Пределы деления атома: Согласно принципам квантовой механики, есть нижний предел, достигнутый в элементарных частицах, таких как кварки или лептоны. В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются, чтобы вызвать еще большее количество делений. Приборы впервые зафиксируют деление ядер урана, а реактор из сложной металлической конструкции превратится в полноценную атомную установку, чтобы обеспечить половину.
Деление ядер: процесс расщепления атомного ядра. Ядерные реакции
Нет, это свидетельства очевидцев страшного преступления американской военщины, совершенного в августе 1945 года над японским городом Нагасаки. В результате бомбардировки японских городов Хиросима и Нагасаки погибли около 100 тыс. Вот так впервые человек распорядился ядерной энергией. Открытие деления ядер урана А история эта началась еще в 30-х годы XX века. Немецкие ученые О. Ган и Ф.
Штрассман в 1938 г. 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.
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.
С целью уменьшения вылета нейтронов с куска урана увеличивают массу урана. Минимальное значение массы урана, при котором возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 200 г прт наличии отражателя нейтронов до 50 кг. Образование плутония Плутоний Pu — серебристо-белый радиоактивный металл группы актиноидов, теплый на ощупь из-за своей радиоактивности.
В природе встречается в очень малых количествах в уранитовой смолке и других рудах урана и церия, в значительном количестве получают искусственно.
Павильон предназначен для использования в различных сценарно-постановочных вариациях. Здесь можно с успехом проводить обзорные и целевые экскурсии, лекции, семинары, тематические встречи с участием действующих специалистов и заслуженных ветеранов-ядерщиков, другие познавательные мероприятия. Объект обустроен таким образом, что во время демонстрационного сеанса посетители благодаря достигнутым визуальным эффектам словно оказываются в самом центре процесса цепной реакции деления ядра урана.
На стенде наглядно и красочно проиллюстрированы все этапы процесса деления атомного ядра. Ядро, схематически представленное как шар, деформируется, обретая гантелеобразную форму со все более сужающимся перешейком. В результате происходит разделение ядра на пару осколков, сопровождающееся высвобождением колоссального энергетического потенциала. 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.
Именно из этих элементов образовались первые звезды, в недрах которых проходили термоядерные реакции, в результате которых водород и гелий «сгорали», образуя более тяжелые элементы. Если звезда была достаточно большой, то свою жизнь она заканчивала так называемым взрывом «сверхновой», в результате которого атомы выбрасывались в окружающее пространство. Так и получилась вся таблица Менделеева.
Вселенная Так что, можно сказать, что все атомы, из которых мы состоим, когда-то были частью древних звезд. Почему ядро атома не распадается? В физике существует четыре типа фундаментальных взаимодействий между частицами и телами, которые они составляют. Это сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное взаимодействия.
Именно благодаря сильному взаимодействию, которое проявляется в масштабах атомных ядер и отвечает за притяжение между нуклонами, атом и является таким «крепким орешком». Не так давно люди поняли, что при расщеплении ядер атомов высвобождается огромная энергия.
Ученые 80 лет выясняли, как вращаются атомные ядра после деления
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. Если представить атом в виде олимпийского стадиона в Пекине а можно и не в Пекине, просто представьте себе большой стадион , то ядро этого атома будет представлять собой вишенку, находящуюся в центре поля. Орбиты электронов при этом находились бы где-то на уровне верхних трибун, а вишня весила бы 30 миллионов тонн. Впечатляет, не так ли?
Но именно в этом году совершается принципиальный перелом: на УМЗ запускается крупное производство не просто таблеток, а готовых топливных сборок со стопроцентной отгрузкой их в Китай. Однако, внимание, исходный гексафторид для загрузки китайских АЭС... И это такая технологически и политически красивая линия: казахстанская добыча - российское обогащение - казахстанское топливное производство - китайский атомно-энергетический цикл. А там, глядишь, и не только топливного. Впрочем, с похвалой мы, может быть, поторопились. Казахстан - чемпион мира по добыче сырого урана, хотя и делит половину ее с иностранцами.
С обеспечением сырьевой базы все печально: на большинстве месторождений разведанных и законтрактованных запасов всего на несколько лет. А дальше что? Хотя идущих на втором месте по добыче канадцев такая стратегия могла только радовать. Но вот в августе уран подорожал сразу на треть.
Исследователи из МФТИ показали, что при достижении некоторой концентрации газ, благодаря высокому давлению, выталкивает атомы кристаллической решетки в междоузельные положения.
Скапливаясь там, эти атомы образуют кластеры, быстро перемещающиеся вокруг пузыря. Пузырь и кластер атомов, периодически подталкивая друг друга, двигаются существенно быстрее, чем пузырь сам по себе. Таким образом, появляется новый эффект — ускорение диффузии самим газом, Это поможет объяснить аномально быстрый выход газа из ядерного топлива и устранит расхождение теории с экспериментом в объяснении этого явления. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Nuclear Materials. Работа выполнена в лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ.
Исследования лаборатории основаны на совмещении методов квантовой и классической механики, статистической физики и кинетики с вычислительными технологиями.
Некоторые элементы или изотопы претерпевают радиоактивный распад, при этом различные изотопы могут вести себя по-разному. Наиболее распространенный изотоп урана имеет атомный вес 238 и состоит из 92 протонов и 146 нейтронов, но его ядра обычно поглощают нейтроны без расщепления на ядра более легких элементов. Изотоп урана, ядро которого содержит на три нейтрона меньше, 235U, расщепляется намного легче, чем 238U, его называют делящимся изотопом. Некоторые изотопы расщепляются настолько легко и быстро, что невозможно поддерживать постоянную ядерную реакцию. Это явление называется спонтанным, или самопроизвольным, распадом.
Например, такому распаду подвержен изотоп плутония 240Pu, в отличие от 239Pu с меньшей скоростью деления. Для этого необходимо иметь определенное минимальное количество делящегося изотопа, который будет поддерживать реакцию.
Открытие ядерного деления
Гидростатические приборы реагируют на заданное статическое давление морской воды, гидродинамические датчики измеряют перепад полного и статического давлений воды при движении торпеды. Есть и группы приборов, не связанных со средой, подобно скрытым в теле человека мышечным рецепторам. Это датчики линейных ускорений и инерционные включатели, которые включают или выключают электрические цепи блока автоматики при контрольных значениях перегрузки по трем осям. Есть временные приборы, переключающие электрические цепи по истечении заданного времени. Только по мере верного прохождения этих последовательностей система предохранения и взведения постепенно повышает взрывоготовность заряда. И сразу обнуляет ее при значимых отклонениях фактических событий от планового сценария работы носителя. Кто нажмет на спусковой крючок Но вот все этапы движения носителем пройдены, он уже в непосредственной близости к цели.
Все ступени предохранения сняты, и заряд готов взорваться в любое мгновение. Кто примет решение и даст главную команду на подрыв? Пусковая система, или исполнительная система подрыва. Ее задача — выработка главной команды на подрыв заряда, которую выполнит блок автоматики и его система подрыва заряда. Главная команда запустит процесс подрыва, поэтому система называется пусковой. Исполнительная она потому, что при выполнении главного условия подрыва — достижения цели — следует только исполнение подрыва, больше ничего Пусковая система частично находится в блоке автоматики — ее логические блоки, формирующие главную команду.
Снаружи блока автоматики размещены подсистемы исполнительных датчиков — и на поверхности носителя, и внутри него. Подсистемы исполнительных датчиков имеют свою иерархию и работают на разных физических принципах. В этом они схожи с датчиками системы предохранения и взведения. Схем и воплощений пусковых систем так же много, как и конструкций, несущих ядерный заряд. Возьмем как условный пример боеголовку баллистической ракеты. Ее цель обычно точка в пространстве на высоте 500—800 метров над земной поверхностью.
Взрыв мощностью в сотни килотонн создаст на поверхности Земли наибольшие разрушения, если произойдет на высоте, зависящей от мощности заряда. Возможен и подрыв на земле, когда нужно поразить укрепленную подземную цель. Пусковая система заряда боеголовки состоит из сегментов, основной из которых — бесконтактный инерциальный. У боеголовки есть инерциальный блок с датчиками ускорений — акселерометрами, непрерывно измеряющими ускорения по трем перпендикулярным в пространстве осям. Интегрированием ускорений получают текущие скорости по этим осям, или пространственную скорость боеголовки. Интегрирование скоростей дает пространственные координаты боеголовки, путь и положение относительно цели.
Это вычисляет бортовая инерциальная навигационная система боеголовки. Термоядерная боеголовка W76 мощностью 100 килотонн, размещенная внутри боевого блока Mk4. Поэтому цель заменяется частью пространства вокруг целевой точки, сферой или цилиндром. Когда инерциальная система определит вход боеголовки в целевое пространство, она сообщит об этом пусковой системе, которая немедленно выдаст главную команду на подрыв заряда. В случае наземного взрыва работает контактный сегмент пусковой системы — ударные датчики, действующие на разных физических принципах. Датчики ускорения, выявляющие ударный рост перегрузки, и другие приборы.
Пусковая система успеет взорвать заряд при любой скорости встречи с поверхностью. При любых углах встречи с преградой и любой ориентации боеголовки в этот момент.
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. Сейчас есть тренд на междисциплинарные исследования, но обычно ими занимается команда специалистов узкого профиля. Специализированные школы дают не только отличную базу за счет программы и преподавателей, но и возможность понять, интересно ли направление, еще до поступления в вуз.
На уроках приводили примеры из реальных исследований, объясняли как взрослым. Становилось понятно, для чего мы учим каждую тему и как это пригодится в будущем. В том числе я слушаю их подкасты. Могу посоветовать сборник лекций американского ученого Ричарда Фейнмана, а также книги о нем и его размышлениях.
Лучший из известных замедлителей — тяжелая вода.
Ее характеристики близки к характеристикам обычной воды, а сечение поглощения нейтронов — меньше. Натрий является прекрасным теплоносителем, но не эффективен как замедлитель нейтронов. Поэтому его используют в реакторах на быстрых нейтронах, где при делении испускается больше нейтронов. Правда, натрий имеет ряд недостатков: в нем наводится радиоактивность, у него низкая теплоемкость, он химически активен и затвердевает при комнатной температуре. Сплав натрия с калием сходен по свойствам с натрием, но остается жидким при комнатной температуре.
Гелий — прекрасный теплоноситель, но у него мала удельная теплоемкость. Диоксид углерода представляет собой хороший теплоноситель, и он широко применялся в реакторах с графитовым замедлителем. Терфенил имеет то преимущество перед водой, что у него низкое давление паров при рабочей температуре, но он разлагается и полимеризуется под действием высоких температур и радиационных потоков, характерных для реакторов. Тепловыделяющие элементы. Тепловыделяющий элемент твэл представляет собой топливный сердечник с герметичной оболочкой.
Оболочка предотвращает утечку продуктов деления и взаимодействие топлива с теплоносителем. Материал оболочки должен слабо поглощать нейтроны и обладать приемлемыми механическими, гидравлическими и теплопроводящими характеристиками. Тепловыделяющие элементы — это обычно таблетки спеченного оксида урана в трубках из алюминия, циркония или нержавеющей стали; таблетки сплавов урана с цирконием, молибденом и алюминием, покрытые цирконием или алюминием в случае алюминиевого сплава ; таблетки графита с диспергированным карбидом урана, покрытые непроницаемым графитом. Все эти твэлы находят свое применение, но для водо-водяных реакторов наиболее предпочтительны таблетки оксида урана в трубках из нержавеющей стали. Диоксид урана не вступает в реакцию с водой, отличается высокой радиационной стойкостью и характеризуется высокой температурой плавления.
Для высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов, по-видимому, весьма подходят графитовые топливные элементы, но у них имеется серьезный недостаток — за счет диффузии или из-за дефектов в графите через их оболочку могут проникать газообразные продукты деления. Органические теплоносители несовместимы с циркониевыми твэлами и поэтому требуют применения алюминиевых сплавов. Перспективы реакторов с органическими теплоносителями зависят от того, будут ли созданы алюминиевые сплавы или изделия порошковой металлургии, которые обладали бы прочностью при рабочих температурах и теплопроводностью, необходимыми для применения ребер, повышающих перенос тепла к теплоносителю. Поскольку теплообмен между топливом и органическим теплоносителем за счет теплопроводности мал, желательно использовать поверхностное кипение для увеличения теплопередачи. С поверхностным кипением будут связаны новые проблемы, но они должны быть решены, если использование органических теплоносителей окажется выгодным.
В большинстве обычных реакторов в качестве теплоносителя используется вода, либо под давлением, либо кипящая. Реактор с водой под давлением. В таких реакторах замедлителем и теплоносителем служит вода. Нагретая вода перекачивается под давлением в теплообменник, где тепло передается воде второго контура, в котором вырабатывается пар, вращающий турбину. Кипящий реактор.
В таком реакторе кипение воды происходит непосредственно в активной зоне реактора и образующийся пар поступает в турбину.
В 2011 году после землетрясения на японской АЭС "Фукусима" также произошла авария. Подобные разрушительные события достаточно редки для того, чтобы о них можно было писать в шокирующих заголовках. Однако, по некоторым оценкам, такие аварии могут происходить раз в 10-20 лет, что чревато распространением радиоактивных веществ на сотни и даже тысячи километров.
Насколько это может быть опасно? Трудно сказать, это зависит от множества факторов, связанных с плотностью населения, степенью облучения и концентрацией изотопов. По данным Всемирной организации здравоохранения, "перемещенное население Фукусимы страдает от психосоциальных и психических последствий переезда, разрыва социальных связей людей, потерявших жилье и работу, разрыва семейных связей и стигматизации". Иными словами, речь идет не только о риске радиоактивного излучения, о котором мы должны беспокоиться.
Тем не менее, привыкнув к воздействию сжигания ископаемого топлива на здоровье человека, мы мало задумываемся о влиянии на него твердых частиц, образующихся при сжигании угля, который сам по себе тоже не совсем свободен от радиоактивных веществ. Стоимость Для сравнения затрат на производство электроэнергии исследователи используют так называемую выровненную стоимость энергии, или LCOE. Это показатель средней себестоимости выработки электроэнергии, рассчитанный на весь срок службы объекта. Этот показатель зависит от множества факторов, связанных с местоположением и колебаниями ресурсов.
Тем не менее, можно получить общее представление о LCOE в мире для сравнения технологий. Могут ли атомные электростанции спасти мир? Конечно, новые технологии всегда могут изменить ситуацию. Поиск лучших способов улавливания ядерных отходов может сделать их более безопасными или, по крайней мере, дать общественности уверенность в том, что в будущем они будут представлять меньшую угрозу.
Альтернативы изотопам урана могут снять тревогу по поводу расплавов и возможности создания оружия в ядерных программах. Изменение технологий может повлиять на масштабы реакторов или даже полностью повысить их LCOE.
Деление атомного ядра
Как сообщает ToDay News Ufa, в течение 80-ти лет ученые — физики старались выяснить принцип вращения атомных ядер после деления. Международная группа ученых выяснила, как именно вращаются атомные ядра после их деления, сообщает МедиаПоток. Высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления может привести к распаду других соседних атомов U-235. Сколько воды можно нагреть на 10 °С, если использовать всю энергию, которая выделяется при делении 10 15 атомов урана.
Атомы ядерного топлива выталкивают образующийся при его делении газ
| Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция | Физический класс | Резерфорд много сделал для изучения строения атома и внес вклад и в исследование того, как происходит деление ядра атома. |
| Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда | Деление атомных ядер — их распад на 2-3 осколка с высвобождением энергии. |
| Физика атома и ядра (курс лекций): Спектр атома водорода | Международная группа ученых выяснила, как именно вращаются атомные ядра после их деления, сообщает МедиаПоток. |
Деление атома может дать миру необыкновенную власть
Делением атомных ядер называется процесс раскалывания ядра на две примерно равные части. Деление атомных ядер — их распад на 2-3 осколка с высвобождением энергии. Цепная ядерная реакция – самоподдерживающаяся реакция деления тяжёлых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие всё новые и новые ядра. Ядро атома испускает альфа-частицу — ядро атома гелия.
Закон деления атома
Она представила свои результаты для публикации в марте 1918 года. Хотя Фаянс и Геринг были первыми, кто представил этот элемент, представлен самым распространенным изотопом, а бревиум - нет. Фаянс согласился с тем, чтобы Мейтнер назвал элемент протактиний и присвоил ему химический символ Па. В июне 1918 года Содди и Джон Крэнстон объявили, что они извлекли образец изотопа, но в отличие от Мейтнер не смогла описать его характеристики. Они признали приоритет Мейтнер и согласились с названием. Связь с ураном оставалась загадкой, поскольку ни один из известных изотопов урана не распался на протактиний. Он оставался нераскрытым, пока уран-235 не был обнаружен в 1929 году. Трансмутация Ирен Кюри и Фредерик Жолио в их парижской лаборатории в 1935 году. Патрик Блэкетт смог осуществить ядерную трансмутацию азот в кислороде в 1925 году, используя альфа-частицы, направленный на азот. В атомных ядерных реакциях первая реакция следующая:. Полностью искусственная ядерная реакция и ядерная трансмутация были осуществлены в апреле 1932 года Эрнестом Уолтоном и Джоном Кокрофтом , которые использовали искусственно ускоренные протоны против лития , чтобы разрушить это ядро.
Этот подвиг был широко известен как «расщепление атома», но не был ядерным делением ; поскольку это не было инициирования процесса внутреннего процесса радиоактивного распада. Всего за несколько недель до подвига Кокрофта и Уолтона другой ученый из Кавендишской лаборатории , Джеймс Чедвик , открыл нейтрон , используя гениальное устройство, сделанное из сургуч , посредством реакции бериллия с альфа-части:. Они отметили, что радиоактивность сохраняется после прекращения нейтронной эмиссии. Они не только открыли новую форму радиоактивного распада в виде излучения позитронов , они превратили один элемент в неизвестный до сих пор радиоактивный изотоп другого, тем самым вызвав радиоактивность там, где ее раньше не было. Радиохимия теперь больше не ограничивалась определенными тяжелыми элементами, а распространялась на всю таблицу Менделеева. Разетти посетил лабораторию Мейтнер в 1931 году, а затем в 1932 году, после открытия Чедвиком нейтрона. Мейтнер показал ему, как приготовить полоний-бериллиевый источник нейтронов. По возвращении в Рим Разетти построил счетчики Гейгера и камеру Вильсона , смоделированную по образцу Мейтнер. Ферми изначально намеревался использовать полоний в качестве источника альфа-частиц, как это сделали Чедвик и Кюри. Радон был более сильным воздействием альфа-частиц, но он также испускал бета- и гамма-лучи, что нанесло ущерб оборудованию для обнаружения в лаборатории.
Но Разетти отправился в пасхальные каникулы, не приготовив источник полония-бериллия, и Ферми понял, что, поскольку его интересуют продукты реакции, он может облучить свой образец в одной лаборатории и проверить его в другом в коридоре. Источник нейтронов легко приготовить путем смешивания порошкового бериллия в герметичной капсуле. Более того, радон добывался легко; имел больше грамма радия и был счастлив снабжать Ферми радоном. С периодом полураспада всего 3,82 дня, в противном случае он бы только пошел зря, и радий постоянно производил больше. Энрико Ферми и его исследовательская группа мальчики с Виа Панисперна , примерно 1934. Работа в конвейерной манере они начали облучение воды, а затем продвинулись вверх по таблице через литий, бериллий, бор и углерод , не вызывая никакой радиоактивности. Когда они добрались до алюминия , а затем фтора , у них был первый успех. В конечном итоге индуцированная радиоактивность была обнаружена при бомбардировке нейтронами 22 различных элементов. Мейтнер была одной из избранных групп физиков, которая была проведена предварительная проверка копий своих работ, и она смогла сообщить, что проверила его открытие в отношении алюминия, кремния, фосфора, меди и цинка. Когда новый экземпляр La Ricerca Scientifica прибыл в Институт теоретической физики Нильса Бора в Копенгагенском университете , ее племянник, Отто Фриш , был единственным физик, умеющий читать по-итальянски, оказался востребован коллегами, которые хотели получить перевод.
У римской группы не было образцов редкоземельных металлов , но в институте Бора Жорж де Хевеши имел полный набор их оксидов, который ему передал Auergesellschaft , поэтому де Хевеши и Хильде Леви провели с ними процесс. Когда римская группа достигла урана, у них возникла проблема: радиоактивность природного урана была почти такой же, как источник их нейтронов. То, что они наблюдали, было сложной смесью периодов полураспада. Следуя закону с ущербом, они проверили наличие свинца , висмута, радия, актиния, тория и протактиния пропуские элементы, химические свойства которых были неизвестны , и правильно никаких никаких признаков какого-либо из них.. Новые изотопы неизменно распадаются под действием бета-излучения, что элементы перемещаются вверх по периодической таблице. Основываясь на приведенной таблице того времени, полагается, что элемент 93 был экарением - Элемент ниже - с характеристиками аналогично марганцу и рению. Такой был найден, и Ферми элемент к выводу, что в его экспериментах были созданы новые элементы с протонами 93 и 94, которые он назвал аузонием и гесперием. Результаты были опубликованы в журнале Природа в июне 1934 года.
Письмо Гана застало Лизу Мейтнер в отеле в маленьком городке Кунгельв — небольшом курортном местечке около Гетеборга, почти безлюдном в зимнее время, куда она приехала навестить своих друзей на рождественские каникулы. Вместе с нею был ее племянник, Отто Р.
Фриш, который хотел провести с тетушкой ее первые каникулы в эмиграции и заодно серьезно поговорить с ней о будущих своих работах. Но судьба решила иначе. Новости, полученные от Гана, были равносильны атомному взрыву в мозгу Лизы Мейтнер. Она перечитала письмо несколько раз, и чем больше его читала, тем фантастичнее оно казалось. Действительно, здесь имела место аномалия: две науки противоречили друг другу — химики открыли факты, которые, как уверяли физики, противоречили природе. Однако за долгие годы совместной работы Лиза Мейтнер знала Гана как серьезного химика и почти полностью исключала возможность ошибки в скрупулезных опытах своих коллег. Если наблюдения Гана и Штрассмана верны, это могло лишь означать, что новое революционное открытие снова было сделано се- рендипно. Природа нового явления потрясла Лизу Мейтнер. Она знала, что барий может появиться лишь при расщеплении ядра атома урана, состоящего из 92 положительных атомных единиц протонов , на два более легких элемента, состоящих из 56 и 36 положительных частиц, что соответствует барию и инертному газу — криптону. Но все известные законы физики утверждали, что такое космическое расщепление противоречит основному закону природы.
Если же такое расщепление произошло, то этот закон должен быть коренным образом изменен. Мейтнер была довольна присутствием племянника Отто, молодого физика со свежим умом,— вдвоем они обязательно найдут ответ на эту загадку. Лиза чувствовала, что в барии скрыта одна из величайших тайн природы, послание от святая святых космоса. Само провидение послало ей племянника, чтобы помочь истолковать это послание. Однако, к полному ее смятению, когда она рассказала племяннику о том, что обнаружил Ган, он отказался слушать. Обсуждать нечто невозможное было пустой тратой времени. Он хотел обсуждать только свой собственный проект — ведь это одна из главных причин его визита. Когда тетушка стала настаивать, он предложил ей прогуляться.
При попадании в другие ядра последние снова делятся с выделением уже 6-9 элементарных частиц. 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.
Для возникновения такой цепной реакции необходима относительно высокая плотность атомов урана-235, которую называют «критической массой» материала. К концу 1930-х годов физики разработали методы замедления нейтронов, достаточные для захвата и обогащения смесей изотопов урана из природных ресурсов с образованием критической массы урана-235. Они также придумали, как контролировать цепную реакцию, чтобы экспоненциальное производство нейтронов не вышло из-под контроля, в случае чего процесс мог бы стать взрывоопасным. В течение последующего десятилетия технологические достижения в области деления ядер использовались для создания новых классов супероружия. Только после Второй мировой войны инженеры вновь обратили внимание на возможность использования процесса деления ядер для устойчивого производства тепла, пригодного для выработки электроэнергии. Подобно тому, как пар, получаемый при сжигании ископаемого топлива в котле, вращает турбину, соединённую с электрогенератором, пар из «ядерного котла» также можно использовать для выработки электроэнергии. Градирни атомной электростанции во Франции С течением времени совершенствование технологий позволило повысить эффективность и безопасность, в некоторых случаях отказаться от замедления нейтронов, чтобы расщепляющийся материал мог захватывать более быстрые частицы. Сегодня в мире эксплуатируется около 440 атомных электростанций, из них только в США - около 100. Однако существуют издержки, которые могут ограничить возможности использования атомной энергии для спасения от климатического кризиса. В чём проблема ядерной энергетики? Когда речь идёт о поиске экономически эффективных альтернатив ископаемому топливу с низким выбросом парниковых газов, есть варианты и похуже, чем атомная энергетика. Важно отметить, что есть варианты и получше - современные технологии возобновляемой энергетики, такие как солнечная и ветровая, которые с каждым годом становятся все дешевле. Проблемы атомной энергетики делятся на три категории - отходы, риск и стоимость. Приведём примеры каждой из них. Отходы Одна из самых больших озабоченностей общественности по поводу атомной энергетики в последние десятилетия связана с тем, что делать с урановым топливом после того, как оно настолько насытится делящимися продуктами, что перестанет быть эффективным для производства энергии. Высокоактивные отходы содержат изотопы, радиоактивность которых может снизиться за тысячи лет до уровня, примерно соответствующего уровню радиоактивности руды, из которой они были получены.
ГЛАВА 4 Открытие деления
МЦОУ - это единственный реализованный проект в мире, который гарантирует любой стране, встающей на путь развития атомной энергетики. уДачные советы. 03:00. Высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления может привести к распаду других соседних атомов U-235.
ГЛАВА 4 Открытие деления
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 стало возможно благодаря оптимальному использованию суперкомпьютерных мощностей и современных программных кодов. В результате подобных рекордных молекулярно-динамических расчетов удалось непосредственно пронаблюдать броуновское движение пузыря и обнаружить принципиально новый механизм диффузии. Ранее физики полагали, что чем выше концентрация газа, тем медленнее диффузия, так как газ мешает движению диоксида на поверхности пузыря. Исследователи из МФТИ показали, что при достижении некоторой концентрации газ, благодаря высокому давлению, выталкивает атомы кристаллической решетки в междоузельные положения. Скапливаясь там, эти атомы образуют кластеры, быстро перемещающиеся вокруг пузыря. Пузырь и кластер атомов, периодически подталкивая друг друга, двигаются существенно быстрее, чем пузырь сам по себе. Таким образом, появляется новый эффект — ускорение диффузии самим газом, Это поможет объяснить аномально быстрый выход газа из ядерного топлива и устранит расхождение теории с экспериментом в объяснении этого явления.
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.
Одиночная субатомная частица может попасть в атом 235U и расщепить его на два отдельных атома других элементов, при этом выделятся три нейтрона. Субатомные частицы можно получить из контролируемого источника например, нейтронной пушки или создать в результате столкновения ядер. Обычно используют три вида субатомных частиц. Эти субатомные частицы обладают массой и положительным электрическим зарядом. Количество протонов в атоме определяет, атомом какого элемента он является.
На этот счет существует множество разных точек зрения: от мантии до геометрического центра Земли. Анисичкин с соавторами предложили обоснованную гипотезу, согласно которой местом критической концентрации урана и тория могла быть поверхность твердого внутреннего ядра Земли. Эта концепция во многом базируется на работах по растворимости диоксида урана UO2 , проведенных в конце 1990-х гг. В экспериментах на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» А. Туркиным было показано, что растворимость UO2 в расплавах на основе железа с ростом давления уменьшается. Исследуемый диапазон давлений составлял 5—10 ГПа для сравнения: в центре Земли давление около 360 ГПа. Поскольку в природе уран встречается преимущественно в виде оксидов, то логично сделать вывод: чем глубже, тем хуже будет растворяться уран! Этот важный экспериментальный факт наводит на мысль, что миграция актиноидов в теле Земли могла быть следующей. После образования планеты в океане магмы, состоящей, в основном, из расплавов железа и силикатов, присутствовали и соединения урана. Со временем магма остывала, и происходило гравитационное разделение вещества по плотности. Силикаты, кристаллизуясь, всплывали в магме, плотность которой за счет железа была выше. Соединения же тяжелых актиноидов, выделяясь из расплава по мере роста давления и кристаллизуясь, оседали на внутреннее твердое железоникелевое ядро планеты. Из сейсмологических исследований известно, что переходная зона между внешним жидким и внутренним твердым ядром Земли толщиной 2—3 км имеет мозаичную структуру. При этом основными структурными элементами являются относительно тонкие взвешенные слои протяженностью до нескольких десятков километров. Возможно, именно они и являются областями концентрации тяжелых радиоактивных элементов. Не можешь найти — моделируй! Когда речь идет о процессах на глубинах в тысячи километров, следует иметь в виду, что, с одной стороны, они недоступны непосредственному экспериментальному исследованию, с другой — их не всегда возможно изучать и в лабораторных установках, где трудно создать аналогичные физические условия. Но в современной науке существует еще один универсальный инструмент познания — компьютерное моделирование. В 2005 г. Задача была не из легких, поскольку методы теории реакторов традиционно применяются для расчета процессов длительностью максимум в годы, а здесь потребовалось просчитывать интервалы в миллиарды лет! Согласно их идее при кристаллизации магматического океана происходило «гравитационное разделение вещества по плотности», в результате которого силикаты, кристаллизуясь, всплывали, а соединения тяжелых актиноидов оседали на внутреннее ядро планеты. В дальнейшем сконцентрировавшаяся таким образом масса актиноидов, и в первую очередь соединения урана, играла роль ядерного реактора, генерирующего энергию, обусловленную цепными реакциями деления. К сожалению, в самой основе этой занимательной гипотезы лежит недоразумение. Кристаллизация каких-либо соединений актиноидов в виде самостоятельных минеральных фаз, которые могли бы погружаться в недра планеты, в магматическом океане невозможна. Прежде всего, это обусловлено исключительно низкими концентрациями урана и других актиноидов в протопланетном веществе. При кристаллизации расплава, который возникает на основе такого вещества, весь уран распределяется в кристаллической решетке породообразующих минералов или на их границах в виде примеси, как и многие другие редкие и рассеянные элементы. Конечно, образование скоплений редких элементов в природе возможно вспомним, например, самородное золото , только это происходит в коре и не в результате кристаллизации магматических расплавов, а за счет разгрузки гидротермальных растворов, транспортирующих эти элементы и сбрасывающих их при изменении физических условий. В ходе геологических процессов зарождающиеся в недрах планеты магматические расплавы вследствие более низкой плотности по сравнению с твердым веществом перемещаются к поверхности. В тех случаях, когда они прорываются на поверхность, возникает вулкан. Когда такой расплав застревает на глубине и кристаллизуется в магматической камере, образуется твердое магматическое тело, называемое интрузивом. Дифференциация вещества по плотности при формировании магматических тел принципиально ничем не отличается от такой дифференциации при затвердевании расплава в магматическом океане. Однако кристаллизующиеся силикаты магния и железа в этих расплавах вопреки предположению авторов обсуждаемой гипотезы не всплывают, а тонут, потому что их плотность всегда выше плотности жидкой фазы. Утверждая, что плотность магмы увеличится за счет железа, авторы упускают из виду, что в магматическом океане металл сразу образует самостоятельную жидкую фазу, не смешивающуюся с силикатной, которая опустится на дно задолго до начала кристаллизации силикатов. Возвращаясь к интрузивам, заметим, что никаких скоплений минералов, сложенных актиноидами, на дне соответствующих магматических камер нет, несмотря на то, что концентрация урана как в самих интрузивных телах, так и в исходных расплавах зачастую на два порядка превосходит его концентрацию в протопланетном веществе и магматическом океане. Все происходит ровно наоборот: основная часть урана концентрируется в остаточной жидкости, которая, как правило, собирается в верхней части магматической камеры, после того как основной объем расплава уже затвердел. Поэтому, даже если бы в этих последних порциях расплава и возникли какие-то тяжелые урансодержащие минералы, опускаться им было бы некуда. Конечно, для объективной оценки обсуждаемой гипотезы необходимы исследования специалистов в различных областях науки. Что касается геологической составляющей, то я считаю, что предложенная концепция пока не подтверждается фактическим материалом. Пушкарев, д. Расчеты показали, что теоретически существуют разные сценарии работы реактора. По некоторым из них его активность могла давно прекратиться, по другим — продолжаться до настоящего времени. Максимальная продолжительность возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов. В результате содержание легко делящегося урана-235 поддерживается на достаточно высоком уровне, и получается реактор-размножитель на быстрых нейтронах. Ряд глобальных явлений на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет. О причинах этих колебаний нет единого мнения. По обломочным окаменевшим моренам и ледниково-морским осадкам, обнаруженным на всех континентах, ученые восстановили ледниковую историю Земли за последние 2,5 млрд лет. В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох.