Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. Повторные реакции деления ядер урана и плутония, зафиксированные на Чернобыльской АЭС, потенциально опасны и требуют серьезных наблюдений.
Механизм деления ядра урана
- Спонтанное деление - ядро - уран
- Физика атомного ядра. - Деление ядер урана. Цепная реакция.
- Этому ядерному реактор 2 миллиарда лет
- 52. Ядерные реакции. Деление ядер урана – смотреть видео онлайн в Моем Мире | Георгий Черняк
Деление ядер урана презентация
(Фото РИА Новости). Скачок цен на углеводороды в Европе подхлестнул давние споры о судьбе атомных электростанций. 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. Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. При делении ядра урана-235, выделяется 200 МэВ энергии, большая часть которой (168 МэВ) приходится на кинетическую энергию осколков. процессе деления путем Вывод Делиться на части могут только ядра некоторых тяжелых Цепные ядерные реакции При делении ядра урана освобождаются 2-3 нейтрона.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
Деление ядер урана O H H Вода Для уменьшения скоростей нейтронов применяют воду, так как в воде есть большое число ядер атома водорода, масса которых практически такая же как и масса нейтронов. Деление ядер урана Проводимые реакции очень разнообразны. И так как ядро не способно оттолкнуть нейтрон, здесь можно говорить о различных превращениях. 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.
Обрабатывая их, система взведения реализует алгоритмы повышения готовности заряда к взрыву. Так, чековые или концевые выключатели находятся на поверхности носителя ядерного заряда.
Размыкаются контакты, выдергиваются чеки, и в блок автоматики поступает сигнал об отделении носителя от стартового сооружения, самолета-носителя, самоходной установки или подлодки. Другие приборы связаны со средой, в которой движется носитель, и измеряют ее параметры. Если это крылатая или баллистическая ракета, используются манометрические, барометрические или аэродинамические датчики. Первые выдают сигнал при достижении заданной разности наружного статического давления и давления в специальной емкости в приборе, сообщая о достижении заданного перепада высоты.
Вторые реагируют на значение наружного статического воздушного давления. Третьи срабатывают при заданной разнице статического и полного давления, создаваемого напором встречного воздуха при заданной скорости носителя. Сигналы датчиков вызывают включения или отключения электрических цепей в блоке автоматики. Ядерная боевая часть крылатой противокорабельной ракеты.
Вид со стороны блока автоматики. Но если ракета не достигла контрольной высоты или не развила контрольную скорость, то блок автоматики не отключит эту ступень предохранения. И заряд не взорвется, как бы дальше ни развивалась история нештатного полета и падения ракеты. Похоже действуют гидроприборы, если носителем ядерного заряда является торпеда.
Гидростатические приборы реагируют на заданное статическое давление морской воды, гидродинамические датчики измеряют перепад полного и статического давлений воды при движении торпеды. Есть и группы приборов, не связанных со средой, подобно скрытым в теле человека мышечным рецепторам. Это датчики линейных ускорений и инерционные включатели, которые включают или выключают электрические цепи блока автоматики при контрольных значениях перегрузки по трем осям. Есть временные приборы, переключающие электрические цепи по истечении заданного времени.
Только по мере верного прохождения этих последовательностей система предохранения и взведения постепенно повышает взрывоготовность заряда. И сразу обнуляет ее при значимых отклонениях фактических событий от планового сценария работы носителя. Кто нажмет на спусковой крючок Но вот все этапы движения носителем пройдены, он уже в непосредственной близости к цели. Все ступени предохранения сняты, и заряд готов взорваться в любое мгновение.
Кто примет решение и даст главную команду на подрыв? Пусковая система, или исполнительная система подрыва. Ее задача — выработка главной команды на подрыв заряда, которую выполнит блок автоматики и его система подрыва заряда. Главная команда запустит процесс подрыва, поэтому система называется пусковой.
Исполнительная она потому, что при выполнении главного условия подрыва — достижения цели — следует только исполнение подрыва, больше ничего Пусковая система частично находится в блоке автоматики — ее логические блоки, формирующие главную команду. Снаружи блока автоматики размещены подсистемы исполнительных датчиков — и на поверхности носителя, и внутри него. Подсистемы исполнительных датчиков имеют свою иерархию и работают на разных физических принципах. В этом они схожи с датчиками системы предохранения и взведения.
Схем и воплощений пусковых систем так же много, как и конструкций, несущих ядерный заряд. Возьмем как условный пример боеголовку баллистической ракеты. Ее цель обычно точка в пространстве на высоте 500—800 метров над земной поверхностью.
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.
Правда, причина этого еще не совсем понятна. Самопроизвольное деление Процессы спонтанного расщепления известны в природе, но они очень редки. Среднее время жизни указанного процесса составляет около 1017 лет, а, например, среднее время жизни альфа-распада того же радионуклида составляет около 1011 лет. Причина этого заключается в том, что для того, чтобы разделиться на две части, ядро должно сначала подвергнуться деформации растянуться в эллипсоидальную форму, а затем, перед окончательным расщеплением на два фрагмента, образовать «горлышко» посредине. Потенциальный барьер В деформированном состоянии на ядро действуют две силы.
Одна из них — возросшая поверхностная энергия поверхностное натяжение капли жидкости объясняет ее сферическую форму , а другая — кулоновское отталкивание между осколками деления. Вместе они производят потенциальный барьер. Как и в случае альфа-распада, чтобы произошло спонтанное деление ядра атома урана, фрагменты должны преодолеть этот барьер с помощью квантового туннелирования. Вынужденное расщепление Гораздо более вероятным является индуцированное деление ядра урана. Если родитель его поглощает, то они связываются, высвобождая энергию связи в виде колебательной энергии, которая может превысить 6 МэВ, необходимых для преодоления потенциального барьера. Там, где энергии дополнительного нейтрона недостаточно для преодоления потенциального барьера, падающий нейтрон должен обладать минимальной кинетической энергией для того, чтобы иметь возможность индуцировать расщепление атома. 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.
Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
Кружочки — осколки деления, стрелки — нейтроны деления Увеличивая постепенно количество , мы достигнем критической массы, т. При дальнейшем увеличении массы реакция начнет бурно развиваться начало ей положат спонтанные деления. При уменьшении массы ниже критической реакция затухает. Итак, можно осуществить цепную реакцию деления. Если располагать достаточным количеством чистого , отделенного от. И действительно, извлечение из природного урана явилось одним из тех способов, при помощи которых цепная реакция деления была осуществлена на практике. Наряду с этим цепная реакция была достигнута и другим способом, не требующим разделения изотопов урана. Этот способ несколько более сложен в принципе, но зато более прост в осуществлении. Он использует замедление быстрых вторичных нейтронов деления до скоростей теплового движения. Мы видели, что в природном уране незамедленные вторичные нейтроны поглощаются главным образом изотопом.
Так как поглощение в не приводит к делению, то реакция обрывается. Как показывают измерения, при замедлении нейтронов до тепловых скоростей поглощающая способность возрастает сильнее поглощающей способности , ведущее к делению, получает перевес. Поэтому, если замедлить нейтроны деления, не дав им поглотится в , цепная реакция станет возможной и с природным ураном. Система из природного урана и замедлителя, в которой может развиваться цепная реакция деления На практике такого результата добиваются, помещая топкие стержни из природного урана в виде редкой решетки в замедлитель рис. В качестве замедлителей используют вещества, обладающие малой атомной массой и слабо поглощающие нейтроны. Хорошими замедлителями являются графит, тяжелая вода, бериллий.
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. Ведь и я была ответственна за эту работу... Ведь если трансуранам суждено исчезнуть, Вы окажетесь в гораздо лучшем положении, так как сами нашли это, тогда как мне останется лишь опровергнуть свою трехлетнюю работу... Впрочем, я еще отнюдь не убеждена, что трансураны уже прикончены и... Ради одного из названных вопросов Ган оставил ответ на это письмо до возвращения Штрассмана из отпуска, но уже 3 января получил новое письмо: «Теперь я почти убеждена, что Вы действительно открыли распад в барий, и считаю это действительно прекрасным результатом, с которым сердечно поздравляю Тебя и Штрассмана... Можешь мне поверить, что, хотя я при этом ничего не имею, я радуюсь этой чудесной находке». Естественная озабоченность Лизы Мейтнер по поводу возможного опровержения прежней работы была неправильно понята Ганом как возражение против публикации новых результатов без ее согласия.
С обеих сторон были сказаны горькие слова, так что Фриш, оказавшийся в Копенгагене, дружески вмешался, чтобы внести ясность. Если опровержение последует только со стороны Гана и Штрассмана,— писал он,— то «люди скажут, что вот. Если же учесть возможность того, что многие прежние результаты не будут затронуты опровержением, то многие расценят опровержение лишь как новую ошибку... То, что тете Лизе несколько грустно не участвовать в новой работе, понятно без слов, но это огорчение уже через день было вытеснено радостью по поводу Вашего прекрасного открытия». Фриш и Лиза Мейтнер выступили в английском журнале «Nature» с общей заметкой, в которой расщепление ядра назвали «fission» деление , и это стало затем общепринятым. В письме, написанном по-немецки, оно определялось как «разделение ядра на два примерно одинаковых осколка, причем каждый содержит большее или меньшее число нейтронов». Для ясности заметим, что объяснение при этом получали лишь продукты реакции, ранее включавшиеся в ряды как радий, актиний и торий; что же касается трансуранов, то вопрос о них по-прежнему оставался открытым. Ответ Гана от 5 января звучит в высшей степени неожиданно: «Сегодня я больше не уверен, даже снова боюсь за барий; не радий ли это все-таки?
Никак не могу поверить в это». К Фришу он еще раз обращается с вопросом о реальности трансуранов, на что тот отвечает ему 10 января: «Я накопил уже столько аргументов против трансуранов, что мне трудно согласиться с их оживлением. Не могут ли и они оказаться легкими элементами? Впрочем, мы предполагаем еще изучить осадки с рутением, родием и палладием». Это — первое указание на новую проверку реальности трансуранов. Опыт, поставленный нами сегодня [10. Во всяком случае, сегодня я уже убежден. Нужны несколько более быстрые нейтроны, чтобы взорвать ядра тория».
Активность и, значит, количество бария, полученного при обстреле тория быстрыми нейтронами, была крайне малой; ее удалось измерить лишь только потому, что у Гана имелся необходимый для этого измерения чистейший образец тория, приготовленный им в процессе длительных утомительных опытов, путем многократного очищения от продуктов распада, излучение которых исказило бы изучаемое явление. Это была заслуженная награда за прежнюю «бесцельную работу! Она сообщила также, что у них с Фришем готовы две заметки в «Nature». Это следствие того, что дефект массы атома урана существенно меньше, чем дефект массы атомов средней части периодической системы. Если, таким образом, подобный переход происходит, то разница дефектов масс проявляется в виде ядерной энергии. В качестве возможных пар деления, порядковые номера которых в сумме дают 92, в заметке Фриша и Мейтнер предполагались барий 56 и криптон 36 , а также стронций 38 и ксенон 54. Сообщалось также об успешном опыте Фриша с атомами отдачи. В этом опыте взрывной характер деления атома урана следовал из того, что два продукта деления разлетались в противоположные стороны с очень большой скоростью, что было установлено по величине производимой ими ионизации в воздухе в условиях, когда все ионизирующие заряженные частицы меньшей скорости, создававшие меньше 500 тысяч ионов, устранялись с помощью внешнего поля.
Его реакция на них была очень специфична: выходит, все наши трудоемкие опыты «после убедительного опыта Отто-Роберта не нужны». Лиза Мейтнер ответила 25 января: вовсе не «не нужны», без Вашего прекрасного результата о барии вместо радия мы никогда бы не пришли к этому... Конечно, публикуйте Ваши результаты о стронции и иттрии... Опыты с атомами отдачи доказывают лишь факт взрыва, но не то, на что делится ядро; это может решить только химия». Это письмо Лизы Мейтнер перекрылось с письмом Гана, тоже от 25 января, уже явно оптимистическим «благодаря многим новым результатам»: в барии уже нельзя более сомневаться, доказано образование «гипотетического криптона» при облучении урана нейтронами, среди продуктов деления найдены также стронций, иттрий, рубидий. В своем ответе на следующий день Лиза Мейтнер писала: «Все сделанное Вами в последнее время мне представляется фантастическим. Добрая половина периодической системы встречается среди этих осколков урана, и Вы в последние месяцы заслужили много первых наград». Отдельные данные, сообщенные Ганом в последних письмах, получили дальнейшее обоснование в еще более обстоятельной второй статье Гана и Штрассмана «Доказательство возникновения активных изотопов бария из урана и тория при облучении их нейтронами; доказательство новых активных осколков, возникающих при делении урана» датировано 28 января 1939 г.
Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters. Исследователи выстрелили ядрами урана-238 в ядра платины-198. Такие взаимодействия приводят к многонуклонному переносу, при котором изотопы меняют местами нейтроны и протоны.
Подобные разрушительные события достаточно редки, чтобы о них можно было писать в шокирующих заголовках. Однако, по некоторым оценкам , такие аварии могут происходить раз в 10-20 лет, что в каждом случае чревато распространением радиоактивных веществ на сотни и даже тысячи километров. Насколько это может быть опасно?
Трудно сказать, это зависит от множества факторов, связанных с плотностью населения, степенью облучения и концентрацией изотопов. По данным Всемирной организации здравоохранения, «перемещённое население Фукусимы страдает от психосоциальных и психических последствий переезда, разрыва социальных связей людей, потерявших жильё и работу, разрыва семейных связей и стигматизации». Иными словами, речь идёт не только о риске радиоактивности, о котором нам следует беспокоиться. Тем не менее, привыкнув к воздействию сжигания ископаемого топлива на здоровье человека, мы мало задумываемся о влиянии на него твёрдых частиц, образующихся при сжигании угля. Который сам по себе тоже не совсем свободен от радиоактивных веществ. Стоимость Для сравнения затрат на производство электроэнергии исследователи используют так называемую нормированную стоимость энергии , или LCOE [levelized cost of energy].
Это показатель средней себестоимости выработки электроэнергии, рассчитанный на весь срок службы объекта. Этот показатель зависит от множества факторов, связанных с местоположением и колебаниями поставок ресурсов. Тем не менее, можно получить общее представление о LCOE в мире для сравнения технологий. Могут ли атомные электростанции спасти мир? Конечно, новые технологии всегда могут изменить ситуацию. Поиск лучших способов улавливания ядерных отходов может сделать их более безопасными или, по крайней мере, дать общественности уверенность в том, что в будущем они будут представлять меньшую угрозу.
Альтернативы изотопам урана могут снять тревогу по поводу расплавов и возможности создания оружия в ядерных программах.
2. Цепная ядерная реакции:
- «Тревожный звоночек»: физик прокомментировал возобновление ядерных реакций в Чернобыле
- Опасная работа: как добывают уран
- Деление ядер урана и цепная реакция
- Нашли ошибку или баг? Сообщите нам!
- Похожие презентации
- В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно. Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. Продукты деления ядра урана нестабильны, так как в них содержится значительное избыточное число нейтронов. В этом случае неизменным будет количество энергии, которая выделяется за единицу времени при делении ядер урана.
Открытие спонтанного деления ядер урана
Прежде всего, была экспериментально доказана справедливость гипотезы о делении ядра урана и непосредственно измерена энергия деления. Период полураспада урана-241, который образовался в результате взаимодействия урана-238 с платиной-198, составляет около 40 минут. На самом деле, физики начали фиксировать нарушение постулата Лавуазье задолго до открытия деления ядра урана. На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана.