины и сульфида рения. Ферми отмечает четыре радиоактивных изотопа, самый долгоживущий из которых имеет период полураспада 13 и 90 минут, и они были обнаружены в осадке. Затем берлинская группа проверила протактиний, добавив раствор протактиний-234. Когда это было осаждено, было обнаружено, что он отделен от изотопов с периодом полураспада 13 и 90 минут, демонстрируя, что фон Гроссе был неправильным, и они не были изотопами протактиния. Более того, химические реакции исключили все элементы из ртути и выше в периодической таблице.
Им удалось вызвать 90-минутную активность сульфидом осмия и 13-минутную активность сульфидом рения, что исключило их принадлежность к изотопам одного и того же элемента. Все это явилось убедительным доказательством того, что они действительно были трансуранны элементами с химическими свойствами, подобными осмию и рению. Ферми также сообщил, что быстрые и медленные нейтроны производили различную активность. Это указывало на то, что происходило более одной реакции. Когда берлинская группа не смогла повторить открытия римской группы, они начали собственное исследование быстрых и медленных нейтронов. Чтобы свести к минимуму радиоактивное загрязнение в случае аварии, разные фазы выполняются в разных помещениях, все в секциях Мейтнер на первом этаже института кайзера Вильгельма. Облучение нейтронами проводилось в одной лаборатории, химическое разделение - в другой, измерения - в третьей.
Оборудование, которое они использовали, было главным образом сделанным вручную. К марту 1936 года они с разной степенью достоверности определили десять различных периодов полураспада. Чтобы объяснить их, Мейтнер должна была выдвинуть гипотезу о новом n, 2n классе реакции и об альфа-распаде урана, ни о каком из ранее не сообщалось и о которых не хватало физических доказательств. Итак, пока Хан и Штрассманн совершенствовали свои химические процедуры, Мейтнер разработал новые эксперименты, чтобы пролить больше света на процессы. Хан завершил свое выступление решительным заявлением: «Прежде всего, их химическое отличие от всех ранее известных элементов не требует дальнейшего обсуждения». Мейтнер все более сомневалась.
Популярное
- Telegram: Contact @reshaysyaa
- § 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы
- Используя принципы квантовой механики, ученым удалось расщепить атом и затем соединить его снова
- Популярное
Группа учёных смогла выяснить, как вращаются ядра атомов поле их деления спустя 80 лет.
- Ядерное деление - Образование - 2024
- Закон деления атома
- Нейтроны — герои реактора
- Деление тяжелых ядер
- Что такое цепная ядерная реакция и при чём здесь замедлители
- Используя принципы квантовой механики, ученым удалось расщепить атом и затем соединить его снова
§ 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы
| Статьи | Деление атома | Судите сами: когда-то советские ученые пришли, условно, к Сталину, и доложили, что из западных научных журналов исчезли статьи по делению ядра атома – реально перспективную. |
| Физика атома и ядра (курс лекций): Спектр атома водорода | В отличие от Европы США не собираются отказываться от мирного атома и по мере сил восстанавливают пробелы. |
| Ответы : правда, что если расщепить атом то будет взрыв, почему? он ведь маленький | В отличие от вынужденного деления, основанного на захвате ядром нейтрона, запаздывающее деление основано на захвате электрона из собственного атома. |
| Деление ядра — Википедия | В радиоактивном веществе, которое содержится внутри атомной бомбы, реакция деления идёт постоянно в тлеющем режиме. |
Деление атома
| Элементарно о частицах: физик Дмитрий Бузунов разложил на атомы вопросы школьников | Скачай это бесплатное вектор на тему Атомная электростанция, атомные реакторы, производство энергии. деление атома, атомный процесс. |
| Деление атомного ядра | уДачные советы. 03:00. |
| Ядерная энергетика: как утилизировать уран? - | Эти избыточные нейтроны, ударяясь о ядра других атомов урана-235, могут запустить цепную реакцию деления, что приводит к атомному взрыву. |
Деление атома
Но если ядро похоже на жидкую каплю и может дробиться и сливаться, то с чем был связан шок от новости о делении урана? Цепная ядерная реакция – это процесс деления тяжелых ядер, при котором деление воспроизводится снова и снова. Если не остановить процесс деления атомов, энергии будет слишком много, и произойдет взрыв.
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
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. Следовательно, поглощенная доза учитывает всю энергию ионизирующего излучения, оставленную в пределах этого объема, независимо от того, на что эта энергия потрачена. Единицы измерения поглощенной дозы: Грэй Гр — единица поглощённой дозы в системе единиц СИ. Соответствует энергии излучения в 1 Дж, поглощённой 1 кг вещества. Рад — внесистемная единица поглощённой дозы.
Соответствует энергии излучения 100 эрг, поглощённой веществом массой 1 грамм. Биологический эффект при одинаковой поглощенной дозе оказывается различным для разных видов излучения. Например, при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение оказывается гораздо опаснее, чем фотонное или бета-излучение. Это связано с тем, что альфа-частицы создают на пути своего пробега в биологической ткани более плотную ионизацию, концентрируя таким образом вредное воздействие на организм в определенном органе. При этом весь организм испытывает на себе значительно большее угнетающее действие излучения.
Следовательно, для создания одинакового биологического эффекта при облучении тяжелыми заряженными частицами необходима меньшая поглощенная доза, чем при облучении легкими частицами или фотонами. Эквивалентная доза — произведение поглощенной дозы на коэффициент качества излучения. Единицы измерения эквивалентной дозы: Зиверт Зв — это единица измерения эквивалентной дозы, любого вида излучения, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр рентгеновского или гамма-излучения. Бэр внесистемная единица — это такое количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное 1 кг биологической ткани, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при поглощенной дозе 1 рад рентгеновского или гамма-излучения. Наименование «бэр» образовано по первым буквам словосочетания «биологический эквивалент рентгена».
До недавнего времени при расчёте эквивалентной дозы использовались «коэффициенты качества излучения» К — поправочные коэффициенты, учитывающие различное влияние на биологические объекты различную способность повреждать ткани организма разных излучений при одной и той же поглощённой дозе. Сейчас эти коэффициенты в Нормах радиационной безопасности НРБ-99 назвали — «взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчёте эквивалентной дозы WR ». Их значения составляют соответственно: рентгеновское, гамма, бета-излучение, электроны и позитроны — 1; протоны с Е более 2 Мэв — 5; нейтроны с Е менее 10 кэв — 5; нейтроны с Е от 10 кэв до 100 кэв — 10; альфа-частицы, осколки деления, тяжёлые ядра — 20 и т. Эффективная эквивалентная доза — эквивалентная доза, рассчитанная с учётом разной чувствительности различных тканей организма к облучению; равна эквивалентной дозе, полученной конкретным органом, тканью с учётом их веса , умноженной на соответствующий «коэффициент радиационного риска». Эти коэффициенты используются в радиационной защите для учёта различной чувствительности разных органов и тканей в возникновению стохастических эффектов от воздействия излучения.
В НРБ-99 их называют «взвешивающими коэффициентами для тканей и органов при расчёте эффективной дозы». Для оценки полной эффективной эквивалентной дозы, полученной человеком, рассчитывают и суммируют указанные дозы для всех органов. Для измерения эквивалентной и эффективной эквивалентной доз в системе СИ используется та же единица — Зиверт Зв. Иными словами, это такая поглощённая доза, при которой в 1 кг вещества выделяется энергия в 1 Дж.
В тех случаях, когда они прорываются на поверхность, возникает вулкан. Когда такой расплав застревает на глубине и кристаллизуется в магматической камере, образуется твердое магматическое тело, называемое интрузивом. Дифференциация вещества по плотности при формировании магматических тел принципиально ничем не отличается от такой дифференциации при затвердевании расплава в магматическом океане. Однако кристаллизующиеся силикаты магния и железа в этих расплавах вопреки предположению авторов обсуждаемой гипотезы не всплывают, а тонут, потому что их плотность всегда выше плотности жидкой фазы.
Утверждая, что плотность магмы увеличится за счет железа, авторы упускают из виду, что в магматическом океане металл сразу образует самостоятельную жидкую фазу, не смешивающуюся с силикатной, которая опустится на дно задолго до начала кристаллизации силикатов. Возвращаясь к интрузивам, заметим, что никаких скоплений минералов, сложенных актиноидами, на дне соответствующих магматических камер нет, несмотря на то, что концентрация урана как в самих интрузивных телах, так и в исходных расплавах зачастую на два порядка превосходит его концентрацию в протопланетном веществе и магматическом океане. Все происходит ровно наоборот: основная часть урана концентрируется в остаточной жидкости, которая, как правило, собирается в верхней части магматической камеры, после того как основной объем расплава уже затвердел. Поэтому, даже если бы в этих последних порциях расплава и возникли какие-то тяжелые урансодержащие минералы, опускаться им было бы некуда. Конечно, для объективной оценки обсуждаемой гипотезы необходимы исследования специалистов в различных областях науки. Что касается геологической составляющей, то я считаю, что предложенная концепция пока не подтверждается фактическим материалом. Пушкарев, д. Расчеты показали, что теоретически существуют разные сценарии работы реактора.
По некоторым из них его активность могла давно прекратиться, по другим — продолжаться до настоящего времени. Максимальная продолжительность возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов. В результате содержание легко делящегося урана-235 поддерживается на достаточно высоком уровне, и получается реактор-размножитель на быстрых нейтронах. Ряд глобальных явлений на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет. О причинах этих колебаний нет единого мнения. По обломочным окаменевшим моренам и ледниково-морским осадкам, обнаруженным на всех континентах, ученые восстановили ледниковую историю Земли за последние 2,5 млрд лет. В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох. Периодичность потеплений-похолоданий, соответствующая смене ледниковых эпох, составляет около 100 тыс.
Подробнейшая информация о палеоклимате получена при бурении ледниковых щитов в Антарктиде. Каково значение этого факта? Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим. Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз. Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс. Почему происходит смена магнитных полюсов? Магнитное поле планеты формируется благодаря циркуляции расплавленного железа во внешнем ядре.
Движение электропроводящей жидкости в магнитном поле создает самоподдерживающуюся систему, своего рода геодинамо. Но для образования мощных переменных течений в ядре, приводящих к изменению магнитного поля, необходимы и мощные нестационарные источники тепла. Вполне подходящими кандидатами на эту роль опять-таки являются природные ядерные реакторы Вполне естественно предположить, что при работе реактора из-за тепловыделения возникают конвективные потоки, вызывающие разрыхление активной зоны. В какой-то момент цепная реакция деления останавливается. Когда выделение тепла прекращается и конвективные потоки ослабевают, уран медленно оседает — цепная реакция возобновляется. Таким образом, геореактор может работать и в импульсном режиме. Определяющим показателем хода цепной реакции является коэффициент размножения нейтронов k, который равен отношению числа нейтронов, вновь образовавшихся в реакциях деления, к количеству нейтронов, поглощенных в ходе реакции либо покинувших активную зону. Тогда в каждом новом поколении нейтронов становится все больше, и они, в свою очередь, вызывают все больше делений ядер.
Возникает лавинообразный процесс. Согласно проведенным расчетам максимально возможный коэффициент размножения ведет себя следующим образом: вначале он падает в течение 1 млрд лет, однако затем более-менее стабилизируется и остается больше единицы вплоть до настоящего времени. Представляется, что более вероятен импульсный сценарий работы реактора, когда периоды активности перемежаются периодами «простоя». Так, как это было в маленьком природном реакторе Окло, но только с большей продолжительностью циклов. По мнению авторов, временные характеристики рассчитанного импульсного режима можно соотнести с рядом периодических явлений, наблюдаемых на поверхности Земли, таких как глобальные изменения климата или смена магнитных полюсов. Откуда летят геонейтрино? Сторонники точки зрения, что Земля является ядерным реактором, сегодня связывают особые надежды с электронным антинейтрино. Нейтрино практически не реагируют с веществом и поэтому обладают огромной проникающей способностью, почти без потерь проходя через все тело Земли.
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.
После того, как английский физик Джеймс Чедвик открыл нейтрон в 1932 году, Энрико Ферми и его коллеги в Риме изучили результаты бомбардировки урана нейтронами в 1934 году. Ферми пришел к выводу, что в его экспериментах были созданы новые элементы с протонами 93 и 94, которые группа назвала аузонием и геспериум. Однако не всех убедил анализ Ферми его результатов, хотя он выиграл Нобелевскую премию 1938 года по физике за свои «демонстрации существования новых радиоактивных элементов, образующихся при нейтронном облучении, а также за связанное с ним открытие ядерных реакций, вызванных воздействием нейтронного излучения.
Однако в то время к выводу Ноддака не пришли. Экспериментальный прибор, подобный тому, с помощью которого Отто Хан и Фриц Штрассманн открыли ядерное деление в 1938 году. Аппарат не находился бы на том же столе или в одной комнате. Мейтнер, австрийская еврейка, потеряла австрийское гражданство в результате аншлюса , союза Австрии с Германией в марте 1938 года, но в июле 1938 года бежала в Швецию и начала переписку по почте с Ханом в Берлине. По совпадению, ее племянник Отто Роберт Фриш , тоже беженец, также был в Швеции, когда Мейтнер получила письмо от Хана от 19 декабря, в котором описывалось его химическое доказательство того, что одним из продуктов бомбардировки урана нейтронами был барий. Hahn предложил разрывать ядра, но он не был уверен , что была физическая основа для результатов.
Фриш был настроен скептически, но Мейтнер доверяла способностям Хана как химика. Мария Кюри много лет отделяла барий от радия, и эти методы были хорошо известны. Фриш предложил назвать этот процесс «ядерным делением» по аналогии с процессом деления живой клетки на две клетки, которое затем было названо бинарным делением. Как термин ядерная «цепная реакция» позже был заимствован из химии, так и термин «деление» был заимствован из биологии. Новости быстро распространились о новом открытии, которое было правильно расценено как совершенно новый физический эффект с большими научными - и потенциально практическими - возможностями. 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.
Значительную опасность радиоактивность продуктов деления создает и для человека. Вторичные нейтроны деления. Нейтроны, вызывающие деление ядер, называются первичными, а нейтроны, возникающие при делении ядер — вторичными. Вторичные нейтроны деления испускаются осколками в самом начале их движения.
Как уже отмечалось, осколки непосредственно после деления оказываются сильно перегруженными нейтронами; при этом энергия возбуждения осколков превышает энергию связи нейтронов в них, что и предопределяет возможность вылета нейтронов. Покидая ядро осколка, нейтрон уносит с собой часть энергии, в результате чего энергия возбуждения ядра осколка снижается. После того, как энергия возбуждения ядра осколка станет меньше энергии связи нейтрона в нём, вылет нейтронов прекращается. При делении разных ядер образуется различное число вторичных нейтронов, обычно от 0 до 5 чаще всего 2-3. Для расчетов реакторов особое значение имеет среднее число вторичных нейтронов, испускаемых в расчете на один акт деления. Некоторые примеры приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Используя принципы квантовой механики, ученым удалось расщепить атом и затем соединить его снова
Оказалось, что около 1,8 млрд лет назад на нескольких участках уранового месторождения в Окло Габон , откуда поступила партия урана, происходили цепные ядерные реакции деления. Иными словами, там работал настоящий ядерный реактор, только не рукотворный, а природный! В частности, при изучении продуктов деления одного из таких реакторов было установлено, что он действовал в течение нескольких сотен тысяч лет в импульсном режиме — с рабочим циклом в полчаса и перерывом 2,5 часа, — выжигая уран-235. Почему вообще так важна роль урана-235?
Дело в том, что именно этот изотоп охотно делится под воздействием медленных нейтронов в отличие от преобладающего изотопа — урана-238, который может делиться только быстрыми нейтронами а быстрые — в среде замедляются, и цепная реакция гаснет, не успев начаться. Таким образом, за миллиарды лет до появления человека природа уже освоила технологию, над реализацией которой в середине ХХ в. Период полураспада урана-238 — 4,5 млрд лет, урана-235 — около 700 млн лет.
Из-за разной скорости естественного распада соотношение изотопов в природе изменяется со временем: доля более легкого урана-235 неуклонно уменьшается. Например, уран-238, распадаясь, сначала превращается в торий-234, который, в свою очередь, также распадается. Конечными стабильными нуклидами для естественных цепочек распада урана являются изотопы свинца.
Суммарное количество энергии, выделяющейся во всей цепочке реакций, около 50 МэВ. 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?
В таком случае реактор будет находится в состоянии, которое называется критика. Его мощность будет постоянна и все будет хорошо. Кстати, еще вопрос на подумать. Какая теоретическая мощность может быть у реактора?
Напишите в комментарии, что думаете. Лично для меня ответ удивителен, но вполне логичен. Теперь вроде все хорошо, только вот нейтрон необязательно может поделить ядро урана, рядом с которым он находится, есть только некая вероятность. И эта вероятность может быть слишком низкая, что не позволит работать реактору. Есть два способа это исправить.
Первый способ - увеличить концентрацию урана 235 до предела, чтобы у нейтронов выбора не было куда им попадать и что делать. Дорого, не всегда эффективно но есть реактора, которые так работают. Второй способ - использовать замедлитель. Дело в том, что нейтрон рождается очень быстрым, а нейтроны и ядра не твердые камушки, которые разламываются от сильного столкновения. Тут совсем другие процессы.
Чем дольше нейтрон находится рядом с ядром урана, тем больше вероятность, что он его поделит, а не пролетит мимо. Грубо говоря, нужно уменьшить скорость нейтронов, чтобы сделать деление боле эффективным. Чтобы уменьшить скорость нейтронов и нужен замедлитель - вещество, через которое пролетает нейтрон и передаёт ему свою кинетическую энергию, замедляясь до нужно скорости. А потом медленный тепловой нейтрон уже спокойной подлетает к ядру делит его. В реакторе ВВЭР замедлитель является водой.
Это та же самая вода, что и теплоноситель, который нагревается за счет цепной реакции деления. Два в одном. Очень удобно. Возможно многое вы уже знаете, а что вы знаете об уране-238 в реакторе? Раз от него пытаются избавиться в пользу урана-235, наверное, это просто ненужный мусор?
У него есть 2 функции. Первая: он все же может делиться, просто очень плохо и цепная реакция на нем не получится. Но когда он делится, появляются много не простых нейтронов, а так называемых запаздывающих.
Но конкретный тип урана, используемый для производства ядерной энергии называется U-235 и встречается редко. Распадаясь внутри ядерного реактора атомы урана выделяют крошечные частицы — так называемые продукты деления. Именно они запускают цепную ядерную реакцию, в конечном итоге создавая тепло. Однако добыча и последующая переработка урана приводят к образованию радиоактивных отходов. Больше по теме: Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется? Ядерные отходы С момента зарождения атомной энергетики ядерные отходы не причиняли вреда людям. 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.
Это и будет то, что специалисты считают «биением атомного сердца». Приборы впервые зафиксируют деление ядер урана, а реактор из сложной металлической конструкции превратится в полноценную атомную установку, чтобы обеспечить половину энергопотребления Петербурга и Ленинградской области. Итоговая цель проекта — снабжать электроэнергией весь северо-запад России. Реактор водо-водяного типа сейчас самый распространенный. Его конструкция напоминает тепловую станцию со своей турбиной и генератором, только вместо котла — реакторная установка.
Разница между ядерным делением и синтезом
| Цепная ядерная реакция: что это за процесс, виды цепных ядерных реакций | Они сообщили о делении атомов пяти различных элементов – алюминия, бора, натрия, бериллия и лития – и полученная энергия более чем в три раза превышала то, что затратили. |
| Деление атомного ядра | В радиоактивном веществе, которое содержится внутри атомной бомбы, реакция деления идёт постоянно в тлеющем режиме. |
Разделяя неразделимое
Видео-стенд из светодиодных панелей для экспозиции "Магия деления ядра Урана" в павильоне "Атом на службе Родины" парка "Патриот". Деление действительно назрело: военная часть тормозит развитие гражданки. На Солнце атомы водорода сливаются, образуя гелий, высвобождая энергию и делая возможной жизнь на Земле. Новости. Знакомства. Они сообщили о делении атомов пяти различных элементов – алюминия, бора, натрия, бериллия и лития – и полученная энергия более чем в три раза превышала то, что затратили.