В 1939 г физиками О. Фришем и Л. Мейтнером была предложена капельная модель ядра, в рамках которой был описан процесс деления ядра атома урана.
Закон деления атома
Поэтому в ядерном реакторе, если копнуть чуть глубже есть и деления урана 8 быстрыми нейтронами, энергия которых может достигать 18МэВ. 1 Деление атомов как источник энергии. Ядерное деление — это реакция, в ходе которой ядро атома расщепляется на два или более меньших ядра, при этом происходит высвобождение энергии. Цепная ядерная реакция – самоподдерживающаяся реакция деления тяжёлых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие всё новые и новые ядра.
Элементарно о частицах: физик Дмитрий Бузунов разложил на атомы вопросы школьников
Свойства атомов Масса Массу атомов принято измерять в атомных единицах массы — а. В химии для измерения массы атомов используется понятие "моль". Размер Размеры атомов чрезвычайно малы. Так, самый маленький атом — это атом Гелия, его радиус — 32 пикометра. Самый большой атом — атом цезия, имеющий радиус 225 пикометров. Приставка пико означает десять в минус двенадцатой степени! То есть , если 32 метра уменьшить в тысячу миллиардов раз, мы получим размер радиус атома гелия.
Ядро и электроны занимают крайне малую часть его объема. Для наглядности, рассмотрим такой пример.
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.
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. Он так называются, потому что появляются не сразу, а вылетают через время из осколка деления урана-238. И зачем это нужно?
Если не вдаваться в физику, благодаря таким нейтронам мощность в реакторе возрастает медленно, а не быстрыми скачками и поэтому можно успевать регулировать скачки мощности, поддерживая критическое состояние реактора. Вторая функция урана 238: Это тоже топливо! Нет-нет, не потому что он может делиться, как и уран 235 хотя и потому тоже.
Дело в том, что почти все ядра химических элементов с какой-то вероятностью не только делятся при взаимодействии с нейтронами. Они могут нейтроны поглощать! Например, у урана-238 в сумме 238 нейтронов и протонов.
Когда ядерно урана-238 поглотит нейтрон, получится ядро, у которого в сумме 239 нейтронов и протонов на 1 нейтрон больше. Что это за ядро? Не рассматривая промежуточные процессы, получится ядро плутония-239.
А плутоний это вполне себе ядерное топливо, которое отлично делится нейтронами. А даже если ядро плутония не поделится, а захватит нейтрон, оно станет плутонием-240, потом плутонием-241 и т. В этой цепочки какой-нибудь плутоний все равно поделится.
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. Учёные взяли два радиоактивных элемента Торий-232 и Уран-238. Учёные знали, что ядра элементов при расщеплении удлиняются и образуют «шейку», которая в свою очередь тоже удлиняется и расщепляется.
Деление ядер: процесс расщепления атомного ядра. Ядерные реакции
Первоначально Хан не интересовался, но упоминание фон Гроссе о протактинии изменило его мнение. 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».
Сильное взаимодействие наблюдается в ядрах атомов. Слабое определяет механизм бета-распада. Электромагнетизм определяет взаимодействие заряженных объектов.
Завершение стандартной модели связано с открытием бозона Хиггса, ведь без него все частицы не имели бы массы. Без бозона Хиггса не было понятно и отсутствие массы у фотона и глюона, но присутствие её у переносчиков слабого взаимодействия. Теперь же дело за объединением стандартной модели и гравитации, описанной в общей теории относительности Эйнштейном, введении в физику антиматерии, а в последствии и переходу к "новой физике". БАК с этой задачей не справился, поэтому для этого понадобятся коллайдер побольше. Схема будущего ускорителя CERN 100 киллометровый ускоритель стоимостью 9 миллиардов евро, ухх.
Ротенберг при виде таких цифр уже тёр бы ладошки. Однако задачи, поставленные перед будущим коллайдером, являются приоритетными для всего научного сообщества.
На фотографии треки осколков, образовавшихся при делении ядра урана в камере Вильсона. Механизм деления ядра урана Эмигранты из нацисткой Германии Л.
Мейтнер и О. Фриш в 1939 г. Сумели объяснить механизм деления ядра урана на основе капельной модели ядра, предложенной Н. Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму.
Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в противоположные стороны. Кинетическая энергия новых ядер обусловлена кулоновскими силами. Если суммарная энергия связи ядер-осколков меньше, чем энергия связи ядра урана, то реакция сопровождается выделением огромной энергии в виде кинетической энергии осколков, энергии гамма-квантов и энергии вторичных нейтронов. Обнаружено, что при бомбардировке нейтронами урана-235 образуется 80 различных ядер.
Цепная реакция деления урана В январе 1939 года Ферми высказал мысль, что при делении урана-235 следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт. Поставленный эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов. Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. Цепная ядерная реакция — самоподдерживающая реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра.
В нашей стране первый ядерный реактор был запущен 25 декабря 1946 г. Ядерный реактор — устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция. Ядра урана, особенно ядра изотопа U-235, наиболее эффективно захватывают медленные нейтроны.
Вероятность захвата медленных нейтронов с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых. Поэтому в ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используются замедлители нейтронов для повышения коэффициента размножения нейтронов. Основными элементами ядерного реактора являются: ядерное горючее U-235, Pu-239, замедлитель нейтронов тяжелая или обычная вода, графит и др.
Снаружи реактор окружают защитной оболочкой, задерживающей гамма-излучение и нейтроны. Оболочку делают из бетона с железным заполнителем. По назначению реакторы делятся: Исследовательские.
Воспроизводящие реакторы на быстрых нейтронах. Реакторы для промышленного получения изотопов различных химических элементов. Коэффициент воспроизводства таких реакторов достигает 1,5, т.
В обычных реакторах также образуется плутоний, но в гораздо меньших количествах.
Комментарии
- Что такое деление ядра
- Атомы ядерного топлива выталкивают образующийся при его делении газ | Наука и жизнь
- Элементарно о частицах: физик Дмитрий Бузунов разложил на атомы вопросы школьников
- Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция | Физический класс
Описание документа
- ГЛАВА 4 Открытие деления . Люди и атомы
- Новое в Каталоге Энергетика.RU
- Деление атомного ядра. Большая российская энциклопедия
- Закон деления атома
- Первые указания на возможность деления ядер.
Деление атома: перспективы международного рынка атомной энергетики
Ядерные реакторы на АЭС, атомных судах и подводных лодках используют деление ядер урана (иногда вместе с плутонием). Когда нейтрон сталкивается с атомным ядром, это вызывает деление атома, сопровождаясь высвобождением энергии и дополнительных нейтронов. В ядерном реакторе число нейтронов, участвующих в делении ядер, остается неизменным (k=1), реакция протекает стационарно и имеет управляемый характер. Поэтому в ядерном реакторе, если копнуть чуть глубже есть и деления урана 8 быстрыми нейтронами, энергия которых может достигать 18МэВ.
§ 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы
Есть показатель, который называется периодом полураспада. Он показывает, за какой промежуток времени от начального числа части останется примерно половина. Для каждого радиоактивного элемента период полураспада свой — от долей секунды для калифорния до сотен тысяч лет для урана и цезия. Но существует и вынужденная радиоактивность. Если ядра атомов бомбардировать протонами или альфа-частицами ядрами гелия с высокой кинетической энергией, то они могут «расколоться». Механизм превращения, конечно, отличается от того, как разбивается любимая мамина ваза. Однако некая аналогия прослеживается. Энергия атома Пока что мы не ответили на вопрос практического характера: откуда при делении ядра берется энергия. Для начала надо пояснить, что при образовании ядра действуют особые ядерные силы, которые называются сильным взаимодействием. Так как ядро состоит из множества положительных протонов, остается вопрос, как они держатся вместе, ведь электростатические силы должны достаточно сильно отталкивать их друг от друга. Ответ одновременно и прост, и нет: ядро держится за счет очень быстрого обмена между нуклонами особыми частицами — пи-мезонами.
Эта связь живет невероятно мало. Как только прекращается обмен пи-мезонами, ядро распадается. Также точно известно, что масса ядра меньше суммы всех составляющих его нуклонов. Этот феномен получил название дефекта масс. Фактически недостающая масса — это энергия, которая затрачивается на поддержание целостности ядра. Как только от ядра атома отделяется какая-то часть, эта энергия выделяется и на атомных электростанциях преобразуется в тепло. То есть энергия деления ядра — это наглядная демонстрация знаменитой формулы Эйнштейна. Теория и практика Теперь расскажем, как это сугубо теоретическое открытие используется в жизни для получения гигаватт электроэнергии. Во-первых, необходимо отметить, что в управляемых реакциях используется вынужденное деление ядер. Чаще всего это уран или полоний, которые бомбардируется быстрыми нейтронами.
Во-вторых, нельзя не понимать, что деление ядер сопровождается созданием новых нейтронов. В результате количество нейтронов в зоне реакции способно нарастать очень быстро. Каждый нейтрон сталкивается с новыми, еще целыми ядрами, расщепляет их, что приводит к росту выделения тепла. Это и есть цепная реакция деления ядер. Неконтролируемый рост количества нейтронов в реакторе способен привести к взрыву. Именно это и произошло в 1986 году на Чернобыльской АЭС. Поэтому в зоне реакции всегда присутствует вещество, которое поглощает лишние нейтроны, предотвращая катастрофу. Это графит в форме длинных стержней. Скорость деления ядер можно замедлить, погружая стрежни в зону реакции. Уравнение ядерной реакции составляется конкретно для каждого действующего радиоактивного вещества и бомбардирующих его частиц электроны, протоны, альфа-частицы.
Уравнение ядерной реакции также показывает, какое вещество получается в результате распада. Здесь не приведены изотопы химических элементов, однако это важно. Например, существует целых три возможности деления урана, при которых образуются различные изотопы свинца и неона.
Диффузия рассеивание газовых пузырей — одна из важных тем исследований в ядерной энергетике, касающаяся не только эффективности работы реактора, но и радиационной безопасности. Кристаллическая решетка диоксида урана серые атомы — уран, красные — кислород , пузырь ксенона — желтые атомы. Черным цветом показаны атомы урана, вытесненные в междоузельные положения. Ярким свидетельством этого факта служит опубликованные в 2019 и 2020 годах работы французских специалистов. Предлагаемая ими модель даёт значения скорости диффузии, которые в десятки раз ниже измеряемых в специальных экспериментах. По сути, их теория не работает. Однако сам факт опубликования подобных противоречивых результатов говорит о высоком интересе к данной проблеме.
В процессе исследований и экспериментов Ферми, супруги Кюри, Штрассман, Фриш, Ган установили: попавший в ядро 235U нейтрон делит его в два-три раза. Вследствие распада выделяется около 200 МэВ энергии, 165 МэВ уходит на перемещение так называемых осколков, остальную с собой уносят гамма-кванты. С середины XX века начали вести работы по освобождению и обузданию этого энергетического потенциала для получения электрической энергии. Проблемы их проведения следующие. Для протекания ЦЯРД нужно несколько десятков килограмм очищенного или обогащённого 235U, иначе практически вся энергия нейтронов уходит на столкновение с ураном-238. Вторая беда — неуправляемость процессом. В области деления урана температура повышается до миллионов градусов, мгновенно испаряя все вещества вокруг. Образуется раскалённый газообразный шар, сносящий и сжигающий всё вокруг.
Это количество называют критической массой. Чтобы достичь критической массы и повысить вероятность распада, требуется достаточное количество исходного материала. Поскольку в свободном виде субатомные частицы встречаются довольно редко, часто необходимо отделить их от атомов, содержащих эти частицы. Один из способов сделать это заключается в том, чтобы выстрелить одним атомом изотопа по другому такому же атому. Похожее на пушку орудие с урановым сердечником выстреливало атомы 235U в мишень из таких же атомов 235U. Атомы летели достаточно быстро, чтобы выделявшиеся из них нейтроны проникали в ядра других атомов 235U и расщепляли их. При расщеплении, в свою очередь, высвобождались нейтроны, которые расщепляли следующие атомы 235U.
{[ title ]}
- Используя принципы квантовой механики, ученым удалось расщепить атом и затем соединить его снова
- Статьи | Деление атома
- Деление ядра — Рувики: Интернет-энциклопедия
- Подписка на дайджест
- Разница между ядерным делением и синтезом |
- Деление атома: перспективы международного рынка атомной энергетики
Спустя 80 лет ученые поняли, как атомные ядра начинают вращаться после деления
| Ответы : правда, что если расщепить атом то будет взрыв, почему? он ведь маленький | В радиоактивном веществе, которое содержится внутри атомной бомбы, реакция деления идёт постоянно в тлеющем режиме. |
| Два атома заставили двигаться синхронно на расстоянии 33 км | поделиться новостью. Деление атома. |
Ядерное деление
Ученым впервые в истории удалось зафиксировать, как соединяются и разъединяются атомы. Таким образом, появляется возможность осуществления разветвляющейся, ускоряющейся цепной реакции деления ядер атомов с выделением огромного количества энергии. В 1939 г физиками О. Фришем и Л. Мейтнером была предложена капельная модель ядра, в рамках которой был описан процесс деления ядра атома урана. В пересчете на один атом деление урана дает в 50–100 миллионов раз больше энергии, чем любая химическая реакция. Недавно в атомной энергетике произошло событие, которое можно сравнить разве что с созданием вечного двигателя: четвертый энергоблок Белоярской АЭС с реактором.
Цепная ядерная реакция: что это за процесс, виды цепных ядерных реакций
Чалмерс сообщил, что нейтроны, генерируемые гамма-лучами, действующими на бериллий, улавливаются йодом - реакцию, которую также отмечает Ферми. Когда Мейтнер повторила их эксперимент, она обнаружила, что нейтроны от источников гамма-бериллия захватываются тяжелыми элементами, такими как йод, серебро и золото, но не более легкими, такими как натрий, алюминий и кремний. Она пришла к выводу, что медленные нейтроны с большей вероятностью будут захвачены, чем быстрые, о чем она сообщила Naturwissenschaften в октябре 1934 года. Все думали, что необходимы энергичные нейтроны, как в случае с альфа-частями и протонами, но это было необходимо для преодолеть кулоновский барьер ; нейтронно заряженные нейтроны с большей вероятностью будут захвачены ядром, если они проводят больше времени в его окрестностях.
Несколько дней спустя Ферми задумался над любопытством, которое подметила его группа: кажется, что уран по-разному реагирует в разных частях лаборатории; нейтронное облучение, проведенное на деревянном столе, вызвало радиоактивность, чем на мраморном столе в той же комнате. Ферми подумал об этом и попытался использовать кусок парафинового воска между нейтронов и нейтраном. Это привело к резкому увеличению активности.
Он рассудил, что нейтроны рассасываются из-за столкновения с атомами водорода в парафине и дереве. Текущая модель ядра в 1934 году была моделью жидкой капли , впервые предложенной Джорджем Гамовым в 1930 году. Его простая и элегантная модель усовершенствована и развита Карл Фридрих фон Вайцзеккер и после открытия нейтрона Вернером Гейзенбергом в 1935 году и Нильсом Бором в 1936 году он полностью согласился с наблюдениями.
В модели нуклоны были вместе в минимально возможном удерживаемом объеме сфере с помощью сильной ядерной силы , которая была способна преодолеть более дальнобойное кулоновское электрическое отталкивание. Discovery Возражения Ферми получил в 1938 Нобелевскую премию по физике за свои «демонстрации» о существовании новых радиоактивных элементов, образующихся при нейтронном облучении, и за связанное с ним открытие ядерных ядер, вызываемых медленными нейтронами ». Однако не всех убедил анализ результатов Ферми.
Ида Ноддак предположила в сентябре 1934 года, что вместо создания нового, более тяжелого элемента 93, что: С равным успехом можно было предположить, что когда нейтроны используются для ядерного распада, существуют некоторые совершенно новые ядерные реакции. В результате было обнаружено, что эти элементы изменяют массу лишь на небольшую часть. Когда тяжелые ядра бомбардируются нейтронами, возможно, ядроадаются на несколько больших фрагментов, которые, конечно, будут изотопами известных элементов, но не будут соседями пораженного элемента.
Статья Ноддака была прочитана команду Ферми. Тем не менее, процитированное возражение опускается до некоторой степени и является лишь одним из нескольких пробелов, которые отметила в заявлении. Модель жидкой капли Бора еще не была сформулирована, поэтому не было теоретического метода вычислить, было ли физически возможно для элементов урана разбиться на большие.
Ноддак и ее муж, Уолтер Ноддак , были известными химиками, которые были номинированы на Нобелевскую премию по химии за открытие рения, хотя в то время они также были связаны с противоречием по поводу открытия элемента 43, который они назвали «мазурием». Открытие технеция Эмилио Сегре и Карло Перье положило конец их притязаниям, но не произошло до 1937 года. Мейтнер была не боюсь сказать дорогой Ханхен, фон Physik Verstehst Du Nichts «Хан, в физике ты неааешь» , что Мейтнер или Кюри имели какие-либо ничего предубеждения против Ноддак из-за ее пола.
То же самое относится и к Ноддак, которая не предлагала альтернативную ядерную модель и не проводила эксперименты в поддержку своего утверждения. Хотя Ноддак была известным химиком-аналитиком, ей не хватало знаний в области физики, чтобы оценить масштабность того, что она предлагала. Бывшее здание химического института кайзера Вильгельма в Берлине.
После Второй мировой войны он частью стал Берлинского свободного университета. Он был переименован в здании Отто Хана в 1956 году и в здании Хана-Мейтнера в 2010 году. Ноддак был не единственным критиком утверждения Ферми.
Аристид фон Гросс предположил, что то, что обнаружил Ферми, было изотопом протактиния. Мейтнер очень хотела исследовать результаты Ферми, но она понимала, что требовался высококвалифицированный химик, и ей нужен был лучший, которого она знала: Хан, хотя они не сотрудничали в течение многих лет. Первоначально Хан не интересовался, но упоминание фон Гроссе о протактинии изменило его мнение.
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.
Здесь под стрелочками приведены периоды полураспада нуклидов: s-секунды, h-часы, y-годы. Заметим, что осколком деления принято называть только самое первое ядро, непосредственно возникающее при делении ядра урана в данном случае — 135Sb.
Все остальные нуклиды, возникающие в результате бета-распадов, вместе с осколками и стабильными конечными нуклидами, называют продуктами деления. Поскольку вдоль цепочки массовое число не изменяется, то всего таких цепочек при делении ядер урана может образоваться столько, сколько может возникнуть массовых чисел, то есть примерно 90. А так как в каждой цепочке содержится в среднем 5 радиоактивных нуклидов, то всего среди продуктов деления можно насчитать около 450 радионуклидов с самыми различными периодами полураспада от долей секунды до миллионов лет. В ядерном реакторе накопление продуктов деления создает определенные проблемы, так как во-первых, они поглощают нейтроны и тем самым затрудняют протекание цепной реакции деления, а во-вторых, из-за их бета-распада возникает остаточное тепловыделение, которое может продолжаться очень долго после остановки реактора в остатках чернобыльского реактора тепловыделение продолжается и поныне.
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.
Причём для украинских АЭС Westinghouse производит топливные сборки, что откроет перед ней возможность поставлять топливо на существующие атомные электростанции, построенные по советским и российским проектам. В отличие от Европы США не собираются отказываться от мирного атома и по мере сил восстанавливают пробелы, сделанные предыдущими властями в отношении поддержки атомной индустрии. Достижение реактором Vogtle 3 стадии первой критичности подтверждает, что многое сохранено. И, кстати, если верить слухам, специалисты Westinghouse сейчас помогают французам достроить атомные реакторы во Франции. Местная компания EDF, как выясняется на практике, тоже растеряла компетенции, но это уже другая история. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы.
Также трудно извлечь полезную мощность из ядерной бомбы, хотя, по крайней мере, одна ракетная двигательная установка, Проект Орион , была предназначена для работы путем взрыва бомб деления за массивно защищенным и защищенным космическим кораблем. Стратегическое значение ядерного оружия является одной из основных причин , почему технология ядерного деления является политически чувствительным. Жизнеспособные конструкции бомб деления, возможно, под силу многим, будучи относительно простыми с инженерной точки зрения.
Однако сложность получения расщепляющегося ядерного материала для реализации проектов является ключом к относительной недоступности ядерного оружия для всех, кроме современных промышленно развитых правительств, имеющих специальные программы по производству расщепляющихся материалов см. Обогащение урана и ядерный топливный цикл. История Основная статья: Открытие ядерного деления Хан и Мейтнер в 1912 году Открытие ядерного деления произошло в 1938 году в зданиях Химического общества кайзера Вильгельма , ныне являющегося частью Свободного университета Берлина , после более чем четырех десятилетий работы в области науки о радиоактивности и разработки новой ядерной физики , описывающей компоненты атомы. В 1911 годе Эрнест Резерфорд предложил модель атома , в которой очень маленькие, плотные и положительно заряженные ядра из протонов были окружены орбитой, отрицательно заряженные электроны на модели Резерфорда. Нильс Бор улучшил это в 1913 году, согласовав квантовое поведение электронов модель Бора. В работах Анри Беккереля , Марии Кюри , Пьера Кюри и Резерфорда было уточнено, что ядро, хотя и тесно связано, может подвергаться различным формам радиоактивного распада и тем самым превращаться в другие элементы. Например, при альфа-распаде : испускание альфа-частицы - двух протонов и двух нейтронов, связанных вместе в частицу, идентичную ядру гелия. Была проделана некоторая работа по ядерной трансмутации. Это было первое наблюдение ядерной реакции , то есть реакции, в которой частицы одного распада используются для преобразования другого атомного ядра. Этот подвиг был широко известен как «расщепление атома» и принес им Нобелевскую премию по физике 1951 года за «Трансмутацию атомных ядер искусственно ускоренными атомными частицами» , хотя это не была реакция ядерного деления, позже обнаруженная в тяжелых элементах.
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.
Физика атома и ядра. Слепцов И.А., Слепцов А.А.
В отличие от вынужденного деления, основанного на захвате ядром нейтрона, запаздывающее деление основано на захвате электрона из собственного атома. Процесс деления атомного ядра можно объяснить на основе капельной модели ядра. Деление атомного ядра, процесс, при котором из одного атомного ядра возникают несколько (чаще всего два) более лёгких ядер (осколков деления).