Это возможно благодаря тому, что разделенный таким образом атом продолжает оставаться единым целым на квантовом уровне из-за того, что части атома запутаны на квантовом уровне.
Цепная ядерная реакция: что это за процесс, виды цепных ядерных реакций
В конце 1938 года из Старого света пришла новость о том, что два немецких ученых, Отто Ган и Фриц Штрассман, открыли реакцию деления атомного ядра. Поэтому в ядерном реакторе, если копнуть чуть глубже есть и деления урана 8 быстрыми нейтронами, энергия которых может достигать 18МэВ. В пересчете на один атом деление урана дает в 50–100 миллионов раз больше энергии, чем любая химическая реакция. атом стоковые видео и кадры b-roll.
Физика деления атомных ядер : Сборник статей
В ядерном синтезе в космосе нет ничего необычного. Сейчас астрофизики исследуют это явление. На Солнце атомы водорода сливаются, образуя гелий, высвобождая энергию и делая возможной жизнь на Земле. Однако деление ядра — это отдельная тема, оно никогда раньше не наблюдалось в космосе.
Астрономы сейчас изучают деление ядер в космосе. Они обнаружили первые признаки того, что при слиянии нейтронных звезд атомные ядра также расщепляются. Эти открытия могут помочь разгадать загадку происхождения тяжелых элементов во Вселенной.
Результаты экспериментов порождали теории и гипотезы, которые требовалось подтвердить или опровергнуть. Зачастую величайшие открытия появлялись просто потому, что именно таким образом формула становилась удобной для вычислений как, например, квант Макса Планка. Еще в начале эры фотографии ученые знали: урановые соли засвечивают светочувствительную пленку, но они не подозревали, что в основе этого явления лежит деление ядер.
Поэтому радиоактивность изучали, чтобы понять природу распада ядра. Очевидно, что излучение порождались квантовыми переходами, но было не до конца ясно, какими именно. Чета Кюри добывала чистые радий и полоний, обрабатывая практически вручную урановую руду, чтобы получить ответ на этот вопрос.
Заряд радиоактивного излучения Резерфорд много сделал для изучения строения атома и внес вклад и в исследование того, как происходит деление ядра атома. Ученый поместил излучение, выделяющееся радиоактивным элементом, в магнитное поле и получил потрясающий результат. Оказалось, что радиация состоит из трех компонентов: одна была нейтральной, а две другие — положительно и отрицательно заряженными.
Изучение деления ядра началось с определения его составляющих. Было доказано, что ядро может делиться, отдавать часть своего положительного заряда. Строение ядра Позже выяснилось, что атомное ядро состоит не только из положительно заряженных частиц протонов, но и нейтральных частиц нейтронов.
Все вместе они называются нуклонами от английского «nucleus», ядро. Однако, ученые вновь натолкнулись на проблему: масса ядра то есть количество нуклонов не всегда соответствовала его заряду. Более сложные элементы могут иметь гораздо большее количество разных масс при одном и том же заряде.
Такие вариации атомов называются изотопами. Причем некоторые изотопы оказались вполне устойчивыми, другие же быстро распадались, так как для них было характерно деление ядер. Какому принципу отвечало количество нуклонов устойчивости ядер?
Почему добавление всего лишь одного нейтрона к тяжелому и вполне стабильному ядру приводило к его расколу, к выделению радиоактивности? Как ни странно, ответ на этот важный вопрос до сих пор не найден. Опытным путем выяснилось, что определенным количествам протонов и нейтронов соответствуют устойчивые конфигурации атомных ядер.
Эти числа даже называют магическими и назвали их так взрослые ученые, ядерные физики. Таким образом, деление ядер зависит от их массы, то есть от количества входящих в них нуклонов. Капля, оболочка, кристалл Определить фактор, который отвечает за устойчивость ядра, на данный момент не удалось.
Существует множество теорий модели строения атома. Три самые знаменитые и разработанные зачастую противоречат друг другу в разных вопросах. Согласно первой, ядро — это капля специальной ядерной жидкости.
Как и для воды, для него характерны текучесть, поверхностное натяжение, слияние и распад. В оболочечной модели в ядре тоже существуют некие уровни энергии, которые заполняются нуклонами. Третья утверждает, что ядро — среда, которая способна преломлять особые волны дебройлевские , при этом коэффициент преломления — это потенциальная энергия.
Однако ни одна модель пока не смогла в полной мере описать, почему при определенной критической массе именно этого химического элемента, начинается расщепление ядра. Каким бывает распад Радиоактивность, как уже было сказано выше, была обнаружена в веществах, которые можно найти в природе: уране, полонии, радии. Например, только что добытый, чистый уран радиоактивен.
Процесс расщепления в данном случае будет спонтанным.
Но это мало помогало, поскольку для производства таблеток нужен заказчик, для которого их делать. Но именно в этом году совершается принципиальный перелом: на УМЗ запускается крупное производство не просто таблеток, а готовых топливных сборок со стопроцентной отгрузкой их в Китай. Однако, внимание, исходный гексафторид для загрузки китайских АЭС...
И это такая технологически и политически красивая линия: казахстанская добыча - российское обогащение - казахстанское топливное производство - китайский атомно-энергетический цикл. А там, глядишь, и не только топливного. Впрочем, с похвалой мы, может быть, поторопились. Казахстан - чемпион мира по добыче сырого урана, хотя и делит половину ее с иностранцами.
С обеспечением сырьевой базы все печально: на большинстве месторождений разведанных и законтрактованных запасов всего на несколько лет. А дальше что? Хотя идущих на втором месте по добыче канадцев такая стратегия могла только радовать.
И, кстати, если верить слухам, специалисты Westinghouse сейчас помогают французам достроить атомные реакторы во Франции. Местная компания EDF, как выясняется на практике, тоже растеряла компетенции, но это уже другая история. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий. Материалы по теме.
Открытие ядерного деления - Discovery of nuclear fission
Новости. Знакомства. Предыдущие исследования показали, что атомные ядра с большим количеством протонов и нейтронов нестабильны. Эти избыточные нейтроны, ударяясь о ядра других атомов урана-235, могут запустить цепную реакцию деления, что приводит к атомному взрыву. Ядерное деление-это реакция, при которой ядро атома распадается на два или более меньших ядра. Деление ядра является реакцией, в которой ядро из атома распадается на два или более мелких ядра. Деление действительно назрело: военная часть тормозит развитие гражданки.
Используя принципы квантовой механики, ученым удалось расщепить атом и затем соединить его снова
Если на один акт радиоактивного распада обычно приходится один гамма-квант, то на 1 акт деления приходится 8 -10 гамма-квантов! Кроме того, разлетающиеся осколки обладают большой кинетической энергией скоростью , которая переходит в тепловую. Вылетевшие нейтроны могут вызвать деление двух-трёх аналогичных ядер, если те окажутся поблизости и если нейтроны попадут в них. Таким образом, появляется возможность осуществления разветвляющейся, ускоряющейся цепной реакции деления ядер атомов с выделением огромного количества энергии. Цепная реакция деления Если позволить цепной реакции развиваться бесконтрольно, то произойдёт атомный ядерный взрыв.
Цепная реакция Если цепную реакцию держать под контролем, управлять её развитием, не давать ускоряться и постоянно отводить выделяющуюся энергию тепло , то эту энергию «атомную энергию» можно использовать для получения электроэнергии. Это осуществляется в атомных реакторах, на атомных электростанциях. Периоды полураспада у всех радионуклидов разные — от долей секунды короткоживущие радионуклиды до миллиардов лет долгоживущие. Активность — это количество актов распада в общем случае актов радиоактивных, ядерных превращений в единицу времени как правило, в секунду.
Единицами измерения активности являются беккерель и кюри. Беккерель Бк — это один акт распада в секунду 1 расп. Единица возникла исторически: такой активностью обладает 1 грамм радия-226 в равновесии с дочерними продуктами распада. Именно с радием-226 долгие годы работали лауреаты Нобелевской премии французские учёные супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри.
Проникающая способность радиоактивного излучения. Пробег альфа-частиц зависит от начальной энергии и обычно колеблется в пределах от 3-х до 7 редко до 13 см в воздухе, а в плотных средах составляет сотые доли мм в стекле — 0,04 мм. Альфа-излучение не пробивает лист бумаги и кожу человека. Из-за своей массы и заряда альфа-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью, они разрушают всё на своём пути, поэтому альфа-активные радионуклиды являются наиболее опасными для человека и животных при попадании внутрь.
При этом путь бета-частицы в веществе не является прямолинейным. Проникающая способность также зависит от энергии. Кратность ослабления n- и гамма-излучений. Наиболее проникающими видами излучения являются нейтронное и гамма-излучение.
Их пробег в воздухе может достигать десятков и сотен метров также в зависимости от энергии , но при меньшей ионизирующей способности. В качестве защиты от n- и гамма-излучения применяют толстые слои из бетона, свинца, стали и т. Для 100-кратного ослабления гамма-излучения требуется защита из свинца толщиной 9,5 см; бетона — 55 см; воды — 115 см. Единицы измерения в дозиметрии Доза от греческого — «доля, порция» облучения.
Экспозиционная доза для рентгеновского и гамма-излучения — определяется по ионизации воздуха. Внесистемной единицей измерения является «рентген». Экспозиционной дозе 1Р соответствует поглощенная доза в воздухе 0,88 рад. Доза Поглощённая доза — энергия ионизирующего излучения, поглощенная единичной массой вещества.
Под энергией излучения, переданной веществу, понимается разность между суммарной кинетической энергией всех частиц и фотонов, попавших в рассматриваемый объем вещества, и суммарной кинетической энергией всех частиц и фотонов, покидающих этот объем. Следовательно, поглощенная доза учитывает всю энергию ионизирующего излучения, оставленную в пределах этого объема, независимо от того, на что эта энергия потрачена. Единицы измерения поглощенной дозы: Грэй Гр — единица поглощённой дозы в системе единиц СИ. Соответствует энергии излучения в 1 Дж, поглощённой 1 кг вещества.
Рад — внесистемная единица поглощённой дозы. Соответствует энергии излучения 100 эрг, поглощённой веществом массой 1 грамм.
Этот процесс позволяет контролировать скорость цепной реакции. 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.
Наряду с большими силами электростатического отталкивания между протонами, стремящимися разорвать ядро на части, действуют еще большие ядерные силы притяжения. Эти силы удерживают ядро от распада. Ядро урана-235 имеет форму шара.
Ядро растягивается до тех пор, пока силы электрического отталкивания между половинками вытянутого ядра не начинают преобладать над силами ядерного притяжения, действующими в перешейке. После этого ядро разрывается на две части. В результате число делящихся ядер очень быстро увеличивается. Возникает цепная реакция. Цепной ядерной реакцией называется реакция, в которой нейтроны образуются как продукты этой реакции, способные вызывать деление других ядер. Следовательно, число нейтронов, рождающихся в каждом поколении, нарастает в геометрической прогрессии. В целом процесс носит лавинообразный характер, протекает весьма быстро и сопровождается выделением огромного количества энергии. Скорость цепной реакции деления ядер характеризуют коэффициентом размножения нейтронов.
Коэффициент размножения нейтронов k — отношение числа нейтронов в данном этапе цепной реакции к их числу в предыдущем этапе. Если k 1, то число нейтронов увеличивается с течением времени или остаётся постоянным и цепная реакция идет. Коэффициент размножения k может стать равным единице лишь при условии, что размеры реактора и соответственно масса урана превышают некоторые критические значения. Критической массой называют наименьшую массу делящегося вещества, при которой может протекать цепная реакция. Число нейтронов, образующихся при делении ядер, зависит от объема урановой среды.
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. Так как они увлекают за собой не все электроны исходного атома, из них образуются многозарядные ионы , кинетическая энергия которых тратится на ионизацию и возбуждение атомов среды, что вызывает их торможение.
В результате ионы превращаются в нейтральные атомы с ядрами в основных энергетических состояниях. Такие атомы называются продуктами деления. Такие нейтроны называются запаздывающими. Спонтанное деление Основная статья: Спонтанное деление В некоторых случаях ядро может делиться самопроизвольно, без взаимодействия с другими частицами. Этот процесс называется спонтанным делением.
КАК РАБОТАЕТ ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ?
Вообще при делении могут образовываться осколки с самыми различными массовыми числами в пределах от 70 до 160 то есть около 90 различных значений , но образуются осколки с такими массами с разными вероятностями. Эти вероятности принято выражать т. Обычно величину YА выражают в процентах. Отметим, что именно ядра примерно этих масс чаще всего встречаются в следах —выпадениях осадков после ядерных испытаний или ядерных аварий. Достаточно вспомнить следы таких нуклидов как 131I, 133I, 90Sr, 137Сs.
Но у стабильных ядер со средними значениями масс, к которым относятся осколки, это отношение значительно ближе к единице: например, у стабильного ядра 118Sn это отношение равно 1,36. Это означает, что ядра осколков сильно перегружены нейтронами, и они будут стремиться избавиться от этой перегрузки путем бета-распадов, при которых нейтроны превращаются в протоны. При этом, для того, чтобы первичный осколок превратился в стабильный нуклид, может потребоваться несколько последовательных бета-распадов, образующих целую цепочку, например: стабилен. Здесь под стрелочками приведены периоды полураспада нуклидов: s-секунды, h-часы, y-годы.
Заметим, что осколком деления принято называть только самое первое ядро, непосредственно возникающее при делении ядра урана в данном случае — 135Sb. Все остальные нуклиды, возникающие в результате бета-распадов, вместе с осколками и стабильными конечными нуклидами, называют продуктами деления.
Особенно наглядно это демонстрируют отношения сечений этих двух процессов последняя строка в табл.
В области промежуточных нейтронов в зависимости сечений деления от энергии, так же как и при радиационном захвате, проявляются резонансные пики. В среднем в этой области значения параметра «альфа» оказываются даже несколько больше, чем в области тепловых нейтронов, поэтому реакторы на промежуточных нейтронах хотя и строятся, но большого распространения они не получили. В области быстрых нейтронов зависимость сечений деления от энергии нейтронов становится гладкой, но в отличие от сечений радиационного захвата, сечения деления не только не убывают с ростом энергии нейтронов, а даже несколько увеличиваются.
С этим обстоятельством связано одно из основных преимуществ ядерных реакторов, работающих на быстрых нейтронах, по сравнению с тепловыми реакторами. Сечения деления четно-четных нуклидов до порога деления равны, естественно, нулю, а выше порога они хотя и отличаются от нуля, но никогда не приобретают больших значений. Так сечение деления 238U при энергиях выше 1 МэВ оказывается порядка 0,5 барн.
Осколки деления. Несмотря на большую энергию примерно по 82 МэВ у каждого осколка , пробеги осколков в воздухе оказываются не больше, а даже несколько меньше пробегов альфа-частиц около 2 см. И это несмотря на то, что альфа-частицы имеют значительно меньшие энергии 4 — 9 МэВ.
Происходит это потому, что электрический заряд осколка значительно больше заряда альфа-частицы, и поэтому он гораздо интенсивнее теряет энергию на ионизацию и возбуждение атомов среды.
Она была достигнута 1 декабря. В итоге реактор содержал 5,4 тонны металлического урана, 45 тонн оксида урана и 360 тонн графита. Высота «поленницы» составила около шести метров. Ход реакции определялся положением графитовых стержней, поглощающих нейтроны и, следовательно, замедляющих реакцию. Через 28 минут после начала эксперимент был прерван сигналом тревоги, означающим, что были превышены безопасные показатели скорости реакции.
Однако даже получаса было достаточно, чтобы доказать: контролируемая цепная ядерная реакция возможна. Еще в начале 1939 года Ферми рассказывал о возможности использовать энергию ядерной реакции в военных целях.
Это послужило основой для выдвижения идеи самоподдерживающейся ядерной цепной реакции и использования деления атомного ядра в качестве источника энергии. В 1939 г.
Бором и Дж. Уилером и независимо от них Я. Френкелем была построена первая теория деления ядер. В 1940 г.
Флёров и К.
Используя принципы квантовой механики, ученым удалось расщепить атом и затем соединить его снова
Деление ядра атома проводили путем облучения тяжелых элементов нейтронами. Ученые знали, что цепная реакция возможна, если при делении выделяется больше нейтронов, чем поглощается. Такая реакция протекает с выделением большого количества энергии. Вот поиском способа провести самоподдерживающуюся цепную реакцию и занялись Ферми и его коллеги. Через пару лет они смогли перейти от теоретической проработки к экспериментам. Однако для этого нужно было построить ядерный реактор. Реактор действительно напоминал поленницу лучше не скажешь из брикетов прессованного оксида урана и графитовых блоков.
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. В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох. Периодичность потеплений-похолоданий, соответствующая смене ледниковых эпох, составляет около 100 тыс. Подробнейшая информация о палеоклимате получена при бурении ледниковых щитов в Антарктиде. Каково значение этого факта? Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим. Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз. Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс. Почему происходит смена магнитных полюсов? Магнитное поле планеты формируется благодаря циркуляции расплавленного железа во внешнем ядре. Движение электропроводящей жидкости в магнитном поле создает самоподдерживающуюся систему, своего рода геодинамо. Но для образования мощных переменных течений в ядре, приводящих к изменению магнитного поля, необходимы и мощные нестационарные источники тепла. Вполне подходящими кандидатами на эту роль опять-таки являются природные ядерные реакторы Вполне естественно предположить, что при работе реактора из-за тепловыделения возникают конвективные потоки, вызывающие разрыхление активной зоны. В какой-то момент цепная реакция деления останавливается.
В сумме заряд протона получается равным единице. 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.
Деление ядра атома проводили путем облучения тяжелых элементов нейтронами. Ученые знали, что цепная реакция возможна, если при делении выделяется больше нейтронов, чем поглощается. Такая реакция протекает с выделением большого количества энергии. Вот поиском способа провести самоподдерживающуюся цепную реакцию и занялись Ферми и его коллеги. Через пару лет они смогли перейти от теоретической проработки к экспериментам. Однако для этого нужно было построить ядерный реактор. Реактор действительно напоминал поленницу лучше не скажешь из брикетов прессованного оксида урана и графитовых блоков.
Открытие ядерного деления
| Основы строения атома для чайников. Схемы, теории современного представления об атоме | Деление действительно назрело: военная часть тормозит развитие гражданки. |
| Самое правильное деление атома | На Солнце атомы водорода сливаются, образуя гелий, высвобождая энергию и делая возможной жизнь на Земле. |
| Разделяя неразделимое | Деление действительно назрело: военная часть тормозит развитие гражданки. |
Деление атомных ядер: История Лизы Мейтнер и Отто Ганна
На Солнце атомы водорода сливаются, образуя гелий, высвобождая энергию и делая возможной жизнь на Земле. Ядро атома испускает альфа-частицу — ядро атома гелия. Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер.
Цепная ядерная реакция: что это за процесс, виды цепных ядерных реакций
Ввиду этого взрыв атомной бомбы, если он происходит в подходящей среде, может вызвать вспышку термоядерной реакции (см. §226). Ядерное деление-это реакция, при которой ядро атома распадается на два или более меньших ядра. Международная группа ученых выяснила, как именно вращаются атомные ядра после их деления, сообщает МедиаПоток.
Атомы ядерного топлива выталкивают образующийся при его делении газ
Наилучшим замедлителем является водород, поскольку его масса почти равна массе нейтрона и, следовательно, нейтрон при соударении с водородом теряет наибольшее количество энергии. Но обычный легкий водород слишком сильно поглощает нейтроны, а потому более подходящими замедлителями, несмотря на несколько большую массу, оказываются дейтерий тяжелый водород и тяжелая вода, так как они меньше поглощают нейтроны. Хорошим замедлителем можно считать бериллий. У углерода столь малое сечение поглощения нейтронов, что он эффективно замедляет нейтроны, хотя для замедления в нем требуется гораздо больше столкновений, чем в водороде. Среднее число N упругих столкновений, необходимое для замедления нейтрона от 1 МэВ до 0,025 эВ, при использовании водорода, дейтерия, беррилия и углерода составляет приблизительно 18, 27, 36 и 135 соответственно.
Приближенный характер этих значений обусловлен тем, что из-за наличия химической энергии связи в замедлителе столкновения при энергиях ниже 0,3 эВ вряд ли могут быть упругими. При низких энергиях атомная решетка может передавать энергию нейтронам или изменять эффективную массу в столкновении, нарушая этим процесс замедления. В качестве теплоносителей в ядерных реакторах используются вода, тяжелая вода, жидкий натрий, жидкий сплав натрия с калием NaK , гелий, диоксид углерода и такие органические жидкости, как терфенил. Эти вещества являются хорошими теплоносителями и имеют малые сечения поглощения нейтронов.
Лучший из известных замедлителей — тяжелая вода. Ее характеристики близки к характеристикам обычной воды, а сечение поглощения нейтронов — меньше. Натрий является прекрасным теплоносителем, но не эффективен как замедлитель нейтронов. Поэтому его используют в реакторах на быстрых нейтронах, где при делении испускается больше нейтронов.
Правда, натрий имеет ряд недостатков: в нем наводится радиоактивность, у него низкая теплоемкость, он химически активен и затвердевает при комнатной температуре. Сплав натрия с калием сходен по свойствам с натрием, но остается жидким при комнатной температуре. Гелий — прекрасный теплоноситель, но у него мала удельная теплоемкость. Диоксид углерода представляет собой хороший теплоноситель, и он широко применялся в реакторах с графитовым замедлителем.
Терфенил имеет то преимущество перед водой, что у него низкое давление паров при рабочей температуре, но он разлагается и полимеризуется под действием высоких температур и радиационных потоков, характерных для реакторов. Тепловыделяющие элементы. Тепловыделяющий элемент твэл представляет собой топливный сердечник с герметичной оболочкой. Оболочка предотвращает утечку продуктов деления и взаимодействие топлива с теплоносителем.
Материал оболочки должен слабо поглощать нейтроны и обладать приемлемыми механическими, гидравлическими и теплопроводящими характеристиками. Тепловыделяющие элементы — это обычно таблетки спеченного оксида урана в трубках из алюминия, циркония или нержавеющей стали; таблетки сплавов урана с цирконием, молибденом и алюминием, покрытые цирконием или алюминием в случае алюминиевого сплава ; таблетки графита с диспергированным карбидом урана, покрытые непроницаемым графитом. Все эти твэлы находят свое применение, но для водо-водяных реакторов наиболее предпочтительны таблетки оксида урана в трубках из нержавеющей стали. Диоксид урана не вступает в реакцию с водой, отличается высокой радиационной стойкостью и характеризуется высокой температурой плавления.
Для высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов, по-видимому, весьма подходят графитовые топливные элементы, но у них имеется серьезный недостаток — за счет диффузии или из-за дефектов в графите через их оболочку могут проникать газообразные продукты деления. Органические теплоносители несовместимы с циркониевыми твэлами и поэтому требуют применения алюминиевых сплавов.
Но выдвинутая в 1911 г. Резерфордом гипотеза о планетарном строении атома подтолкнула науку к развитию ядерной физики. И вот неделимый атом уже состоит из ядра и электронов.
Сегодня физике известно о десятках элементарных частиц, но посмотрев в школьные или университетские учебники вы узнаете только о четырёх: протоне, нейтроне, электроне и фотоне. Атомная матрёшка Краткое видео о видах элементарных частиц Атом намного сложнее, чем предполагали ранее. Ядро атома, если это не водород, состоит из набора протонов и нейтронов. Однако они отличаются лишь зарядом и небольшим различием массы, что позволило отнести их к одному классу нуклонов. В 1970 г.
Нуклоны состоят из трёх кварков, кварк-антикварка и глюонов. Три кварка - это основа ядра, у каждого кварка свои характеристики заряда, отсюда и следует заряд протона.
Вот принципиальная схема АЭС, которую многие видели и останавливаться на ней не будем. Было уже много постов по работе АЭС, а речь моего рассказа пойдет о тех процессах, которые происходят в самом реакторе и о нейтронах, благодаря которым все это дело работает. Начнем по порядку. Корпус реактора - большая высокотехнологичная бочка. В России такую бочку изготавливает предприятие Атоммаш. Один корпус делается в течении нескольких лет есть точные цифры, но не помню. Почему так долго? Корпус реактора - это такая вещь, которую в случае поломки не починить.
Если где-то что-то отвалится в процессе эксплуатации, это будет как минимум финансовая катастрофа. А учитывая то, что работать реактор будет половину века с перерывами на ремонт 1 месяц в год под огромным давлением, штука эта и вправду невероятная и дорогая. Идем дальше В корпусе находится дистиллированная вода, но не просто вода, а смешанная с другими веществами. Самые важные добавки: аммиак и борная кислота. Зачем в воде нужен аммиак? Есть такая штука, как радиолиз воды. Это процесс при котором молекулы воды при воздействии нейтронов распадается на водород и кислород. Я думаю почти все знают, что нейтроны в реакторе делят уран. А вот, что нейтроны делят воду, многие не догадываются. В чем же проблема?
Посмотрите это короткое видео Кратко говоря, с наличием кислорода появляется коррозия металла и корпусу реактора, а так же другим материалам будет не сладко. Так зачем нужен аммиак? Под воздействием нейтронов он распадается на азот и водород: Так за счет появления большого количества водорода происходит обратный процесс радиолиза воды: водород и кислород взаимодействуют и превращаются в молекулы воды обратно. Иными словами, когда водорода или кислорода слишком много, больше уже появиться не может, а так как кислород нам не нужен, мы делаем очень много водорода, который не так вреден, но поменьше кислорода. Правда водород хорошо горит и все равно приходится очищать от него реакторную воду. А зачем борная кислота? Я думаю вы слышали о стержнях регулирования в реакторе, которые поглощают излишние количество нейтронов, таким образом управляя реактором. Так вот борная кислота делает тоже самое, только она жидкая и растворена в воде. Если нужно понизить мощность, воду разбавляют ею, если повысить, её удаляют.
Ферми с сотрудниками обнаружили, что при делении испускается несколько нейтронов т. Это послужило основой для выдвижения идеи самоподдерживающейся ядерной цепной реакции и использования деления атомного ядра в качестве источника энергии. В 1939 г. Бором и Дж. Уилером и независимо от них Я. Френкелем была построена первая теория деления ядер. В 1940 г.