В ТЕКСТЕ ОГОВОРКА: У ГРАФИТА НЕ 6 АТОМНАЯ МАССА, А 12!Для донатов и вопросов: ДЛЯ ДОНАТОВ ИСПОЛЬЗОВАТЬ. ## $a: Физика деления атомных ядер $h: [Текст]: $b: Сборник статей $c: Под ред. д-ра физ.-мат. наук Н. А. Перфилова и канд. физ.-мат. наук В. П. Эйсмонта. Когда нейтрон сталкивается с атомным ядром, это вызывает деление атома, сопровождаясь высвобождением энергии и дополнительных нейтронов.
Популярное
- Теория деления ядер
- Ученые 80 лет выясняли, как вращаются атомные ядра после деления
- История открытия и строение
- Понятие радиоактивности. Виды распада
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
Большая международная группа исследователей доказала, что осколки расщепляющихся ядер атомов начинают вращаться после того, как они расщепляются во время деления. Ученые описали свои эксперименты, которые однажды смогут полностью объяснить, почему такие фрагменты вообще начинают вращаться. Читайте «Хайтек» в Предыдущие исследования показали, что атомные ядра с большим количеством протонов и нейтронов нестабильны. Таким образом, они склонны к расщеплению, известному как ядерное деление. Предыдущие результаты говорили, что после расщепления фрагменты атомных ядер начинают вращаться, когда они выбрасываются из центра. Почему они начинают вращаться — остается загадкой с тех пор, как более 80 лет назад было обнаружено ядерное деление.
Подобно тому, как пар, полученный при сжигании ископаемого топлива в котле, вращает турбину, соединенную с электрогенератором, пар из «атомного котла» также можно использовать для выработки электроэнергии. Достижения в области технологий со временем продолжали повышать эффективность и безопасность, в некоторых случаях отказываясь от замедлителей, замедляющих нейтроны, позволяя делящемуся материалу захватывать «более быстрые» частицы. Сегодня в мире насчитывается около 440 действующих атомных электростанций, из них почти 100 только в Соединенных Штатах. В совокупности эти станции производят около 10 процентов электроэнергии в мире, что на 7 процентов меньше, чем в 1993 году. В эпоху, когда производство примерно 60 процентов электроэнергии в мире приводит к выбросу парниковых газов со скоростью, угрожающей катастрофическим глобальным потеплением, атомная энергетика представляет собой сравнительно более чистую альтернативу. Но есть затраты, способные ограничить то, сколько мы должны использовать ядерную энергию для спасения от климатического кризиса. В чем проблема атомной энергетики? Когда дело доходит до поиска экономически эффективных альтернатив ископаемым видам топлива с низким уровнем выбросов, мы можем добиться большего, чем ядерная энергия. Важно отметить, что мы могли бы также добиться большего успеха с технологиями возобновляемых источников энергии, такими как солнечная и ветровая энергия, которые с каждым годом становятся все дешевле. Проблемы ядерной энергетики можно разделить на три категории: отходы, риск и стоимость.
Вот несколько примеров каждой из них. Напрасные затраты Одно из самых больших общественных опасений по поводу ядерной энергетики в последние десятилетия было о том, что делать с урановым топливом, когда оно настолько забито расщепляющимися продуктами, что больше не может эффективно производить энергию. Эти высокоактивные отходы содержат изотопы, для снижения радиоактивности которых до уровня, примерно соответствующего уровню радиоактивности руды, из которой они были получены, могут потребоваться тысячи лет. В настоящее время в мире хранится более четверти миллиона тонн высокорадиоактивных отходов, ожидающих захоронения или переработки. Это плохо? Хотя хранящиеся ядерные отходы не обязательно представляют непосредственную угрозу, если они хорошо локализованы, вопросы долгосрочного обращения и возможности неправильного обращения и несчастных случаев делают хранение растущей кучи ядерных отходов спорным вопросом. Углерод также является одним из видов отходов.
Охлаждение активной зоны производится с помощью прокачиваемого теплоносителя в качестве воды или металла с низкой температурой плавления натрий. Передача тепловой энергии воде производится теплоносителем, находящимся в парогенераторе. Вода принимает состояние пара с высоким давлением, который направляется в турбину, соединенную с электрогенератором, после чего вода попадает в конденсатор.
VK OK Особое место среди ядерных реакций занимают цепные реакции деления некоторых тяжелых элементов. Так, например, вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. Так как суммарная энергия связи ядер-осколков меньше, чем энергия связи урана, то цепная реакция сопровождается выделением огромной энергии в виде кинетической энергии осколков, энергии гамма-квантов и энергии вторичных электронов. Для осуществления управляемой цепной реакции используют ядерный реактор, который является источником энергии на АЭС и морском флоте. Тишина, наступившая вслед за грохотом, ни с чем не сравнимой, дотоле неслыханной силы, нарушается треском разгорающегося огня. Под обломками рухнувшего дома лежат оглушенные люди, в пламени гибнут женщины, гибнут в огненном кольце очнувшиеся и пытающиеся спастись люди… Миг — и с людей свалилась вспыхнувшая одежда, вздулись руки, лицо, грудь: лопаются багровые волдыри, и лохмотьями сползают на землю… Оглушенные и обожженные люди, обезумев, сбились ревущей толпой… …Ни с чем не сравнимая, трагическая картина: люди утратили последние признаки человеческого разума… …На искалеченных людей хлынули черные потоки дождя, потом ветер принес удушающий смрад…» Что это? Очередной фильм ужасов! Нет, это свидетельства очевидцев страшного преступления американской военщины, совершенного в августе 1945 года над японским городом Нагасаки. В результате бомбардировки японских городов Хиросима и Нагасаки погибли около 100 тыс. Вот так впервые человек распорядился ядерной энергией. Открытие деления ядер урана А история эта началась еще в 30-х годы XX века. Немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман в 1938 г.
Два атома заставили двигаться синхронно на расстоянии 33 км
Сначала ученые не поверили своим глазам и были убеждены, что допустили какую-то ошибку, хотя их эксперименты отличались скрупулезной точностью. Однако когда они попытались обнаружить эту ошибку, то не смогли найти ни одного слабого звена в цепи своих доказательств. Тогда ученые провели целую серию хитроумных и тонких экспериментов, но каждый опыт давал все новые и новые убедительные доказательства того, что эти элементы действительно являются радиоактивными изотопами бария и лантана. Положение еще более усугубилось, когда у них появились серьезные основания считать третий из элементов новым радиоактивным изотопом церия, 58-го элемента. Сомнений в этом быть не могло: химические исследования подтверждали, что бомбардировка урана нейтронами очень малой энергии около одной четвертой электронвольта приводила к образованию трех радиоактивных видов легких элементов — бария, лантана и церия, соответственно 56, 57 и 58-го элементов.
Откуда могли появиться эти три легких элемента? Ничто никогда не возникает из ничего, поэтому было ясно, что единственным источником этих элементов был атом урана. Это означало, что нейтрон расщепил ядро тяжелого атома урана на три почти равные части — барий, лантан и церий, каждый из которых являлся одним из осколков ядра урана. Так оно и было в действительности, как об этом через несколько недель узнал изумленный мир.
Но Ган и Штрассман были химиками и хорошо знали, что в соответствии с общепринятыми концепциями физики расщепление атома урана было невероятным. Для них, химиков, было слишком большой самоуверенностью бросать вызов таким прославленным именам в области физики, как Эйнштейн, Планк, Бор и Ферми. Как через несколько лет сказал мне Ган, «физики бы этого не позволили». Однако как химики они были уверены, что радиоактивные изотопы бария, лантана и церия, безусловно, созданы в результате бомбардировки урана нейтронами, хотя их истинная природа все еще оставалась неясной для физиков.
Как бы то ни было, Ган и Штрассман сознавали, что сделали великое открытие, которое должно проложить путь к новым областям знаний. И они отдавали себе отчет в том, что соревнуются со своим старым соперником — Ирен Жолио-Кюри, которая в любую минуту может понять свою ошибку и объявить всему миру, что она получила лантан из урана и, возможно, расщепила атом урана. Поэтому, даже не закончив полностью свои опыты, Ган и Штрассман подготовили детальный научный доклад о проведенных ими эпохальных опытах, проявляя при этом большую осторожность, чтобы не наступить на пятки своим коллегам-физикам. Описав свое открытие, ученые сделали заключение, которое являлось одним из самых странных в анналах истории науки, что они лишь сообщают результаты своих наблюдений, но отказываются делать из них какие-либо выводы.
В сущности, Ган и Штрассман заявили, что как химики они могут лишь сообщить, что три элемента, которые ранее принимали за радий, на деле являются барием, лантаном и церием. Однако добавили, проявляя тем самым пример интеллектуальной осторожности, что «как ядерные химики, тесно примыкающие к физикам», они не могут заставить себя «совершить этот скачок, столь противоречащий всем явлениям, до сих пор наблюдавшимся в ядерной физике». Оградив себя, таким образом, от любой насмешки со стороны ядерщиков, они все же решили поспешить с утверждением своего приоритета на открытие.
Что же происходит в реакторе с физической точки зрения?
Есть два изотопа урана: 235 и 238. Да вы и сами же знаете, что 235 делится, а 238 нет, поэтому используют обогащенный уран с большим содержанием именно ядер урана-235. Когда 1 сторонний нейтрон попадёт в ядро урана, ядро распадётся на два случайных осколка. Кинетическая энергия этих осколков нагревает воду, что нам и необходимо.
А еще вылетит в среднем 2-3 новых нейтрона, которые будут делить новые ядра урана-235. И такой процесс будет продолжаться, пока есть необходимая среда. Для наглядности вот вам картинка. Только вот есть проблема.
Делений в течении времени всё больше и больше, а мощность все выше и выше. Как же не взлететь на воздух? Так вот лишние нейтроны нужно убирать из активной зоны. Для этого есть как раз стержни и борная кислота, которые имеют свойство поглощать нейтроны.
Необходимо, чтобы сколько новых нейтронов появилось, только старых поглотилось или по другому, в течении времени количество нейтронов должно быть неизменно. В таком случае реактор будет находится в состоянии, которое называется критика. Его мощность будет постоянна и все будет хорошо. Кстати, еще вопрос на подумать.
Какая теоретическая мощность может быть у реактора? Напишите в комментарии, что думаете. Лично для меня ответ удивителен, но вполне логичен. Теперь вроде все хорошо, только вот нейтрон необязательно может поделить ядро урана, рядом с которым он находится, есть только некая вероятность.
И эта вероятность может быть слишком низкая, что не позволит работать реактору. Есть два способа это исправить. Первый способ - увеличить концентрацию урана 235 до предела, чтобы у нейтронов выбора не было куда им попадать и что делать. Дорого, не всегда эффективно но есть реактора, которые так работают.
Второй способ - использовать замедлитель. Дело в том, что нейтрон рождается очень быстрым, а нейтроны и ядра не твердые камушки, которые разламываются от сильного столкновения.
Принцип действия ядерного оружия основан на взаимодействии протонов и нейтронов, в результате которого возникает взрывная цепная реакция. В центре каждого атома находится ядро, состоящее из тесно связанных между собой протонов и нейтронов. В то время как число протонов уникально для каждого элемента периодической таблицы, число нейтронов может меняться. По этой причине существует несколько "подвидов" ряда элементов, которые называются изотопами. В качестве примера можно привести некоторые изотопы урана: Уран-238: 92 протона, 146 нейтронов Уран-235: 92 протона, 143 нейтронов Уран-234: 92 протона, 142 нейтронов Эти изотопы могут быть стабильными или нестабильными.
Стабильные изотопы обладают относительно постоянным или неизменным числом нейтронов. Но если у химического элемента слишком много нейтронов, он становится нестабильным или делящимся. Когда делящиеся изотопы пытаются стать стабильными, они освобождают избыток нейтронов и энергии. Именно эта энергия является источником взрывной силы ядерного оружия. Различают два типа ядерного оружия: Атомные бомбы: в них для создания взрыва используется эффект домино, заключающийся в многочисленных реакциях деления урана или плутония.
Ядерная энергетика Для осуществления управляемой цепной реакции используют ядерный реактор, который является источником энергии на АЭС и морском флоте. Впервые управляемая цепная реакция деления ядер урана была осуществлена в 1942 г.
Ферми в уран-графитовом реакторе. В нашей стране первый ядерный реактор был запущен 25 декабря 1946 г. Ядерный реактор — устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция. Ядра урана, особенно ядра изотопа U-235, наиболее эффективно захватывают медленные нейтроны. Вероятность захвата медленных нейтронов с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых. Поэтому в ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используются замедлители нейтронов для повышения коэффициента размножения нейтронов. Основными элементами ядерного реактора являются: ядерное горючее U-235, Pu-239, замедлитель нейтронов тяжелая или обычная вода, графит и др.
Снаружи реактор окружают защитной оболочкой, задерживающей гамма-излучение и нейтроны. Оболочку делают из бетона с железным заполнителем. По назначению реакторы делятся: Исследовательские. Воспроизводящие реакторы на быстрых нейтронах. Реакторы для промышленного получения изотопов различных химических элементов.
1.2.2. Деление атомных ядер
При расщеплении (делении) урана высвобождается три нейтрона, которые сталкиваются с другими атомами урана, в результате чего возникает цепная реакция. На этой странице вы можете посмотреть видео «Деление атома: перспективы международного рынка атомной энергетики» с RuTube канала «РБК». В этом выпуске поговорим о том, с чего началось освоение ядерной энергии: о механизме ядерных реакций, об открытии цепных реакций деления атомных ядер и возможности.
Подписка на дайджест
- Ядерное деление - Образование - 2024
- Физика атома и ядра (курс лекций)
- Элементарно о частицах: физик Дмитрий Бузунов разложил на атомы вопросы школьников
- Перспективы ядерной энергетики в современном мире / Хабр
Деление ядер: процесс расщепления атомного ядра. Ядерные реакции
Делением атомных ядер называется процесс раскалывания ядра на две примерно равные части. В ТЕКСТЕ ОГОВОРКА: У ГРАФИТА НЕ 6 АТОМНАЯ МАССА, А 12!Для донатов и вопросов: ДЛЯ ДОНАТОВ ИСПОЛЬЗОВАТЬ. Деление атома урана" (9 класс). Новости. Знакомства. Ядерные реакторы на АЭС, атомных судах и подводных лодках используют деление ядер урана (иногда вместе с плутонием). Скачай это бесплатное вектор на тему Атомная электростанция, атомные реакторы, производство энергии. деление атома, атомный процесс.
1.2.2. Деление атомных ядер
Что такое цепная ядерная реакция Цепная ядерная реакция — это процесс, похожий на эффект домино, но с атомами. Когда мы ударяем по первой костяшке, она падает и ударяет по следующей. Когда вторая костяшка падает, она ударяет по третьей, и так далее. Это похоже на процесс ядерной реакции, когда одно ядро атома разделяется на две и более лёгкие части под влиянием нейтронов. Их называют осколками деления.
Каждая костяшка — атом ядра. Осколки от первой реакции сталкиваются со вторым атомом, а второй — с третьим, вызывая деление. Процесс продолжается, и «костяшки домино» передают энергию друг другу, вызывая цепную реакцию. Осколками могут быть разные элементарные частицы — протоны, нейтроны и прочие — и ядра других элементов.
Точный набор зависит от материала. Когда делится уран-235, который используется в ядерных реакторах, образуются барий, криптон и несколько нейтронов. Схема деления урана-235 Это взаимодействие приводит к непрерывному делению или синтезу ядер. Когда атом разделяется на две и более части, это называется ядерным делением.
Синтез — иной процесс, когда легкие атомы сливаются в один более тяжёлый при сверхвысокой температуре. В обоих случаях освобождается энергия в виде тепла и света. Выделенные в процессе деления тепло и свет используются используют в ядерных реакторах для производства электричества. Атомный феникс для вечного двигателя Синтез обычно происходит в звёздах: Солнце и другие небесные тела питаются светом и теплом, чтобы поддержать свою жизнь.
Для этого земляне создали термоядерные реакторы. В этих установках происходит синтез атомов при высокой температуре и давлении. Идея термоядерных реакторов простая — это перспективный источник энергии. Пока цели не достигли — термоядерные реакторы потребляют больше энергии, чем производят.
Обычно используют три вида субатомных частиц. Эти субатомные частицы обладают массой и положительным электрическим зарядом. Количество протонов в атоме определяет, атомом какого элемента он является. Масса этих субатомных частиц равна массе протона, но они нейтральны не имеют электрического заряда. Эти частицы являются свободными от электронов ядрами атомов гелия. Они состоят из двух протонов и двух нейтронов.
Такие пути называются модами или каналами деления [19]. Так, в делении 235U тепловыми нейтронами выделяют три моды [20] [21]. Каждая мода деления характеризуется своими значениями асимметрии масс осколков деления и их полной кинетической энергии.
Стадии процесса деления[ править править код ] Условное схематическое изображение стадий процесса деления r — расстояние между образовавшимися ядрами, t — время протекания стадий Деление начинается с образования составного ядра. Часть энергии деления переходит в энергию возбуждения осколков деления, которые ведут себя как любые возбуждённые ядра — либо переходят в основные состояния, излучая гамма-кванты, либо испускают нуклоны и превращаются в новые ядра, которые также могут оказаться в возбуждённом состоянии и их поведение будет аналогично поведению ядер, образовавшихся при делении исходного составного ядра. Испускание ядром нуклона возможно лишь в случае, когда энергия возбуждения превышает энергию связи нуклона в ядре, тогда он испускается с большей вероятностью, чем гамма-квант, так как последний процесс протекает гораздо медленнее электромагнитное взаимодействие намного слабее ядерного.
Чаще всего испускаемым нуклоном является нейтрон, так как ему не нужно преодолевать кулоновский барьер при вылете из ядра, а для осколков деления это ещё вероятнее, так как они перегружены нейтронами, что приводит к понижению энергии связи последних. В результате практически мгновенно после деления составного ядра осколки деления испускают два или три нейтрона, которые принято называть мгновенными. В дальнейшем движение осколков деления не связано с их превращениями.
Однако добыча и последующая переработка урана приводят к образованию радиоактивных отходов. Больше по теме: Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется? Ядерные отходы С момента зарождения атомной энергетики ядерные отходы не причиняли вреда людям.
Распространенное заблуждение заключается в том, что, поскольку определенные части ядерных отходов остаются радиоактивными в течение миллиардов лет, угроза должна сохраняться на протяжении всего периода. Но это не так. Радиация является неизбежной частью жизни на нашей планете.
Ключевой фактор в понимании того, почему хранилища ядерных отходов не представляют угрозы для здоровья, связан с количеством материалов, которые были бы обнаружены в окружающей среде в случае утечки. Читайте также: Эффект Вавилова-Черенкова: что нужно знать? Учитывая, что радиоактивные отходы долговечны, зараженная одежда и инструменты могут оставаться радиоактивными на протяжении тысяч лет.
Первая атомная электростанция была запущена в 1954 году в районе города Обнинск Московской области. Всего исследователи выделяют три типа ядерных отходов, классифицируемых в соответствии с их радиоактивностью: низкий, средний и высокий уровни. Не пропустите: Как работает АЭС?
Опасны ли атомные станции? Утилизация ядерных отходов В мире существуют две основные стратегии обращения с отходами: некоторые страны десятилетиями перерабатывают отработанное ядерное топливо; другие выбирают прямую утилизацию об этом ниже.
Элементарно о частицах: физик Дмитрий Бузунов разложил на атомы вопросы школьников
Газ, скапливающийся в ядерном топливе в результате реакций деления, может быстро выходить из него благодаря давлению атомов топлива. Атомный взрыв возможен при расщеплении нестабильных атомов (в основном радиоактивные вещества) А более стойкие атомы расщепить почти невозможно, слишком много энергии. Так получим ли мы новые мощные атомные ледоколы, новые энергоблоки, плавучую атомную станцию «Академик Ломоносов», космический ядерный двигатель при таком циничном.
Основы строения атома. Просто о сложном
Нейтрон имеет два d и один u-кварк в сумме 0. Фокус в том, что протон с нейтроном могут обмениваются друг с другом характеристиками. Для этого они испускают пи-мезоном кварк-антикварк. Нейтрон становится протоном, а протон - нейтроном. Что нам могут дать элементарные частицы? Главной целью для вкладывания денег в столь масштабную идею - это экспериментально рассмотреть стандартную модель , а в последствии найти её отклонения.
Стандартная модель описывает три из четырёх фундаментальных взаимодействия: сильное, слабое и электромагнетизм. Сильное взаимодействие наблюдается в ядрах атомов. Слабое определяет механизм бета-распада. Электромагнетизм определяет взаимодействие заряженных объектов.
Эта связь живет невероятно мало. Как только прекращается обмен пи-мезонами, ядро распадается. Также точно известно, что масса ядра меньше суммы всех составляющих его нуклонов. Этот феномен получил название дефекта масс. Фактически недостающая масса — это энергия, которая затрачивается на поддержание целостности ядра. Как только от ядра атома отделяется какая-то часть, эта энергия выделяется и на атомных электростанциях преобразуется в тепло. То есть энергия деления ядра — это наглядная демонстрация знаменитой формулы Эйнштейна. Теория и практика Теперь расскажем, как это сугубо теоретическое открытие используется в жизни для получения гигаватт электроэнергии. Во-первых, необходимо отметить, что в управляемых реакциях используется вынужденное деление ядер. Чаще всего это уран или полоний, которые бомбардируется быстрыми нейтронами. Во-вторых, нельзя не понимать, что деление ядер сопровождается созданием новых нейтронов. В результате количество нейтронов в зоне реакции способно нарастать очень быстро. Каждый нейтрон сталкивается с новыми, еще целыми ядрами, расщепляет их, что приводит к росту выделения тепла. Это и есть цепная реакция деления ядер. Неконтролируемый рост количества нейтронов в реакторе способен привести к взрыву. Именно это и произошло в 1986 году на Чернобыльской АЭС. Поэтому в зоне реакции всегда присутствует вещество, которое поглощает лишние нейтроны, предотвращая катастрофу. Это графит в форме длинных стержней. Скорость деления ядер можно замедлить, погружая стрежни в зону реакции. Уравнение ядерной реакции составляется конкретно для каждого действующего радиоактивного вещества и бомбардирующих его частиц электроны, протоны, альфа-частицы. Уравнение ядерной реакции также показывает, какое вещество получается в результате распада. Здесь не приведены изотопы химических элементов, однако это важно. Например, существует целых три возможности деления урана, при которых образуются различные изотопы свинца и неона. Почти в ста процентах случаев реакция деления ядра дает радиоактивные изотопы. То есть при распаде урана получается радиоактивный торий. Торий способен распасться до протактиния, тот — до актиния, и так далее. Радиоактивными в этом ряду могут быть и висмут, и титан. Даже водород, содержащий в ядре два протона при норме один протон , называется иначе — дейтерий. Вода, образованная с таким водородом, называется тяжелой и заполняет первый контур в ядерных реакторах. Немирный атом Такие выражения, как «гонка вооружений», «холодная война», «ядерная угроза» современному человеку могут показаться историческими и неактуальными. Но когда-то каждый выпуск новостей почти по всему миру сопровождался репортажами о том, сколько изобретено видов ядерного оружия и как надо с этим бороться. Люди строили подземные бункеры и делали запасы на случай ядерной зимы. Целые семьи работали на создание убежища. Даже мирное использование реакций деления ядер может привести к катастрофе.
Ядро и электроны занимают крайне малую часть его объема. Для наглядности, рассмотрим такой пример. Если представить атом в виде олимпийского стадиона в Пекине а можно и не в Пекине, просто представьте себе большой стадион , то ядро этого атома будет представлять собой вишенку, находящуюся в центре поля. Орбиты электронов при этом находились бы где-то на уровне верхних трибун, а вишня весила бы 30 миллионов тонн. Впечатляет, не так ли? Если предсавить атом в виде стадиона, ядро будет размером с вишню в центре поля Откуда взялись атомы? Как известно, сейчас различные атомы сгруппированы в таблицу Менделеева. В ней насчитывается 118 а если с предсказанными, но еще не открытыми элементами - 126 элементов, не считая изотопов. Но так было далеко не всегда.
Квантовый интернет становится к нам все ближе. Обсудить Квантовая запутанность - явление, когда две частицы имеют одно и то же состояние, положение и тд. При этом изменение одной частицы мгновенно изменит состояние ее партнера, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга.