Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра (так называемые вторичные нейтроны деления), способны вызывать деление новых ядер урана. Многим ученым из Колумбийского университета было ясно, что они должны попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при делении ядра урана в результате нейтронной бомбардировки. Объяснили появление этих элементов распадом ядер урана, захватившего нейтрон, на две примерно равные части. Суть цепной ядерной реакции деления заключается в том, что ядро радиоактивного элемента, например урана-235, захватывая нейтрон, становится неустойчивым и распадается преимущественно с образованием двух крупных осколков и – самое важное.
Парадоксы ядерной гонки
Изучение деления ядра атома урана показало, что при этом выделяется 3–4 нейтрона: 238U → 145La + 90Br + 3n. Спонтанное деление ядер урана было впервые обнаружено в 1939 году в Ленинграде. Спонтанное деление ядер урана было впервые обнаружено в 1939 году в Ленинграде. Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции.
Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана
К — коэффициент размножения нейтронов, равен отношению числа нейтронов данного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. При делении каждого ядра образуется 2-3 нейтрона, которые могут принять участие в делении других ядер. Чтобы реакция не прекращалась, нужно увеличить массу урана. Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. Чем больше масса куска, тем больше его размеры и путь, который проходят в нем нейтроны. При этом вероятность встречи нейтронов с ядрами возрастает. Наличие в уране так называемого замедлителя нейтронов также влияет на ход реакции.
Если же энергия возбуждения достаточно велика, то деформация ядра при колебаниях может быть настолько большой, что в нем образуется перетяжка рис. Ядерные силы, действующие в узкой перетяжке, уже не могут противостоять значительной кулоновской силе отталкивания частей ядра. Перетяжка разрывается, и ядро распадается на два "осколка" рис. В настоящее время известны около 100 различных изотопов с массовыми числами примерно от 90 до 145, возникающих при делении этого ядра. Обратите внимание, что в результате деления ядра, инициированного нейтроном, возникают новые нейтроны, способные вызвать реакции деления других ядер. Продуктами деления ядер урана-235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т. Оценку выделяющей при делении ядра энергии можно сделать с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре. При полном делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти.
При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рис.
Харитон дают интервью Я. Френкель Тяжелое ядро, возбужденное при резонансном захвате нейтрона, может разделиться на две приблизительно равные части реакция деления тяжелых ядер. Образовавшиеся части называются осколками деления. Неустойчивость тяжелых ядер обусловлена взаимным отталкиванием большого числа протонов, находящихся в ядрах. Деление тяжелого ядра на два осколка сопровождается выделением энергии порядка 1 МэВ на каждый нуклон. Это следует из того, что удельная энергия связи для ядер средней массы составляет примерно 8,7 МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6 МэВ. Например, при делении ядра урана выделяется энергия порядка 200 МэВ. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Условием возникновения цепной реакции является наличие размножающихся нейтронов. Коэффициентом размножения нейтронов k называется Коэффициент размножения зависит от природы отношение числа нейтронов, возникающих в некотором звене делящегося вещества, а для данного изотопа — от его реакции, к числу таких нейтронов в предшествующем звене. Такая реакция называется развивающаяся реакция. Минимальная масса делящегося вещества, находящегося в системе критических размеров, необходимая для осуществления цепной реакции, называется критической массой. Цепная реакция в уране с повышенным содержанием урана235 может развиваться только тогда, когда масса урана превосходит критическую массу. В небольших кусках урана большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают наружу. Для чистого урана-235 критическая масса составляет около 50 кг. Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из вобериллия, котораяесли Критическую массу урана можно много раз уменьшить, отражает так нейтроны, позволяет снизить использовать называемые замедлители нейтронов.
В нем различными средствами визуализации отображены события из истории отечественной ядерной энергетики и атомного оружия от первых успехов до наших дней. Церемония торжественного открытия экспозиции павильона состоялась 6 сентября 2016 года. Она помогает молодежи ознакомиться с теми или иными разделами ядерной физики, почерпнуть широкий объем информации в данной сфере человеческой жизнедеятельности Основной, просветительский потенциал выставки, направлен на ознакомление с достижениями в сегменте ядерных исследований, осознание роли ядерного оружия и атомной промышленности в становлении экономического и оборонного потенциала России. С этой целью в экспозиции представлено множество вызывающих живой интерес экспонатов, архивных материалов и документальных фильмов. 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.
Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть?
Для деления ядра урана-235 энергия примерно равна 200МэВ. 0:51 Процесс деления ядра Урана под воздействием попавшего в него нейтрона. Прежде всего, была экспериментально доказана справедливость гипотезы о делении ядра урана и непосредственно измерена энергия деления. Изучение деления ядра атома урана показало, что при этом выделяется 3–4 нейтрона: 238U → 145La + 90Br + 3n. Слайд 5Деление ядер урана Первым открытым процессом деления ядра урана было вынужденное деление.
Деление ядер урана презентация
При делении ядра урана 2-3 мгновенных нейтрона скидывается, получаются два осколка с отношением масс преимущественно около 1:1.4, т.е., любимые массы около 95 и 135. Деление ядра урана происходит, когда оно захватывает нейтрон, что нарушает стабильность ядра. Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. 0:51 Процесс деления ядра Урана под воздействием попавшего в него нейтрона.
В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
В введении к докладу о своем открытии[235] авторы отмечали, что возможность спонтанного деления урана была теоретически предсказана Н. Бором и Ф. Уилером как редчайший процесс, в котором период полураспада урана по отношению к новому виду радиоактивности составляет 1022 года, а эксперименты У. Либби потерпели неудачу, так как чувствительность его камеры была недостаточной, чтобы обнаружить спонтанное деление. Долгие годы многослойная ионизационная камера хранилась у одного из ее создателей — К.
Зная это, Георгий Николаевич Флеров, часто приезжавший из Дубны на свою московскую квартиру, каждый раз заглядывал в музей. Он непременно подходил к витрине, подолгу стоял и задумчиво смотрел на свою камеру, словно перелистывал в памяти незабываемую и волнующую страницу прошлого. Сегодня ионизационная камера, теперь уже экспонат музея и памятник науки, свидетельствует, что работы школы Курчатова в 1930-е годы охватывали главные направления ядерной физики и были направлены на решение ее насущных задач, необходимых для достижения главной цели — осуществления управляемой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции и, тем самым, высвобождения неисчерпаемых запасов ядерной энергии. Президиум Академии наук, однако, направил ее на дополнительное рассмотрение, как и работу других сотрудников Курчатова — Л.
Русинова и А. Юзефовича, — а также труд самого Игоря Васильевича «Изомерия атомных ядер», которые были представлены на ту же премию в декабре 1940 года[236]. Эти работы Курчатова и его сотрудников премии не получили. Но сам факт их выдвижения свидетельствует о высоком уровне научной деятельности коллектива Курчатова и его самого накануне Великой Отечественной войны.
Полученные результаты привели в итоге к новым открытиям и поставили Курчатова в ряд выдающихся физиков-ядерщиков мира, что подтверждается воспоминаниями его соратников, учеников, соперников. Особо ценные и впечатляющие свидетельства о своем учителе оставил один из его, пожалуй, самых талантливых учеников, прошедший школу Курчатова от студента-дипломника в Ленинградском физтехе до всемирно известного и выдающегося своими открытиями и трудами ученого. Это Г. Флеров, который о курчатовской школе сказал: «Всему мы можем поучиться у Курчатова».
Так пусть читатель узнает о них от самого Георгия Николаевича. Курчатова, посчастливилось в течение 24 лет быть участником работ периода становления ядерной физики и овладения атомной энергией в СССР. И сейчас, снова и снова вспоминая то далекое героическое время, все больше осознаешь неимоверную трудность и грандиозное величие подвига Игоря Васильевича. Многим своим ученикам и сотрудникам он открыл путь в большую науку и технику.
Без Игоря Васильевича прошли уже многие годы, но все это время мы, и я в том числе, продвигались и продвигаемся по путям, на которые он нас сначала направил, а затем бережно подправлял наши первые, часто робкие шаги. После окончания школы в 1929 г. С выбором учебного заведения мне повезло. В тридцатые годы Политехнический институт переживал пору расцвета.
Френкель, А. Иоффе и ряд других выдающихся ученых и педагогов отдавали много сил подготовке и отбору способной молодежи для научной работы. Неподалеку от главного корпуса учебного института находился первый в стране исследовательский физический институт — физтех. Студенты физико-механического факультета, на котором я учился, совмещали учебу с работой в физтехе.
Студентом четвертого курса и я вошел в творческий коллектив этого института. Вскоре я познакомился со своим будущим руководителем, Игорем Васильевичем Курчатовым — человеком, оказавшим громадное влияние на весь мой жизненный путь, и не только в выборе направлений научных исследований. На меня произвели глубокое впечатление логичность его мышления, быстрота реакции, высокая организованность и, главное, стиль его научной работы. Курчатовский подход к проблеме и в молодые годы, и сегодня, спустя много лет, мне всегда представлялся совершенным.
Курчатова отличали богатое воображение и фантазия, умение поставить простыми средствами изящный эксперимент, вскрывающий сердцевину проблемы. Он подходил к новому явлению с разных сторон, быстро очерчивал круг возможных вариантов трактовки экспериментальных данных, затем постепенно сужал этот круг. И, как правило, достигал верного объяснения. Игорь Васильевич всегда стремился быть на главном направлении науки и умел осуществлять свое стремление.
Именно в это время, точнее с 1932 г. Курчатов начал заниматься ядерной физикой. Он решительно прерывает успешно протекавшие исследования сегнетоэлектричества. Им уже тогда был создан серьезный раздел науки.
Можно было спокойно развивать успех, плодотворно трудиться над проблемой сегнетоэлектриков годы и годы. Но интуиция подсказала: сегодня магистральное направление — ядерные исследования.
Деление ядер урана Ядерные превращения, приводящие к испусканию радиоактивных излучений Схема реакции деления ядра Ядерные реакции. Деление ядер урана Немецкие учёные. В конце 1938 года открыли деление ядер урана. Отто Ган 1879—1968 г.
Фриц Штрассман 1902—1980 гг. Деление ядер урана Объяснили появление этих элементов распадом ядер урана, захватившего нейтрон, на две примерно равные части. Лиза Мейтнер 1878—1968 г. Отто Роберт 1904—1979 гг. Фриш Ядерные реакции. Деление ядер урана Деление ядра урана-235 Осколки деления ядра Ядерные реакции.
Деление ядер урана Деление ядра урана-235 Ядерные реакции. Деление ядер урана Продуктами деления ядер U235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т. Деление ядер урана 200 МэВ кинетическая энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана Оценку выделяющейся при делении ядра энергии можно сделать с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре.
Размножение достигается организацией такой геометрии из делящегося материала и замедлителя, при котором количество нейтронов возрастает после каждого акта деления, образуя самоподдерживающуюся цепную реакцию. Если же часть из нейтронов из нового поколения поглощать или давать им утекать из активной зоны таким образом, что количество их будет постоянным, то и мощность будет поддерживаться на одном и том же уровне. Организовать такое непросто, и для ЛТСМ в «Укрытии» расчеты показывают , что для запуска ускоряющейся цепной реакции необходимо было бы уменьшить поглощение нейтронов «нейтральными» материалами и их утечку за пределы застывшего расплава как минимум в 2,5 раза. Самостоятельно такие изменения в самой керамике происходить не могут, но в ней есть поры и трещины, так что кое-что меняться может. Основную роль в изменениях тут играет вода, которой в руинах четвертого энергоблока еще со времен аварии скопилось немало. После сооружения «Укрытия» оказалось, что дождевая и талая вода продолжает поступать внутрь, но к началу 1990 года установился некоторый баланс водного режима.
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. Из вышеупомянутой публикации по нейтронной физике ЛТСМ также следует, что существует точка «оптимального увлажнения», при которой нарастание количества нейтронов в каждом поколении достигает максимума. Соответственно, при высыхании залитых водой 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.
Ситуация носит локальный характер и ограничена территорией производственного участка.
Персонал цеха эвакуирован, проводится санитарная обработка, — говорится в сообщении предприятия. По информации источника издания E1. RU, пострадавший рабочий скончался на месте. Официальных подтверждений этой информации на момент публикации нет. По словам местных жителей, их попросили оставаться дома, а в соседских чатах рассылают тревожные сообщения. Аварию ликвидируют, население просят закрыть все окна и по возможности пока не выходить на улицу! Глава Новоуральска Вячеслав Тюменцев обратился к жителям города и попросил не поддаваться панике.
Открытие спонтанного деления ядер урана
| Спонтанное деление ядер | нейтроны могут вызывать дальнейшее деление, но только ядер данного урана, количество которого в природном уране всего. |
| Ядерные реакции | Реакции деления начались из-за попавшей на нижние уровни воды. Исследователи уверены, что высыхание радиоактивной воды каким-то образом делает нейтроны более, а не менее эффективными при расщеплении ядер урана. |
| «Тревожный звоночек»: физик прокомментировал возобновление ядерных реакций в Чернобыле | При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно. |
| «Тревожный звоночек»: физик прокомментировал возобновление ядерных реакций в Чернобыле | При делении ядра урана 2-3 мгновенных нейтрона скидывается, получаются два осколка с отношением масс преимущественно около 1:1.4, т.е., любимые массы около 95 и 135. |
Деление ядер урана
Контент доступен только автору оплаченного проекта История открытия деления ядер урана Описание истории открытия процесса деления ядер урана. Рассмотрение вклада ученых в изучение ядерных реакций и открытие деления ядер урана как важного физического явления. Контент доступен только автору оплаченного проекта Влияние деления ядер урана на окружающую среду Анализ воздействия деления ядер урана на окружающую среду. Рассмотрение последствий ядерных реакций и меры предосторожности, принимаемые для минимизации негативного воздействия. Контент доступен только автору оплаченного проекта Альтернативные методы использования деления ядер урана Исследование альтернативных методов использования деления ядер урана. Рассмотрение новых технологий и подходов к использованию ядерной энергии, основанных на делении ядер урана. Контент доступен только автору оплаченного проекта Безопасность ядерных реакций с участием деления ядер урана Обсуждение вопросов безопасности при проведении ядерных реакций с участием деления ядер урана. Рассмотрение мер и технологий, направленных на обеспечение безопасности ядерной энергетики.
Неустойчивость тяжелых ядер обусловлена взаимным отталкиванием большого числа протонов, находящихся в ядрах. Деление тяжелого ядра на два осколка сопровождается выделением энергии порядка 1 МэВ на каждый нуклон. Это следует из того, что удельная энергия связи для ядер средней массы составляет примерно 8,7 МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6 МэВ. Например, при делении ядра урана выделяется энергия порядка 200 МэВ.
При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Условием возникновения цепной реакции является наличие размножающихся нейтронов.
Коэффициентом размножения нейтронов k называется Коэффициент размножения зависит от природы отношение числа нейтронов, возникающих в некотором звене делящегося вещества, а для данного изотопа — от его реакции, к числу таких нейтронов в предшествующем звене. Такая реакция называется развивающаяся реакция. Минимальная масса делящегося вещества, находящегося в системе критических размеров, необходимая для осуществления цепной реакции, называется критической массой. Цепная реакция в уране с повышенным содержанием урана235 может развиваться только тогда, когда масса урана превосходит критическую массу.
В небольших кусках урана большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают наружу. Для чистого урана-235 критическая масса составляет около 50 кг. Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из вобериллия, котораяесли Критическую массу урана можно много раз уменьшить, отражает так нейтроны, позволяет снизить использовать называемые замедлители нейтронов. Дело в том, что нейтроны, рождающиеся критическую массу до 250при г.
Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода D2O. Обычная вода при взаимодействии с нейтронами сама превращается в тяжелую воду.
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".
Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра так называемые вторичные нейтроны деления , способны вызывать деление новых ядер урана. Благодаря этому можно осуществить цепную реакцию деления: однажды возникнув, реакция в принципе может продолжаться сама собой, охватывая все большее число ядер. Схема развития такой нарастающей целлон реакции изображена на рис. Фотография следов осколков деления урана в камере Вильсона: осколки разлетаются в противоположные стороны из тонкого слоя урана, нанесенного на пластинке, перегораживающей камеру.
На снимке видно также множество более тонких следов, принадлежащих протонам, выбитым нейтронами из молекул водяного кара, содержащегося в камере Осуществление цепной реакции деления на практике не просто; опыт показывает, что в массе природного урана цепная реакция не возникает. Причина этого кроется в потере вторичных нейтронов; в природном уране большая часть нейтронов выходит из игры, не вызывая делений. Как выявили исследования, потеря нейтронов происходит в наиболее распространенном изотопе урана — уране — 238. Этот изотоп легко поглощает нейтроны по реакции, подобно реакции серебра с нейтронами см.
Делится же с трудом и только под действием быстрых нейтронов. Более удачными для цепной реакции свойствами обладает изотоп , который содержится в природном уране в количестве. Он делится под действием нейтронов любой энергии — быстрых и медленных и тем лучше, чем меньше энергия нейтронов. Конкурирующий с делением процесс — простое поглощение нейтронов — мало вероятен в в отличие от.
Поэтому в чистом уране — 235 возможна цепная реакция деления при условии, однако, что масса урана-235 достаточно велика. В уране малой массы реакция деления обрывается из-за вылета вторичных нейтронов за пределы его вещества. Развитие ценной реакции деления: условно принято, что при делении ядра испускается два нейтрона и потерь нейтронов нет, то есть каждый нейтрон вызывает новое деление; кружочки — осколки деления, стрелки — нейтроны деления В самом деле, ввиду крошечных размеров атомных ядер нейтрон проходит в веществе значительный путь измеряемый сантиметрами , прежде чем случайно натолкнется на ядро. Если размеры тела малы, то вероятность столкновения на пути до выхода наружу мала.
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
такие жуткие последствия ждут население после применения снарядов с обедненным ураном, которые Британия собирается поставить украинской армии. При спонтанном делении ядер выделяется энергия; для урана она составляет около 190 МэВ на ядро. Реакции деления начались из-за попавшей на нижние уровни воды. Исследователи уверены, что высыхание радиоактивной воды каким-то образом делает нейтроны более, а не менее эффективными при расщеплении ядер урана. 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. Вызвать же деление урана при попадании в него нейтрона можно только у изотопов с массовым числом 235, так как ядро урана-238 поглощает нейтрон, а деление не происходит. При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами.
Деление ядер урана
Ядро урана-238 захватывает нейтрон, превращается в нептуний-239, а затем, путём испускания электрона, превращается в плутоний-239. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. За открытие спонтанного деления урана К.А. Петржак в 1946 году был удостоен Государственной премии. Для научного сообщества эти строчки были лишь необузданной фантазией поэта, однако всего через семнадцать лет, в 1938 году, Отто Ган (, 1879–1968) и Фриц Штрассман (, 1902–1980) открыли деление ядер урана. Поскольку вода замедляет нейтроны, ее попадание ускоряло деление ядер урана в расплаве.
Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса
Петр жаком в 1940 г. Период полураспада для слонтанного деления равен 1016 лет. Изредка эти ядра могут самопроизвольно расщепляться, подобно тому, как они самопроизвольно излучают альфа-частицы при радиоактивном распаде, то есть расщепляться без какого-либо явного внешнего воздействия, как, например, при поглощении нейтрона. Хотя этот процесс является редким и не совсем до конца понятным, его учет тем не менее также необходим при конструировании ядерного реактора, поскольку этот физический процесс является дополнительным источником нейтронов. Так, в одном грамме природного урана спонтанное деление происходит33 один раз в 100 с, и в результате каждого такого деления образуются два или три нейтрона.
Соединения урана не имели широкого спроса, поэтому экономика добычи некоторых руд определялась только стоимостью получаемого радия и ванадия.
С открытием процесса деления ядра и его технического применения уран приобрел огромное значение. Экономические критерии , которые раньше определяли выгодность эксплуатации урановых руд, потеряли свое значение, и месторождения урана , которые раньн1е не эксплуатировались, стали интенсивно разрабатываться. Авторы не имеют возможности описать современный процесс добычи, сообщить количества добываемой руды, оценить запасы сырья или дать результаты изысканий, которые проводились начиная с 1940 г. Ядерная энергетика. За рубежом в 1939 г.
Одновременно наблюдается образование нескольких нейтронов. Этот новый тип ядерных превращений получил название деления. В этом же году советские ученые Петржак и Флеров доказали, что деление урана осуществляется не только при облучении нейтронами , но и самопроизвольно. Таким образом , для урана распад может идти одновременно по двум схемам, по типу а-распада и по типу деления. Последний процесс характеризуется большим периодом полураспада 10 лет и поэтому в природном уране он осуществляется очень редко.
Положение здесь аналогично химическим экзотермическим реакциям , которые могут протекать самопроизвольно , но с измеримой скоростью протекают лишь тогда, когда система получает необходимую энергию активации, позволяющую реагирующим частицам преодолеть потенциальный барьер. Для осуществления деления требуется также активация , например, за счет поглощения тяжелым ядром нейтрона. Было установлено, что уран не образует при этом новых изотопов, как это бывает при простейших ядерных реакциях , а вместо этого возникают ядра, обладающие приблизительно вдвое меньшей массой по сравнению с массой исходного ядра урана например, Ва илиКг. Вскоре обнаружилось, что ядерное деление является источником огромной энергии. Исследования Энрико Ферми , Отто Гана и Лизы Мейтнер, а также многих других ученых позволили разобраться в природе ядерного деления.
Об этом написано много увлекательных книг, и можно порекомендовать прочесть о подробностях этих важных открытий в литературе, цитированной в конце данной главы. Таким образом , альфа-излучающие элементы — уран и торий — являются источниками нейтронов в природе. Нейтроны в природе выделяются также в результате спонтанного деления ядер урана-235, открытого в 1940 г. Флеровым и Петражаком.
В случае 238U энергии связи дополнительных нейтронов не хватает около 1 МэВ. Это означает, что деление ядра урана индуцируется только нейтроном с кинетической энергией больше 1 МэВ. С другой стороны, изотоп 235U имеет один непарный нейтрон. Этого достаточно для освобождения количества энергии, необходимого для того, чтобы ядро преодолело потенциальный барьер и деление изотопа происходило при столкновении с любым нейтроном. Бета-распад Несмотря на то что при реакции деления испускаются три или четыре нейтрона, осколки по-прежнему содержат больше нейтронов, чем их стабильные изобары.
Это означает, что фрагменты расщепления, как правило, неустойчивы по отношению к бета-распаду. Ядерные реакции: деление ядер урана Прямое излучение нейтрона из нуклида со слишком большим их количеством для обеспечения стабильности ядра маловероятно. Здесь дело заключается в том, что нет кулоновского отталкивания, и поэтому поверхностная энергия имеет тенденцию к удержанию нейтрона в связи с родителем. Тем не менее это иногда происходит. Например, фрагмент деления 90Br в первой стадии бета-распада производит криптон-90, который может быть находиться в возбужденном состоянии с достаточной энергией, чтобы преодолеть поверхностную энергию. В этом случае излучение нейтронов может происходить непосредственно с образованием криптона-89. 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.
На все нуклоны в ядре действуют ядерные силы притяжения, кроме этого на протоны действуют электростатические силы отталкивания одноимённых зарядов, в результате чего протоны располагаются на периферии ядра. Если ядро не возбуждено, то эти две силы компенсируют друг друга, предотвращая разрыв ядра. При поглощении ядром урана-235 нейтрона оно получает дополнительную энергию, что приводит к образованию возбуждённого ядра урана-236 и его колебаниям. Если колебания достаточно интенсивные, то ядро сильно вытягивается с последующим образованием гантелевидной формы с явно выраженным перешейком. Осколки «перегружены» нейтронами и являются радиоактивными.