В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью.
Разница между ядерным делением и синтезом
Высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления может привести к распаду других соседних атомов U-235. Исследователи обнаружили, что молекула дирхения проводит большую часть своего времени с четырехкратной связью, разделяя четыре электрона между двумя атомами. Деление атомных ядер — их распад на 2-3 осколка с высвобождением энергии.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
Резерфорд много сделал для изучения строения атома и внес вклад и в исследование того, как происходит деление ядра атома. Новости Новости. Недавно в атомной энергетике произошло событие, которое можно сравнить разве что с созданием вечного двигателя: четвертый энергоблок Белоярской АЭС с реактором.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
Впрочем, на изотопные источники питания её иногда хватает. А таких атомов раз-два - и обчёлся - это прежде всего уран-325 и плутоний-239. LeonidВысший разум 388973 2 года назад А-а, ну да, конечно. Leonid, ответ спустя 13 лет.
Модели атома Поначалу была предложена модель «булка с изюмом». Положительный заряд как бы заполнял собой все пространство атома, и в нем, как изюм в булке, распределялись отрицательные заряды. Знаменитый опыт Резерфорда определил следующее: в центре атома расположен очень тяжелый элемент с положительным зарядом ядро , а вокруг располагаются значительно более легкие электроны. Масса ядра в сотни раз тяжелее суммы всех электронов оно составляет 99,9 процентов от массы всего атома. Таким образом, родилась планетарная модель атома Бора.
Однако некоторые из её элементов противоречили принятой на тот момент классической физике. Поэтому была разработана новая, квантовая механика. С ее появлением начался неклассический период науки. Атом и радиоактивность Из всего сказанного выше становится понятно, что ядро — это тяжелая, положительно заряженная часть атома, которая составляет его основную массу. Когда квантование энергии и положений электронов на орбите атома были хорошо изучены, пришло время понять природу атомного ядра. На помощь пришла гениальная и неожиданно открытая радиоактивность. Она помогла раскрыть сущность тяжелой центральной части атома, так как источник радиоактивности — деление ядер. На рубеже девятнадцатого и двадцатого столетия, открытия сыпались одно за другим.
Теоретическое решение одной задачи вызывало необходимость ставить новые опыты. Результаты экспериментов порождали теории и гипотезы, которые требовалось подтвердить или опровергнуть. Зачастую величайшие открытия появлялись просто потому, что именно таким образом формула становилась удобной для вычислений как, например, квант Макса Планка. Еще в начале эры фотографии ученые знали: урановые соли засвечивают светочувствительную пленку, но они не подозревали, что в основе этого явления лежит деление ядер. Поэтому радиоактивность изучали, чтобы понять природу распада ядра. Очевидно, что излучение порождались квантовыми переходами, но было не до конца ясно, какими именно. Чета Кюри добывала чистые радий и полоний, обрабатывая практически вручную урановую руду, чтобы получить ответ на этот вопрос. Заряд радиоактивного излучения Резерфорд много сделал для изучения строения атома и внес вклад и в исследование того, как происходит деление ядра атома.
Ученый поместил излучение, выделяющееся радиоактивным элементом, в магнитное поле и получил потрясающий результат. Оказалось, что радиация состоит из трех компонентов: одна была нейтральной, а две другие — положительно и отрицательно заряженными. Изучение деления ядра началось с определения его составляющих. Было доказано, что ядро может делиться, отдавать часть своего положительного заряда. Строение ядра Позже выяснилось, что атомное ядро состоит не только из положительно заряженных частиц протонов, но и нейтральных частиц нейтронов. Все вместе они называются нуклонами от английского «nucleus», ядро. Однако, ученые вновь натолкнулись на проблему: масса ядра то есть количество нуклонов не всегда соответствовала его заряду. Более сложные элементы могут иметь гораздо большее количество разных масс при одном и том же заряде.
Такие вариации атомов называются изотопами. Причем некоторые изотопы оказались вполне устойчивыми, другие же быстро распадались, так как для них было характерно деление ядер. Какому принципу отвечало количество нуклонов устойчивости ядер? Почему добавление всего лишь одного нейтрона к тяжелому и вполне стабильному ядру приводило к его расколу, к выделению радиоактивности? Как ни странно, ответ на этот важный вопрос до сих пор не найден.
Содди предсказал, что этот неизвестный элемент, на котором он назван после Дмитрий Менделеев , как «экатанталий», будет тем, что он назвал III, торий в группе IV и уран в группе VI. Вскоре Фаянс и Освальд Гельмут Геринг известру его как проду кт распа да бета-испу скающего продукта тория. Основываясь на законе радиоактивного вытеснения Фаянса и Содди , это был изотоп недостающего элемента, который они назвали «бревиум» в честь его короткого периода полураспада. Однако это был бета-излучатель и поэтому не мог быть материнским изотопом актиния. Это должен быть другой изотоп. Отто Хан окончил Марбургский университет по специальности химик-органик, но работал исследователем после докторской степени в Университетском колледже Лондона под руководством сэра Уильяма Рамзи и Резерфорд в Университета Макгилла , где он изучал радиоактивные изотопы. В 1906 году он вернулся в Германию, где стал ассистентом Эмиля Фишера в Берлинском университете. В МакГилл он использовал систему сотрудничать с физиком, поэтому он объединился с Лиз Мейтнер , которая получила докторскую степень в Венском университете в 1906 году, переехала в Берлин для изучения физики у Макса Планка в Университета Фридриха Вильгельма. Мейтнер нашла Хана, который был ее ровесником, менее устрашающим, чем старшие и более выдающиеся коллеги. Хан и Мейтнер переехали в недавно созданный Институт химии кайзера Вильгельма в 1913 году и к 1920 году стали руководителями своих собственных лабораторий там со своими студентами, исследовательскими программами и оборудованием. Новые лаборатории открывали новые возможности, поскольку были загрязнены радиоактивными веществами, чтобы исследовать слабо радиоактивные вещества. Они разработали новую технику отделения тантала от урановой обманки, которая, как они надеялись, ускорит выделение нового изотопа. Хан был в немецкую армию, а Мейтнер добровольцем рентгенологом в госпиталях австрийской армии. Она вернулась в Институт кайзера Вильгельма в октябре 1916 года, когда были призваны не только Хан, но и большинство студентов, лаборантов и техников. Поэтому Мейтнер пришлось делать все сама, и Хан, когда он вернулся домой в отпуск, лишь ненадолго помогал. К декабрю 1917 года ей действительно удалось доказать, что это отсутствующий изотоп. 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.
Г-н Першуков, используя свой административный ресурс, убедил подведомственные БУИ предприятия в нарушение законодательства передать полномочия, связанные с управлением материальными и финансовыми активами, экспериментальной инфраструктурой и штатным персоналом, в ЗАО «НИИ». Как сообщает журнал «Объектив», для акционерных обществ решением единственного акционера все полномочия были противозаконно переданы управляющей компании ЗАО «НИИ», генеральные директора предприятий были уволены и приняты на работу в ЗАО «НИИ» в качестве заместителей генерального директора — управляющих предприятиями. После этого с предприятиями были подписаны в директивном порядке договоры о предоставлении им так называемых услуг управления со стороны ЗАО «НИИ», которое оно не имело права осуществлять. Расценки завышены в пять—семь раз Что ещё было продано? Это учреждение находилось в самом центре Москвы. Правда, инициативная группа граждан отправила обращение в аппарат правительства РФ, а также в Генеральную прокуратору РФ от 31. При выполнении федеральной целевой программы ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения на 2012—2015 гг. Оставили они свои следы и на завышении стоимости работ, якобы на хищениях средств путём предоставления «липы» в качестве отчётной документации. К примеру, при формировании ФЦП по ядерным технологиям экспертами были всесторонне и детально определены параметры и стоимость проектов, входящих в программу. Вся эта документация была утверждена правительством РФ. Но в результате деятельности Першукова и Коуже на начальном этапе стоимость работ возросла в пять—семь раз. Только по одному из проектов — «Разработка многофункционального сследовательского реактора мощностью 150 МВт тепловых» МБИР — в период хозяйствования Першукова государству был нанесён ущерб в 866,5 млн рублей. Проект строительства реактора на быстрых нейтронах со свинцово-висмутовым носителем утверждён правительством РФ, оценён в 10 млрд рублей. Реализация проекта предполагалась по схеме государственно-частного партнёрства, в котором участвовали структуры олигарха Олега Дерипаски.
КАК РАБОТАЕТ ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ?
| Деление атомных ядер: История Лизы Мейтнер и Отто Ганна | В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются, чтобы вызвать еще большее количество делений. |
| Ученые 80 лет выясняли, как вращаются атомные ядра после деления | Выделение дополнительных нейтронов в процессе деления может привести к тому, что другие близлежащие атомы урана-235 также начнут распадаться. |
| Цепная ядерная реакция: что это за процесс, виды цепных ядерных реакций / Справочник :: Бингоскул | Оговорка вторая: для расщепления атомов элемента на части следует затратить меньше энергии, чем ее выделится. |
| Открыт механизм вращения осколков деления ядер атомов | Если не остановить процесс деления атомов, энергии будет слишком много, и произойдет взрыв. |
| Закон деления атома - Обзор прессы - Энергетика и промышленность России | Исследователи обнаружили, что молекула дирхения проводит большую часть своего времени с четырехкратной связью, разделяя четыре электрона между двумя атомами. |
Деление атома
Деление атомного ядра, процесс, при котором из одного атомного ядра возникают несколько (чаще всего два) более лёгких ядер (осколков деления). 1 Деление атомов как источник энергии. Ведь деление ядер поистине поразительное явление: оносопровождается сильной радио-активностью, а полная ионизация от осколков деления превосходит в десятки раз ионизацию.
Открыт механизм вращения осколков деления ядер атомов
На тот момент это уже состоявшийся ученый: у него за спиной преподавание в нескольких университетах, стажировки у известных физиков, собственные исследования в области ядерной физики, за которые он получил Нобелевскую премию. Италия конца 1930-х годов была не лучшим местом для проживания евреев в том числе жены Ферми , и он воспользовался вручением премии как шансом эмигрировать и вывезти из Италии свою семью. В конце 1938 года из Старого света пришла новость о том, что два немецких ученых, Отто Ган и Фриц Штрассман, открыли реакцию деления атомного ядра. Американские ученые заинтересовались этими экспериментами и особенно той энергией, которая выделяется в ходе реакции. Уже в январе 1939 года группа ученых, в числе которых был и Ферми, провела первую такую реакцию в США. Деление ядра атома проводили путем облучения тяжелых элементов нейтронами. Ученые знали, что цепная реакция возможна, если при делении выделяется больше нейтронов, чем поглощается.
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. В настоящее время в мире хранится более четверти миллиона тонн высокорадиоактивных отходов, ожидающих захоронения или переработки. Так ли это плохо? Хотя хранящиеся ядерные отходы не представляют непосредственной угрозы, если они хорошо изолированы, вопросы долгосрочного обращения с ними, а также возможность неправильного обращения и несчастных случаев делают хранение растущего количества ядерных отходов неоднозначной проблемой. Массивные контейнеры хранят отработанное ядерное топливо в надёжных и безопасных сухих хранилищах Одним из видов отходов можно считать и выбросы углерода. 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. По некоторым оценкам , этот показатель значительно выше - от 10 до 130 граммов CO2 в отдельных случаях.
Таким образом, замена угольных электростанций на атомные позволит ежегодно сберегать в атмосфере несколько миллионов тонн CO2, не говоря уже о твёрдых частицах и других загрязняющих веществах. Углеродный след солнечных и ветряных электростанций более или менее сопоставим с нижним пределом для атомной энергетики. В целом, атомная энергия в лучшем случае не содержит столько же углерода, сколько солнечная и ветровая, хотя и связана с непопулярной проблемой отходов, которую мало кто хочет иметь у себя под боком. Риски Прошло более трёх десятилетий с тех пор, как советская Украина дала миру представление о том, как может выглядеть наихудший сценарий ядерной аварии. Чернобыльская АЭС, расплавившаяся во время технических испытаний в 1986 году, превратилась в радиоактивные руины на фоне отравленного радиоактивными осадками ландшафта. Саркофаг над остатками четвёртого блока Чернобыльской АЭС В 2011 году после землетрясения в Японии произошла авария на атомной станции "Фукусима".
Экспозиционной дозе 1Р соответствует поглощенная доза в воздухе 0,88 рад. Доза Поглощённая доза — энергия ионизирующего излучения, поглощенная единичной массой вещества. Под энергией излучения, переданной веществу, понимается разность между суммарной кинетической энергией всех частиц и фотонов, попавших в рассматриваемый объем вещества, и суммарной кинетической энергией всех частиц и фотонов, покидающих этот объем. Следовательно, поглощенная доза учитывает всю энергию ионизирующего излучения, оставленную в пределах этого объема, независимо от того, на что эта энергия потрачена. Единицы измерения поглощенной дозы: Грэй Гр — единица поглощённой дозы в системе единиц СИ. Соответствует энергии излучения в 1 Дж, поглощённой 1 кг вещества. Рад — внесистемная единица поглощённой дозы. Соответствует энергии излучения 100 эрг, поглощённой веществом массой 1 грамм. Биологический эффект при одинаковой поглощенной дозе оказывается различным для разных видов излучения. Например, при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение оказывается гораздо опаснее, чем фотонное или бета-излучение. Это связано с тем, что альфа-частицы создают на пути своего пробега в биологической ткани более плотную ионизацию, концентрируя таким образом вредное воздействие на организм в определенном органе. При этом весь организм испытывает на себе значительно большее угнетающее действие излучения. Следовательно, для создания одинакового биологического эффекта при облучении тяжелыми заряженными частицами необходима меньшая поглощенная доза, чем при облучении легкими частицами или фотонами. Эквивалентная доза — произведение поглощенной дозы на коэффициент качества излучения. Единицы измерения эквивалентной дозы: Зиверт Зв — это единица измерения эквивалентной дозы, любого вида излучения, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр рентгеновского или гамма-излучения. Бэр внесистемная единица — это такое количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное 1 кг биологической ткани, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при поглощенной дозе 1 рад рентгеновского или гамма-излучения. Наименование «бэр» образовано по первым буквам словосочетания «биологический эквивалент рентгена». До недавнего времени при расчёте эквивалентной дозы использовались «коэффициенты качества излучения» К — поправочные коэффициенты, учитывающие различное влияние на биологические объекты различную способность повреждать ткани организма разных излучений при одной и той же поглощённой дозе. Сейчас эти коэффициенты в Нормах радиационной безопасности НРБ-99 назвали — «взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчёте эквивалентной дозы WR ». Их значения составляют соответственно: рентгеновское, гамма, бета-излучение, электроны и позитроны — 1; протоны с Е более 2 Мэв — 5; нейтроны с Е менее 10 кэв — 5; нейтроны с Е от 10 кэв до 100 кэв — 10; альфа-частицы, осколки деления, тяжёлые ядра — 20 и т. Эффективная эквивалентная доза — эквивалентная доза, рассчитанная с учётом разной чувствительности различных тканей организма к облучению; равна эквивалентной дозе, полученной конкретным органом, тканью с учётом их веса , умноженной на соответствующий «коэффициент радиационного риска». Эти коэффициенты используются в радиационной защите для учёта различной чувствительности разных органов и тканей в возникновению стохастических эффектов от воздействия излучения. В НРБ-99 их называют «взвешивающими коэффициентами для тканей и органов при расчёте эффективной дозы». Для оценки полной эффективной эквивалентной дозы, полученной человеком, рассчитывают и суммируют указанные дозы для всех органов. Для измерения эквивалентной и эффективной эквивалентной доз в системе СИ используется та же единица — Зиверт Зв. Иными словами, это такая поглощённая доза, при которой в 1 кг вещества выделяется энергия в 1 Дж. 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.
Если посмотреть дальше влево на кривой энергии связи, где образуются кластеры продуктов деления , легко заметить, что энергия связи продуктов деления стремится к центру около 8,5 МэВ на нуклон. Таким образом, в любом случае деления изотопа в диапазоне масс актинида примерно 0,9 МэВ выделяется на нуклон исходного элемента. Этот профиль высвобождения энергии справедлив также для тория и различных второстепенных актинидов. Напротив, большинство химических реакций окисления таких как сжигание угля или тротила выделяют не более нескольких эВ за одно событие. Таким образом, ядерное топливо содержит как минимум в десять миллионов раз больше полезной энергии на единицу массы, чем химическое топливо. Энергия ядерного деления выделяется в виде кинетической энергии продуктов деления и осколков, а также в виде электромагнитного излучения в форме гамма-лучей ; в ядерном реакторе энергия преобразуется в тепло, когда частицы и гамма-лучи сталкиваются с атомами, которые составляют реактор и его рабочую жидкость , обычно воду или иногда тяжелую воду или расплавленные соли. Анимация кулоновского взрыва в случае кластера положительно заряженных ядер, сродни кластеру осколков деления. Уровень оттенка цвета пропорционален большему заряду ядра. Электроны меньшего размера на этой шкале времени видны только стробоскопически, а уровень оттенка - это их кинетическая энергия. В атомной бомбе это тепло может способствовать повышению температуры ядра бомбы до 100 миллионов кельвинов и вызывать вторичное излучение мягких рентгеновских лучей, которые преобразуют часть этой энергии в ионизирующее излучение. Однако в ядерных реакторах кинетическая энергия осколков деления остается низкотемпературной теплотой, которая сама по себе вызывает небольшую ионизацию или ее отсутствие. Были сконструированы так называемые нейтронные бомбы улучшенное радиационное оружие , которые выделяют большую часть своей энергии в виде ионизирующего излучения в частности, нейтронов , но все это термоядерные устройства, которые зависят от стадии ядерного синтеза для получения дополнительного излучения. Например, в уране-235 эта запаздывающая энергия делится на примерно 6,5 МэВ в бета, 8,8 МэВ в антинейтрино высвобождаемых одновременно с бета и, наконец, на дополнительные 6,3 МэВ в задержанном гамма-излучении возбужденного бета-излучения. В реакторе, который работает в течение некоторого времени, радиоактивные продукты деления будут накапливаться до устойчивых концентраций, так что их скорость распада равна скорости их образования, так что их относительный общий вклад в тепло реактора через бета-распад совпадает с этими радиоизотопными дробными вкладами в энергию деления. Именно эта выходная доля остается, когда реактор внезапно останавливается подвергается аварийному останову. Однако в течение нескольких часов из-за распада этих изотопов выходная мощность распада намного меньше. Подробнее см. Остаточное тепло. Причина в том, что энергия, выделяемая в виде антинейтрино, не улавливается материалом реактора в виде тепла, а уходит прямо через все материалы включая Землю почти со скоростью света в межпланетное пространство поглощенное количество мизерно. Нейтринное излучение обычно не классифицируется как ионизирующее излучение, потому что оно почти полностью не поглощается и, следовательно, не вызывает эффектов хотя очень редкое нейтринное событие является ионизирующим. Некоторые процессы с участием нейтронов примечательны тем, что поглощают или, наконец, выделяют энергию - например, кинетическая энергия нейтронов не дает тепла сразу, если нейтрон захватывается атомом урана-238 для образования плутония-239, но эта энергия выделяется, если плутоний-239 позже расщепляется. С другой стороны, так называемые запаздывающие нейтроны, испускаемые как продукты радиоактивного распада с периодом полураспада до нескольких минут от дочерних элементов деления, очень важны для управления реактором , поскольку они дают характерное время «реакции» для полной ядерной реакции. Без их существования ядерная цепная реакция стала бы критической и увеличивалась бы в размерах быстрее, чем ее можно было бы контролировать с помощью вмешательства человека. В этом случае первые экспериментальные атомные реакторы убежали бы в опасную и беспорядочную «быструю критическую реакцию», прежде чем их операторы смогли бы отключить их вручную по этой причине конструктор Энрико Ферми включил управляющие стержни с радиационным противодействием, подвешенные электромагнитами, которые могли автоматически упасть в центр Чикаго Пайл-1. Если эти запаздывающие нейтроны захватываются без деления, они также выделяют тепло. Ядра-продукты и энергия связи Основные статьи: продукты деления и выход продуктов деления При делении предпочтительно получать осколки с четным числом протонов, что называется нечетно-четным эффектом распределения заряда осколков. Однако нечетно-четного эффекта на распределение массового числа фрагментов не наблюдается. Этот результат объясняется разрывом нуклонных пар. Происхождение активной энергии и кривая энергии связи «Кривая энергии связи»: график энергии связи на нуклон обычных изотопов. Ядерное деление тяжелых элементов производит полезную энергию, потому что удельная энергия связи энергия связи на массу ядер промежуточной массы с атомными номерами и атомными массами, близкими к 62 Ni и 56 Fe , больше, чем удельная энергия связи нуклонов очень тяжелых ядер. Полная масса покоя продуктов деления Mp от одиночной реакции меньше, чем масса исходного ядра топлива M. Изменение удельной энергии связи в зависимости от атомного номера происходит из-за взаимодействия двух фундаментальных сил, действующих на составляющие нуклоны протоны и нейтроны , составляющие ядро. Ядра связаны ядерной силой притяжения между нуклонами, которая преодолевает электростатическое отталкивание между протонами. Однако ядерное взаимодействие действует только на относительно коротких расстояниях несколько диаметров нуклона , поскольку оно следует за экспоненциально убывающим потенциалом Юкавы, что делает его несущественным на больших расстояниях. Электростатическое отталкивание имеет больший диапазон, поскольку оно затухает по правилу обратных квадратов, так что ядра размером более 12 нуклонов в диаметре достигают точки, в которой полное электростатическое отталкивание преодолевает ядерную силу и делает их спонтанно нестабильными. По той же причине более крупные ядра более восьми нуклонов в диаметре менее тесно связаны на единицу массы, чем более мелкие ядра; разбиение большого ядра на два или более ядер среднего размера высвобождает энергию. Также из-за малого радиуса действия сильной связывающей силы большие стабильные ядра должны содержать пропорционально больше нейтронов, чем самые легкие элементы, которые наиболее стабильны при соотношении протонов и нейтронов 1: 1. Ядра, содержащие более 20 протонов, не могут быть стабильными, если у них нет более равного количества нейтронов. Дополнительные нейтроны стабилизируют тяжелые элементы, потому что они усиливают сильную связь которая действует между всеми нуклонами , не увеличивая протон-протонное отталкивание. В продуктах деления в среднем примерно такое же соотношение нейтронов и протонов, что и в их родительском ядре, и поэтому они обычно нестабильны к бета-распаду который превращает нейтроны в протоны , потому что они имеют пропорционально слишком много нейтронов по сравнению со стабильными изотопами аналогичной массы. Эта тенденция ядер продуктов деления к бета-распаду является фундаментальной причиной проблемы радиоактивных высокоактивных отходов ядерных реакторов. Продукты деления, как правило, являются бета-излучателями , испускающими быстро движущиеся электроны для сохранения электрического заряда , поскольку избыточные нейтроны превращаются в протоны в атомах продуктов деления. Раздел « Продукты деления по элементам » для описания продуктов деления, отсортированных по элементам. Цепные реакции Схема цепной реакции ядерного деления. Атом урана-235 поглощает нейтрон и делится на два новых атома осколки деления , высвобождая три новых нейтрона и некоторую энергию связи. Один из этих нейтронов поглощается атомом урана-238 и не продолжает реакцию. Другой нейтрон просто теряется и ни с чем не сталкивается, также не продолжая реакцию. Однако один нейтрон действительно сталкивается с атомом урана-235, который затем делится и высвобождает два нейтрона и некоторую энергию связи. Оба этих нейтрона сталкиваются с атомами урана-235, каждый из которых делится и высвобождает от одного до трех нейтронов, которые затем могут продолжить реакцию. Основная статья: Ядерная цепная реакция Некоторые тяжелые элементы, такие как уран , торий и плутоний , подвергаются как самопроизвольному делению - форме радиоактивного распада, так и индуцированному делению - форме ядерной реакции. Элементарные изотопы, которые подвергаются вынужденному делению при ударе свободным нейтроном , называются делящимися ; изотопы, которые подвергаются делению при ударе медленным тепловым нейтроном , также называются делящимися. Несколько особенно делящихся и легко доступных изотопов в частности, 233 U, 235 U и 239 Pu называют ядерным топливом, потому что они могут поддерживать цепную реакцию и могут быть получены в достаточно больших количествах, чтобы быть полезными. Все делящиеся и делящиеся изотопы подвергаются небольшому спонтанному делению, которое высвобождает несколько свободных нейтронов в любой образец ядерного топлива. Такие нейтроны быстро вырвутся из топлива и станут свободными нейтронами со средним временем жизни около 15 минут, прежде чем они распадутся на протоны и бета-частицы. Некоторые нейтроны будут воздействовать на ядра топлива и вызывать дальнейшие деления, высвобождая еще больше нейтронов. Если в одном месте собрано достаточно ядерного топлива или если нейтроны улетучиваются, то количество этих только что испускаемых нейтронов превышает количество нейтронов, выходящих из сборки, и будет иметь место устойчивая цепная ядерная реакция. 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 из критической массы ядерного топлива сильно зависит от геометрии и окружающих материалов. Не все делящиеся изотопы могут поддерживать цепную реакцию. Например, 238 U, самая распространенная форма урана, расщепляется, но не расщепляется: он подвергается вынужденному делению при столкновении с энергичным нейтроном с кинетической энергией более 1 МэВ. Однако слишком мало нейтронов, образующихся при делении 238 U, достаточно энергичны, чтобы вызвать дальнейшее деление 238 U, поэтому цепная реакция с этим изотопом невозможна. Вместо этого бомбардировка 238 U медленными нейтронами заставляет его поглощать их превращаясь в 239 U и распадаться за счет бета-излучения до 239 Np, который затем снова распадается тем же процессом до 239 Pu; этот процесс используется для производства 239 Pu в реакторах-размножителях. Производство плутония на месте также способствует нейтронной цепной реакции в других типах реакторов после того, как было произведено достаточное количество плутония-239, поскольку плутоний-239 также является делящимся элементом, который служит топливом. Подсчитано, что до половины энергии, производимой стандартным реактором "без размножителя", производится за счет деления плутония-239, производимого на месте, в течение всего жизненного цикла топливной загрузки.