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. Деление атомов.
Что такое цепная ядерная реакция и при чём здесь замедлители
| Атомы ядерного топлива выталкивают образующийся при его делении газ | поделиться новостью. Деление атома. |
| Открытие ядерного деления - Discovery of nuclear fission | Ядерное деление — это реакция, в ходе которой ядро атома расщепляется на два или более меньших ядра, при этом происходит высвобождение энергии. |
| «Биение атомного сердца»: на Ленинградской АЭС-2 запускают новый энергоблок // Новости НТВ | Предыдущие исследования показали, что атомные ядра с большим количеством протонов и нейтронов нестабильны. |
| Ядерное деление - Образование - 2024 | Ядерное деление — это реакция, в ходе которой ядро атома расщепляется на два или более меньших ядра, при этом происходит высвобождение энергии. |
| КАК РАБОТАЕТ ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ? | Предыдущие исследования показали, что атомные ядра с большим количеством протонов и нейтронов нестабильны. |
Понятие радиоактивности. Виды распада
Высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления может привести к распаду других соседних атомов U-235. На Солнце атомы водорода сливаются, образуя гелий, высвобождая энергию и делая возможной жизнь на Земле. Деление атомных ядер может быть вызвано различными частицами, однако практически наиболее выгодно использовать для этой цели нейтроны.
Ядерные реакции
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. Газ, скапливающийся в ядерном топливе в результате реакций деления, может быстро выходить из него благодаря давлению атомов топлива. Пределы деления атома: Согласно принципам квантовой механики, есть нижний предел, достигнутый в элементарных частицах, таких как кварки или лептоны. Как сообщает ToDay News Ufa, в течение 80-ти лет ученые — физики старались выяснить принцип вращения атомных ядер после деления. Новости Новости. Учёные с мировым именем провели исследования и наконец поняли принцип вращения атомных ядер после того, как происходит их деление.
Цепная ядерная реакция: что это за процесс, виды цепных ядерных реакций
Однако в одной партии исходного сырья обнаружилось заметно меньше урана-235, чем обычно. Комиссариат по атомной энергии начал расследование. Специалисты увидели в случившемся не злой умысел, но потрясающий природный феномен. 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.
В результате таких исследований в 1938 г О. Ганом и Ф. Штрассманом было установлено, что при облучении урана нейтронами образуются боле легкие элементы, с массовыми числами меньше, чем массовое число урана, как правило, в полтора раза, в основном четвертого-пятого периодов таблицы Менделеева. Были построены уравнения таких ядерных реакций, описаны их энергетические параметры. Открытие деления ядер урана. Механизм деления ядра 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 покое ядро урана можно представить в виде капли, состоящей из нуклонов протонов и нейтронов.
Чаще всего испускаемым нуклоном является нейтрон, так как ему не нужно преодолевать кулоновский барьер при вылете из ядра, а для осколков деления это ещё вероятнее, так как они перегружены нейтронами, что приводит к понижению энергии связи последних. В результате практически мгновенно после деления составного ядра осколки деления испускают два или три нейтрона, которые принято называть мгновенными. В дальнейшем движение осколков деления не связано с их превращениями. Так как они увлекают за собой не все электроны исходного атома, из них образуются многозарядные ионы , кинетическая энергия которых тратится на ионизацию и возбуждение атомов среды, что вызывает их торможение. В результате ионы превращаются в нейтральные атомы с ядрами в основных энергетических состояниях. Такие атомы называются продуктами деления. Такие нейтроны называются запаздывающими. Основная статья: Спонтанное деление В некоторых случаях ядро может делиться самопроизвольно, без взаимодействия с другими частицами. Этот процесс называется спонтанным делением.
На его гигантской территории размещено множество объектов военно-гражданской инфраструктуры: образцов тяжелого оружия и военной техники различных родов войск на фоне разнообразных интерактивных композиций, музейных, деловых и выставочных павильонов, инфраструктуры культурно-развлекательного и гостиничного назначения. Ежедневно посетителями парка «Патриот» становятся тысячи жителей Москвы и Подмосковья, других субъектов Российской Федерации, государств СНГ и дальнего зарубежья. А в дни официальных и праздничных мероприятий количество посетителей нередко исчисляется десятками тысяч. Его посещение способствует развитию чувства любви и уважения к Родине, создает привлекательный облик службы в Вооружённых Силах страны, формирует гражданскую ответственность за настоящее и будущее безопасности родной Отчизны. Недавно здесь вступил в действие новый выставочный павильон «Атом на службе Родине». В нем различными средствами визуализации отображены события из истории отечественной ядерной энергетики и атомного оружия от первых успехов до наших дней. Церемония торжественного открытия экспозиции павильона состоялась 6 сентября 2016 года. Она помогает молодежи ознакомиться с теми или иными разделами ядерной физики, почерпнуть широкий объем информации в данной сфере человеческой жизнедеятельности Основной, просветительский потенциал выставки, направлен на ознакомление с достижениями в сегменте ядерных исследований, осознание роли ядерного оружия и атомной промышленности в становлении экономического и оборонного потенциала России.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
Деление атомных ядер может быть вызвано различными частицами, однако практически наиболее выгодно использовать для этой цели нейтроны. Ядерное деление — это реакция, в ходе которой ядро атома расщепляется на два или более меньших ядра, при этом происходит высвобождение энергии. В отличие от вынужденного деления, основанного на захвате ядром нейтрона, запаздывающее деление основано на захвате электрона из собственного атома.
Элементарно о частицах: физик Дмитрий Бузунов разложил на атомы вопросы школьников
Эти нейтроны могут инициировать деление уже нескольких ядер – возникает цепная реакция. Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер. В отличие от Европы США не собираются отказываться от мирного атома и по мере сил восстанавливают пробелы. Ядро атома испускает альфа-частицу — ядро атома гелия.
Деление ядра атома урана
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. 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.
Сборка, которая поддерживает устойчивую цепную ядерную реакцию, называется критической сборкой или, если сборка почти полностью сделана из ядерного топлива, критической массой. Слово «критический» относится к пику в поведении дифференциального уравнения, которое определяет количество свободных нейтронов, присутствующих в топливе: если присутствует меньше критической массы, то количество нейтронов определяется радиоактивным распадом, но если если присутствует критическая масса или больше, то количество нейтронов контролируется физикой цепной реакции.
Фактическая масса критическая масса ядерного топлива сильно зависит от геометрии и окружающих материалов. Не все делящиеся изотопы могут поддерживать цепную реакцию. Например, 238U, самая распространенная форма урана, расщепляется, но не расщепляется: он подвергается индуцированному делению при столкновении с энергичным нейтроном с кинетической энергией более 1 МэВ. Но слишком мало нейтронов, производимых 238Деление урана достаточно энергично, чтобы вызвать дальнейшее деление в 238U, поэтому цепная реакция с этим изотопом невозможна.
Вместо этого бомбардировка 238U с медленными нейтронами заставляет его поглощать их становясь 239U и распад бета-излучением до 239Np, который затем снова распадается тем же процессом до 239Pu; этот процесс используется для производства 239Pu в реакторах-размножителях, но не участвует в цепной нейтронной реакции. Делящиеся, неделящиеся изотопы могут использоваться в качестве источника энергии деления даже без цепной реакции. Бомбардировка 238U с быстрыми нейтронами вызывает деление, высвобождая энергию, пока присутствует внешний источник нейтронов. Этот эффект используется для увеличения энергии, выделяемой современным термоядерным оружием, путем покрытия оружия оболочкой.
Реакторы деления Реакторы критического деления являются наиболее распространенным типом ядерных реакторов. В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются, чтобы вызвать еще большее количество делений, чтобы поддерживать контролируемое количество высвобождения энергии. Устройства, которые производят спроектированные, но несамостоятельные реакции деления, являются подкритические реакторы деления. Такие устройства используют радиоактивный распад или ускорители частиц для запуска деления.
Критические реакторы деления строятся для трех основных целей, которые обычно предполагают различные инженерные компромиссы, чтобы использовать либо тепло, либо нейтроны, производимые цепной реакцией деления: Энергетические реакторы предназначены для производства тепла для ядерной энергетики либо в составе генерирующей станции, либо в местной энергосистеме, например, на атомной подводной лодке. Реакторы-размножители предназначены для массового производства ядерного топлива из более распространенных изотопов. Более известный реактор-размножитель на быстрых нейтронах делает 239Pu ядерное топливо из очень богатых в природе 238U не ядерное топливо. Тепловые реакторы-размножители, ранее испытанные с использованием 232Че продолжают изучать и развивать.
Хотя, в принципе, все реакторы деления могут работать на всех трех уровнях мощности, на практике задачи приводят к противоречивым инженерным целям, и большинство реакторов было построено с учетом только одной из вышеперечисленных задач. Есть несколько ранних контрпримеров, таких как реактор Hanford N, который в настоящее время выведен из эксплуатации. Энергетические реакторы обычно преобразуют кинетическую энергию продуктов деления в тепло, которое используется для нагрева рабочей жидкости и привода теплового двигателя, который генерирует механические или механические свойства. В паровой турбине рабочим телом обычно является вода, но в некоторых конструкциях используются другие материалы, например, газообразный гелий.
Исследовательские реакторы производят нейтроны, которые используются по-разному, при этом теплота деления рассматривается как неизбежный продукт отходов. Реакторы-размножители представляют собой специализированную форму исследовательских реакторов с оговоркой, что облучаемый образец обычно является самим топливом, смесью 238U и 235U. Бомбы деления Один класс ядерного оружия, бомба деления не путать с термоядерная бомба , иначе известный как Атомная бомба или атомная бомба, представляет собой реактор деления, предназначенный для высвобождения как можно большего количества энергии как можно быстрее, прежде чем высвободившаяся энергия вызовет взрыв реактора и остановку цепной реакции. Разработка ядерного оружия была мотивацией ранних исследований ядерного деления: Манхэттенский проект американских вооруженных сил во время Второй мировой войны выполнил большую часть ранних научных работ по цепным реакциям деления, кульминацией которых стали бомбы Little Boy, Fat Man и Trinity, которые были взорваны над полигонами в городах Хиросима и Нагасаки, Япония, в августе 1945 года.
Даже первые бомбы деления были в тысячи раз более взрывоопасными, чем сопоставимая масса химического взрывчатого вещества. Например, Маленький Мальчик весил в общей сложности около четырех тонн из которых 60 кг составляло ядерное топливо и имел длину 11 футов; он также привел к взрыву, эквивалентному примерно 15 000 тонн тротила, разрушив большую часть города Хиросима. Хотя фундаментальная физика цепной реакции деления в ядерном оружии аналогична физике управляемого ядерного реактора, эти два типа устройств должны быть спроектированы совершенно по-разному. Было бы чрезвычайно сложно преобразовать ядерный реактор, чтобы вызвать настоящий ядерный взрыв хотя имели место частичные расплавления топлива и паровые взрывы , и так же трудно извлечь полезную мощность из ядерного взрывного устройства хотя по крайней мере одна ракетная двигательная установка, проект Орион , предназначался для работы путем взрыва бомб делящегося ядерного реактора за массивно обшитым автомобилем.
Стратегическое значение ядерного оружия - основная причина, по которой технология ядерного деления является политически чувствительной. Жизнеспособные конструкции бомбы деления находятся в пределах возможностей одаренных студентов см. Джона Аристотеля Филлипса , будучи невероятно простыми, но ядерное топливо для реализации этой конструкции, как считается, трудно получить, поскольку оно является редким см. Обогащение урана и ядерный топливный цикл.
История В 1919 году Эрнест Резерфорд стал первым человеком, который сознательно разделил атом, бомбардируя азот естественными альфа-частицами из радиоактивного материала и наблюдая за протоном, испускаемым с энергией выше, чем альфа-частица. В 1932 году Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон, работая под руководством Резерфорда, сначала полностью искусственно расщепили ядро, используя ускоритель частиц для бомбардировки лития протонами, в результате чего образовались две альфа-частицы.
Энергия деления широко используется в реакторах атомных электростанций, ядерных силовых установках надводных кораблей и субмарин, а также ядерных и термоядерных боеприпасах.
Посмотрите стенд "Магия деления ядра урана" на нашем видео на канале в Youtube. Техническое решение, оборудование Основной задачей при оснащении экспоната «Магия деления ядра урана» было построение особой мультимедийной зеркальной комнаты с применением новейшего оборудования и технологий в соответствии с требованиями и пожеланиями, изложенными заказчиком в предоставленном общем техническом задании. В качестве технической основы обустройства стенда были использованы высокотехнологичные светодиодные панели.
Каждая из стен имеет в длину 3,072 м при высоте 2,56 м. Зеркальное напольное покрытие из «золотого алюминия», создавая идеальное отражение видеоконтента, обеспечивает получение трехмерного эффекта присутствия наблюдателя в центре демонстрируемых событий, иллюстрирующих этапы деления ядра урана. При оснащении экспоната, помимо вышеназванного, было задействовано также следующее оборудование: LED лампа Модель чипа epistar; модуль Управления SD16739;.
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.
ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ
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. Внесистемная единица — Бэр. Ещё в 50-х годах было установлено, что если при экспозиционной дозе в 1 рентген воздух поглощает приблизительно столько же энергии, что и биологическая ткань.
Кроме того, для оценки воздействия ИИ используют понятия: Мощность дозы — доза, полученная за единицу времени сек. Фон — мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения в данном месте. Естественный фон — мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения, создаваемая всеми природными источниками ИИ. Источники поступления радионуклидов в окружающую среду 1.
Естественные радионуклиды, которые сохранились до нашего времени с момента их образования возможно, со времени образования солнечной системы или Вселенной , так как у них велики периоды полураспада, а значит, велико время жизни. Радионуклиды осколочного происхождения, которые обра-зуются в результате деления ядер атомов. Образуются в ядерных реакторах, в которых осуществляется управляемая цепная реакция, а также при испытаниях ядерного оружия неуправляемая цепная реакция. Радионуклиды активационного происхождения образуются из обычных стабильных изотопов в результате активации, то есть при попадании в ядро стабильного атома субатомной частицы чаще — нейтрона , в результате чего стабильный атом становится радиоактивным.
Получают активацией стабильных изотопов, помещая их в активную зону реактора, либо бомбардировкой стабильного изотопа в ускорителях элементарных частиц протонами, электронами и т. Области применения радионуклидных источников Источники ИИ находят применение в промышленности, сельском хозяйстве, научных исследованиях и медицине. Только в медицине используются приблизительно сто изотопов для различных медицинских исследований, постановки диагноза, стерилизации и радиотерапии. Во всем мире во многих лабораториях используются радиоактивные материалы для научных исследований.
Термоэлектрические генераторы на радиоизотопах применяются для производства электроэнергии для автономного энергопитания различной аппаратуры в удаленных и труднодоступных районах радио-и световые маяки, метеостанции. Повсеместно в промышленности используются приборы, содержащие радиоактивные источники для контроля технологических процессов плотно-, уровне- и толщиномеры , приборы неразру-шающего контроля гамма-дефектоскопы , приборы для анализа состава вещества. Излучение используется для повышения размера и качества урожая. Эффекты радиации Радиоактивные частицы, обладая огромной энергией и скоростью, при прохождении через любое вещество сталкиваются с атомами и молекулами этого вещества и приводят к их разрушению, ионизации, к образованию «горячих» ионов и свободных радикалов.
Из ионов и свободных радикалов образуются вредные для организма соединения, которые запускают целую цепь последовательных биохимических реакций и постепенно приводят к разрушению клеточных мембран стенок клеток и других структур. Радиация по-разному действует на людей в зависимости от пола и возраста, состояния организма, его иммунной системы и т. При воздействии радиации скрытый инкубационный, латентный период, то есть время задержки до наступления видимого эффекта, может продолжаться годами и даже десятилетиями. Воздействие радиации на организм человека и биологические объекты вызывает три различных отрицательных эффекта: генетический эффект для наследственных половых клеток организма.
Он может проявиться и проявляется только в потомстве; генетико-стохастический эффект, проявляющийся для наследственного аппарата соматических клеток — клеток тела. Он проявляется при жизни конкретного человека в виде различных мутаций и заболеваний в том числе раковых ; соматический эффект, а точнее — иммунный.
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. 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.
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. Чаще всего испускаемым нуклоном является нейтрон, так как ему не нужно преодолевать кулоновский барьер при вылете из ядра, а для осколков деления это ещё вероятнее, так как они перегружены нейтронами, что приводит к понижению энергии связи последних.
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.
Деление атомных ядер: История Лизы Мейтнер и Отто Ганна
Этот процесс может происходить самопроизвольно, но чаще всего он индуцируется бомбардировкой ядер частицами, такими как нейтроны. Основные характеристики ядерного деления: Расщепление: В ходе ядерного деления, тяжелое ядро, как правило, урана или плутония, разбивается на два более легких ядра. Например, при делении урана-235 возникают два ядра криптона и бария, а также нейтроны. Энергия: Ядерное деление сопровождается высвобождением огромного количества энергии, как удерживаемой в ядерных бомбах, так и использованной в атомных реакторах для производства электроэнергии. 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.
Флёров и К. Петржак открыли спонтанное деление ядер. Вторая мировая война и возможное военное применение деления атомного ядра привели к прекращению на долгое время публикаций по физике деления ядра. Теория деления ядер В рамках капельной модели ядра атомное ядро рассматривается как капля равномерно заряженной несжимаемой жидкости. На нуклоны действуют уравновешивающие друг друга ядерные силы притяжения и электростатические силы отталкивания между протонами , стремящиеся разорвать ядро.
В процессе деления ядро изменяет форму: из сферического оно деформируется в вытянутый эллипсоид, затем на экваторе эллипсоида образуется перетяжка. Возникает гантелеобразная фигура, и когда перетяжка рвётся, образуются осколки деления.
Нейтрон не имеет электрического заряда, и способен гораздо легче попадать в зону действия ядерных сил, чем заряженные протоны или альфа-частицы. Появляется возможность ускорить ядерные реакции, облучая пробу вещества нейтронами. В результате таких исследований в 1938 г О. Ганом и Ф.
Штрассманом было установлено, что при облучении урана нейтронами образуются боле легкие элементы, с массовыми числами меньше, чем массовое число урана, как правило, в полтора раза, в основном четвертого-пятого периодов таблицы Менделеева. Были построены уравнения таких ядерных реакций, описаны их энергетические параметры. Открытие деления ядер урана. Механизм деления ядра В 1939 г физиками О. Фришем и Л.
Есть несколько ранних контрпримеров, таких как реактор Hanford N, который в настоящее время выведен из эксплуатации.
Энергетические реакторы обычно преобразуют кинетическую энергию продуктов деления в тепло, которое используется для нагрева рабочей жидкости и привода теплового двигателя, который генерирует механические или механические свойства. В паровой турбине рабочим телом обычно является вода, но в некоторых конструкциях используются другие материалы, например, газообразный гелий. Исследовательские реакторы производят нейтроны, которые используются по-разному, при этом теплота деления рассматривается как неизбежный продукт отходов. Реакторы-размножители представляют собой специализированную форму исследовательских реакторов с оговоркой, что облучаемый образец обычно является самим топливом, смесью 238U и 235U. Бомбы деления Один класс ядерного оружия, бомба деления не путать с термоядерная бомба , иначе известный как Атомная бомба или атомная бомба, представляет собой реактор деления, предназначенный для высвобождения как можно большего количества энергии как можно быстрее, прежде чем высвободившаяся энергия вызовет взрыв реактора и остановку цепной реакции. Разработка ядерного оружия была мотивацией ранних исследований ядерного деления: Манхэттенский проект американских вооруженных сил во время Второй мировой войны выполнил большую часть ранних научных работ по цепным реакциям деления, кульминацией которых стали бомбы Little Boy, Fat Man и Trinity, которые были взорваны над полигонами в городах Хиросима и Нагасаки, Япония, в августе 1945 года.
Даже первые бомбы деления были в тысячи раз более взрывоопасными, чем сопоставимая масса химического взрывчатого вещества. Например, Маленький Мальчик весил в общей сложности около четырех тонн из которых 60 кг составляло ядерное топливо и имел длину 11 футов; он также привел к взрыву, эквивалентному примерно 15 000 тонн тротила, разрушив большую часть города Хиросима. Хотя фундаментальная физика цепной реакции деления в ядерном оружии аналогична физике управляемого ядерного реактора, эти два типа устройств должны быть спроектированы совершенно по-разному. Было бы чрезвычайно сложно преобразовать ядерный реактор, чтобы вызвать настоящий ядерный взрыв хотя имели место частичные расплавления топлива и паровые взрывы , и так же трудно извлечь полезную мощность из ядерного взрывного устройства хотя по крайней мере одна ракетная двигательная установка, проект Орион , предназначался для работы путем взрыва бомб делящегося ядерного реактора за массивно обшитым автомобилем. Стратегическое значение ядерного оружия - основная причина, по которой технология ядерного деления является политически чувствительной. Жизнеспособные конструкции бомбы деления находятся в пределах возможностей одаренных студентов см.
Джона Аристотеля Филлипса , будучи невероятно простыми, но ядерное топливо для реализации этой конструкции, как считается, трудно получить, поскольку оно является редким см. Обогащение урана и ядерный топливный цикл. История В 1919 году Эрнест Резерфорд стал первым человеком, который сознательно разделил атом, бомбардируя азот естественными альфа-частицами из радиоактивного материала и наблюдая за протоном, испускаемым с энергией выше, чем альфа-частица. В 1932 году Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон, работая под руководством Резерфорда, сначала полностью искусственно расщепили ядро, используя ускоритель частиц для бомбардировки лития протонами, в результате чего образовались две альфа-частицы. Впервые изученные Энрико Ферми и его коллегами в 1934 году, они не получили должного толкования лишь несколько лет спустя. Мейтнер, австрийская еврейка, потеряла гражданство в результате аншлюса в 1938 году.
Она сбежала и оказалась в Швеции, но продолжала сотрудничать по почте и через встречи с Ханом в Швеции. По совпадению ее племянник Отто Роберт Фриш, тоже беженец, также был в Швеции, когда Мейтнер получила письмо от Хана, в котором описывалось его химическое доказательство того, что часть продукта бомбардировки урана нейтронами была барием атомный вес бария вдвое меньше, чем у урана. Фриш был настроен скептически, но Мейтнер считала, что Хан был слишком хорошим химиком, чтобы совершить ошибку. По словам Фриша: Это была ошибка? Нет, сказала Лиз Мейтнер; Хан был слишком хорошим химиком для этого. Но как можно было образовать барий из урана?
Никаких более крупных фрагментов, чем протоны или ядра гелия альфа-частицы , никогда не отделяли от ядер, и для того, чтобы отколоть большое количество, не было достаточно энергии. Может быть, капля могла бы более постепенно разделиться на две более мелкие капли, сначала вытянувшись, затем сузившись и, наконец, разорвавшись, а не разбившись на две части? Мы знали, что существуют сильные силы, которые будут сопротивляться такому процессу, так же как поверхностное натяжение обычной жидкой капли имеет тенденцию сопротивляться ее разделению на две меньшие. Но ядра отличались от обычных капель в одном важном отношении: они были электрически заряжены, а это, как известно, противодействовало поверхностному натяжению. Но возникла другая проблема. После разделения две капли разошлись бы друг от друга за счет их взаимного электрического отталкивания и приобрели бы высокую скорость и, следовательно, очень большую энергию, всего около 200 МэВ; откуда могла взяться эта энергия?
Итак, вот источник этой энергии; все подошло! Основное открытие и химическое доказательство Отто Гана и Фрица Штрассмана того, что изотоп бария был получен нейтронной бомбардировкой урана, было опубликовано в статье в Германии в Journal. Naturwissenschaften, 6 января 1939 г. Фундаментальную идею этого эксперимента предложил Фришу Джордж Плачек. Первая газета появилась 11 февраля, вторая - 28 февраля.
1.2.2. Деление атомных ядер
В одном реакторе их количество может доходить до нескольких сотен. Топливные сборки доставляют на специальных платформах и загружают краном. Что произойдет, если перестать загружать уран в атомный реактор? А если не охлаждать реактор? В какой-то момент реактор просто остановится, не будет давать достаточное количество энергии, и атомная станция перестанет работать. А если не охлаждать атомный реактор, то он перегреется и может повредиться. В чем плюсы атомной энергетики? Угольные и дизельные электростанции сильно загрязняют окружающую среду.
Существуют чистые источники энергии, основанные на использовании ветра, воды и солнца, но не везде можно поставить солнечную батарею или ветростанцию. Атомная энергия тоже чистая, но несет определенные риски. А вот управляемый термоядерный синтез сможет обеспечить чистую, безопасную, дешевую энергию. Это наше будущее. Но почему многие школьники считают, что это еще и скучно? И как преподавать физику нескучно? Важно, чтобы ребенок понимал, какие процессы стоят за формулами.
Когда на физике изучают радиоактивный распад, надо объяснять, что это касается атомных станций, рассказывать об интересных разработках, которые сейчас ведутся в атомной отрасли, о рисках, с которыми люди могут столкнуться в обычной жизни. Многие считают их пережитком прошлого и уверены, что сегодня не время узких специалистов.
Реактор действительно напоминал поленницу лучше не скажешь из брикетов прессованного оксида урана и графитовых блоков. По мере сооружения реактора ученые проводили измерения и отслеживали, насколько близко они подошли к критической массе, необходимой для начала реакции. Она была достигнута 1 декабря. В итоге реактор содержал 5,4 тонны металлического урана, 45 тонн оксида урана и 360 тонн графита. Высота «поленницы» составила около шести метров.
Ход реакции определялся положением графитовых стержней, поглощающих нейтроны и, следовательно, замедляющих реакцию. Через 28 минут после начала эксперимент был прерван сигналом тревоги, означающим, что были превышены безопасные показатели скорости реакции.
В совокупности эти станции производят около 10 процентов электроэнергии в мире, что на 7 процентов меньше, чем в 1993 году. В эпоху, когда производство примерно 60 процентов электроэнергии в мире приводит к выбросу парниковых газов со скоростью, угрожающей катастрофическим глобальным потеплением, атомная энергетика представляет собой сравнительно более чистую альтернативу.
Но есть затраты, способные ограничить то, сколько мы должны использовать ядерную энергию для спасения от климатического кризиса. В чем проблема атомной энергетики? Когда дело доходит до поиска экономически эффективных альтернатив ископаемым видам топлива с низким уровнем выбросов, мы можем добиться большего, чем ядерная энергия. Важно отметить, что мы могли бы также добиться большего успеха с технологиями возобновляемых источников энергии, такими как солнечная и ветровая энергия, которые с каждым годом становятся все дешевле.
Проблемы ядерной энергетики можно разделить на три категории: отходы, риск и стоимость. Вот несколько примеров каждой из них. Напрасные затраты Одно из самых больших общественных опасений по поводу ядерной энергетики в последние десятилетия было о том, что делать с урановым топливом, когда оно настолько забито расщепляющимися продуктами, что больше не может эффективно производить энергию. Эти высокоактивные отходы содержат изотопы, для снижения радиоактивности которых до уровня, примерно соответствующего уровню радиоактивности руды, из которой они были получены, могут потребоваться тысячи лет.
В настоящее время в мире хранится более четверти миллиона тонн высокорадиоактивных отходов, ожидающих захоронения или переработки. Это плохо? Хотя хранящиеся ядерные отходы не обязательно представляют непосредственную угрозу, если они хорошо локализованы, вопросы долгосрочного обращения и возможности неправильного обращения и несчастных случаев делают хранение растущей кучи ядерных отходов спорным вопросом. Углерод также является одним из видов отходов.
Хотя процесс деления и преобразования ядерной энергии в электричество относительно свободен от выбросов углерода, общий бюджет углерода, связанный с добычей и переработкой руды, необходимой для деления, и строительством конкретной электростанции, не равен нулю. В течение всего срока службы новая атомная электростанция может выбрасывать в атмосферу примерно 4 г CO2 на каждый киловатт-час произведенной электроэнергии. По некоторым оценкам, этот показатель значительно выше - от 10 до 130 граммов CO2 в отдельных случаях.
Охлажденный атом затем удерживался в оптической ловушке луча света другого лазера. Известно, что ядро атома моет вращаться в одном из двух направлений, в зависимости от направления вращения свет лазера толкает ядро вправо или влево. Но, при этом, атом все еще является целым объектом" - рассказывает ученый-физик Андреас Штеффен. Таким образом, ядро атома, части которого вращаются в противоположных направлениях, может быть расколото лучом лазера на две части и эти части атома могут быть разнесены на значительное расстояние, что и удалось реализовать ученым в ходе своего эксперимента. Ученые утверждают, что используя подобный метод, можно создавать так называемые "квантовые мосты", являющиеся проводниками квантовой информации. Атом вещества разделяется на половинки, которые разводятся в стороны, пока не войдут в соприкосновение со смежными атомами.
Атомы ядерного топлива выталкивают образующийся при его делении газ
уДачные советы. 03:00. Так получим ли мы новые мощные атомные ледоколы, новые энергоблоки, плавучую атомную станцию «Академик Ломоносов», космический ядерный двигатель при таком циничном. Реакция деления атомных ядер под действием так называемых медленных нейтронов лежит в основе работы ядерных реакторов. На этой странице вы можете посмотреть видео «Деление атома: перспективы международного рынка атомной энергетики» с RuTube канала «РБК».