Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. Деление ядер урана Делением ядер называется процесс распада массивного ядра на две приблизительно равные части, сопровождающийся вылетом других частиц. работать в токамаке, но он не слышит нас хотят убедить, что технология, которая УСТОЙЧИВО НЕ РАБОТАЕТ 70 ЛЕТ вдруг начнет работать На самом деле физическому. Объект «Магия деления ядра урана» был создан четко в установленный договорной срок и сдан заказчику без каких-либо замечаний с его стороны.
Рассмотрим процесс деления ядра урана-235:
- 15. Нет недостатка в Уране как источнике энергии
- Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана - Hi-Tech
- Ядерные реакции. Деление ядер урана
- Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана
- Парадоксы ядерной гонки
Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
Нейтроны, образовавшиеся внутри тела, имеют перед собой достаточную толщу урана и в большинстве своем вызывают новые деления, продолжая реакцию рис. Чем больше масса урана, тем меньшую долю объема составляет поверхностный слой, из которого теряется много нейтронов, и тем благоприятнее условия для развития цепной реакции. Развитие цепной реакции деления в. Кружочки — осколки деления, стрелки — нейтроны деления Увеличивая постепенно количество , мы достигнем критической массы, т. При дальнейшем увеличении массы реакция начнет бурно развиваться начало ей положат спонтанные деления.
При уменьшении массы ниже критической реакция затухает. Итак, можно осуществить цепную реакцию деления. Если располагать достаточным количеством чистого , отделенного от. И действительно, извлечение из природного урана явилось одним из тех способов, при помощи которых цепная реакция деления была осуществлена на практике.
Наряду с этим цепная реакция была достигнута и другим способом, не требующим разделения изотопов урана. Этот способ несколько более сложен в принципе, но зато более прост в осуществлении. Он использует замедление быстрых вторичных нейтронов деления до скоростей теплового движения. Мы видели, что в природном уране незамедленные вторичные нейтроны поглощаются главным образом изотопом.
Так как поглощение в не приводит к делению, то реакция обрывается. Как показывают измерения, при замедлении нейтронов до тепловых скоростей поглощающая способность возрастает сильнее поглощающей способности , ведущее к делению, получает перевес. Поэтому, если замедлить нейтроны деления, не дав им поглотится в , цепная реакция станет возможной и с природным ураном.
Изменения нейтронной активности в помещениях под саркофагом, как пишут ученые в той же самой статье, были сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, влажные наоборот. Эта ситуация изменилась, когда поверх «Укрытия» возвели в середине 2010-х Новый безопасный конфайнмент — поступление воды в остатки энергоблока резко сократилось. Соответственно, при высыхании залитых водой лаваподобных топливосодержащих материалов ЛТСМ нейтронный поток будет сначала увеличиваться и только после прохождения «оптимального увлажнения» начнет сокращаться — это, возможно, мы и видим сейчас. Это происходит потому, что вода является одновременно сильным замедлителем и сильным поглотителем нейтронов. Замедление нейтронов — это снижение их энергии от миллионов электронвольт при рождении в ядерной реакции до сотых долей электронвольта — средней тепловой энергии атомов при комнатной температуре. Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции. Поэтому добавляя воду к урану, мы увеличиваем вероятность деления и как бы виртуально многократно увеличиваем концентрацию урана.
Однако когда воды становится достаточно много, все нейтроны успевают в ней замедлиться, и дальнейшее ее добавление приводит только к росту поглощения ценных нейтронов. Но что может быть, если расчеты и модели неверны, и в реальности где-то сложатся условия для возникновения самопроизвольной цепной реакции? За историю работы человечества с делящимися материалами такие аварии возникали неоднократно, поэтому можно довольно уверенно предсказать, что произойдет. Как выглядит самый страшный сценарий Что будет, если все же ускоряющаяся цепная реакция запустится где-то в объеме топливосодержащей лавы? В какой-то момент нейтронный поток начнет экспоненциально расти, и за несколько миллисекунд мощность цепной реакции достигнет киловатта или мегаватта — в общем, достаточного уровня, чтобы быстро прогреть топливный материал и окружающую среду.
Деление ядер урана: цепная реакция Нейтроны, испускаемые в реакции расщепления, могут быть поглощены другим ядром-родителем, которое затем само подвергается индуцированному делению.
В случае урана-238 три нейтрона, которые возникают, выходят с энергией менее 1 МэВ энергия, выделяющаяся при делении ядра урана — 158 МэВ — в основном переходит в кинетическую энергию осколков расщепления , поэтому они не могут вызвать дальнейшее деление этого нуклида. Тем не менее при значительной концентрации редкого изотопа 235U эти свободные нейтроны могут быть захвачены ядрами 235U, что действительно может вызвать расщепление, так как в этом случае отсутствует энергетический порог, ниже которого деление не индуцируется. Таков принцип цепной реакции. Типы ядерных реакций Пусть k — число нейтронов, произведенное в образце делящегося материала на стадии n этой цепи, поделенное на число нейтронов, образованных на стадии n - 1. Это число будет зависеть от того, сколько нейтронов, полученных на стадии n - 1, поглощаются ядром, которое может подвергнуться вынужденному делению. Именно это и происходит в природной урановой руде, в которой концентрация 235U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.
Это достигается путем обогащения природной руды до получения достаточно большой концентрации урана-235. Для сферического образца величина k увеличивается с ростом вероятности поглощения нейтронов, которая зависит от радиуса сферы. Поэтому масса U должна превышать некоторую критическую массу, чтобы деление ядер урана цепная реакция могло происходить. Это используется в ядерных реакторах. Процесс контролируется распределением среди урана стержней из кадмия или бора, которые поглощают большую часть нейтронов эти элементы обладают способностью захватывать нейтроны. Деление ядра урана контролируется автоматически путем перемещения стержней таким образом, чтобы величина k оставалась равной единице.
Главная встреча в научной жизни Гана случилась в 1907 году, когда Отто получил профессорскую позицию в Берлине. И у них началось… Нет, не то, что вы могли подумать, а дружба и совместная научная работа, которая продлилась 31 год. В 1938 году, когда случился аншлюс Австрии, еврейку Мейтнер лишили гражданства, и она с трудом, при помощи Гана, бежала в Швецию. Еще одного коллегу и соавтора по главному открытию, Вильгельма Траубе, Ган спасти не сумел: в 1942 году он погиб в тюрьме гестапо в Берлине. Они выделили долгоживущий радиоактивный изотоп нового вещества, который назвали прото-актинием. Как оказалось позже, в 1913 году работавшие в Карлсруэ Казимир Фаянс и его ученик Освальд Геринг не путать с Германом!
В 1949 году IUPAC окончательно утвердила название Гана — Мейтнер, «отредактировав» его в протактиний и признав за ними приоритет первооткрывателей. Он открыл еще один уран, «уран-Z», который отличается от «урана-Х2», но тоже имеет массу 234, то есть, это другое ядро, но не изотоп. При этом ошибки нет, а значит, обнаружено что-то совсем новое. Только полтора десятка лет спустя Карл Вайцзеккер сумел объяснить явление изомерии атомных ядер — существование метастабильных возбужденных состояний ядра с достаточно большим для обнаружения временем жизни. И примечательно, что первым ядром, у которого удалось увидеть изомерию, оказался открытый Ганом протактиний. Путь к атомной электростанции и атомной бомбе был открыт.
Публикация результатов эксперимента состоялась 6 января 1939 года, а уже 11 февраля Лиза Мейтнер и ее племянник Отто Роберт Фриш опубликовали в Nature теоретические выкладки, объясняющие экспериментальный результат Гана.
Открытие спонтанного деления ядер урана
При упругом взаимодействии с ядрами дейтерия или углерода нейтроны замедляются до тепловых скоростей. Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из бериллия, которая отражает нейтроны, позволяет снизить критическую массу до 250 г. В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает при быстром соединении двух кусков , каждый из которых имеет массу несколько ниже критической. Ядерный или атомный реактор - устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер. В активную зону вводятся регулирующие стержни, содержащие кадмий или бор, которые интенсивно поглощают нейтроны.
Введение стержней в активную зону позволяет управлять скоростью цепной реакции. В парогенераторе теплоноситель передает тепловую энергию воде, превращая ее в пар высокого давления. Пар направляется в турбину, соединенную с электрогенератором. Из турбины пар поступает в конденсатор.
Во избежание утечки радиации контуры теплоносителя I и парогенератора II работают по замкнутым циклам. Турбина атомной электростанции является тепловой машиной, определяющей в соответствии со вторым законом термодинамики общую эффективность станции. Это приводит к локальному перегреву естественных водоемов и последующему возникновению экологических проблем. Однако, главная проблема состоит в обеспечении полной радиационной безопасности людей, работающих на атомных электростанциях, и предотвращении случайных выбросов радиоактивных веществ, которые в большом количестве накапливаются в активной зоне реактора.
При разработке ядерных реакторов этой проблеме уделяется большое внимание. Наряду с ядерным реактором, работающим на медленных нейтронах, большой практический интерес представляют реакторы, работающие без замедлителя на быстрых нейтронах.
Oттo Ган 1879-1968 Немецкий физик, учёный-новатор в области радиохимии. Открыл расщепление урана, ряд радиоактивных элементов Фриц Штрассман 1902—1980 Немецкий физик и химик. Работы относятся к ядерной химии, ядерному делению. Дал химическое доказательство процессу деления Рассмотрим механизм этого явления. На рисунке 162, а условно изображено ядро атома урана. Поглотив лишний нейтрон, ядро возбуждается и деформируется, приобретая вытянутую форму рис. Процесс деления ядра урана под воздействием попавшего в него нейтрона Вы уже знаете, что в ядре действует два вида сил: электростатические силы отталкивания между протонами, стремящиеся разорвать ядро, и ядерные силы притяжения между всеми нуклонами, благодаря которым ядро не распадается.
Но ядерные силы — короткодействующие, поэтому в вытянутом ядре они уже не могут удержать сильно удалённые друг от друга части ядра. Под действием электростатических сил отталкивания ядро разрывается на две части рис. Получается, что часть внутренней энергии ядра переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков и частиц. Осколки быстро тормозятся в окружающей среде, в результате чего их кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию среды т. При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно её температура заметно возрастают т. Таким образом, реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду. Энергия, заключённая в ядрах атомов, колоссальна. Например, при полном делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделилось бы столько же энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5 т нефти. Для преобразования внутренней энергии атомных ядер в электрическую на атомных электростанциях используют так называемые цепные реакции деления ядер.
Но тогда нам было не до смеха: в один «прекрасный» день многократно наблюдавшийся нами эффект вдруг пропал. Можете представить наше положение и состояние. День, другой, третий...
Две недели, и ни одного щелчка! Перебрали всю аппаратуру, проверили каждый контакт — эффекта нет. Курчатов проявил максимум такта.
Придет, поздоровается. Зато мы нервничали, особенно Г. У него же характер — винт.
Сам завелся и других дозаводил. Кончилось ссорой, и на правах старшего по возрасту я выпроводил его из лаборатории. Пытаюсь сосредоточиться, мысленно перебираю всю схему — нет, все проверено.
Не перебирали лишь самую импульсную камеру. Но что в ней может быть? Конструкция-то простейшая: диски, покрытые урановой смолкой и склеенные между собой шеллаком...
Все-таки разобрал ее. Оказалось, что от долгого употребления, от дорожной тряски или других причин слои расклеились, окись урана осыпалась, и эффект, естественно, не мог не пропасть. За ночь я нанес на все пластины новый урановый слой, собрал камеру, подключил аппаратуру.
Утром пришли Игорь Васильевич и Г. Эффект был, и мы на радостях на два дня уехали в Волхов. И еще об одном хочу сказать — о стиле работы в лабораториях Курчатова, Иоффе, Хлопина...
Нас никто не заставлял приходить к определенному часу. Понятия «табель» не существовало. А работали даже больше, чем сейчас, — мое такое мнение.
Когда занимались спонтанным делением, по две недели домой не приходили. Допускаю, впрочем, что просто брюзжу: «Да, были люди в наше время...
Не могут ли и они оказаться легкими элементами? Впрочем, мы предполагаем еще изучить осадки с рутением, родием и палладием». Это — первое указание на новую проверку реальности трансуранов. Опыт, поставленный нами сегодня [10. Во всяком случае, сегодня я уже убежден. Нужны несколько более быстрые нейтроны, чтобы взорвать ядра тория». Активность и, значит, количество бария, полученного при обстреле тория быстрыми нейтронами, была крайне малой; ее удалось измерить лишь только потому, что у Гана имелся необходимый для этого измерения чистейший образец тория, приготовленный им в процессе длительных утомительных опытов, путем многократного очищения от продуктов распада, излучение которых исказило бы изучаемое явление. Это была заслуженная награда за прежнюю «бесцельную работу!
Она сообщила также, что у них с Фришем готовы две заметки в «Nature». Это следствие того, что дефект массы атома урана существенно меньше, чем дефект массы атомов средней части периодической системы. Если, таким образом, подобный переход происходит, то разница дефектов масс проявляется в виде ядерной энергии. В качестве возможных пар деления, порядковые номера которых в сумме дают 92, в заметке Фриша и Мейтнер предполагались барий 56 и криптон 36 , а также стронций 38 и ксенон 54. Сообщалось также об успешном опыте Фриша с атомами отдачи. В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью, что было установлено по величине производимой ими ионизации в воздухе в условиях, когда все ионизирующие заряженные частицы меньшей скорости, создававшие меньше 500 тысяч ионов, устранялись с помощью внешнего поля. Его реакция на них была очень специфична: выходит, все наши трудоемкие опыты «после убедительного опыта Отто-Роберта не нужны». Лиза Мейтнер ответила 25 января: вовсе не «не нужны», без Вашего прекрасного результата о барии вместо радия мы никогда бы не пришли к этому... Конечно, публикуйте Ваши результаты о стронции и иттрии... Опыты с атомами отдачи доказывают лишь факт взрыва, но не то, на что делится ядро; это может решить только химия».
Это письмо Лизы Мейтнер перекрылось с письмом Гана, тоже от 25 января, уже явно оптимистическим «благодаря многим новым результатам»: в барии уже нельзя более сомневаться, доказано образование «гипотетического криптона» при облучении урана нейтронами, среди продуктов деления найдены также стронций, иттрий, рубидий. В своем ответе на следующий день Лиза Мейтнер писала: «Все сделанное Вами в последнее время мне представляется фантастическим. Добрая половина периодической системы встречается среди этих осколков урана, и Вы в последние месяцы заслужили много первых наград». Отдельные данные, сообщенные Ганом в последних письмах, получили дальнейшее обоснование в еще более обстоятельной второй статье Гана и Штрассмана «Доказательство возникновения активных изотопов бария из урана и тория при облучении их нейтронами; доказательство новых активных осколков, возникающих при делении урана» датировано 28 января 1939 г. Окончательные результаты этих потребовавших много времени опытов сняли последние сомнения, но с типичной для Гана добросовестностью все еще проводилось различие между «сильным доводом в пользу бария» и «доказательством в пользу бария» и новые результаты сформулированы в статье существенно осторожнее, чем в предшествующем письме. Следовательно, и эта важнейшая работа несет отпечаток тех действительно громадных трудностей, которые приходилось преодолевать исследователям. При делении урана возникают четыре разных ра- диоактивных изотопа бария, которые затем превращаются в другие элементы; поэтому в исследуемом препарате наряду с первичными продуктами деления всегда имеются вторичные продукты распада. То же самое имело место при определении природы новых первичных продуктов деления. Для проверки естественного предположения, что и криптон, подобно барию, превращается в соседние с ним элементы, были поставлены два опыта. Следовательно, была допустима и другая схема деления урана.
Это исследование было проведено. Четыре недели спустя 2 марта последовало экспериментальное доказательство распада урана на различные изотопы ксенона и стронция. Две следующие работы, датированные 21 и 22 июля, принесли дальнейшее прояснение и сведения о новых продуктах деления. Какие трудности пришлось преодолеть на пути к выяснению этих связей, видно уже из того, что в разные ряды входят изотопы одних и тех же химических элементов, различающихся между собой только периодами радиоактивного распада. Были найдены также новые продукты деления — йод, бром, теллур, молибден. Наконец, было установлено совпадение продуктов деления урана и тория благодаря тому, что некоторые препараты тория были облучены быстрыми нейтронами от сильных источников института Бора в Копенгагене и Берлинского Ауер-общества. Сразу же после первых публикаций Гана и Штрассмана о делении урана опыты с расщеплением ядер были повторены и продолжены во многих институтах мира. Почти всюду имелись более сильные источники нейтронов, чем в институте Гана. В связи с некоторыми публикациями возникали жаркие споры о приоритете, которые, однако, быстро разрешались и забывались. Три факта сегодня не вызывают возражений: 1 никто до Гана и Штрассмана не принимал во внимание такой своеобразной ядерной реакции, как деление ядер; 2 Ган и Штрассман дали окончательное доказательство деления своими радиохимическими методами; 3 Фриш и Мейтнер предложили первое физическое объяснение и дали экспериментальное доказательство взрывного ядерного процесса, связанного с освобождением больших количеств энергии.
Очень большое значение имело также данное около четверти года спустя группой Жолио окончательное доказательство того факта, впервые замеченного Ганом, Штрассманом и др. Мнения о существовании трансуранов, выраженные в письмах и в журнальных публикациях, колебались: должны они умереть или остаться? Ган и Лиза Мейтнер склонялись то к одному, то к другому мнению. Неужели четырехлетняя сверх всякой меры напряженная работа должна оказаться безрезультатной? Отчасти себе в утешение, отчасти из чувства великодушия, Ган и Штрассман писали в своей второй работе, что без многолетней практики с «трансуранами» совместно с Лизой Мейтнер деление урана нельзя было бы обнаружить. Но вопрос имел и оборотную сторону. Дело в том, что «кюрьозный» трансуран Кюри и Савича, послуживший поводом для новых опытов Гана, Мейтнер и Штрассмана и обладавший свойствами лантана, не заставил их отказаться от трансурановой гипотезы и подумать о другом механизме его возникновения; лишь Ган и Штрассман указали на то, что он является продуктом деления урана или распада бария. Самым существенным аргументом против трансуранов стал результат исключительно красивого опыта Лизы Мейтнер с атомами отдачи. Только третья схема реакций еще не получила объяснения. Деление урана носило «усиленный» характер, т.
Его дочерний продукт из-за малой интенсивности не мог быть, однако, установлен однозначно, а химическая природа последующих продуктов не могла быть выяснена из-за их быстрого распада. Лиза Мейтнер в своих письмах продолжала придерживаться мнения, что «23-минутное вещество» действительно является материнским веществом трансуранов, как это и было потом доказано. Полная ясность пришла лишь после открытия того факта, что естественный уран содержит наряду с прочими изотоп с массовым числом 235, который делится, и изотоп с массовым числом 238, из которого с помощью указанного резонансного процесса могут быть получены трансураны. В первый период рассматривался лишь уран-238. В письме Фриша Гану от 6 июня 1939 г. Я поговорю с профессором Бором о важности предлагаемой Вами проверки гипотезы об уране-235. Я слышал, в Америке хотят провести частичное разделение этих двух изотопов, что, очень облегчило бы проверку... Как раз в это же время началось обсуждение возможности взрывной цепной реакции при делении урана освобождающимися нейтронами и технического использования ядерной энергии. Интересно, что Бор еще в своем письме Лизе Мейтнер от 12 июля 1939 г. Мы не будем, од- нако, продолжать обсуждение этих вопросов, так как они уже выходят из области деятельности Гана.
Термоядерные реакции
- Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
- Популярное
- Ядерные реакции
- Деление ядер урана - Смотреть видео
- Открыт новый изотоп урана: Наука: Наука и техника:
Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть?
Объект «Магия деления ядра урана» был создан четко в установленный договорной срок и сдан заказчику без каких-либо замечаний с его стороны. Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. (Фото РИА Новости). Скачок цен на углеводороды в Европе подхлестнул давние споры о судьбе атомных электростанций. Полное энерговыделение на один акт деления ядра урана-235 равно примерно 200 МэВ. такие жуткие последствия ждут население после применения снарядов с обедненным ураном, которые Британия собирается поставить украинской армии. При делении ядра урана, как видим, удельная энергия связи повышается примерно на 1 \ МэВ/нуклон; эта энергия как раз и выделяется в процессе деления.
Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников
На самом деле, физики начали фиксировать нарушение постулата Лавуазье задолго до открытия деления ядра урана. Цепная реакция деления ядер урана – это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. Происходит это так: тепловыделяющие сборки (ТВС) разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
Однако о критической опасности можно будет говорить лишь в случае обнаружения новых радионуклидов в воздухе, подчеркнул Ожаровский. Среди возможных причин возобновления ядерных реакций может быть попадание в устройство влаги, отметил ученый. Это частично может быть связано с периодом дождей: вода может проникать в реактор и создавать необходимые условия. Также возможны подтопления снизу. Могут быть и другие факторы, о которых мы не знаем, — объяснил Ожаровский.
Лиза Мейтнер Выдающийся австрийский физик и радиохимик Эти слова Мейтнер показывают ее отношение к этому открытию. Да и другая цитата тоже вполне показательна. Это удалось с помощью необычайно хорошей, просто фантастически хорошей, химической работы Гана и Штрассмана, на которую в те времена больше никто не был способен. Позже американцы научились. Но тогда Ган и Штрассман были действительно единственными, потому что они были столь хорошими химиками.
Они действительно с помощью химии открыли и доказали физический процесс. Лиза Мейтнер Выдающийся австрийский физик и радиохимик Отто Гана номинировали на «Нобелевку» 39 раз: 16 раз по физике в том числе и после присуждения премии — его номинировал в 1947 году сам Луи де Бройль и 23 раза по химии. Лизу Мейтнер — 48 раз 19 раз по химии. Большая часть номинаций была совместной, но, к сожалению, Нобелевский комитет предпочел дать премию одному Гану. Кстати, история до сих пор знает всего двух женщин — лауреатов Нобелевки по физике и четырех — по химии. Сам Ган так и не смог получить премию сразу: в 1945 году его арестовали союзные спецподразделения, искавшие немецких физиков-ядерщиков вспомним Роберта Барани , который узнал о своей «нобелевке» по медицине, находясь в российском Узбекистане, попав в плен на фронтах Первой мировой. После смерти Гана и Мейтнер история «вернула должок». И в честь Отто Гана, и в честь Лизы Мейтнер предлагали назвать химические элементы.
Курчатовым и сыгравший в развитии советской науки выдающуюся роль. На нем анализировались и разрабатывались экспериментальные и теоретические идеи нейтронной физики.
В нем активно участвовали сотрудники И. Курчатова по физтеху: Г. Щепкин, М. Еремеев, А. Вибе, А. Юзефович, И. Панасюк и я, из Радиевого института: М. Мещеряков, К. Петржак и И. Гуревич, теоретики Я.
Хургин и А. Не часто, но бывали на семинарах Я. Френкель, Л. Уже после открытия деления урана в семинаре стали постоянно участвовать Я. Зельдович и Ю. Харитон — сотрудники Института химической физики, яркие ученые-энциклопедисты. Само рождение нейтронного семинара стало признаком того, что период ученичества прошел, и наша ядерная физика нащупала свой собственный почерк. Если на первых порах мы повторяли эксперименты Ферми, то довольно скоро, логически их развивая, начали ставить оригинальные опыты. В очередных журналах находили описание таких же опытов, выполненных одновременно или почти одновременно в Риме группой Э. Иногда это вызывало досаду, иногда удовлетворение тем, что мы вышли на один уровень с первоклассной физической школой.
Значение нейтронного семинара можно оценить только сегодня. Это была кузница кадров, в первую очередь экспериментаторов, но в значительной мере и теоретиков, всех тех, кто во главе с И. Курчатовым взял на себя в дальнейшем научное руководство советским атомным проектом. Курчатов, по существу, провел нас, сотрудников своих лабораторий, своих учеников, через главные школы ядерной физики того времени. Помню, получили книгу, в которой содержались экспериментальные работы Резерфорда и его учеников, естественно, уже несколько устаревшие. Все эти резерфордовские работы были Курчатовым превращены для нас как бы в шахматные этюды. Каждому давалась отдельная статья или глава из книги, и мы должны были разобраться во всем. Объяснить, почему для такого-то эксперимента взята установка такого-то размера — был ли в этом особый смысл, или она просто осталась от предыдущего опыта. Почему использован такой-то источник излучения, а не другой. Разбирали всё, как разбирают куклу на части, препарировали и сами опыты, и авторские рассуждения.
Курчатова интересовал вопрос: можно ли тот или иной опыт поставить иначе, с современной техникой тридцатых годов? Будет ли лучше? Известно, что Резерфорд исследовал ядро простыми средствами, но при этом постановка его эксперимента отличалась глубокой продуманностью и, если можно сказать, красотой логики. Это же относится к исследовательскому стилю Курчатова и его школы. И еще, Игорь Васильевич умел без сложных математических выкладок создавать физический образ явления и получать правильный результат. Как-то мне пришлось ему рассказать о характере рассеяния заряженных частиц на атомном ядре — формула Резерфорда. Когда я позднее слушал доклад Нильса Бора о теории составного ядра, то встретился с таким же подходом к теоретическому анализу явления. Курчатова: тогда были получены ценные научные результаты, сделаны открытия, освоены экспериментальные методы нейтронной физики и, что, пожалуй, самое важное, воспитаны кадры специалистов, готовых решать самые сложные проблемы ядерной науки и техники. Выиграны многие годы, требовавшиеся для освоения Советским Союзом ядерной энергии, создания ядерного щита для социалистических стран. Как ни спешить, физиков — специалистов по атомному ядру не воспитаешь на краткосрочных годичных курсах.
На отбор способных, талантливых людей, которые бы смогли взять на себя научное руководство советским атомным проектом, на приобретение ими экспериментальных навыков в новой научной области потребовалось бы время, много времени, годы».
В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох. Периодичность потеплений-похолоданий, соответствующая смене ледниковых эпох, составляет около 100 тыс. Подробнейшая информация о палеоклимате получена при бурении ледниковых щитов в Антарктиде.
Каково значение этого факта? Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим. Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз.
Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс. Почему происходит смена магнитных полюсов? Магнитное поле планеты формируется благодаря циркуляции расплавленного железа во внешнем ядре. Движение электропроводящей жидкости в магнитном поле создает самоподдерживающуюся систему, своего рода геодинамо.
Но для образования мощных переменных течений в ядре, приводящих к изменению магнитного поля, необходимы и мощные нестационарные источники тепла. Вполне подходящими кандидатами на эту роль опять-таки являются природные ядерные реакторы Вполне естественно предположить, что при работе реактора из-за тепловыделения возникают конвективные потоки, вызывающие разрыхление активной зоны. В какой-то момент цепная реакция деления останавливается. Когда выделение тепла прекращается и конвективные потоки ослабевают, уран медленно оседает — цепная реакция возобновляется.
Таким образом, геореактор может работать и в импульсном режиме. Определяющим показателем хода цепной реакции является коэффициент размножения нейтронов k, который равен отношению числа нейтронов, вновь образовавшихся в реакциях деления, к количеству нейтронов, поглощенных в ходе реакции либо покинувших активную зону. Тогда в каждом новом поколении нейтронов становится все больше, и они, в свою очередь, вызывают все больше делений ядер. Возникает лавинообразный процесс.
Согласно проведенным расчетам максимально возможный коэффициент размножения ведет себя следующим образом: вначале он падает в течение 1 млрд лет, однако затем более-менее стабилизируется и остается больше единицы вплоть до настоящего времени. Представляется, что более вероятен импульсный сценарий работы реактора, когда периоды активности перемежаются периодами «простоя». Так, как это было в маленьком природном реакторе Окло, но только с большей продолжительностью циклов. По мнению авторов, временные характеристики рассчитанного импульсного режима можно соотнести с рядом периодических явлений, наблюдаемых на поверхности Земли, таких как глобальные изменения климата или смена магнитных полюсов.
Откуда летят геонейтрино? Сторонники точки зрения, что Земля является ядерным реактором, сегодня связывают особые надежды с электронным антинейтрино. Нейтрино практически не реагируют с веществом и поэтому обладают огромной проникающей способностью, почти без потерь проходя через все тело Земли. Их регистрация — сложная научная и техническая задача.
В течение двух лет ученые зафиксировали 152 события, но после отсечения фона осталось всего 25 — по одному в месяц. Главными источниками фона оказались промышленные реакторы Японии и Южной Кореи. Полное число антинейтрино может быть частично связано с мощностью действующего геореактора и частично — с естественным распадом различных нестабильных ядер в недрах Земли. Из данных KamLAND следует, что полная плотность потока геонейтрино составляет примерно 16 млн частиц в секунду на кв.
Это соответствует источнику тепла, порождаемого ядерными реакциями, мощностью от 24 до 60 ТВт. Первое из двух чисел оказалось близким к величине «избыточного» тепла, излучаемого Землей, о котором шла речь выше. И многие специалисты склоняются к мнению, что это объяснение наиболее правдоподобно. Энергетические спектры нейтрино, образующихся при делении разных ядер, отличаются.
Русов с коллегами выполнили компьютерное моделирование и определили спектральные составляющие геонейтрино от различных внутренних источников — урана-238, тория-232, плутония-239. Суммарную мощность геореактора они оценили в 30 ТВт. Результаты этой работы также свидетельствуют в пользу импульсного режима размножения. Этой темой активно занимаются и геологи, и химики, и физики, и математики.
Так, в Институте геологии и минералогии СО РАН разработана модель термохимического плюма — канала, заполненного магматическим расплавом, который простирается из земных недр до поверхности Н. Добрецов, А. Кирдяшкин, А. Кирдяшкин, 2001, 2004.
Данные по удельным расходам излияния магм мантийных плюмов за последние 150 млн лет, а также их корреляция с инверсиями магнитного поля Земли Larson, Olson, 1991 подтверждают наш тезис, что плюмы зарождаются на ядро-мантийной границе. Плюм формируется при обязательном наличии теплового потока из жидкого ядра. Изучение тепло- и массообмена на подошве термохимического плюма и взаимодействия канала плюма со свободными конвективными течениями в мантии приводит к заключению, что источник тепла действительно расположен в ядре, как и предполагают авторы гипотезы глубинного геореактора. Что касается изотопного состава гелия, то повышенное содержание гелия-3, обнаруженное в плюмах, указывает на то, что в ядре Земли идут какие-то процессы, связанные с ядерными превращениями.
Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников
| Ядерная топка Земли | Полное энерговыделение на один акт деления ядра урана-235 равно примерно 200 МэВ. |
| Деление урана — PhysBook | В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. |
| Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот" | (Фото РИА Новости). Скачок цен на углеводороды в Европе подхлестнул давние споры о судьбе атомных электростанций. |
| Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса | бригада: это специальная вещь принадлежит для хранения урана, ядро ядерной бомбы есть это вещество она очень радиоактивное и даже 1мг может убить человека если вы увидели такую вещь на полу срочно убегайте и предупреждайте полиции и ФСБ! |
| Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот" | Период полураспада урана-241, который образовался в результате взаимодействия урана-238 с платиной-198, составляет около 40 минут. |
Парадоксы ядерной гонки
Ядерная цепная реакция характеризуется коэффициентом размножения нейтронов. Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в каком-либо поколении к числу нейтронов в предшествующем поколении. Наименьшую массу делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция, называют критической массой. Если применить замедлитель нейтронов и отражающую оболочку из бериллия, то критическая масса снижается до 250 г. Lilian Просветленный 25520 Если бы и не спросили, я бы и сама никогда об этом не узнала Остальные ответы.
Ядерная энергетика Для осуществления управляемой цепной реакции используют ядерный реактор, который является источником энергии на АЭС и морском флоте. Впервые управляемая цепная реакция деления ядер урана была осуществлена в 1942 г. Ферми в уран-графитовом реакторе.
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.
В 2106 году над объектом «Укрытие» надвинули Новый безопасный конфайнмент НБК , строительство которого финансировали европейские страны, и который обошелся в полтора миллиарда евро. НБК не пропускает дождевую воду — поэтому планировалось, что реакции деления замедлятся. Это и произошло в большинстве точек объекта «Укрытие», но не во всех. По данным ученых из Института проблем безопасности АЭС Киев застывшее топливо стимулирует расщепление ядер урана под воздействием нейтронов.
А поскольку уровень воды уменьшается, деление может ускориться в прогрессии, что приведет к неконтролируемому выбросу энергии. Конечно, с учетом наличия НБК рисков для окружения станции практически нет — вся радиоактивная пыль в любом случае останется внутри конфайнмента. Однако это сильно повлияет на планы в дальнейшем демонтировать объект «Укрытие» и нейтрализовать оставшееся в расплаве ядерное топливо — если НБК наполнится радиоактивной пылью, сделать это будет невозможно.
Схема устройства ядерного реактора на медленных нейтронах.
Стрежни с кадмием или бором, поглощающие нейтроны, вводят в активную зону. Этот процесс позволяет контролировать скорость цепной реакции.
52. Ядерные реакции. Деление ядер урана
Поглотив нейтрон, ядра урана возбуждается и начинает деформироваться подобно жидкой капли. Она растягивается до тех пор, пока электрические силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начнут преобладать над ядерными силами притяжения, действующими в перешейке. Под действием электрических сил ядро разрывается и осколки разлетаются.
В солнечной системе за планетой Уран следует Нептун. Так и в ряду химических элементов за ураном по-латыни uranium следует нептуний neptunium. Они испытывали К- захват ядро нептуния впитывало в себя один из электронов атомной оболочки и превращалось в уран.
В некоторых случаях дочернее ядро урана оказывалось на высоком возбужденном уровне проще говоря, у ядра оказывался большой избыток энергии ,и оно распадалось на осколки. Так был открыт новый вид ядерных превращений — деление чдер после К-захвата. С одной стороны, казалось бы, этот дополнительный запас прочиости нечетных ядер исключает возможность наблюдать спонтанное деление ядер 105-го. С другой стороны, однако, с увеличением порядкового номера элемента вероятность спонтанного деления его изотопов резко увеличивается как для четных элементов , так и для нечетных. Если, например, к ядру урана-238 добавить 8 протонов, то мы получим ядро фермия-246, для которого вероятность спонтанного деления увеличивается более чем в 10 раз по сравнению с ураном-238.
Сечение захвата особенно велико в области резонансного поглощения. Доля нейтронов , не поглотившаяся при замедлении, учитывается коэффициентом Ф — вероятностью избежать резонансного захвата. Все замедлившиеся нейтроны захватываются или ядрами среды. Доля нейтронов , поглощаемых ураном, определяется коэффициентом теплового использования д. Таким образом , по завершении нейтронного цикла к нейтронов предшествующего поколения обращается в ицфт у нейтронов следующего поколения, и, следовательно, по определению [c.
Открыла 1917 совместно с Ганом и одновременно с Ф. Содди и его сотрудником Д. Крэнсто-ном радиоактивный элемент протактиний. Развила 1921 теорию строения ядер, согласно которой в их состав входят а-частицы, протоны и электроны. Доказала 1925 , что испускание -излуче-ния ядром возможно лишь после вылета а- или Р-частицы.
Совместно с датским физиком О. Фришем объяснила 1939 , что элемент, обнаруженный Ганом в продуктах ядерных реакций , возникающих в уране под действием медленных нейтронов , является продуктом деления ядер урана явление, лежащее в основе ядерной энергетики.
Прочие реакции, самопроизвольно происходящие в ядерном топливе спонтанное деление, распад продуктов деления и т. Их происходит очень мало. Соответственно, вполне можно держать в руках и сам свежий уран но лучше в перчатках, уран токсичен , так и тепловыделяющие элементы и сборки. И да, я сам лично видел и трогал свежие ТВС для РБМК, ничего, руки пока на месте и количество их пока не превышает среднее для человека.
Но вот наступает момент, когда нашу свежую, чистенькую и слаборадиоактивную ТВС загружают в реактор. Загружать, кстати, будет вот эта прелестная машина, называемая РЗМ. Именно она позволяет проводить подобные операции, не останавливая и даже не разгружая реактор. Наша ТВС постепенно погружается внутрь реактора, внутри которого очень, очень большая плотность потока нейтронов. Нейтроны сразу начнут взаимодействовать с топливом, содержащимся в ТВС. Нейтронных реакций, кстати, в мире существует огромное количество.
Это увеличило выделение энергии взрыва более чем в полтора раза, что наглядно характеризует роль блока автоматики и его возможности. Первые поколения внешних импульсных нейтронных источников были однокаскадным линейным ускорителем. Он разгонял ионы ядра дейтерия электромагнитным полем до энергии 120 килоэлектронвольт, с запасом обеспечивая преодоление кулоновского отталкивания и энергию начала реакции 100 килоэлектронвольт. Так создается мощный нейтронный поток — нейтронный импульс из десятков триллионов нейтронов и больше, поступающих в сверхкритическую ядерную сборку за короткое время.
Технически это вакуумная трубка, где источником ядер дейтерия служит взрывающаяся от нагрева проволочка, содержащая дейтерий. Поэтому устройство назвали нейтронной трубкой. Она является самой сложной и важной частью блока автоматики. Для работы импульсного нейтронного источника нужны высоковольтные устройства: импульсный трансформатор, конденсаторы с большой емкостью, высоковольтные коммутирующие устройства.
Можно повысить энерговыделение взрыва, формируя нейтронный импульс специальной формы. Она задается специальными элементами в блоке нейтронной трубки. Поздние поколения нейтронных источников имеют свои особенности конструкции, но их работа строится на тех же принципах: выдача нейтронного потока нужной интенсивности, длительности и формы, с точной привязкой во времени. Система предохранения и взведения Даже обычный снаряд допустим, автоматической авиационной пушки не готов к взрыву ни на складе, ни в ленте на борту, ни в стволе пушки, ни сразу после выхода из ствола.
В процессе выстрела и полета во взрывателе снаряда снимается целый ряд предохранений, последнее уже через пару сотен метров от дула. Это называется дальним взведением, и исключает взрыв снаряда на борту, в стволе и вблизи самолета. Для ядерного боеприпаса это тем более важно. Он не готов к взрыву ни при эксплуатации, ни сразу после отделения от носителя.
Ядерный заряд не даст атомного взрыва в любой нештатной ситуации. Даже если его уронить с высоты на скалы, сунуть в доменную печь, обстрелять из любого оружия, обложить взрывчаткой и взорвать, или близко сработает другой ядерный заряд. Карпенко Взрывобезопасность заряда обеспечивает система предохранения и взведения. Она исключает случайный или преждевременный подрыв заряда, взрыв из-за ложных данных, несанкционированных действий и любых нештатных причин.
Она же переводит заряд в стадии все большей готовности к взрыву перед его срабатыванием. И эта система также входит в состав блока автоматики. Ядерный заряд полностью готов взорваться только непосредственно перед взрывом Для предохранения и взведения заряда в блоке автоматики используются комплексы различных коммутационных устройств. Это электромагнитные реле разных типов и электромагнитные выключатели.
Они образуют сложные электрические цепи с возможностью их включения и отключения. Кроме коммутационных, есть другие устройства, входящие в широкий спектр электромеханических приборов автоматики. Не все они размещены в самом блоке автоматики. У человека глаза и осязательные рецепторы находятся на поверхности тела.
А вкусовые и слуховые рецепторы, будучи внутри тела, соединены с внешней средой каналами: ротовой полостью или слуховым каналом. Мышечные рецепторы не контактируют со средой. Данные от всех рецепторов поступают в мозг, где обрабатываются с принятием решений на их основе. Очень похоже работает и система взведения.
В блок автоматики, мозг ядерного заряда, стекаются данные от многих приборов и датчиков.
Опасная работа: как добывают уран
Именно Нильс Бор выступил с гипотезой о том, что деление ядер урана медленными нейтронами происходит только в случае урана-235. (Фото РИА Новости). Скачок цен на углеводороды в Европе подхлестнул давние споры о судьбе атомных электростанций. Для осуществления ценной реакции пригодны лишь ядра Цепная реакция деления ядер урана. Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления.