У дома > здравеопазване

Студен ядрен синтез в жива клетка. Ядрени реакции

ЯДРЕНИ РЕАКЦИИ В ПРИРОДАТА – делят се на 2 класа: термоядрени реакции и реакции под действието на ядрени частици и ядрено делене. Първите изискват температура от ~ няколко милиона градуса за тяхното изпълнение и се срещат само във вътрешностите на звездите или по време на експлозии на водородни бомби. Последните възникват в атмосферата и литосферата поради космическа радиация и поради ядрено-активни частици в горните черупки на Земята. Бързите космически частици (средна енергия ~2 10 9 eV), навлизайки в земната атмосфера, често предизвикват пълно разцепване на атмосферните атоми (N, O) на по-леки ядрени фрагменти, в т.ч. неутрони.Скоростта на образуване на последния достига 2,6 неутрона (cm -2 sec -1). Неутроните взаимодействат предимно с атмосферния азот, осигурявайки постоянно производство на радиоактивни вещества изотопивъглерод C 14 (T 1/2 = 5568 години) и тритий H 3 (T 1/2 = 12,26 години) съгласно следните реакции N 14 + П\u003d C 14 + H 1; N 14+ н\u003d C 12 + H 3. Годишното образуване на радиовъглерод в земната атмосфера е около 10 кг. Отбелязано е и образуването на радиоактивен Be 7 и Cl 39 в атмосферата. Ядрените реакции в литосферата възникват главно поради α-частици и неутрони, произтичащи от разпада на дългоживеещи радиоактивни елементи (главно U и Th). Трябва да се отбележи натрупването на He 3 в някои mls, съдържащи Li (вж. Изотопи на хелий в геологията),образуването на отделни изотопи на неона в евксенит, монацит и други m-lahs според реакциите: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Образуването на изотопи на аргон в радиоактивни вещества според реакциите: Cl 35 + Не = Ar 38 + н; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. При спонтанно и неутронно-индуцирано делене на уран се наблюдава образуването на тежки изотопи на криптон и ксенон (вижте метода за определяне на абсолютната възраст на Xenon).В m-lakh на литосферата, изкуствено разцепване атомни ядрапричинява натрупване на някои изотопи в размер на 10 -9 -10 -12% от масата на m-la.

Геоложки речник: в 2 тома. - М.: Недра. Редактирано от K.N. Paffengolts et al.. 1978 .

Вижте какво е "ЯДРЕНИ РЕАКЦИИ В ПРИРОДАТА" в други речници:

    Ядрена физика Атомно ядро ​​Радиоактивен разпад Ядрена реакция Основни термини Атомно ядро ​​Изотопи Изобари Период на полуразпад Ma ... Wikipedia

    Ядрени реакции между леки атоми. ядра, възникващи при много високи температури (=108K и повече). Необходими са високи температури, т.е. достатъчно големи относителни енергии на сблъскващите се ядра, за да се преодолее електростатичното. бариера, ...... Физическа енциклопедия

    Chem. трансформации и ядрени процеси, при които появата на междинна активна частица (свободен радикал, атом, възбудена молекула при химични трансформации, неутрон при ядрени процеси) предизвиква верига от трансформации на изходните в c. Примери за хим. C. r ... Химическа енциклопедия

    Едно от новите направления на модерното геол. наука, тясно свързана със съседни раздели на ядрената физика, геохимия, радиохимия, геофизика, космохимия и космогония и обхващащи трудни проблемиестествената еволюция на атомните ядра в природата и ... ... Геологическа енциклопедия

    Стабилни и радиоактивни изотопи, произведени в природни обектипод действието на космическото излъчване, например, по схемата: XAz + P → YAZ + an + bp, в която A = A1 + an + (b 1)p; Z \u003d Z1.+ (b 1)p, където XAz е оригиналното ядро, P е бързо ... ... Геологическа енциклопедия

    Термоядрен синтез, реакцията на сливане на леки атомни ядра в по-тежки ядра, протичаща при свръхвисоки температури и придружена от освобождаване на огромно количество енергия. Ядреният синтез е реакция, която е обратната на деленето на атоми: при последното ... ... Енциклопедия на Collier

    Ядрени процеси Радиоактивен разпад Алфа разпад Бета разпад Клъстерен разпад Двойно бета разпад Електронно улавяне Двойно улавяне на електрони Гама лъчение Вътрешно преобразуване Изомерен преход Неутронен разпад Разпад на позитрон ... ... Wikipedia

    94 Нептуний ← Плутоний → Америций Sm Pu ... Wikipedia

    Ядрена физика ... Уикипедия

Книги

  • Получаване на ядрена енергия и редки и благородни метали в резултат на ядрени трансформации. Енергия на свързване и потенциална енергия на електрическо взаимодействие на електрически заряди в неутрон, деутерон, тритий, хелий-3 и хелий-4
  • Получаване на ядрена енергия и редки и благородни метали в резултат на ядрени трансформации. Свързваща енергия и потенциална енергия на електрическото взаимодействие на електрически заряди в Neutron, Deuter, Larin V.I. Първата част на тази книга се занимава с различни ядрени реакции за получаване на енергия и благородни метали в резултат на принудителни ядрени трансформации на стабилни изотопи.…

Рачек Мария, Йесман Виталия, Румянцева Виктория

Това изследователски проектнаправени от ученици от 9 клас. Това е водеща задача при изучаването от ученици на тема "Структурата на атома и атомното ядро. Използването на енергията на атомните ядра" в курса по физика за 9. клас. Целта на проекта е да се изяснят условията за възникване на ядрени реакции и принципите на работа на атомните електроцентрали.

Изтегли:

Визуализация:

Общинска бюджетна образователна институция

Среден общообразователно училище № 14

Името на Героя на Съветския съюз

Анатолий Перфилиев

G . Александров

Изследователска работа по физика

"Ядрени реакции"

Завършено

ученици

9В клас:

Рачек Мария,

Румянцева Виктория,

Йесман Виталия

учител

Романова О.Г.

2015

Проектен план

Въведение

Теоретична част

  • Ядрената енергия.

Заключение

Библиография

Въведение

Уместност :

Един от най-важните проблеми пред човечеството е енергийният проблем. Консумацията на енергия нараства толкова бързо, че известните в момента резерви от гориво ще бъдат изчерпани за сравнително кратко време. Проблемът с "енергийния глад" не се решава чрез използването на енергия от така наречените възобновяеми източници (енергия на реки, вятър, слънце, морски вълни, дълбоката топлина на Земята), тъй като те могат да осигурят най-добрият случайсамо 5-10% от нашите нужди. В тази връзка в средата на 20-ти век се налага търсенето на нови източници на енергия.

В момента истинският принос за енергийното снабдяване има от ядрена енергия, а именно атомни електроцентрали (съкратено АЕЦ). Затова решихме да разберем дали атомните електроцентрали са полезни за човечеството.

Цели на работата:

  1. Открийте условията за възникване на ядрени реакции.
  2. Разберете принципите на работа на атомните електроцентрали, както и разберете дали има добър или лош ефект върху заобикаляща средаи на човек.

За да постигнем целта сме си поставили следнотозадачи:

  1. Научете структурата на атома, неговия състав, какво е радиоактивност.
  2. Изследвайте атома на урана. Изследвайте ядрена реакция.
  3. Разгледайте принципа на работа на ядрените двигатели.

Изследователски методи:

  1. Теоретична част - четене на литература по ядрени реакции.

Теоретична част.

История на атома и радиоактивността. Структурата на атома.

Предположението, че всички тела са изградени от малки частици е направено от древногръцки философиЛевкип и Демокрит преди около 2500 хиляди години. Тези частици се наричат ​​"атом", което означава "неделим". Атомът е най-малката частица материя, най-простата, която няма съставни части.

Но около средата на 19-ти век започват да се появяват експериментални факти, които поставят под съмнение идеята за неделимостта на атомите. Резултатите от тези експерименти предполагат, че атомите имат сложна структура и че съдържат електрически заредени частици.

Най-поразителното доказателство сложна структураатом е откритието на явлениеторадиоактивноствзето от френския физик Анри Бекерел през 1896 г. Той открива, че химическият елемент уран спонтанно (т.е. без външни взаимодействия) излъчва неизвестни досега невидими лъчи, които по-късно са нареченирадиоактивно излъчване. Тъй като радиоактивното излъчване има необичайни свойства, много учени започнаха да го изучават. Оказа се, че не само уранът, но и някои други химични елементи (например радий) също спонтанно излъчват радиоактивни лъчи. Способността на атомите на някои химични елементи към спонтанно излъчване започва да се нарича радиоактивност (от латински radio - излъчвам и activus - ефективен).

Бекерел дойде с идеята: не е ли всяка луминесценция придружена от рентгенови лъчи? За да провери предположението си, той взел няколко съединения, включително една от урановите соли, която фосфоресцира в жълто-зелена светлина. След като я освети със слънчева светлина, той уви солта в черна хартия и я постави в тъмен килер върху фотографска чиния, също увита в черна хартия. След известно време, след като показа чинията, Бекерел наистина видя образа на парче сол. Но луминесцентна радиацияне може да премине през черна хартия и само рентгеновите лъчи могат да осветят плочата при тези условия. Бекерел повтори експеримента няколко пъти с еднакъв успех. В края на февруари 1896 г. на заседание на Френската академия на науките той прави доклад за рентгенови лъчифосфоресциращи вещества. След известно време в лабораторията на Бекерел случайно е разработена плоча, върху която лежи уранова сол, необлъчена от слънчева светлина. Тя, разбира се, не фосфоресцира, но се оказа отпечатъкът върху плочата. Тогава Бекерел започна да изпитва различни връзкии уранови минерали (включително тези, които не показват фосфоресценция), както и метален уран. Чинията светеше постоянно. Поставяйки метален кръст между солта и чинията, Бекерел получава слабите контури на кръста върху плочата. Тогава стана ясно, че са открити нови лъчи, които преминават през непрозрачни обекти, но не са рентгенови лъчи.

Бекерел споделя своето откритие с учените, с които е сътрудничил. През 1898 г. Мария Кюри и Пиер Кюри откриват радиоактивността на тория, а по-късно откриват радиоактивните елементи полоний и радий. Те открили, че всички уранови съединения и в най-голяма степен самият уран имат свойството на естествена радиоактивност. Бекерел се върна към луминофорите, които го интересуваха. Вярно, той направи още едно голямо откритие, свързано с радиоактивността. Веднъж, за публична лекция, Бекерел се нуждаеше от радиоактивно вещество, той го взе от Кюри и сложи епруветката в джоба на жилетката си. След като изнесе лекция, той върна радиоактивния препарат на собствениците, а на следващия ден откри зачервяване на кожата под формата на епруветка по тялото под джоба на жилетката. Бекерел каза на Пиер Кюри за това и той постави експеримент: в продължение на десет часа той носеше епруветка с радий, вързана за предмишницата му. Няколко дни по-късно той получи и зачервяване, което след това се превърна в тежка язва, от която страдаше два месеца. Така биологичният ефект на радиоактивността е открит за първи път.

През 1899 г. в резултат на експеримент, проведен под ръководството на английския физик Ърнест Ръдърфорд, е открито, че радиоактивното излъчване на радий е нехомогенно, т.е. има сложен състав. В средата има поток (радиация), който няма електрически заряд, и 2 потока от заредени частици, подредени отстрани. Положително заредените частици се наричат ​​алфа частици, които са напълно йонизирани хелиеви атоми, и отрицателно заредените частици, бета частици, които са електрони. Неутралните се наричат ​​гама частици или гама кванти. Гама-лъчението, както се оказа по-късно, е един от обхватите на електромагнитното лъчение.

Тъй като беше известно, че атомът като цяло е неутрален, явлението радиоактивност позволи на учените да създадат груб модел на атома. Първият човек, който направи това, беше английският физик Джоузеф Джон Томсън, който създаде един от първите модели на атома през 1903 г. Моделът беше сфера, в целия обем на която положителен заряд беше равномерно разпределен. Вътре в топката имаше електрони, всеки от които можеше да произвежда осцилаторни движенияоколо нейното равновесно положение. Моделът наподобяваше по форма и структура торта със стафиди. Положителният заряд е равен по абсолютна стойност на общия отрицателен заряд на електроните, така че зарядът на атома като цяло е нула.

Моделът на Томсън за структурата на атома се нуждае от експериментална проверка, която е подета през 1911 г. от Ръдърфорд. Той провежда експерименти и стига до заключението, че моделът на атома е топка, в центъра на която има положително заредено ядро, което заема малък обем от целия атом. Електроните се движат около ядрото, чиято маса е много по-малка. Атомът е електрически неутрален, тъй като зарядът на ядрото е равен на модула на общия заряд на електроните. Ръдърфорд също така установи, че ядрото на атома има диаметър около 10-14 – 10 -15 м, т.е. той е стотици хиляди пъти по-малък от атом. Това е ядрото, което претърпява промяна по време на радиоактивни трансформации, т.е. радиоактивността е способността на някои атомни ядра да се трансформират спонтанно в други ядра с излъчване на частици. За да регистрира (виж) частици, през 1908 г. немският физик Ханс Гайгер изобретява така наречения брояч на Гайгер.

По-късно положително заредените частици в атома са наречени протони, а отрицателните - неутрони. Протоните и неутроните са общо известни като нуклони.

делене на уран. Верижна реакция.

Разделянето на урановите ядра по време на бомбардирането му с неутрони е открито през 1939 г. от немските учени Ото Хан и Фриц Щрасман.

Нека разгледаме механизма на това явление. Поглъщайки допълнителен неутрон, ядрото влиза в действие и се деформира, придобивайки удължена форма.

В ядрото има 2 вида сили: електростатични сили на отблъскване между протоните, стремящи се да разбият ядрото, и ядрени сили на привличане между всички нуклони, поради които ядрото не се разпада. Но ядрените сили са с малък обсег, така че в удължено ядро ​​те вече не могат да задържат частите на ядрото, които са много отдалечени една от друга. Под действието на електростатични сили ядрото се разкъсва на две части, които се разпръскват в различни посоки с голяма скорост и излъчват 2-3 неутрона. част вътрешна енергияпреминава в кинетичен. Фрагменти от ядрото бързо се забавят в околната среда, в резултат на което кинетичната им енергия се превръща във вътрешната енергия на околната среда. При едновременно делене на голям брой уранови ядра се увеличава вътрешната енергия на средата, заобикаляща урана, и съответно температурата му. По този начин реакцията на делене на уранови ядра протича с освобождаването на енергия в околната среда. Енергията е колосална. При пълното делене на всички ядра, присъстващи в 1 g уран, се отделя толкова енергия, колкото се отделя при изгарянето на 2,5 тона нефт. За да преобразувате вътрешната енергия на атомните ядра в електрическа енергия, верижни реакцииядрено делене, въз основа на факта, че 2-3 неутрона, освободени при деленето на първото ядро, могат да участват в деленето на други ядра, които ги улавят. За поддържане на непрекъснатостта на верижната реакция е важно да се вземе предвид масата на урана. Ако масата на урана е твърде малка, тогава неутроните излитат от него, без да срещнат ядрото по пътя си. Верижната реакция спира. Колкото по-голяма е масата на парчето уран, толкова по-големи са неговите размери и толкова по-дълъг е пътят, по който неутроните преминават в него. Вероятността неутроните да се срещнат с атомните ядра се увеличава. Съответно броят на ядрените деления и броят на излъчените неутрони се увеличават. Броят на неутроните, които се появиха след деленето на ядрата, е равен на броя на загубените неутрони, така че реакцията може да продължи дълго време. За да не спре реакцията, трябва да вземете маса уран определена стойност- критичен. Ако масата на урана е повече от критична, тогава в резултат на рязко увеличаване на свободните неутрони, верижната реакция води до експлозия.

Ядрен реактор. Ядрена реакция. Преобразуване на вътрешната енергия на атомните ядра в електрическа енергия.

Ядрен реактор - Това е устройство, в което се осъществява контролирана ядрена верижна реакция, придружена от освобождаване на енергия. Първият ядрен реактор, наречен SR-1, е построен през декември 1942 г. в САЩ под ръководството на Е. Ферми. В момента по данни на МААЕ в света има 441 реактора в 30 държави. Други 44 реактора са в процес на изграждане.

В ядрен реактор уран-235 се използва главно като делящ се материал. Такъв реактор се нарича реактор с бавен неутрон.модератор Неутроните могат да бъдат различни вещества:

  1. Вода . Предимствата на обикновената вода като модератор са нейната наличност и ниска цена. Недостатъците на водата са ниска температуракипене (100 °C при налягане 1 atm) и абсорбция на топлинни неутрони. Първият недостатък се елиминира чрез увеличаване на налягането в първи контур. Поглъщането на топлинни неутрони от водата се компенсира от използването на ядрено гориво на базата на обогатен уран.
  2. Тежка вода . Тежката вода се различава малко от обикновената вода по своите химични и топлофизични свойства. Той практически не абсорбира неутрони, което прави възможно използването на естествен уран като ядрено гориво в реактори с тежководен забавител. Недостатъкът на тежката вода е нейната висока цена.
  3. Графит . Реакторният графит се получава изкуствено от смес от нефтен кокс и каменовъглен катран. Първо, блоковете се пресоват от сместа и след това тези блокове се обработват термично при висока температура. Графитът има плътност 1,6-1,8 g/cm3. Сублимира при температура 3800-3900 °C. Графитът, нагрят на въздух до 400 °C, се запалва. Следователно в енергийните реактори той се съдържа в атмосфера от инертен газ (хелий, азот).
  4. Берилий . Един от най-добрите забавители. Той има висока точка на топене (1282°C) и топлопроводимост и е съвместим с въглероден диоксид, вода, въздух и някои течни метали. Въпреки това, хелият се появява в праговата реакция, следователно при интензивно облъчване с бързи неутрони вътре в берилия се натрупва газ, под налягането на който берилият набъбва. Използването на берилий също е ограничено от високата му цена. Освен това берилият и неговите съединения са силно токсични. Берилият се използва за направата на рефлектори и водоизместители в ядрото на изследователските реактори.

Части от реактор с бавен неутрон: в ядрото има ядрено гориво под формата на уранови пръти и забавител на неутрони (например вода), рефлектор (слой от материя, който заобикаля ядрото) и защитна обвивка от бетон. Реакцията се контролира от контролни пръти, които ефективно абсорбират неутрони. За да стартират реактора, те постепенно се отстраняват от активната зона. Неутроните и фрагментите от ядра, образувани по време на тази реакция, разлитайки се с висока скорост, падат във водата, сблъскват се с ядрата на водородните и кислородните атоми и им дават част от своята кинетична енергия. В същото време водата се нагрява и след известно време забавените неутрони отново попадат в урановите пръти и участват в ядреното делене. Активната зона е свързана към топлообменника посредством тръби, образувайки първия затворен кръг. Помпите осигуряват циркулация на водата в него. Нагрятата вода преминава през топлообменника, загрява водата във вторичната намотка и я превръща в пара. По този начин водата в активната зона служи не само като забавител на неутрони, но и като охлаждаща течност, която отстранява топлината. След като енергията на парата в намотката се преобразува в електрическа енергия. Парата върти турбината, която задвижва ротора на генератора. електрически ток. Отработената пара влиза в кондензатора и се превръща във вода. След това целият цикъл се повтаря.

ядрен двигателизползва енергията на ядреното делене или синтез за създаване на реактивна тяга. Традиционният ядрен двигател като цяло е конструкция на ядрен реактор и самия двигател. Работната течност (по-често - амоняк или водород) се подава от резервоара към активната зона на реактора, където, преминавайки през каналите, нагрети от реакцията на ядрен разпад, се нагрява до високи температури и след това се изхвърля през дюзата, създавайки струйна тяга .

Ядрената енергия.

Ядрената енергия- област на технологиите, базирана на използването на реакцията на делене на атомни ядра за генериране на топлина и генериране на електричество. Секторът на ядрената енергетика е най-значим във Франция, Белгия, Финландия, Швеция, България и Швейцария, т.е. в онези индустриализирани страни, където няма достатъчно природни енергийни ресурси. Тези страни произвеждат между една четвърт и половина от електроенергията си от атомни електроцентрали.

Първият европейски реактор е създаден през 1946 г. в Съветския съюз под ръководството на Игор Василиевич Курчатов. През 1954 г. в Обнинск е пусната в експлоатация първата атомна електроцентрала. Предимства на АЕЦ:

  1. Основното предимство е практическата независимост от източниците на гориво поради малкото използвано гориво. В Русия това е особено важно в европейската част, тъй като доставката на въглища от Сибир е твърде скъпа. Работата на атомна електроцентрала е много по-евтина от ТЕЦ. Вярно е, че изграждането на ТЕЦ е по-евтино от изграждането на атомна електроцентрала.
  2. Голямо предимство на атомната електроцентрала е относителната чистота на околната среда. При ТЕЦ общите годишни емисии на вредни вещества са приблизително 13 000 тона годишно за газ и 165 000 тона за ТЕЦ на прах въглища. В атомните електроцентрали няма такива емисии. Топлоелектрическите централи консумират 8 милиона тона кислород годишно за окисляване на горивото, докато атомните централи изобщо не консумират кислород. Освен това въглищната инсталация дава по-високо специфично освобождаване на радиоактивни вещества. Въглищата винаги съдържат естествени радиоактивни вещества, при изгаряне те почти напълно навлизат във външната среда. Повечето радионуклиди от ТЕЦ са дълготрайни. Повечето от радионуклидите от атомните електроцентрали бързо се разпадат, превръщайки се в нерадиоактивни.
  3. За повечето страни, включително Русия, производството на електроенергия в атомните електроцентрали не е по-скъпо, отколкото в пулверизираните въглища и още повече в ТЕЦ-овете на газ-нафт. Предимството на атомните електроцентрали в цената на произведената електроенергия е особено забележимо по време на така наречените енергийни кризи, започнали в началото на 70-те години. Спадащите цени на петрола автоматично намаляват конкурентоспособността на атомните електроцентрали.

Използването на ядрени двигатели в съвремието.

Тъй като ядрена физикаперспективата за създаване на атомни електроцентрали се очертаваше все по-ясно. Първата практическа стъпка в тази посока беше направена от съветски съюзкъдето през 1954г е построена атомна електроцентрала.

През 1959г Първият кораб с ядрен двигател в света - ледоразбивачът "Ленин", беше пуснат в експлоатация под флага на СССР, който успешно насочваше търговските кораби в трудните условия на Арктика.

AT последните годиниПрез 19 век мощните съветски атомни ледоразбивачи Арктика и Сибир влязоха в арктическия вахта...

Ядрената енергетика отвори особено големи възможности за подводниците, което направи възможно решаването на две от най-много реални проблеми- увеличаване на скоростта под водата и увеличаване на продължителността на плуване под вода без изплуване. В крайна сметка, най-модерните дизел-електрически подводници не могат да развият повече от 18-20 възела под вода и дори тази скорост се поддържа само за около час, след което са принудени да излязат на повърхността, за да заредят батериите.

При такива условия по указание на ЦК на КПСС и съветското правителство в нашата страна в най-кратки срокове беше създаден атомен подводен флот. Съветските атомни подводници многократно прекосиха Северния ледовит океан под леда, изплували в района на Северния полюс. В навечерието на XXIII конгрес на КПСС група атомни подводници обиколи света, преминавайки около 22 хиляди мили под вода, без да изплуват ...

Основната разлика между ядрена подводница и парна подводница е замяната на парен котел с реактор, в който се извършва контролирана верижна реакция на делене на атоми на ядрено гориво с отделяне на топлина, използвана за производството на пара в пара генератор.

Атомна централа, създадена за подводници реална перспективане само да настигне по скорост надводните кораби, но и да ги надмине. Както знаем, в потопено състояние подводницата не изпитва вълново съпротивление, за преодоляване на което високоскоростните надводни кораби изразходват по-голямата част от мощността на електроцентралата.

Биологичният ефект на радиацията.

Радиацията по своята същност е вредна за живота. Малки дози радиация могат да „стартират“ все още не напълно разбрана верига от събития, водещи до рак или генетично увреждане. При високи дози радиацията може да унищожи клетките, да увреди тъканите на органите и да причини смъртта на организма. Щетите, причинени от високи дози радиация, обикновено се проявяват в рамките на часове или дни. Раковите заболявания обаче се появяват много години след експозицията, обикновено не по-рано от едно до две десетилетия. А вродените малформации и други наследствени заболявания, причинени от увреждане на генетичния апарат, по дефиниция се появяват само в следващите или следващите поколения: това са деца, внуци и по-далечни потомци на индивид, който е бил изложен на радиация.

В зависимост от вида на радиацията, дозата на радиация и нейните условия, различни видоверадиационно нараняване. Това са остра лъчева болест (ОЛБ) - от външно облъчване, ОРС - от вътрешно облъчване, хронична лъчева болест, различни клинични форми с предимно локални поражения на отделни органи, които могат да се характеризират с остро, подостро или хронично протичане; това са дългосрочни последици, сред които най-значима е появата на злокачествени тумори; дегенеративни и дистрофични процеси (катаракта, стерилитет, склеротични промени). Това включва и генетичните последици, наблюдавани при потомството на изложените родители. Йонизиращите лъчения, които предизвикват тяхното развитие, поради високата си проникваща способност засягат тъкани, клетки, вътреклетъчни структури, молекули и атоми навсякъде в тялото.

Живите същества реагират различно на въздействието на радиацията и развитието на радиационните реакции до голяма степен зависи от дозата на радиация. Поради това е препоръчително да се прави разлика между: 1) въздействието на малки дози, до около 10 rad; 2) излагане на средни дози, често използвани с терапевтични цели, които граничат с горната им граница на излагане на високи дози. При излагане на радиация има реакции, които възникват незабавно, ранни реакции, както и късни (отдалечени) прояви. Крайният резултат от облъчването често зависи до голяма степен от мощността на дозата, различни условияоблъчване и особено върху естеството на радиацията. Това важи и за областта на приложение на радиацията в клиничната практика за терапевтични цели.

Радиацията въздейства на хората различно в зависимост от пола и възрастта, състоянието на организма, имунната му система и т.н., но особено силно е при кърмачета, деца и юноши.

Ракът е най-сериозното от всички последствия от излагането на човека на ниски дози. Обширни проучвания, обхващащи 100 000 оцелели атомни бомбардировкиХирошима и Нагасаки са показали, че досега ракът е единствената причина за свръхсмъртност в тази група от населението.

Заключение.

След провеждане на изследвания установихме, че ядреното гориво и ядрените двигатели носят големи ползи за хората. Благодарение на тях човек намери евтини източници на топлина и енергия (една атомна електроцентрала замества няколко десетки или дори стотици конвенционални топлоелектрически централи за човек), успя да премине през леда до Северния полюс и да потъне на дъното на океана. Но всичко това работи само когато се прилага правилно, т.е. в точното количество и само за мирни цели. Има много случаи на експлозии на атомни електроцентрали (Чернобил, Фукушима) и експлозии на атомни бомби (Хирошима и Нагасаки).

Но никой не е защитен от последствията от радиоактивните отпадъци. Много хора страдат от лъчева болест и рак, причинени от радиация. Но смятаме, че след няколко години учените ще измислят методи за изхвърляне на радиоактивни отпадъци без вреда за здравето и ще измислят лекове за всички тези болести.

Библиография.

  1. А. В. Пьоришкин, Е. М. Гутник. „Учебник по физика за 9 клас”.
  2. Г. Кеслер. "Ядрена енергия".
  3. Р. Г. Перелман. "Ядрени двигатели".
  4. Е. Ръдърфорд. Избрани научни трудове. Структурата на атома и изкуствената трансформация.
  5. https://en.wikipedia.org
Визуализация:

За да използвате визуализацията на презентации, създайте акаунт за себе си ( сметка) Google и влезте:

А способността да се използва ядрената енергия както за конструктивни (атомна енергия), така и за разрушителни (атомна бомба) цели се превърна може би в едно от най-значимите изобретения на миналия двадесети век. Е, в основата на цялата тази страшна сила, която се крие в недрата на малък атом, са ядрените реакции.

Какво представляват ядрените реакции

Във физиката под ядрените реакции се разбира процесът на взаимодействие на атомно ядро ​​с друго подобно на него ядро ​​или с различни елементарни частици, в резултат на което съставът и структурата на ядрото се променят.

Малко история на ядрените реакции

Първата ядрена реакция в историята е извършена от великия учен Ръдърфорд през 1919 г. по време на експерименти за откриване на протони в продуктите от разпада на ядрата. Ученият бомбардирал азотните атоми с алфа-частици и когато частиците се сблъскали, настъпила ядрена реакция.

И ето как изглеждаше уравнението на тази ядрена реакция. На Ръдърфорд се приписва откриването на ядрени реакции.

Това беше последвано от множество експерименти на учени по прилагането различни видовеядрените реакции, например, много интересна и значима за науката беше ядрената реакция, предизвикана от бомбардирането на атомни ядра с неутрони, която беше извършена от изключителния италиански физик Е. Ферми. По-специално, Ферми открива, че ядрените трансформации могат да бъдат причинени не само от бързи неутрони, но и от бавни, които се движат с топлинни скорости. Между другото, ядрените реакции, причинени от излагане на температура, се наричат ​​термоядрени. Що се отнася до ядрените реакции под въздействието на неутрони, те много бързо получиха своето развитие в науката и какво друго, прочетете за това по-нататък.

Типична формула за ядрена реакция.

Какви ядрени реакции има във физиката

Най-общо познатите в момента ядрени реакции могат да бъдат разделени на:

  • ядрено делене
  • термоядрени реакции

По-долу пишем подробно за всеки от тях.

делене на атомни ядра

Реакцията на делене на атомните ядра включва разпадането на действителното ядро ​​на атома на две части. През 1939 г. немските учени О. Хан и Ф. Страсман откриват атомно делене, като продължават изследванията на своите научни предшественици, те откриват, че когато уранът е бомбардиран с неутрони, възникват елементи от средната част на периодичната таблица на Менделеев, а именно радиоактивни изотопи на барий, криптон и някои други елементи. За съжаление, това знание първоначално е било използвано за ужасяващи, разрушителни цели, тъй като второто Световна войнаи немски, а от друга страна, американски и съветски учени се надпреварваха да разработват ядрени оръжия (на базата на ядрената реакция на урана), което завърши с прословутите „ядрени гъби“ над японските градове Хирошима и Нагасаки.

Но да се върнем към физиката, ядрената реакция на урана по време на разделянето на ядрото му има точно същата колосална енергия, която науката е в състояние да й постави на служба. Как протича такава ядрена реакция? Както писахме по-горе, това се дължи на бомбардирането на ядрото на урановия атом от неутрони, от които ядрото се разделя и възниква огромна кинетична енергия от порядъка на 200 MeV. Но най-интересното е, че като продукт на ядрената реакция на делене на урановото ядро ​​от сблъсък с неутрон има няколко свободни нови неутрона, които от своя страна се сблъскват с нови ядра, разделят ги и т.н. В резултат на това има още повече неутрони и още повече уранови ядра, разцепени от сблъсъци с тях - настъпва истинска ядрена верижна реакция.

Ето как изглежда на диаграмата.

В този случай коефициентът на размножаване на неутроните трябва да бъде по-голям от единица, това е необходимо условие за ядрена реакция от този вид. С други думи, във всяко следващо поколение неутрони, образувани след разпадането на ядрата, трябва да има повече от тях, отколкото в предишното.

Заслужава да се отбележи, че според подобен принцип ядрените реакции по време на бомбардиране могат да се проведат и по време на деленето на ядрата на атомите на някои други елементи, с нюансите, че ядрата могат да бъдат бомбардирани от различни елементарни частици и продуктите на такива ядрени реакции ще се различават, за да ги опишем по-подробно. , имаме нужда от цяла научна монография

термоядрени реакции

Термоядрените реакции се основават на реакции на синтез, тоест всъщност възниква обратният процес на делене, ядрата на атомите не се разделят на части, а по-скоро се сливат помежду си. Освен това освобождава много енергия.

Термоядрените реакции, както подсказва името (термо - температура) могат да се проявят само при много високи температури. В крайна сметка, за да се слеят две атомни ядра, те трябва да се приближат на много близко разстояние един до друг, като същевременно преодоляват електрическото отблъскване на техните положителни заряди, това е възможно, когато има голяма кинетична енергия, която от своя страна, е възможно при високи температури. Трябва да се отбележи, че термоядрените реакции на водорода не протичат, но не само върху него, но и върху други звезди, дори може да се каже, че точно това лежи в основата на тяхната природа на всяка звезда.

Видео за ядрени реакции

И накрая, образователен видеоклип по темата на нашата статия, ядрени реакции.

Те са разделени на 2 класа: термоядрени реакции и реакции под действието на ядрени частици и ядрено делене. Първите изискват температура от ~ няколко милиона градуса за тяхното изпълнение и се срещат само във вътрешностите на звездите или по време на експлозии на водородни бомби. Последните възникват в атмосферата и литосферата поради космическа радиация и поради ядрено-активни частици в горните черупки на Земята. Бързите космически частици (средна енергия ~2 10 9 eV), навлизайки в земната атмосфера, често предизвикват пълно разцепване на атмосферните атоми (N, O) на по-леки ядрени фрагменти, в т.ч. неутрони.Скоростта на образуване на последния достига 2,6 неутрона (cm -2 sec -1). Неутроните взаимодействат предимно с атмосферния азот, осигурявайки постоянно производство на радиоактивни вещества изотопивъглерод C 14 (T 1/2 = 5568 години) и тритий H 3 (T 1/2 = 12,26 години) съгласно следните реакции N 14 + П\u003d C 14 + H 1; N 14+ н\u003d C 12 + H 3. Годишното образуване на радиовъглерод в земната атмосфера е около 10 кг. Отбелязано е и образуването на радиоактивен Be 7 и Cl 39 в атмосферата. Ядрените реакции в литосферата възникват главно поради α-частици и неутрони, произтичащи от разпада на дългоживеещи радиоактивни елементи (главно U и Th). Трябва да се отбележи натрупването на He 3 в някои mls, съдържащи Li (вж. Изотопи на хелий в геологията),образуването на отделни изотопи на неона в евксенит, монацит и други m-lahs според реакциите: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Образуването на изотопи на аргон в радиоактивни вещества според реакциите: Cl 35 + Не = Ar 38 + н; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. При спонтанно и неутронно-индуцирано делене на уран се наблюдава образуването на тежки изотопи на криптон и ксенон (вижте метода за определяне на абсолютната възраст на Xenon).В m-lakh на литосферата, изкуственото делене на атомни ядра причинява натрупване на определени изотопи в количество от 10 -9 -10 -12% от масата на m-la.

  • - трансформации на атомни ядра поради взаимодействието им с елементарни частициили един с друг...
  • - разклонени верижни реакции на делене на тежки ядра от неутрони, в резултат на което броят на неутроните се увеличава рязко и може да възникне самоподдържащ се процес на делене ...

    Началото на съвременното естествознание

  • - боеприпаси, чийто увреждащ ефект се основава на използването на енергията на ядрена експлозия. Те включват ядрени бойни глави на ракети и торпеда, ядрени бомби, артилерийски снаряди, дълбочинни бомби, мини ...

    Речник на военните термини

  • Речник на юридическите термини

  • - ....

    Енциклопедичен речник по икономика и право

  • - съгласно определението на Федералния закон „За използването на атомната енергия“ от 20 октомври 1995 г., „материали, съдържащи или способни да възпроизвеждат делящи се ядрени вещества“ ...

    Голям правен речник

  • - snurps, малка ядрена РНК малък размерсвързани с хетерогенна ядрена РНК , са част от малките рибонуклеопротеинови гранули на ядрото ...
  • - Вижте малка ядрена...

    Молекулярна биология и генетика. Речник

  • - ядрени реакции, при които падащата частица предава енергия не на цялото целево ядро, а на отделно. нуклон или група нуклони в това ядро. В P. I. Р. не се образува сложно ядро.

    Естествени науки. енциклопедичен речник

  • - аварии в атомни електроцентрали. По време на ядрена авария радиоактивното замърсяване на околната среда рязко се увеличава ...

    Екологичен речник

  • - трансформация на атоми на ядрата при сблъсък с други ядра, елементарни частици или гама кванти. Когато тежките ядра се бомбардират с по-леки, се получават всички трансуранови елементи ...

    Енциклопедичен речник по металургия

  • - ядрени процеси, при които енергията, въведена в атомното ядро, се прехвърля главно към един или малка група нуклони ...

    Голяма съветска енциклопедия

  • - ДИРЕКТНИ ядрени реакции - ядрени реакции, при които падащата частица предава енергия не на цялото целево ядро, а на отделен нуклон или група нуклони в това ядро. При директни ядрени реакции не се образува съединение...
  • - виж Ядрено-верижни реакции...

    Голям енциклопедичен речник

  • - реакции на трансформация на атомни ядра при взаимодействие с елементарни частици, ?-кванти или помежду си. Първо изследван от Ърнест Ръдърфорд през 1919 г.

    Голям енциклопедичен речник

  • - ЯДРЕНИ ВЕРИЖНИ РЕАКЦИИ - самоподдържащи се реакции на делене на атомни ядра под действието на неутрони при условия, когато всяко събитие на делене е придружено от излъчване на поне 1 неутрон, което осигурява поддържането на ...

    Голям енциклопедичен речник

„ЯДРЕНИ РЕАКЦИИ В ПРИРОДАТА” в книги

Ядрени евроракети

От книгата Purely Confidential [Посланик във Вашингтон при шестима президенти на САЩ (1962-1986)] автор Добринин Анатолий Федорович

Глава 6 Поклонение на природата. Митове за природата

От книгата Митовете на Армения автор Ананикян Мартирос А

Глава 6 Поклонение на природата. Митове за природата

Ядрени Робинзони

От книгата Бомба. Тайните и страстите на атомния подземен свят автор Пестов Станислав Василиевич

Ядрени Робинзони В края на 50-те години Хрушчов се интересува много от един проект, предложен от военни инженери. Същността му беше да създаде изкуствени острови край атлантическия бряг на Съединените щати. Мислеше се така: в тъмна нощ на крадци мощни кораби за сух товар си проправят път към

Ядрена амбиция

От книгата Събуди се! Оцелеете и процъфтявайте в предстоящия икономически хаос автор Чалаби Ел

Ядрени амбиции През втората половина на 2003 г. светът научи, че иранската програма за обогатяване на уран е по-напреднала, отколкото се смяташе досега, и че след няколко години Иран ще се превърне в ядрено оръжие. Нека цитираме думите на американеца официален, участващи

Ядрени продажби

От книгата Инфобизнес на пълен капацитет [Удвояване на продажбите] автор Парабелум Андрей Алексеевич

Nuclear Sales Japan в момента тества интересен модел. Една компания, която направи проучване на клиенти, е подписала много договори с различни фирми, които се нуждаят Обратна връзкаот техните целеви аудитории. Отвориха магазин за безплатни неща -

"ЯДРЕНИ КУФАРИ"

От книгата Неизвестен, отхвърлен или скрит автор Царева Ирина Борисовна

"ЯДРЕНИ КУФАРИ" Това е по-готино от прословутите "куфари с компрометиращи доказателства"! Неприбързан, продължителен скандал се разиграва около т. нар. "ядрени куфари". Всичко започна със сензационно изявление на бившия секретар по сигурността Съвет на Руската федерация.

За природата, законите и същността на законите

От книгата Ясни думи авторът Озорнин Прохор

За природата, законите и естеството на законите Това, което беше абсурд вчера, днес се превърна в закон на природата. Законите се променят - природата остава същата

Ядрени реакции и електрически заряд

От книгата Неутрино – призрачната частица на атома автор Азимов Исак

Ядрени реакции и електрически заряд Когато през 90-те години физиците започнаха да разбират по-ясно структурата на атома, те откриха, че поне някои от неговите части носят електрически заряд. Например електрони, които запълват външните области на атом

ЯДРЕНИ РЕАКЦИИ

От книга Атомна енергияза военни цели автор Смит Хенри Деволф

ЯДРЕНИ РЕАКЦИИ МЕТОДИ НА ЯДРЕНО БОМБИРАНЕ1.40. Кокрофт и Уолтън произвеждат протони с достатъчно висока енергия чрез йонизиране на водороден газ и след това ускоряване на йоните с високоволтова инсталация с трансформатор и токоизправител. Подобен метод може

ЯДРЕНИ АКЦИИ

От книга спешен случайв съветския флот автор Черкашин Николай Андреевич Ядрено-верижни реакции От книгата Голяма съветска енциклопедия (YD) на автора TSB

§ 3.13 Ядрени реакции и дефект на масата

От книгата Риц Балистична теория и картината на Вселената автор Семиков Сергей Александрович

§ 3.13 Ядрени реакции и дефект на масата Всички промени в природата, които се случват, са такива състояния, че колкото е взето от едно тяло, толкова ще се добави към друго. Така че, ако някаква материя намалее някъде, тя ще се размножи на друго място... Това универсално природно

План:

    Въведение
  • 1 композитно ядро
    • 1.1 Енергия на възбуждане
    • 1.2 Реакционни канали
  • 2 Напречно сечение на ядрена реакция
    • 2.1 Реакционен добив
  • 3 Директни ядрени реакции
  • 4 Закони за запазване при ядрени реакции
    • 4.1 Закон за запазване на енергията
    • 4.2 Закон за запазване на импулса
    • 4.3 Закон за запазване на ъгловия импулс
    • 4.4 Други закони за опазване
  • 5 Видове ядрени реакции
    • 5.1 Ядрено делене
    • 5.2 Термоядрен синтез
    • 5.3 фотоядрена реакция
    • 5.4 Други
  • 6 Записване на ядрени реакции
    • Бележки

Въведение

Ядрена реакция на литий-6 с деутерий 6 Li(d,α)α

ядрена реакция- процесът на образуване на нови ядра или частици при сблъсъци на ядра или частици. За първи път Ръдърфорд наблюдава ядрена реакция през 1919 г., бомбардирайки ядрата на азотните атоми с α-частици, това е записано чрез появата на вторични йонизиращи частици, които имат обхват в газа, по-голям от обхвата на α-частиците и идентифицирани като протони. Впоследствие бяха получени снимки на този процес с помощта на облачна камера.

Според механизма на взаимодействие ядрените реакции се разделят на два вида:

  • реакции с образуване на сложно ядро, това е двуетапен процес, който протича при не много висока кинетична енергия на сблъскващи се частици (до около 10 MeV).
  • директни ядрени реакции ядрено временеобходими за преминаването на частицата през ядрото. Този механизъм се проявява главно при много високи енергии на бомбардиращите частици.

Ако след сблъсък оригиналните ядра и частици са запазени и не се раждат нови, тогава реакцията е еластично разсейване в полето на ядрените сили, придружено само от преразпределение на кинетичната енергия и импулса на частицата и целта ядро, и се нарича потенциално разсейване .


1. Съставно ядро

Теорията за реакционния механизъм с образуване на сложно ядро ​​е разработена от Нилс Бор през 1936 г. заедно с теорията на капковия модел на ядрото и е в основата на съвременните представи за голяма част от ядрените реакции.

Според тази теория ядрена реакция протича на два етапа. В началото първоначалните частици образуват междинно (композитно) ядро ​​за ядрено време, тоест времето, необходимо на частицата да премине през ядрото, приблизително равно на 10 −23 - 10 −21 s. В този случай съставното ядро ​​​​винаги се образува във възбудено състояние, тъй като има излишна енергия, донесена от частицата към ядрото под формата на енергията на свързване на нуклона в съставното ядро ​​​​и част от неговата кинетична енергия, която е равна на сумата от кинетичната енергия на целевото ядро ​​с масово числои частици в центъра на инерционната система.


1.1. Енергия на възбуждане

Енергията на възбуждане на съставно ядро, образувано от поглъщането на свободен нуклон, е равна на сумата от енергията на свързване на нуклона и част от неговата кинетична енергия:

Най-често, поради голямата разлика в масите на ядрото и нуклона, тя е приблизително равна на кинетичната енергия на нуклона, бомбардиращ ядрото.

Средно енергията на свързване е 8 MeV, варираща в зависимост от характеристиките на полученото съставно ядро, но за дадени целеви ядра и нуклони тази стойност е константа. Кинетичната енергия на бомбардиращата частица може да бъде всякаква, например, когато ядрените реакции се възбуждат от неутрони, чийто потенциал няма кулонова бариера, стойността може да бъде близка до нула. Така енергията на свързване е минималната енергия на възбуждане на съставното ядро.


1.2. Реакционни канали

Преходът към невъзбудено състояние може да се осъществи по различни начини, т.нар реакционни канали. Видовете и квантовото състояние на инцидентните частици и ядра преди началото на реакцията определят входен каналреакции. След завършване на реакцията се образува наборът реакционни продуктии техните квантови състояния определя изходен каналреакции. Реакцията се характеризира изцяло с входни и изходни канали.

Реакционните канали не зависят от метода на образуване на съставното ядро, което може да се обясни с дългия живот на съставното ядро, изглежда "забравя" как е образувано, следователно образуването и разпадането на съставното ядро ​​​​може да се разглеждат като независими събития. Например, той може да се образува като съставно ядро ​​във възбудено състояние в една от следните реакции:

Впоследствие, при условие на същата енергия на възбуждане, това съединение ядро ​​може да се разпадне по обратния начин на всяка от тези реакции с определена вероятност, независимо от историята на произхода на това ядро. Вероятността за образуване на сложно ядро ​​зависи от енергията и от типа на целевото ядро.


2. Напречно сечение на ядрена реакция

Вероятността за реакция се определя от така нареченото ядрено напречно сечение на реакцията. В лабораторната референтна рамка (където целевото ядро ​​е в покой) вероятността за взаимодействие за единица време е равна на произведението на напречното сечение (изразено в единици площ) и потока от падащи частици (изразен в броя на частици, пресичащи единица площ за единица време). Ако за един входен канал могат да се реализират няколко изходни канала, тогава съотношението на вероятностите на изходните канали на реакцията е равно на съотношението на техните напречни сечения. В ядрената физика напречните сечения на реакциите обикновено се изразяват в специални единици - хамбари, равни на 10 −24 cm².


2.1. Реакционен добив

Нарича се броят на случаите на реакция, свързани с броя на частиците, бомбардиращи целта ядрена реакция. Тази стойност се определя експериментално при количествени измервания. Тъй като добивът е пряко свързан с напречното сечение на реакцията, измерването на добива е по същество измерване на напречното сечение на реакцията.

3. Директни ядрени реакции

Протичането на ядрените реакции е възможно и чрез механизма на директно взаимодействие, като основно такъв механизъм се проявява при много високи енергии на бомбардиращите частици, когато нуклоните на ядрото могат да се считат за свободни. Директните реакции се различават от механизма на съединението на ядрото главно в разпределението на векторите на импулса на частиците на продукта по отношение на импулса на бомбардиращите частици. За разлика от сферичната симетрия на механизма на съставното ядро, директното взаимодействие се характеризира с преобладаващата посока на полет на реакционните продукти напред спрямо посоката на движение на падащите частици. Енергийните разпределения на частиците на продукта в тези случаи също са различни. Директното взаимодействие се характеризира с излишък от високоенергийни частици. При сблъсъци с ядра на сложни частици (тоест други ядра) са възможни процесите на прехвърляне на нуклони от ядро ​​към ядро ​​или обмен на нуклони. Такива реакции протичат без образуването на съставно ядро ​​и всички характеристики на директно взаимодействие са присъщи на тях.


4. Закони за запазване при ядрени реакции

При ядрените реакции са изпълнени всички закони за запазване на класическата физика. Тези закони налагат ограничения върху възможността за ядрена реакция. Дори енергийно благоприятен процес винаги се оказва невъзможен, ако е придружен от нарушение на някакъв закон за опазване. Освен това има закони за опазване, специфични за микросвета; някои от тях винаги се изпълняват, доколкото е известно (законът за запазване на барионното число, лептонното число); други закони за запазване (изоспин, паритет, странност) само потискат определени реакции, тъй като те не са удовлетворени за някои от фундаменталните взаимодействия. Последиците от законите за опазване са т. нар. правила за подбор, посочващи възможността или забрана на определени реакции.


4.1. Закон за запазване на енергията

Ако , , , са общите енергии на две частици преди и след реакцията, тогава въз основа на закона за запазване на енергията:

Когато се образуват повече от две частици, броят на термините от дясната страна на този израз трябва да бъде съответно по-голям. Общата енергия на една частица е равна на нейната енергия на покой Mc 2 и кинетична енергия Е, Ето защо:

Разликата между общата кинетична енергия на частиците на "изхода" и "входа" на реакцията В = (Е 3 + Е 4) − (Е 1 + Е 2) Наречен реакционна енергия(или енергийния добив на реакцията). Удовлетворява условието:

Множител 1/ ° С 2 обикновено се пропуска при изчисляване на енергийния баланс, изразявайки масите на частиците в енергийни единици (или понякога енергия в единици за маса).

Ако В> 0, тогава реакцията се придружава от освобождаване на свободна енергия и се нарича екзоенергетичен , ако В < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется ендоенергетичен .

Лесно е да се види това В> 0, когато сумата от масите на частиците-продукти е по-малка от сумата от масите на изходните частици, тоест освобождаването на свободна енергия е възможно само чрез намаляване на масите на реагиращите частици. И обратно, ако сумата от масите на вторичните частици надвишава сумата от масите на първоначалните, тогава такава реакция е възможна само ако се изразходва определено количество кинетична енергия за увеличаване на енергията на покой, т.е. масите от нови частици. Минималната стойност на кинетичната енергия на падащата частица, при която е възможна ендоенергийна реакция, се нарича прагова реакционна енергия. Ендоенергийните реакции се наричат ​​още прагови реакции, тъй като те не се появяват при енергии на частиците под прага.


4.2. Закон за запазване на импулса

Общият импулс на частиците преди реакцията е равен на общия импулс на частиците-продукти на реакцията. Ако , , , са векторите на импулса на две частици преди и след реакцията, тогава

Всеки от векторите може да бъде независимо измерен експериментално, например с магнитен спектрометър. Експерименталните данни показват, че законът за запазване на импулса е валиден както при ядрени реакции, така и при процесите на разсейване на микрочастици.


4.3. Закон за запазване на ъгловия импулс

Ъгловият импулс също се запазва при ядрените реакции. В резултат на сблъсъка на микрочастици се образуват само такива съставни ядра, чийто ъглов импулс е равен на една от възможните стойности на момента, получен чрез добавяне на присъщите механични моменти (завъртания) на частиците и момента на тяхното относително движение (орбитален момент). Каналите на разпад на съставното ядро ​​също могат да бъдат само такива, че общият ъглов импулс (сумата от спиновия и орбиталния моменти) да се запази.


4.4. Други закони за опазване

  • при ядрените реакции се запазва електрически заряд - алгебричният сбор от елементарните заряди преди реакцията е равен на алгебричния сбор от зарядите след реакцията.
  • при ядрените реакции броят на нуклоните се запазва, което в най-общите случаи се интерпретира като запазване на барионното число. Ако кинетичните енергии на сблъскващите се нуклони са много високи, тогава са възможни реакции на производството на нуклонни двойки. Тъй като на нуклони и антинуклони се приписват противоположни знаци, алгебричната сума на барионните числа винаги остава непроменена във всеки процес.
  • при ядрени реакции броят на лептоните се запазва (по-точно разликата между броя на лептоните и броя на антилептоните, вижте Лептоново число).
  • при ядрени реакции, протичащи под въздействието на ядрени или електромагнитни сили, се запазва четността на вълновата функция, която описва състоянието на частиците преди и след реакцията. Паритетът на вълновата функция не се запазва при трансформации поради слаби взаимодействия.
  • при ядрени реакции поради силни взаимодействия изотопният спин се запазва. Слабите и електромагнитните взаимодействия не запазват изоспините.

5. Видове ядрени реакции

Ядрените взаимодействия с частици са от много разнообразно естество, техните видове и вероятностите за конкретна реакция зависят от вида на бомбардиращите частици, целевите ядра, енергиите на взаимодействащите частици и ядра и много други фактори.

5.1. Ядрено делене

Ядрено делене- процесът на разделяне на атомно ядро ​​на две (рядко три) ядра с подобни маси, наречени фрагменти на делене. В резултат на деленето могат да се появят и други реакционни продукти: леки ядра (главно алфа частици), неутрони и гама кванти. Разделянето може да бъде спонтанно (спонтанно) и принудително (в резултат на взаимодействие с други частици, предимно с неутрони). Разделянето на тежки ядра е екзотермичен процес, който освобождава голям бройенергия под формата на кинетична енергия на реакционните продукти, както и радиация.

Ядреното делене е източникът на енергия в ядрени реактории ядрени оръжия.


5.2. Термоядрен синтез

При нормални температури сливането на ядрата е невъзможно, тъй като положително заредените ядра изпитват огромни кулонови отблъскващи сили. За синтеза на леки ядра е необходимо те да се приближат на разстояние от около 10 −15 m, при което действието на привличащите ядрени сили ще надвишава кулоновските сили на отблъскване. За да се случи сливането на ядрата, е необходимо да се увеличи тяхната подвижност, тоест да се увеличи кинетичната им енергия. Това се постига чрез повишаване на температурата. Благодарение на получената топлинна енергия подвижността на ядрата се увеличава и те могат да се приближават едно към друго на толкова близки разстояния, че под действието на ядрените кохезионни сили ще се слеят в ново, по-сложно ядро. В резултат на сливането на леки ядра се освобождава много енергия, тъй като новото образувано ядро ​​има голяма специфична енергиявръзки, отколкото оригиналните ядра. термоядрена реакция- това е екзоенергийна реакция на синтез на леки ядра при много висока температура (10 7 К).

На първо място, сред тях трябва да се отбележи много често срещаната на Земята реакция между два изотопа (деутерий и тритий) на водорода, в резултат на което се образува хелий и се отделя неутрон. Реакцията може да се запише като

+ енергия (17,6 MeV).

Освободената енергия (произтичаща от факта, че хелий-4 има много силни ядрени връзки) се превръща в кинетична енергия, по-голямата част от която, 14,1 MeV, носи неутрона със себе си като по-лека частица. Полученото ядро ​​е здраво свързано, поради което реакцията е толкова силно екзоенергийна. Тази реакция се характеризира с най-ниската кулонова бариера и висок добив, така че е от особен интерес за термоядрен синтез.

Термоядрената реакция се използва в термоядрените оръжия и се изследва за възможни приложения в енергийния сектор, ако проблемът с контролирането на термоядрен синтез бъде решен.


5.3. фотоядрена реакция

Когато гама квантът се абсорбира, ядрото получава излишък от енергия, без да променя нуклонния си състав, а ядрото с излишък от енергия е сложно ядро. Подобно на други ядрени реакции, поглъщането на гама-квант от ядрото е възможно само ако са изпълнени необходимите съотношения на енергия и спин. Ако енергията, предадена на ядрото, надвишава енергията на свързване на нуклона в ядрото, тогава разпадането на полученото сложно ядро ​​се случва най-често с излъчване на нуклони, главно неутрони. Такъв разпад води до ядрени реакции и , които се наричат фотоядрени явлението нуклонна емисия в тези реакции - ядрен фотоелектричен ефект.


5.4. Друго

6. Записване на ядрени реакции

Ядрените реакции се записват под формата на специални формули, в които се срещат обозначенията на атомните ядра и елементарните частици.

Първи начинписането на формули за ядрени реакции е подобно на писането на формули за химични реакции, тоест сумата от първоначалните частици се записва отляво, сумата от получените частици (продукти на реакцията) се записва отдясно и се поставя стрелка между тях.

Така реакцията на радиационно улавяне на неутрон от ядро ​​на кадмий-113 се записва по следния начин:

Виждаме, че броят на протоните и неутроните отдясно и отляво остава същият (барионното число се запазва). Същото се отнася и за електрически заряди, лептонни числа и други величини (енергия, импулс, ъглов импулс, ...). При някои реакции, в които участва слабото взаимодействие, протоните могат да се превърнат в неутрони и обратно, но общият им брой не се променя.

Втори начиннотация, по-удобна за ядрената физика, има формата A (a, bcd…) B, където НО- целево ядро а- бомбардираща частица (включително ядрото), б, в, г, ...- излъчени частици (включително ядра), AT- остатъчно ядро. По-леките продукти на реакцията са изписани в скоби, по-тежките продукти се изписват отвън. Така че, горната реакция на улавяне на неутрони може да се запише по следния начин:

Реакциите често са наименувани на комбинацията от инцидентни и излъчени частици в скоби; да, по-горе типичен пример (н, γ)-реакции.

Първото принудително ядрено превръщане на азота в кислород, което е извършено от Ръдърфорд чрез бомбардиране на азот с алфа частици, се записва като формулата

Къде е ядрото на водороден атом, протон.

В "химическата" нотация тази реакция изглежда така

Изтегли .

Ние също препоръчваме

Зареждане...Зареждане...