После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1).
15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл
За открытие спонтанного деления урана К.А. Петржак в 1946 году был удостоен Государственной премии. На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана. Открытие деления урана. Происшествия - 14 июля 2023 - Новости Новосибирска - Слайд 5Деление ядер урана Первым открытым процессом деления ядра урана было вынужденное деление.
Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
| Как и где добывают уран: видео и описание. Почему это рискованный бизнес? | Он уже был признанным лидером Западного побережья США в теоретической физике, когда стала известна новость о делении ядра урана, полученная в результате открытия Лизы Мейтнер и ее племянника Отто Фриша. |
| Наука РФ - официальный сайт | Цепная реакция деления ядер урана – это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. |
| Ядерная топка Земли | При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами. |
| Энергия связи. Дефект массы. Деление ядер урана. Цепная реакция | Физика 9 класс #55 | Инфоурок | это наличие вещества, которое могло бы замедлить высвобождение нейтронов во время деления ядра урана, чтобы одновременно вызвать распад других ядер. |
Деление ядер урана
Парк Патриот вблизи Кубинки является местом, уникальным во многих отношниях. На его гигантской территории размещено множество объектов военно-гражданской инфраструктуры: образцов тяжелого оружия и военной техники различных родов войск на фоне разнообразных интерактивных композиций, музейных, деловых и выставочных павильонов, инфраструктуры культурно-развлекательного и гостиничного назначения. Ежедневно посетителями парка «Патриот» становятся тысячи жителей Москвы и Подмосковья, других субъектов Российской Федерации, государств СНГ и дальнего зарубежья. А в дни официальных и праздничных мероприятий количество посетителей нередко исчисляется десятками тысяч. Его посещение способствует развитию чувства любви и уважения к Родине, создает привлекательный облик службы в Вооружённых Силах страны, формирует гражданскую ответственность за настоящее и будущее безопасности родной Отчизны. Недавно здесь вступил в действие новый выставочный павильон «Атом на службе Родине».
В нем различными средствами визуализации отображены события из истории отечественной ядерной энергетики и атомного оружия от первых успехов до наших дней. Церемония торжественного открытия экспозиции павильона состоялась 6 сентября 2016 года.
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.
Тем временем из-за влажности и высокой радиации сам расплав становится мягче — если раньше отколоть от него кусок для анализов удалось только выстрелом из автомата, то сейчас консистенция расплава начинает напоминать песок. Власти Украины намерены к сентябрю подготовить план по вывозу расплава из объекта «Укрытие» в хранилище радиоактивных отходов. Но пока это кажется маловероятным — учитывая, что процессы деления в топливе продолжаются. Вам понравилась статья?
Отвечай поскорее.
Сердечный привет Твоему Отто». Постскриптум: «И от меня сердечный привет и наилучшие пожелания. Ваш Фриц Штрассман». Мы подробно воспроизвели это письмо, чтобы стало ясно, как в Гане и Штрассмане боролись уверенность в получении бария и сомнение в возможности совместить факт его возникновения с представлениями ядерной физики. Значение упомянутых экспериментов с торием-Х и мезоторием-I состоит в следующем: из своих прежних работ с этими несомненными изотопами радия Ган точно знал, что у него были их чистые препараты, и мог произвести их отделение или обогащение путем добавления их к солям бария в таких малых количествах, в которых имелись и предполагаемые «изотопы радия».
В этих экспериментах, таким образом, проявился многолетний опыт работы Гана с невесомыми количествами веществ; кроме того, надо было исключить воз- можность, что изотопы радия в тех малых количествах, в которых они имелись, радиохимически обнаруживают себя иначе. В письме Гана внимание привлекают два замечания. Во-первых, желание опубликовать заметку о так называемых изотопах радия, «так как мы получили очень хорошие кривые». Успехи Гана и Штрассмана в области эксперимента были особенно велики; они выделили среди сложных продуктов уран-нейтронной реакции многочисленные однородные радиоактивные компоненты, однородность которых и очередность в различных рядах превращений были надежно установлены путем точного измерения периодов полураспада. Результаты этих опытов оказались важнее, чем данное им объяснение.
Во-вторых, несколько странное замечание о том, не могут ли возникать «изотопы бария с гораздо большим атомным весом, чем 137», т. Как следует отсюда, о распаде ядра урана на две части не было еще и мысли. Лиза Мейтнер ответила 21 декабря: «Ваши результаты с радием ошеломляют. Процесс, идущий на медленных нейтронах и приводящий к барию!.. Признать такой необычный распад кажется мне пока очень трудно, но мы пережили в ядерной физике столько неожиданностей, что уже ни о чем нельзя сказать прямо: это невозможно.
Впрочем, исключены ли более тяжелые трансураны?.. Ты была бы, наверное, немножко поражена обилием опытов... Со вчерашнего дня мы суммируем наши доказательства о барии-радии... На их основе, как «химики», мы должны сделать заключение, что три хорошо изученных нами изотопа являются не радием, но, с точки зрения химика, барием. Сам барий, который мы, естественно, тоже испытали, также становится активным после облучения нейтронами.
Но гораздо меньше, чем наши препараты. Кроме того, этот активированный барий не превращается в излучающий лантан. Актиний, возникающий из изотопов, вовсе не актиний, но скорее всего излучающий лантан!! Авторы чувствовали себя в это время уже настолько уверенными, что при правке заменили слова «изотопы радия» словами «щелочноземельные металлы». Оттиск статьи сразу был послан в Швецию.
Эта весьма обширная работа появилась в первом январском номере журнала, том 27, стр. Она произвела настоящую сенсацию. Я хорошо помню это, так как вскоре после ее появле- ния докладывал о ней на большом коллоквиуме. Значительные трудности для ее усвоения представляли многочисленные обсуждавшиеся в ней опыты и кривые активности и множество специальных данных. Большая часть статьи посвящена дополнениям, исправлениям и результатам новых точных измерений, сделанным в связи с приведенными выше рядами превращений радия.
Лишь в конце работы сказаны существенные для будущего фразы: «Кроме того, мы должны сказать о некоторых новых исследованиях, результаты которых из-за их странности мы сообщаем лишь с колебанием... Мы приходим к заключению: наши «изотопы радия» имеют свойства бария. Как химики, мы, собственно, должны сказать, что новое вещество — не радий, а барий; о других элементах не может быть и речи». После описания упомянутого в письме от 21 декабря открытия лантана в актинии и обсуждения открытия лантана, сделанного Кюри и Савичем, авторы продолжают: «Что касается «трансурановых элементов», то... Да раньше об этом и не думали.
Как «химики-ядерщики», в определенном смысле близкие физике, мы еще не можем решиться на этот шаг, противоречащий всем прежним представлениям ядерной физики. Возможно, наши результаты обусловлены какими-то случайными совпадениями. Мы намерены продолжить опыты с новыми продуктами превращений... При наличии сильных искусственных источников лучей это можно было бы сделать гораздо легче». Последовавшая за этим переписка между Ганом, Лизой Мейтнер и Фришем показывает, как много разного рода трудностей пришлось преодолеть на пути к полной ясности: ошибочные гипотезы, новые сомнения Гана в правильности измерений с барием, неопределенность теоретической возможности расщепления и ее физического доказательства, наконец, немаловажный вопрос о существовании трансуранов.
Отто-Роберт Фриш, поставленный в известность Лизой Мейтнер, сомневался в результатах Гана даже больше ее самой, и она внушала ему: «Если Ган с его громадным опытом говорит что-нибудь, то в этом что-то есть! О точном равенстве массовых чисел не может быть и речи... С порядковыми номерами дело, конечно, не проходит, поэтому несколько нейтронов должны пре- вратиться в протоны... Возможно ли это энергетически? Я этого не знаю; я знаю только, что наш радий обладает свойствами бария и что наш актиний не имеет свойств настоящего элемента 89.
Все остальное еще не проверено... Возможно, Ты сможешь что-либо рассчитать и опубликовать. Если в этом что-то есть, трансуранам придется... Я не знаю, не причинит ли мне это много горя... Отто-Роберт и я уже сломали себе головы».
Затем она задала несколько вопросов, главным образом в связи с трансуранами. Мейтнер и Фриш сообща ответили на рукопись Гана и Штрассмана, посланную в «Naturwissenschaften». Мейтнер писала: «... Может быть, это энергетически и возможно расщепиться тяжелому ядру. Тем не менее Твоя гипотеза о возникновении бария и мазурия по разным причинам кажется мне неприемлемой».
Затем снова следовали специальные химические вопросы, поскольку «вопрос о реальности трансуранов имеет для меня сугубо личный характер. Если вся работа трех последних лет была ошибочной, то это можно установить не только с одной стороны.
При извлечении наиболее активных элементов этот период значительно сокращается. Происходит это так: тепловыделяющие сборки ТВС разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления.
Авторы исследования Петр Матвеев и Светлана Гуторова Способ описан в науке довольно давно, но для его реализации не удавалось подобрать селективные экстракционные агенты с высокой емкостью, то есть способные захватывать большое количество химических элементов. Пока мы заняты теоретической частью проекта, продолжаем исследовать возможности этого механизма экстракции.
Открытие спонтанного деления ядер урана
Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1). Открытие процессов деления ядра урана показало, что ядерные реакции иогут происходить без постоянного возбуждения извне, сопровождаясь при этом выделением огромного количества энергии. Схема цепной реакции деления урана-235 нейтронами при эффективном коэффициенте размножения нейтронов больше единицы. После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1).
Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра
В 2017 году мировое производство урана составило 59 531 тонну , что несколько ниже уровня 2015 и 2016 годов. Казахстан является крупнейшим производителем урана в мире, за ним следуют Канада, Австралия, Нигер, Россия и Намибия. Шахта Olympic Dam в Южной Австралии является крупнейшим известным месторождением урана. Еще один значительный запас урана находится в Бакуме, суб-префектуре в Центральноафриканской Республике Центральная Африка. Запасы урана - это просто извлекаемый уран, независимо от его изотопа. После добычи урановые руды, как правило, измельчаются на обычные куски и затем подвергаются химическому выщелачиванию для извлечения урана. Полученный продукт представляет собой сухой порошковый материал, известный как U 3 O 8.
Шахтеры урана более склонны к развитию рака легких и других долговременных проблем со здоровьем, чем средний человек. Хорошо документированное исследование, проведенное в период с 1969 по 1993 годы, показало, что добыча урана была крупнейшим фактором, приводящим к раку легких среди людей племени навахо после того, как добыча урана была прекращена в народе Навахо. Проблемы со здоровьем, связанные с этим элементом, в основном связаны с его высокой токсичностью, а не радиоактивностью, поскольку уран слабо радиоактивен альфа-частицы, испускаемые ураном, не могут проникнуть в кожу человека. Однако прямое употребление этого вещества может привести к серьезным повреждениям многих органов, раку и длительным неврологическим расстройствам. Хотя потребление большого количества урана, безусловно, смертельно, почки могут справиться с низким уровнем воздействия урана. Ядерный взрыв происходит, когда полый урановый снаряд попал в целевой цилиндр 1.
Во время Второй мировой войны американские военные разработали два типа ядерных бомб. Первым был «Маленький мальчик», устройство на основе урана, которое было взорвано над городом Хиросима.
Поскольку космические лучи создают в порождённых ими атмосферных ливнях космических лучей измеримый поток нейтронов, при опытах на поверхности земли экспериментально трудно отделить события спонтанного деления от вынужденного. Для снижения фона от космических лучей, мешающих изучению явления, в качестве экрана может служить многометровый слой грунта или воды.
Поэтому опыты проводились в Московском метро на станции «Динамо» на глубине 60 метров [4] [5].
Процесс спонтанного деления ядер не происходит мгновенно: перед образованием двух осколков ядро должно пройти несколько стадий деформированных состояний, различающихся по степени отличия от его исходной, почти сферической формы. В процессе деформации вначале преобладает эффект уменьшения энергии связи нуклонов за счёт увеличения поверхности деформированного ядра , затем кулоновские силы расталкивания протонов приводят к уменьшению потенциальной энергии ядра. Этим объясняется появление т. В 1966 г. Струтинский ввёл метод учёта эффекта ядерных оболочек для вычисления потенциальной энергии делящегося ядра и получил «двугорбую» структуру энергетического барьера деления см.
Ядро урана-238 захватывает нейтрон, превращается в нептуний-239, а затем, путём испускания электрона, превращается в плутоний-239. А последний, кстати, тоже делится нейтронами. За все годы работы топлива в реакторе, в нём образуется чуть ли не вся таблица Менделеева. Этот ядерный зоопарк дико фонит, причем испускает практически все виды излучения - альфа, бета, гамма, нейтронное, нейтринное и т.
Такое топливо не то чтобы трогать нельзя, на него даже смотреть опасно. Ну, если только оно находится не под слоем воды, или не за специальным просвинцованным стеклом. После извлечения из реактора, топливо выдерживается в специальном приреакторном хранилище. Дело в том, что радиоактивный распад, ко всем проблемам, еще и сильно греет топливо - это называется "остаточное тепловыделение". А выдержка топлива позволяет довольно сильно уменьшить его радиоактивность за счет распада короткоживущих нуклидов. Да, спустя почти 30 лет после катастрофы, фон снизился настолько, что ходить там стало возможно.
Опасная работа: как добывают уран
| Ядерные реакции | Лиза Мейтнер и Отто Фриш объяснили этот результат распадом ядра урана на примерно две равные части (осколока), а Фриш назвал это явление по аналогии с биологическим явлением «бинарным делением ядра» или просто делением ядра. |
| Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле | И лишь в 1938 году ученые наконец поняли, что при делении ядра изотопа урана выделяется внушительное количество энергии — это обстоятельство стало началом эры атомной энергетики. |
| § 227. Деление урана | Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. |
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
Поэтому у специальных детонаторов имплозионной системы нет чувствительного инициирующего взрывчатого вещества азида свинца , запускающего детонацию вторичного взрывчатого вещества, для выхода ее фронта из взрывателя в блок основной взрывчатки. Отсутствие инициирующего вещества делает спецдетонатор намного безопаснее, но требует для срабатывания на порядок большей энергии. Она и доставляется мощным высоковольтным импульсом тока, равномерно распределяемого между детонаторами. Малогабаритный блок автоматики БА40 массой 12,6 кг. Духова Его выдает генератор подрывного импульса тока — сложное устройство из многих элементов. Это специальные высоковольтные конденсаторы очень большой емкости, коммутирующие импульсные разрядники, мощный транзистор и высоковольтный выпрямительный столб, дополняемые высоковольтными соединительными элементами. Помимо компактности, в силу быстроты и большой мощности импульса возникает требование малоиндуктивности к генератору и его элементам, выполняемое специальными конструктивными и техническими решениями. После выдачи подрывного импульса тока включается электрическая линия задержки. Она откладывает выдачу импульса нейтронов до нужного момента времени, когда ядерный материал в ходе имплозии перейдет в сверхкритическое состояние с заданной величиной эффективного коэффициента размножения нейтронов. Самые первые импульсные нейтронные источники были неуправляемыми и представляли собой маленький шарик в центре ядерной сборки. Он содержал разделенные преградой полоний и бериллий.
Их ядерная реакция для выхода нейтронов запускалась механическим смешением при имплозии, без выбора момента срабатывания. Применение внешних импульсных нейтронных источников упростило ядерную часть заряда, но главное — ощутимо повысило эффективность деления ядерного материала. Уже первые внешние импульсные нейтронные источники были управляемыми и создавали импульс нужной интенсивности и длительности в оптимальный момент времени. 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.
Объяснение причин и механизмов выделения энергии в результате деления ядер и ее использование в ядерной энергетике. Контент доступен только автору оплаченного проекта Роль деления ядер урана в ядерной энергетике Исследование важности деления ядер урана для ядерной энергетики. Рассмотрение применения деления ядер урана в ядерных реакторах для производства электроэнергии и других целей. 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.
Петржак и Флёров построили для регистрации актов деления весьма чувствительную ионизационную камеру и приступили к экспериментам. Вскоре они обнаружили, что камера продолжает регистрировать деление и после удаления источника нейтронов: происходит самопроизвольное деление ядер урана без бомбардировки их нейтронами Последние записи:.
Осколки «перегружены» нейтронами и являются радиоактивными.
За время меньше 10-14 с из осколков вылетают 2-3 нейтрона которые называют мгновенными и гамма-кванты. Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. Важно, что в результате деления ядра урана, вызванное нейтроном, возникают новые нейтроны, способные привести к делению следующих ядер урана.
Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра
Описанная теория была почти забыта через несколько лет, и никто не использовал эти знания. Ситуация изменилась в 1972 году, когда были исследованы образцы с месторождения Окло в Габоне. Несмотря на обретение независимости от Франции в 1960 году, это центральноафриканское государство находилось под сильным влиянием Парижа. Это неудивительно, учитывая огромные природные ресурсы и получаемое ими богатство. Удивительные результаты Испытанные образцы урана традиционно содержат три разных изотопа: уран-238, уран-234 и уран-235. Поскольку уран-234 не может делиться, в данном случае он не используется.
Результат для урана-235 привлек внимание исследователя и его коллег. Эта величина постоянна для всех отложений на Земле и на Луне и даже для метеоритов. Кроме того, он слишком низкий, чтобы вызвать реакцию деления. По этой причине уран искусственно обогащается в очень сложном процессе с использованием газовой диффузии и центрифуг. На первый взгляд это незначительное различие, но его наличие вызвало огромный резонанс в мире науки.
Соотношение урана-235 и урана-238 не изменилось с момента образования Земли, что является прямым результатом их радиоактивности и распада на другие элементы. Период полураспада первого составляет 700 миллионов лет, а второго - 4,5 миллиарда лет, что говорит нам о том, что в прошлом уран-235 был доступен в гораздо более высоких концентрациях, чем сегодня. Возвращаясь к исследованным образцам, они выявили следовые количества других элементов, которые были внедрены в руду. Их процентное содержание было почти таким же, как в отработанном ядерном топливе, используемом на электростанциях. Физики заметили эту связь, тем самым подтвердив, что на руднике Окло, из которого был получен уран, в какой-то момент в далеком прошлом произошло спонтанное деление ядра.
В ходе этого процесса уран-235 был истощен, что отразилось на изменении процентного содержания руды.
Как и где именно они образовались? На этот счет существует множество разных точек зрения: от мантии до геометрического центра Земли. Анисичкин с соавторами предложили обоснованную гипотезу, согласно которой местом критической концентрации урана и тория могла быть поверхность твердого внутреннего ядра Земли. Эта концепция во многом базируется на работах по растворимости диоксида урана UO2 , проведенных в конце 1990-х гг. В экспериментах на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» А. Туркиным было показано, что растворимость UO2 в расплавах на основе железа с ростом давления уменьшается. Исследуемый диапазон давлений составлял 5—10 ГПа для сравнения: в центре Земли давление около 360 ГПа. Поскольку в природе уран встречается преимущественно в виде оксидов, то логично сделать вывод: чем глубже, тем хуже будет растворяться уран!
Этот важный экспериментальный факт наводит на мысль, что миграция актиноидов в теле Земли могла быть следующей. После образования планеты в океане магмы, состоящей, в основном, из расплавов железа и силикатов, присутствовали и соединения урана. Со временем магма остывала, и происходило гравитационное разделение вещества по плотности. Силикаты, кристаллизуясь, всплывали в магме, плотность которой за счет железа была выше. Соединения же тяжелых актиноидов, выделяясь из расплава по мере роста давления и кристаллизуясь, оседали на внутреннее твердое железоникелевое ядро планеты. Из сейсмологических исследований известно, что переходная зона между внешним жидким и внутренним твердым ядром Земли толщиной 2—3 км имеет мозаичную структуру. При этом основными структурными элементами являются относительно тонкие взвешенные слои протяженностью до нескольких десятков километров. Возможно, именно они и являются областями концентрации тяжелых радиоактивных элементов. Не можешь найти — моделируй!
Когда речь идет о процессах на глубинах в тысячи километров, следует иметь в виду, что, с одной стороны, они недоступны непосредственному экспериментальному исследованию, с другой — их не всегда возможно изучать и в лабораторных установках, где трудно создать аналогичные физические условия. Но в современной науке существует еще один универсальный инструмент познания — компьютерное моделирование. В 2005 г. Задача была не из легких, поскольку методы теории реакторов традиционно применяются для расчета процессов длительностью максимум в годы, а здесь потребовалось просчитывать интервалы в миллиарды лет! Согласно их идее при кристаллизации магматического океана происходило «гравитационное разделение вещества по плотности», в результате которого силикаты, кристаллизуясь, всплывали, а соединения тяжелых актиноидов оседали на внутреннее ядро планеты. В дальнейшем сконцентрировавшаяся таким образом масса актиноидов, и в первую очередь соединения урана, играла роль ядерного реактора, генерирующего энергию, обусловленную цепными реакциями деления. К сожалению, в самой основе этой занимательной гипотезы лежит недоразумение. Кристаллизация каких-либо соединений актиноидов в виде самостоятельных минеральных фаз, которые могли бы погружаться в недра планеты, в магматическом океане невозможна. Прежде всего, это обусловлено исключительно низкими концентрациями урана и других актиноидов в протопланетном веществе.
При кристаллизации расплава, который возникает на основе такого вещества, весь уран распределяется в кристаллической решетке породообразующих минералов или на их границах в виде примеси, как и многие другие редкие и рассеянные элементы. Конечно, образование скоплений редких элементов в природе возможно вспомним, например, самородное золото , только это происходит в коре и не в результате кристаллизации магматических расплавов, а за счет разгрузки гидротермальных растворов, транспортирующих эти элементы и сбрасывающих их при изменении физических условий. В ходе геологических процессов зарождающиеся в недрах планеты магматические расплавы вследствие более низкой плотности по сравнению с твердым веществом перемещаются к поверхности. В тех случаях, когда они прорываются на поверхность, возникает вулкан. Когда такой расплав застревает на глубине и кристаллизуется в магматической камере, образуется твердое магматическое тело, называемое интрузивом. Дифференциация вещества по плотности при формировании магматических тел принципиально ничем не отличается от такой дифференциации при затвердевании расплава в магматическом океане. Однако кристаллизующиеся силикаты магния и железа в этих расплавах вопреки предположению авторов обсуждаемой гипотезы не всплывают, а тонут, потому что их плотность всегда выше плотности жидкой фазы. Утверждая, что плотность магмы увеличится за счет железа, авторы упускают из виду, что в магматическом океане металл сразу образует самостоятельную жидкую фазу, не смешивающуюся с силикатной, которая опустится на дно задолго до начала кристаллизации силикатов. Возвращаясь к интрузивам, заметим, что никаких скоплений минералов, сложенных актиноидами, на дне соответствующих магматических камер нет, несмотря на то, что концентрация урана как в самих интрузивных телах, так и в исходных расплавах зачастую на два порядка превосходит его концентрацию в протопланетном веществе и магматическом океане.
Все происходит ровно наоборот: основная часть урана концентрируется в остаточной жидкости, которая, как правило, собирается в верхней части магматической камеры, после того как основной объем расплава уже затвердел. Поэтому, даже если бы в этих последних порциях расплава и возникли какие-то тяжелые урансодержащие минералы, опускаться им было бы некуда. Конечно, для объективной оценки обсуждаемой гипотезы необходимы исследования специалистов в различных областях науки. Что касается геологической составляющей, то я считаю, что предложенная концепция пока не подтверждается фактическим материалом. Пушкарев, д. Расчеты показали, что теоретически существуют разные сценарии работы реактора. По некоторым из них его активность могла давно прекратиться, по другим — продолжаться до настоящего времени. Максимальная продолжительность возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов. В результате содержание легко делящегося урана-235 поддерживается на достаточно высоком уровне, и получается реактор-размножитель на быстрых нейтронах.
Ряд глобальных явлений на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет. О причинах этих колебаний нет единого мнения. По обломочным окаменевшим моренам и ледниково-морским осадкам, обнаруженным на всех континентах, ученые восстановили ледниковую историю Земли за последние 2,5 млрд лет.
По словам исследователей, периоды бездействия и бездействия были очень короткими - первый длился около 30 минут, а второй - не менее 2,5 часов. Что еще более важно, процессы повторялись на протяжении сотен тысяч лет. Мы знаем это, исследуя содержание благородного газа ксенона. Ключевое наблюдение заключалось в том, что образцы Окло содержали различные изотопы этого элемента, от ксенона 136, который образовался всего через одну минуту после деления, до ксенона 132 и 131, образовавшихся через несколько дней, и до ксенона, которому 129 миллионов лет. Если бы месторождение Окло было закрытой системой, ксенон, накопленный в образцах, сохранял бы стандартный изотопный состав. Однако этого не произошло, о чем свидетельствует испарение воды и реакция повторного деления. Наличие самой воды также подтверждалось тем фактом, что большая часть ксенона была обнаружена не в богатых ураном минералах, а в зернах фосфата алюминия, образовавшихся в результате действия H2O, нагретой ядерной реакцией до 300 градусов. Габонские реакторы работали до тех пор, пока концентрация урана не стала настолько низкой, что было невозможно инициировать реакцию деления. Ученые даже подсчитали среднюю выходную мощность. Подробные расчеты по этому поводу были представлены Джорджем А. Коуэном , который показал, что часть нейтронов, выделяющихся при делении урана-235, захватывается ураном-238, что приводит к его превращению сначала в уран-239, а затем в плутоний-239. Залежи последних составили около 2 тонн и, хотя они полностью исчезли, часть из них раскололась. Исходя из этого, было определено, что реакции длились сотни тысяч лет. Кроме того, проверив количество использованного урана-235, Коуэн подсчитал выделившуюся энергию, объем которой превысил 15 000 кубических метров. Это дает среднюю мощность реактора около 100 киловатт, что смехотворно мало по сравнению с реакторами, построенными людьми. Ученые полагают, что в прошлом могли быть участки, подобные габонскому руднику Окло. К сожалению, найти их может быть сложно из-за тектонических движений земной коры, которые могли вызвать разрушение таких регионов.
Учёные предположили, что это единственный на планете «природный ядерный реактор», сработавший сам по себе. Однако, открыватели атомной энергии давно доказали, что ядерная реакция может быть получена только искусственным путем.
Как было открыто спонтанное деление
Например, при делении ядра урана выделяется энергия порядка 200 МэВ., содержащего 238 нуклонов, Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рисунке При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном. Многим ученым из Колумбийского университета было ясно, что они должны попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при делении ядра урана в результате нейтронной бомбардировки. Осколки деления ядер урана обладают высокой кинетической энергией, которая при их торможении передается топливу. Изучение деления ядра атома урана показало, что при этом выделяется 3–4 нейтрона: 238U → 145La + 90Br + 3n. 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. Цепная реакция. Описание процесса
| На уральском ядерном заводе произошел взрыв | Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. |
| Парадоксы ядерной гонки / Концепции / Независимая газета | При спонтанном делении ядер выделяется энергия; для урана она составляет около 190 МэВ на ядро. |