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Fusion nucléaire froide dans une cellule vivante. Réactions nucléaires

RÉACTIONS NUCLÉAIRES DANS LA NATURE - sont divisées en 2 classes: les réactions thermonucléaires et les réactions sous l'action des particules nucléaires et la fission nucléaire. Les premiers nécessitent une température de ~ plusieurs millions de degrés pour leur mise en oeuvre et n'interviennent qu'à l'intérieur des étoiles ou lors d'explosions de bombes H. Ces derniers se produisent dans l'atmosphère et la lithosphère en raison du rayonnement cosmique et des particules nucléaires actives dans les couches supérieures de la Terre. Les particules cosmiques rapides (énergie moyenne ~2 10 9 eV), pénétrant dans l'atmosphère terrestre, provoquent souvent une scission complète des atomes atmosphériques (N, O) en fragments nucléaires plus légers, y compris neutrons. Le taux de formation de ce dernier atteint 2,6 neutrons (cm -2 sec -1). Les neutrons interagissent principalement avec l'azote atmosphérique, fournissant une production constante de radioactivité isotopes carbone C 14 (T 1/2 = 5568 ans) et tritium H 3 (T 1/2 = 12,26 ans) selon les réactions suivantes N 14 + P\u003d C 14 + H 1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. La formation annuelle de radiocarbone dans l'atmosphère terrestre est d'environ 10 kg. La formation de Be 7 et de Cl 39 radioactifs dans l'atmosphère a également été notée. Les réactions nucléaires dans la lithosphère se produisent principalement en raison des particules α et des neutrons qui résultent de la désintégration d'éléments radioactifs à longue durée de vie (principalement U et Th). Il est à noter l'accumulation de He 3 dans certains ml contenant du Li (cf. isotopes de l'hélium en géologie), la formation d'isotopes individuels du néon dans l'euxénite, la monazite et d'autres m-lahs selon les réactions: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . La formation des isotopes de l'argon dans les substances radioactives selon les réactions : Cl 35 + Non = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Lors de la fission spontanée et induite par les neutrons de l'uranium, on observe la formation d'isotopes lourds du krypton et du xénon (voir méthode de détermination de l'âge absolu du xénon). Dans le m-lakh de la lithosphère, clivage artificiel noyaux atomiques provoque l'accumulation de certains isotopes à hauteur de 10 -9 -10 -12% de la masse de m-la.

Dictionnaire géologique : en 2 volumes. - M. : Nedra. Edité par K. N. Paffengolts et al.. 1978 .

Voyez ce que "RÉACTIONS NUCLÉAIRES DANS LA NATURE" est dans d'autres dictionnaires :

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    Réactions nucléaires entre atomes légers. noyaux apparaissant à des températures très élevées (=108K et plus). Des températures élevées, c'est-à-dire des énergies relatives suffisamment grandes des noyaux en collision, sont nécessaires pour surmonter l'électrostatique. barrière, ... ... Encyclopédie physique

    Chim. transformations et processus nucléaires, dans lesquels l'apparition d'une particule active intermédiaire (un radical libre, un atome, une molécule excitée dans les transformations chimiques, un neutron dans les processus nucléaires) provoque une chaîne de transformations des initiales en c. Exemples de chim. C. r... Encyclopédie chimique

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Livres

  • Obtention d'énergie nucléaire et de métaux rares et précieux à la suite de transformations nucléaires. Énergie de liaison et énergie potentielle de l'interaction électrique des charges électriques dans le neutron, le deutéron, le tritium, l'hélium-3 et l'hélium-4
  • Obtention d'énergie nucléaire et de métaux rares et précieux à la suite de transformations nucléaires. Énergie de liaison et énergie potentielle de l'interaction électrique des charges électriques dans le neutron, Deuter, Larin V.I.

Rachek Maria, Yesman Vitalia, Rumyantseva Victoria

Ce projet de recherche réalisé par des élèves de 9ème. C'est une tâche de premier plan dans l'étude par les écoliers du sujet "Les structures de l'atome et du noyau atomique. L'utilisation de l'énergie des noyaux atomiques" dans le cours de physique de 9e année. L'objectif du projet est de clarifier les conditions d'apparition des réactions nucléaires et les principes de fonctionnement des centrales nucléaires.

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Aperçu:

Établissement d'enseignement budgétaire municipal

Moyen école polyvalente № 14

Nom du héros de l'Union soviétique

Anatoly Perfiliev

G . Alexandrov

Travail de recherche en physique

"Réactions nucléaires"

Complété

élèves

Classe 9B :

Rachelk Maria,

Rumyantseva Victoria,

Yesman Vitalia

prof

Romanova O.G.

2015

Plan de projet

introduction

Partie théorique

  • Pouvoir nucléaire.

Conclusion

Bibliographie

introduction

Pertinence :

L'un des problèmes les plus importants auxquels l'humanité est confrontée est le problème de l'énergie. La consommation d'énergie augmente si rapidement que les réserves de carburant actuellement connues seront épuisées dans un délai relativement court. Le problème de la "faim énergétique" n'est pas résolu par l'utilisation d'énergie provenant de sources dites renouvelables (énergie des rivières, du vent, du soleil, vagues de la mer, la chaleur profonde de la Terre), car ils peuvent fournir meilleur cas seulement 5 à 10 % de nos besoins. À cet égard, au milieu du XXe siècle, il est devenu nécessaire de rechercher de nouvelles sources d'énergie.

À l'heure actuelle, la véritable contribution à l'approvisionnement en énergie est apportée par énergie nucléaire, à savoir les centrales nucléaires (en abrégé NPP). Par conséquent, nous avons décidé de découvrir si les centrales nucléaires sont utiles à l'humanité.

Objectifs du travail :

  1. Découvrez les conditions d'apparition des réactions nucléaires.
  2. Découvrez les principes de fonctionnement des centrales nucléaires, ainsi que savoir si cela a un effet bon ou mauvais sur environnement et par personne.

Afin d'atteindre l'objectif, nous avons défini les éléments suivants Tâches:

  1. Apprenez la structure de l'atome, sa composition, ce qu'est la radioactivité.
  2. Explorez l'atome d'uranium. Explorez une réaction nucléaire.
  3. Explorer le principe de fonctionnement des moteurs nucléaires.

Méthodes de recherche:

  1. Partie théorique - lecture de littérature sur les réactions nucléaires.

Partie théorique.

Histoire de l'atome et de la radioactivité. La structure de l'atome.

L'hypothèse selon laquelle tous les corps sont constitués de minuscules particules a été faite par anciens philosophes grecs Leucippe et Démocrite il y a environ 2500 mille ans. Ces particules sont appelées « atome », ce qui signifie « indivisible ». Un atome est la plus petite particule de matière, la plus simple, n'ayant pas de parties constituantes.

Mais vers le milieu du XIXe siècle, des faits expérimentaux ont commencé à apparaître qui remettent en cause l'idée de l'indivisibilité des atomes. Les résultats de ces expériences suggèrent que les atomes ont une structure complexe et qu'ils contiennent des particules chargées électriquement.

La preuve la plus frappante structure complexe l'atome a été la découverte du phénomèneradioactivitéprises par le physicien français Henri Becquerel en 1896. Il a découvert que l'élément chimique uranium émet spontanément (c'est-à-dire sans interactions externes) des rayons invisibles jusque-là inconnus, qui ont ensuite été nommésrayonnement radioactif. Étant donné que le rayonnement radioactif a propriétés insolites, de nombreux scientifiques ont commencé à l'étudier. Il s'est avéré que non seulement l'uranium, mais aussi certains autres éléments chimiques (par exemple, le radium) émettent également spontanément des rayons radioactifs. La capacité des atomes de certains éléments chimiques au rayonnement spontané a commencé à être appelée radioactivité (du latin radio - je rayonne et activus - efficace).

Becquerel a eu l'idée : toute luminescence n'est-elle pas accompagnée de rayons X ? Pour tester sa conjecture, il a pris plusieurs composés, dont l'un des sels d'uranium, qui phosphorescent la lumière jaune-vert. Après l'avoir éclairé avec la lumière du soleil, il a enveloppé le sel dans du papier noir et l'a placé dans un placard sombre sur une plaque photographique, également enveloppée dans du papier noir. Quelque temps plus tard, ayant montré l'assiette, Becquerel a bien vu l'image d'un morceau de sel. Mais rayonnement luminescent ne pouvait pas traverser le papier noir, et seuls les rayons X pouvaient éclairer la plaque dans ces conditions. Becquerel a répété l'expérience plusieurs fois avec un égal succès. Fin février 1896, lors d'une réunion de l'Académie française des sciences, il fait un rapport sur radiographies substances phosphorescentes. Après un certain temps, une plaque a été accidentellement développée dans le laboratoire de Becquerel, sur laquelle reposait du sel d'uranium, non irradié par la lumière du soleil. Bien sûr, elle n'a pas phosphorescent, mais l'empreinte sur la plaque s'est avérée. Puis Becquerel a commencé à éprouver différentes connexions et les minéraux d'uranium (y compris ceux qui ne présentent pas de phosphorescence), ainsi que l'uranium métallique. L'assiette était allumée en permanence. En plaçant une croix métallique entre le sel et l'assiette, Becquerel a obtenu les faibles contours de la croix sur l'assiette. Ensuite, il est devenu clair que de nouveaux rayons ont été découverts qui traversent des objets opaques, mais ne sont pas des rayons X.

Becquerel partage sa découverte avec les scientifiques avec lesquels il a collaboré. En 1898, Marie Curie et Pierre Curie ont découvert la radioactivité du thorium, et plus tard ils ont découvert les éléments radioactifs polonium et radium. Ils ont découvert que tous les composés d'uranium et, dans une large mesure, l'uranium lui-même, ont la propriété de la radioactivité naturelle. Becquerel revient aux luminophores qui l'intéressent. Certes, il a fait une autre découverte majeure liée à la radioactivité. Une fois, pour une conférence publique, Becquerel a eu besoin d'une substance radioactive, il l'a prise aux Curies et a mis le tube à essai dans la poche de sa veste. Après avoir donné une conférence, il a rendu la préparation radioactive aux propriétaires et le lendemain, il a constaté une rougeur de la peau sous la forme d'un tube à essai sur le corps sous la poche du gilet. Becquerel en a parlé à Pierre Curie, et il a mis en place une expérience : pendant dix heures, il a porté un tube à essai avec du radium attaché à son avant-bras. Quelques jours plus tard, il a également développé des rougeurs, qui se sont ensuite transformées en un ulcère sévère, dont il a souffert pendant deux mois. Ainsi, l'effet biologique de la radioactivité a été découvert pour la première fois.

En 1899, à la suite d'une expérience menée sous la direction du physicien anglais Ernest Rutherford, il a été constaté que le rayonnement radioactif du radium est inhomogène, c'est-à-dire a une composition complexe. Au milieu, il y a un flux (rayonnement) qui n'a pas de charge électrique et 2 flux de particules chargées alignés sur les côtés. Les particules chargées positivement étaient appelées particules alpha, qui sont des atomes d'hélium entièrement ionisés, et les particules chargées négativement, les particules bêta, qui sont des électrons. Les neutres sont appelés particules gamma ou quanta gamma. Le rayonnement gamma, comme il s'est avéré plus tard, est l'une des gammes de rayonnement électromagnétique.

Parce que l'on savait que l'atome dans son ensemble est neutre, le phénomène de la radioactivité a permis aux scientifiques de créer un modèle approximatif de l'atome. Le premier à le faire fut le physicien anglais Joseph John Thomson, qui créa l'un des premiers modèles d'atome en 1903. Le modèle était une sphère, dans tout le volume de laquelle une charge positive était uniformément répartie. À l'intérieur de la balle se trouvaient des électrons, chacun pouvant faire mouvements oscillatoires autour de sa position d'équilibre. Le modèle ressemblait à un gâteau avec des raisins secs en forme et en structure. La charge positive est égale en valeur absolue à la charge négative totale des électrons, donc la charge de l'atome dans son ensemble est nulle.

Le modèle de Thomson de la structure de l'atome nécessitait une vérification expérimentale, qui fut reprise en 1911 par Rutherford. Il a mené des expériences et est arrivé à la conclusion que le modèle de l'atome est une boule, au centre de laquelle se trouve un noyau chargé positivement, qui occupe un petit volume de l'atome entier. Les électrons se déplacent autour du noyau, dont la masse est bien moindre. Un atome est électriquement neutre car la charge du noyau est égale au module de la charge totale des électrons. Rutherford a également découvert que le noyau d'un atome a un diamètre d'environ 10-14 – 10 -15 m, c'est-à-dire il est des centaines de milliers de fois plus petit qu'un atome. C'est le noyau qui subit une modification lors des transformations radioactives, c'est-à-dire la radioactivité est la capacité de certains noyaux atomiques à se transformer spontanément en d'autres noyaux avec émission de particules. Afin d'enregistrer (voir) les particules, en 1908, le physicien allemand Hans Geiger a inventé le soi-disant compteur Geiger.

Plus tard, les particules chargées positivement dans un atome ont été appelées protons et négatives - neutrons. Les protons et les neutrons sont collectivement connus sous le nom de nucléons.

fission de l'uranium. Réaction en chaîne.

La fission des noyaux d'uranium lors de son bombardement avec des neutrons a été découverte en 1939 par les scientifiques allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann.

Considérons le mécanisme de ce phénomène. Après avoir absorbé un neutron supplémentaire, le noyau entre en action et se déforme, acquérant une forme allongée.

Il existe 2 types de forces dans le noyau : les forces électrostatiques répulsives entre les protons, tendant à casser le noyau, et les forces nucléaires d'attraction entre tous les nucléons, grâce auxquelles le noyau ne se désintègre pas. Mais les forces nucléaires sont à courte portée, donc dans un noyau allongé, elles ne peuvent plus retenir les parties du noyau qui sont très éloignées les unes des autres. Sous l'action des forces électrostatiques, le noyau est déchiré en deux parties, qui se dispersent dans des directions différentes à grande vitesse et émettent 2-3 neutrons. Partie énergie interne passe en cinétique. Les fragments du noyau ralentissent rapidement dans l'environnement, à la suite de quoi leur énergie cinétique est convertie en énergie interne de l'environnement. Avec la fission simultanée d'un grand nombre de noyaux d'uranium, l'énergie interne du milieu entourant l'uranium et, par conséquent, sa température augmentent. Ainsi, la réaction de fission des noyaux d'uranium s'accompagne d'un dégagement d'énergie dans l'environnement. L'énergie est colossale. Avec la fission complète de tous les noyaux présents dans 1 g d'uranium, on libère autant d'énergie que lors de la combustion de 2,5 tonnes de pétrole. Pour convertir l'énergie interne des noyaux atomiques en énergie électrique, réactions en chaîne la fission nucléaire, basée sur le fait que 2-3 neutrons libérés lors de la fission du premier noyau peuvent participer à la fission d'autres noyaux qui les capturent. Pour maintenir la continuité de la réaction en chaîne, il est important de prendre en compte la masse d'uranium. Si la masse d'uranium est trop petite, les neutrons s'envolent sans rencontrer le noyau sur leur chemin. La réaction en chaîne s'arrête. Plus la masse d'un morceau d'uranium est grande, plus ses dimensions sont grandes et plus le chemin que les neutrons y parcourent est long. La probabilité que des neutrons rencontrent des noyaux atomiques augmente. En conséquence, le nombre de fissions nucléaires et le nombre de neutrons émis augmentent. Le nombre de neutrons apparus après la fission des noyaux est égal au nombre de neutrons perdus, la réaction peut donc continuer longue durée. Pour que la réaction ne s'arrête pas, il faut prendre une masse d'uranium certaine valeur- critique. Si la masse d'uranium est plus que critique, alors à la suite d'une forte augmentation des neutrons libres, la réaction en chaîne conduit à une explosion.

Réacteur nucléaire. Réaction nucléaire. Conversion de l'énergie interne des noyaux atomiques en énergie électrique.

Réacteur nucléaire - Il s'agit d'un appareil dans lequel s'effectue une réaction nucléaire en chaîne contrôlée, accompagnée d'un dégagement d'énergie. Le premier réacteur nucléaire, appelé SR-1, a été construit en décembre 1942 aux États-Unis sous la direction d'E. Fermi. À l'heure actuelle, selon l'AIEA, il y a 441 réacteurs dans le monde dans 30 pays. 44 autres réacteurs sont en construction.

Dans un réacteur nucléaire, l'uranium 235 est principalement utilisé comme matière fissile. Un tel réacteur est appelé réacteur à neutrons lents. modérateur Les neutrons peuvent être différentes substances :

  1. L'eau . Les avantages de l'eau ordinaire en tant que modérateur sont sa disponibilité et son faible coût. Les inconvénients de l'eau sont basse températureébullition (100 °C à une pression de 1 atm) et absorption de neutrons thermiques. Le premier inconvénient est éliminé en augmentant la pression dans le circuit primaire. L'absorption des neutrons thermiques par l'eau est compensée par l'utilisation de combustible nucléaire à base d'uranium enrichi.
  2. Eau lourde . L'eau lourde diffère peu de l'eau ordinaire dans ses propriétés chimiques et thermophysiques. Il n'absorbe pratiquement pas les neutrons, ce qui permet d'utiliser l'uranium naturel comme combustible nucléaire dans les réacteurs à modérateur à eau lourde. L'inconvénient de l'eau lourde est son coût élevé.
  3. Graphite . Le graphite de réacteur est obtenu artificiellement à partir d'un mélange de coke de pétrole et de goudron de houille. Tout d'abord, les blocs sont pressés à partir du mélange, puis ces blocs sont traités thermiquement à haute température. Le graphite a une densité de 1,6-1,8 g/cm3. Il se sublime à une température de 3800-3900 °C. Le graphite chauffé dans l'air à 400 °C s'enflamme. Ainsi, dans les réacteurs de puissance, il est contenu dans une atmosphère de gaz inerte (hélium, azote).
  4. Béryllium . L'un des meilleurs ralentisseurs. Il a un point de fusion (1282°C) et une conductivité thermique élevés, et est compatible avec le dioxyde de carbone, l'eau, l'air et certains métaux liquides. Cependant, l'hélium apparaît dans la réaction de seuil, par conséquent, sous irradiation intense avec des neutrons rapides, du gaz s'accumule à l'intérieur du béryllium, sous la pression duquel le béryllium gonfle. L'utilisation du béryllium est également limitée par son coût élevé. De plus, le béryllium et ses composés sont hautement toxiques. Le béryllium est utilisé pour fabriquer des réflecteurs et des déplaceurs d'eau dans le cœur des réacteurs de recherche.

Parties d'un réacteur à neutrons lents: dans le cœur se trouvent du combustible nucléaire sous forme de barres d'uranium et un modérateur de neutrons (par exemple, de l'eau), un réflecteur (une couche de matière qui entoure le cœur) et une coque de protection en béton. La réaction est contrôlée par des barres de contrôle qui absorbent efficacement les neutrons. Pour démarrer le réacteur, ils sont progressivement retirés du cœur. Les neutrons et les fragments de noyaux formés lors de cette réaction, s'envolant à grande vitesse, tombent dans l'eau, entrent en collision avec les noyaux des atomes d'hydrogène et d'oxygène et leur cèdent une partie de leur énergie cinétique. Dans le même temps, l'eau se réchauffe et, après un certain temps, les neutrons ralentis retombent dans les barres d'uranium et participent à la fission nucléaire. La zone active est reliée à l'échangeur de chaleur au moyen de tuyaux, formant le premier circuit fermé. Des pompes y assurent la circulation de l'eau. L'eau chauffée passe à travers l'échangeur de chaleur, chauffe l'eau dans le serpentin secondaire et la transforme en vapeur. Ainsi, l'eau du cœur sert non seulement de modérateur de neutrons, mais également de liquide de refroidissement qui évacue la chaleur. Ensuite, l'énergie de la vapeur dans le serpentin est convertie en énergie électrique. La vapeur fait tourner la turbine, qui entraîne le rotor du générateur. courant électrique. La vapeur d'échappement entre dans le condenseur et se transforme en eau. Ensuite, tout le cycle est répété.

moteur nucléaireutilise l'énergie de la fission ou de la fusion nucléaire pour créer une poussée de jet. Le moteur nucléaire traditionnel dans son ensemble est une conception d'un réacteur nucléaire et du moteur lui-même. Le fluide de travail (le plus souvent - l'ammoniac ou l'hydrogène) est fourni du réservoir au cœur du réacteur, où, en passant par les canaux chauffés par la réaction de désintégration nucléaire, il est chauffé à des températures élevées puis éjecté à travers la buse, créant une poussée de jet .

Pouvoir nucléaire.

Pouvoir nucléaire- un domaine technologique basé sur l'utilisation de la réaction de fission des noyaux atomiques pour générer de la chaleur et générer de l'électricité. Le secteur de l'énergie nucléaire est le plus important en France, en Belgique, en Finlande, en Suède, en Bulgarie et en Suisse, c'est-à-dire dans les pays industrialisés où les ressources énergétiques naturelles sont insuffisantes. Ces pays produisent entre un quart et la moitié de leur électricité à partir de centrales nucléaires.

Le premier réacteur européen a été créé en 1946 en Union soviétique sous la direction d'Igor Vasilyevich Kurchatov. En 1954, la première centrale nucléaire a été mise en service à Obninsk. Avantages des centrales nucléaires :

  1. Le principal avantage est l'indépendance pratique des sources de carburant en raison de la faible quantité de carburant utilisée. En Russie, cela est particulièrement important dans la partie européenne, car la livraison de charbon de Sibérie coûte trop cher. L'exploitation d'une centrale nucléaire est beaucoup moins chère qu'une centrale thermique. Certes, la construction d'une centrale thermique est moins chère que la construction d'une centrale nucléaire.
  2. Un énorme avantage d'une centrale nucléaire est sa relative propreté environnementale. Aux TPP, les émissions annuelles totales de substances nocives sont d'environ 13 000 tonnes par an pour le gaz et 165 000 tonnes pour les TPP de charbon pulvérisé. Il n'y a pas de telles émissions dans les centrales nucléaires. Les centrales thermiques consomment 8 millions de tonnes d'oxygène par an pour l'oxydation du combustible, tandis que les centrales nucléaires ne consomment pas du tout d'oxygène. De plus, une centrale au charbon donne un rejet spécifique plus élevé de substances radioactives. Le charbon contient toujours des substances radioactives naturelles; lorsque le charbon est brûlé, ils pénètrent presque complètement dans l'environnement extérieur. La plupart des radionucléides des centrales thermiques ont une longue durée de vie. La plupart des radionucléides des centrales nucléaires se désintègrent rapidement, devenant non radioactifs.
  3. Pour la plupart des pays, y compris la Russie, la production d'électricité dans les centrales nucléaires n'est pas plus chère que dans les centrales thermiques au charbon pulvérisé et, plus encore, au gazole. L'avantage des centrales nucléaires dans le coût de l'électricité produite est particulièrement perceptible lors des crises dites énergétiques qui ont débuté au début des années 1970. La chute des prix du pétrole réduit mécaniquement la compétitivité des centrales nucléaires.

L'utilisation des moteurs nucléaires à l'époque moderne.

Comme le Physique nucléaire la perspective de créer des centrales nucléaires se profile de plus en plus clairement. Le premier pas concret dans cette direction a été franchi par Union soviétique où en 1954 une centrale nucléaire a été construite.

En 1959 Le premier navire à propulsion nucléaire au monde, le brise-glace Lénine, a été mis en service sous le pavillon de l'URSS, guidant avec succès les navires marchands dans les conditions difficiles de l'Arctique.

DANS dernières années Au 19ème siècle, les puissants brise-glaces soviétiques à propulsion nucléaire Arktika et Sibir sont entrés dans la surveillance de l'Arctique...

L'énergie nucléaire a ouvert des opportunités particulièrement grandes pour les sous-marins, permettant de résoudre deux des problèmes les plus problèmes réels- augmenter la vitesse sous-marine et augmenter la durée de la nage sous l'eau sans faire surface. Après tout, les sous-marins diesel-électriques les plus avancés ne peuvent pas développer plus de 18 à 20 nœuds sous l'eau, et même cette vitesse n'est maintenue que pendant environ une heure, après quoi ils sont obligés de faire surface pour charger les batteries.

Dans de telles conditions, sous la direction du Comité central du PCUS et du gouvernement soviétique, une flotte de sous-marins atomiques a été créée dans notre pays dans les plus brefs délais. Les sous-marins soviétiques à propulsion nucléaire ont traversé à plusieurs reprises l'océan Arctique sous la glace, faisant surface dans la région du pôle Nord. A la veille du XXIII Congrès du PCUS, un groupe de sous-marins nucléaires a fait le tour du monde, passant environ 22 mille milles sous l'eau sans faire surface ...

La principale différence entre un sous-marin nucléaire et un sous-marin à vapeur est le remplacement d'une chaudière à vapeur par un réacteur dans lequel une réaction en chaîne contrôlée de fission d'atomes de combustible nucléaire est réalisée avec dégagement de chaleur utilisée pour produire de la vapeur dans une vapeur Générateur.

Centrale nucléaire créée pour les sous-marins point de vue réel non seulement pour rattraper en vitesse les navires de surface, mais aussi pour les surpasser. Comme nous le savons, dans un état submergé, un sous-marin ne subit pas de résistance aux vagues, pour surmonter les navires à déplacement de surface à grande vitesse qui dépensent la majeure partie de la puissance de la centrale électrique.

L'effet biologique du rayonnement.

Le rayonnement, de par sa nature même, est nocif pour la vie. De petites doses de rayonnement peuvent "déclencher" une chaîne d'événements pas encore entièrement comprise menant au cancer ou à des dommages génétiques. À fortes doses, les rayonnements peuvent détruire des cellules, endommager des tissus organiques et entraîner la mort d'un organisme. Les dommages causés par de fortes doses de rayonnement apparaissent généralement en quelques heures ou quelques jours. Les cancers, cependant, apparaissent de nombreuses années après l'exposition, généralement pas avant une à deux décennies. Et les malformations congénitales et autres maladies héréditaires causées par des dommages à l'appareil génétique, par définition, n'apparaissent que dans les générations suivantes ou suivantes : ce sont les enfants, les petits-enfants et les descendants plus éloignés d'un individu qui a été exposé aux radiations.

Selon le type de rayonnement, la dose de rayonnement et ses conditions, différentes sortes blessure par irradiation. Il s'agit de la maladie aiguë des rayons (ARS) - due à une exposition externe, de l'ARS - due à une exposition interne, de la maladie chronique des rayons, de diverses formes cliniques avec des lésions principalement locales des organes individuels, qui peuvent être caractérisées par une évolution aiguë, subaiguë ou chronique ; ce sont des conséquences à long terme, dont la plus importante est la survenue de tumeurs malignes ; processus dégénératifs et dystrophiques (cataracte, stérilité, changements sclérotiques). Cela inclut également les conséquences génétiques observées chez les descendants de parents exposés. Les rayonnements ionisants qui provoquent leur développement, en raison de leur grande capacité de pénétration, affectent les tissus, les cellules, les structures intracellulaires, les molécules et les atomes partout dans le corps.

Les êtres vivants réagissent différemment aux effets des rayonnements, et le développement des réactions aux rayonnements dépend largement de la dose de rayonnement. Il convient donc de distinguer : 1) l'impact des faibles doses, jusqu'à environ 10 rad ; 2) exposition à des doses moyennes couramment utilisées avec fins thérapeutiques, qui avoisinent leur limite supérieure d'exposition à des doses élevées. Lorsqu'elles sont exposées aux radiations, il y a des réactions qui se produisent immédiatement, des réactions précoces, ainsi que des manifestations tardives (à distance). Le résultat final de l'irradiation dépend souvent largement du débit de dose, conditions diverses l'irradiation et surtout sur la nature du rayonnement. Cela s'applique également au domaine d'application des rayonnements dans la pratique clinique à des fins thérapeutiques.

Les radiations affectent les gens différemment selon le sexe et l'âge, l'état du corps, son système immunitaire, etc., mais elles sont particulièrement fortes chez les nourrissons, les enfants et les adolescents.

Le cancer est la plus grave de toutes les conséquences de l'exposition humaine à de faibles doses. Enquêtes approfondies couvrant 100 000 survivants bombardements atomiques Hiroshima et Nagasaki ont montré qu'à ce jour, le cancer est la seule cause de surmortalité dans ce groupe de population.

Conclusion.

Après avoir mené des recherches, nous avons découvert que le combustible nucléaire et les moteurs nucléaires apportent de grands avantages aux humains. Grâce à eux, une personne a trouvé des sources de chaleur et d'énergie bon marché (une centrale nucléaire remplace plusieurs dizaines voire centaines de centrales thermiques conventionnelles pour une personne), a pu traverser la glace jusqu'au pôle Nord et couler au fond de l'océan. Mais tout cela ne fonctionne que lorsqu'il est appliqué correctement, c'est-à-dire dans la bonne quantité et uniquement à des fins pacifiques. Il y a eu de nombreux cas d'explosions de centrales nucléaires (Tchernobyl, Fukushima) et d'explosions de bombes atomiques (Hiroshima et Nagasaki).

Mais personne n'est à l'abri des conséquences des déchets radioactifs. De nombreuses personnes souffrent du mal des rayons et du cancer causé par les rayonnements. Mais nous pensons que dans quelques années, les scientifiques trouveront des méthodes pour éliminer les déchets radioactifs sans nuire à la santé et inventeront des remèdes pour toutes ces maladies.

Bibliographie.

  1. A.V. Pyorychkine, E.M. Gutnik. "Manuel de physique pour la 9e année".
  2. G.Kessler. "Énergie nucléaire".
  3. R. G. Perelman. "Moteurs nucléaires".
  4. E. Rutherford. Ouvrages scientifiques choisis. La structure de l'atome et la transformation artificielle.
  5. https://fr.wikipedia.org
Aperçu:

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Et la capacité d'utiliser l'énergie nucléaire à des fins à la fois constructives (énergie atomique) et destructrices (bombe atomique) est devenue, peut-être, l'une des inventions les plus importantes du XXe siècle dernier. Eh bien, au cœur de toute cette force formidable qui se cache dans les entrailles d'un minuscule atome se trouvent des réactions nucléaires.

Que sont les réactions nucléaires

En physique, les réactions nucléaires sont comprises comme le processus d'interaction d'un noyau atomique avec un autre noyau similaire ou avec diverses particules élémentaires, à la suite de quoi la composition et la structure du noyau changent.

Un peu d'histoire des réactions nucléaires

La première réaction nucléaire de l'histoire a été réalisée par le grand scientifique Rutherford en 1919 lors d'expériences visant à détecter des protons dans les produits de désintégration des noyaux. Le scientifique a bombardé des atomes d'azote avec des particules alpha, et lorsque les particules sont entrées en collision, une réaction nucléaire s'est produite.

Et voici à quoi ressemblait l'équation de cette réaction nucléaire. Rutherford est crédité de la découverte des réactions nucléaires.

Cela a été suivi par de nombreuses expériences de scientifiques sur la mise en œuvre divers types réactions nucléaires, par exemple, la réaction nucléaire provoquée par le bombardement de noyaux atomiques par des neutrons, qui a été réalisée par le remarquable physicien italien E. Fermi, était très intéressante et significative pour la science. En particulier, Fermi a découvert que les transformations nucléaires peuvent être causées non seulement par des neutrons rapides, mais aussi par des neutrons lents, qui se déplacent avec des vitesses thermiques. Soit dit en passant, les réactions nucléaires causées par l'exposition à la température sont appelées thermonucléaires. Quant aux réactions nucléaires sous l'influence des neutrons, elles ont très rapidement reçu leur développement dans la science, et quoi d'autre, lisez-les plus loin.

Formule typique d'une réaction nucléaire.

Quelles sont les réactions nucléaires en physique

En général, les réactions nucléaires actuellement connues peuvent être divisées en :

  • fission nucléaire
  • réactions thermonucléaires

Ci-dessous, nous écrivons en détail sur chacun d'eux.

fission des noyaux atomiques

La réaction de fission des noyaux atomiques implique la désintégration du noyau réel d'un atome en deux parties. En 1939, les scientifiques allemands O. Hahn et F. Strassmann ont découvert la fission atomique, poursuivant les recherches de leurs prédécesseurs scientifiques, ils ont découvert que lorsque l'uranium est bombardé de neutrons, des éléments de la partie médiane du tableau périodique de Mendeleev apparaissent, à savoir des isotopes radioactifs de baryum, krypton et quelques autres éléments. Malheureusement, ces connaissances ont d'abord été utilisées à des fins terrifiantes et destructrices, car la seconde Guerre mondiale et allemands, et d'autre part, les scientifiques américains et soviétiques faisaient la course pour développer des armes nucléaires (basées sur la réaction nucléaire de l'uranium), qui se sont terminées par les tristement célèbres "champignons nucléaires" au-dessus des villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki.

Mais revenons à la physique, la réaction nucléaire de l'uranium lors de la scission de son noyau possède justement la même énergie colossale que la science a pu mettre à son service. Comment se produit une telle réaction nucléaire ? Comme nous l'avons écrit ci-dessus, cela se produit en raison du bombardement du noyau de l'atome d'uranium par des neutrons, à partir desquels le noyau se sépare, et une énorme énergie cinétique se dégage, de l'ordre de 200 MeV. Mais ce qui est le plus intéressant, en tant que produit de la réaction de fission nucléaire du noyau d'uranium à la suite d'une collision avec un neutron, il existe plusieurs nouveaux neutrons libres qui, à leur tour, entrent en collision avec de nouveaux noyaux, les divisent, etc. En conséquence, il y a encore plus de neutrons et encore plus de noyaux d'uranium qui se séparent des collisions avec eux - une véritable réaction nucléaire en chaîne se produit.

Voici à quoi cela ressemble sur le schéma.

Dans ce cas, le facteur de multiplication des neutrons doit être supérieur à l'unité, c'est une condition nécessaire pour une réaction nucléaire de ce type. En d'autres termes, dans chaque génération suivante de neutrons formés après la désintégration des noyaux, il devrait y en avoir plus que dans la précédente.

Il convient de noter que, selon un principe similaire, les réactions nucléaires lors du bombardement peuvent également avoir lieu lors de la fission des noyaux d'atomes de certains autres éléments, avec les nuances que les noyaux peuvent être bombardés par une variété de particules élémentaires, et les produits de telles réactions nucléaires différeront afin de les décrire plus en détail. , nous avons besoin de toute une monographie scientifique

réactions thermonucléaires

Les réactions thermonucléaires sont basées sur des réactions de fusion, c'est-à-dire que le processus inverse de la fission se produit, les noyaux des atomes ne se divisent pas en parties, mais fusionnent plutôt les uns avec les autres. Il libère également beaucoup d'énergie.

Les réactions thermonucléaires, comme leur nom l'indique (thermo - température) ne peuvent se produire qu'à des températures très élevées. Après tout, pour que deux noyaux d'atomes fusionnent, ils doivent s'approcher d'une distance très proche l'un de l'autre, tout en surmontant la répulsion électrique de leurs charges positives, cela est possible lorsqu'il y a une grande énergie cinétique, qui, à son tour, est possible à haute température. Il convient de noter que les réactions thermonucléaires de l'hydrogène ne se produisent pas, cependant, non seulement sur lui, mais aussi sur d'autres étoiles, on peut même dire que c'est précisément cela qui est à la base même de leur nature d'étoile.

Vidéo sur les réactions nucléaires

Et enfin, une vidéo pédagogique sur le sujet de notre article, les réactions nucléaires.

Elles sont divisées en 2 classes : les réactions thermonucléaires et les réactions sous l'action des particules nucléaires et la fission nucléaire. Les premiers nécessitent une température de ~ plusieurs millions de degrés pour leur mise en oeuvre et n'interviennent qu'à l'intérieur des étoiles ou lors d'explosions de bombes H. Ces derniers se produisent dans l'atmosphère et la lithosphère en raison du rayonnement cosmique et des particules nucléaires actives dans les couches supérieures de la Terre. Les particules cosmiques rapides (énergie moyenne ~2 10 9 eV), pénétrant dans l'atmosphère terrestre, provoquent souvent une scission complète des atomes atmosphériques (N, O) en fragments nucléaires plus légers, y compris neutrons. Le taux de formation de ce dernier atteint 2,6 neutrons (cm -2 sec -1). Les neutrons interagissent principalement avec l'azote atmosphérique, fournissant une production constante de radioactivité isotopes carbone C 14 (T 1/2 = 5568 ans) et tritium H 3 (T 1/2 = 12,26 ans) selon les réactions suivantes N 14 + P\u003d C 14 + H 1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. La formation annuelle de radiocarbone dans l'atmosphère terrestre est d'environ 10 kg. La formation de Be 7 et de Cl 39 radioactifs dans l'atmosphère a également été notée. Les réactions nucléaires dans la lithosphère se produisent principalement en raison des particules α et des neutrons qui résultent de la désintégration d'éléments radioactifs à longue durée de vie (principalement U et Th). Il est à noter l'accumulation de He 3 dans certains ml contenant du Li (cf. isotopes de l'hélium en géologie), la formation d'isotopes individuels du néon dans l'euxénite, la monazite et d'autres m-lahs selon les réactions: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . La formation des isotopes de l'argon dans les substances radioactives selon les réactions : Cl 35 + Non = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Lors de la fission spontanée et induite par les neutrons de l'uranium, on observe la formation d'isotopes lourds du krypton et du xénon (voir méthode de détermination de l'âge absolu du xénon). Dans le m-lakh de la lithosphère, la fission artificielle des noyaux atomiques provoque l'accumulation de certains isotopes à hauteur de 10 -9 -10 -12% de la masse du m-la.

  • - les transformations des noyaux atomiques dues à leurs interactions avec particules élémentaires ou les uns avec les autres...
  • - réactions en chaîne ramifiée de fission de noyaux lourds par des neutrons, à la suite desquelles le nombre de neutrons augmente fortement et un processus de fission auto-entretenu peut se produire ...

    Les débuts des sciences naturelles modernes

  • - les munitions dont l'effet dommageable est basé sur l'utilisation de l'énergie d'une explosion nucléaire. Il s'agit notamment d'ogives nucléaires de missiles et de torpilles, de bombes nucléaires, d'obus d'artillerie, de grenades sous-marines, de mines...

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  • - selon la définition de la loi fédérale "sur l'utilisation de l'énergie atomique" du 20 octobre 1995, "les matières contenant ou susceptibles de reproduire des substances nucléaires fissiles" ...

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  • - snurps, petit ARN nucléaire petite taille associé à un ARN nucléaire hétérogène , font partie des petits granules ribonucléoprotéiques du noyau...
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  • - réactions nucléaires, dans lesquelles la particule incidente transfère de l'énergie non pas à l'ensemble du noyau cible, mais à un autre. nucléon ou groupe de nucléons dans ce noyau. Dans P.I. R aucun noyau composé n'est formé.

    Sciences naturelles. Dictionnaire encyclopédique

  • - les accidents survenus dans les centrales nucléaires. Lors d'un accident nucléaire, la contamination radioactive de l'environnement augmente fortement...

    Dictionnaire écologique

  • - transformation d'atomes de noyaux par collision avec d'autres noyaux, particules élémentaires ou quanta gamma. Lorsque des noyaux lourds sont bombardés par des noyaux plus légers, tous les éléments transuraniens sont obtenus ...

    Dictionnaire encyclopédique de la métallurgie

  • - processus nucléaires dans lesquels l'énergie introduite dans le noyau atomique est transférée principalement à un ou à un petit groupe de nucléons ...

    Grande Encyclopédie soviétique

  • - Réactions nucléaires DIRECTES - réactions nucléaires dans lesquelles la particule incidente transfère de l'énergie non pas à l'ensemble du noyau cible, mais à un nucléon individuel ou à un groupe de nucléons de ce noyau. Dans les réactions nucléaires directes, aucun composé ne se forme...
  • - voir Réactions nucléaires en chaîne ...

    Grand dictionnaire encyclopédique

  • - réactions de transformation des noyaux atomiques lors de l'interaction avec des particules élémentaires, des α-quanta ou entre eux. Étudié pour la première fois par Ernest Rutherford en 1919...

    Grand dictionnaire encyclopédique

  • - RÉACTIONS EN CHAÎNE NUCLÉAIRE - réactions auto-entretenues de fission de noyaux atomiques sous l'action de neutrons dans des conditions où chaque événement de fission s'accompagne de l'émission d'au moins 1 neutron, ce qui assure le maintien de ...

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"LES RÉACTIONS NUCLÉAIRES DANS LA NATURE" dans les livres

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Robinsons nucléaires À la fin des années 50, Khrouchtchev était très intéressé par un projet proposé par des ingénieurs militaires. Son essence était de créer des îles artificielles au large de la côte atlantique des États-Unis. On pensait ainsi : par une nuit noire de voleurs, de puissants cargos secs se dirigent vers

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Nuclear Sales Japan teste actuellement un modèle intéressant. Une entreprise qui a effectué des recherches sur les clients a signé de nombreux contrats avec diverses entreprises qui ont besoin Retour d'information de leur publics cibles. Ils ont ouvert un magasin pour des choses gratuites -

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« VALISES NUCLÉAIRES » C'est plus cool que les fameuses « valises contenant des preuves compromettantes » ! Un scandale sans hâte et de longue durée se déroule autour des soi-disant « valises nucléaires ». Tout a commencé par une déclaration sensationnelle faite par l'ancien secrétaire à la Sécurité. Conseil de la Fédération de Russie.

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De la nature, des lois et de la nature des lois Ce qui était absurde hier est devenu la loi de la nature aujourd'hui. Les lois changent - la nature reste la même

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Réactions nucléaires et charge électrique Lorsque les physiciens ont commencé à mieux comprendre la structure de l'atome dans les années 1990, ils ont découvert qu'au moins certaines de ses parties portent une charge électrique. Par exemple, les électrons qui remplissent les régions extérieures d'un atome

RÉACTIONS NUCLÉAIRES

Du livre Énergie atomiqueà des fins militaires auteur Smith Henri Dewolf

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ACCIDENTS NUCLÉAIRES

Du livre urgence dans la flotte soviétique auteur Cherkashin Nikolai Andreevich Réactions nucléaires en chaîne Extrait du livre Great Soviet Encyclopedia (YD) de l'auteur BST

§ 3.13 Réactions nucléaires et défaut de masse

Extrait du livre Ritz Ballistic Theory and the Picture of the Universe auteur Semikov Sergueï Alexandrovitch

§ 3.13 Réactions nucléaires et défaut de masse Tous les changements dans la nature qui se produisent sont des états tels que ce qui est pris d'un corps, autant sera ajouté à un autre. Ainsi, si une certaine matière diminue quelque part, elle se multipliera à un autre endroit... Cette nature universelle

Planifier:

    introduction
  • 1 Noyau composite
    • 1.1 Énergie d'excitation
    • 1.2 Canaux de réaction
  • 2 Coupe efficace de réaction nucléaire
    • 2.1 Rendement de la réaction
  • 3 Réactions nucléaires directes
  • 4 Lois de conservation dans les réactions nucléaires
    • 4.1 Loi de conservation de l'énergie
    • 4.2 Loi de conservation de la quantité de mouvement
    • 4.3 Loi de conservation du moment cinétique
    • 4.4 Autres lois de conservation
  • 5 Types de réactions nucléaires
    • 5.1 Fission nucléaire
    • 5.2 Fusion thermonucléaire
    • 5.3 réaction photonucléaire
    • 5.4 Autres
  • 6 Enregistrement des réactions nucléaires
    • Remarques

introduction

Réaction nucléaire du lithium-6 avec le deutérium 6 Li(d,α)α

réaction nucléaire- le processus de formation de nouveaux noyaux ou particules lors de collisions de noyaux ou de particules. Pour la première fois, Rutherford a observé une réaction nucléaire en 1919, bombardant les noyaux d'atomes d'azote avec des particules α, elle a été enregistrée par l'apparition de particules ionisantes secondaires qui ont une portée dans le gaz supérieure à la portée des particules α et identifiés comme des protons. Par la suite, des photographies de ce processus ont été obtenues à l'aide d'une chambre à brouillard.

Selon le mécanisme d'interaction, les réactions nucléaires sont divisées en deux types:

  • réactions avec formation d'un noyau composé, il s'agit d'un processus en deux étapes qui se produit à une énergie cinétique pas très élevée des particules en collision (jusqu'à environ 10 MeV).
  • réactions nucléaires directes temps nucléaire nécessaire pour que la particule traverse le noyau. Ce mécanisme se manifeste principalement aux très hautes énergies des particules bombardantes.

Si, après une collision, les noyaux et particules d'origine sont préservés et qu'aucun nouveau n'est né, alors la réaction est une diffusion élastique dans le champ des forces nucléaires, accompagnée uniquement d'une redistribution de l'énergie cinétique et de l'impulsion de la particule et de la cible noyau, et s'appelle diffusion potentielle .


1. Noyau composé

La théorie du mécanisme de réaction avec la formation d'un noyau composé a été développée par Niels Bohr en 1936 avec la théorie du modèle de goutte du noyau et sous-tend les idées modernes sur une grande partie des réactions nucléaires.

Selon cette théorie, une réaction nucléaire se déroule en deux étapes. Au début, les particules initiales forment un noyau intermédiaire (composite) pour temps nucléaire, c'est-à-dire le temps nécessaire à la particule pour traverser le noyau, environ égal à 10 -23 - 10 -21 s. Dans ce cas, le noyau composé est toujours formé dans un état excité, car il a un excès d'énergie apporté par la particule au noyau sous la forme de l'énergie de liaison du nucléon dans le noyau composé et une partie de son énergie cinétique, qui est égale à la somme de l'énergie cinétique du noyau cible avec nombre de masse et particules au centre du système d'inertie.


1.1. Énergie d'excitation

L'énergie d'excitation d'un noyau composé formé par l'absorption d'un nucléon libre est égale à la somme de l'énergie de liaison du nucléon et d'une partie de son énergie cinétique :

Le plus souvent, en raison de la grande différence entre les masses du noyau et du nucléon, elle est approximativement égale à l'énergie cinétique du nucléon bombardant le noyau.

En moyenne, l'énergie de liaison est de 8 MeV, variant en fonction des caractéristiques du noyau composé résultant, cependant, pour des noyaux et nucléons cibles donnés, cette valeur est une constante. L'énergie cinétique de la particule bombardante peut être n'importe quoi, par exemple, lorsque des réactions nucléaires sont excitées par des neutrons, dont le potentiel n'a pas de barrière de Coulomb, la valeur peut être proche de zéro. Ainsi, l'énergie de liaison est l'énergie d'excitation minimale du noyau composé.


1.2. Canaux de réaction

Le passage à l'état non excité peut s'effectuer de différentes manières, appelées canaux de réaction. Les types et l'état quantique des particules et noyaux incidents avant le début de la réaction déterminent canal d'entrée réactions. Après l'achèvement de la réaction, l'ensemble de formé produits de réaction et leurs états quantiques déterminent canal de sortie réactions. La réaction est entièrement caractérisée par des canaux d'entrée et de sortie.

Les canaux de réaction ne dépendent pas de la méthode de formation du noyau composé, ce qui peut s'expliquer par la longue durée de vie du noyau composé, il semble "oublier" comment il s'est formé, donc la formation et la désintégration du noyau composé peuvent être considérés comme des événements indépendants. Par exemple, il peut être formé en tant que noyau composé dans un état excité dans l'une des réactions suivantes :

Par la suite, sous la condition de la même énergie d'excitation, ce noyau composé peut se désintégrer par l'inverse de l'une de ces réactions avec une certaine probabilité, indépendante de l'histoire de l'origine de ce noyau. La probabilité de formation d'un noyau composé dépend de l'énergie et du type de noyau cible.


2. Coupe efficace de réaction nucléaire

La probabilité d'une réaction est déterminée par la soi-disant section efficace nucléaire de la réaction. Dans le référentiel du laboratoire (où le noyau cible est au repos), la probabilité d'interaction par unité de temps est égale au produit de la section efficace (exprimée en unités de surface) et du flux de particules incidentes (exprimé en nombre de particules traversant une unité de surface par unité de temps). Si plusieurs voies de sortie peuvent être mises en oeuvre pour une voie d'entrée, alors le rapport des probabilités des voies de sortie de réaction est égal au rapport de leurs sections efficaces. En physique nucléaire, les sections efficaces de réaction sont généralement exprimées en unités spéciales - les granges, égales à 10 −24 cm².


2.1. Rendement de la réaction

Le nombre de cas de réaction lié au nombre de particules bombardant la cible est appelé réaction nucléaire. Cette valeur est déterminée expérimentalement dans des mesures quantitatives. Puisque le rendement est directement lié à la section efficace de réaction, la mesure du rendement est essentiellement une mesure de la section efficace de réaction.

3. Réactions nucléaires directes

Le déroulement des réactions nucléaires est également possible grâce au mécanisme d'interaction directe, principalement un tel mécanisme se manifeste à des énergies très élevées des particules bombardantes, lorsque les nucléons du noyau peuvent être considérés comme libres. Les réactions directes diffèrent du mécanisme du noyau composé principalement par la distribution des vecteurs d'impulsion des particules de produit par rapport à l'impulsion des particules de bombardement. Contrairement à la symétrie sphérique du mécanisme du noyau composé, l'interaction directe est caractérisée par la direction prédominante de fuite des produits de réaction vers l'avant par rapport à la direction de mouvement des particules incidentes. Les distributions d'énergie des particules de produit dans ces cas sont également différentes. L'interaction directe est caractérisée par un excès de particules de haute énergie. Dans les collisions avec des noyaux de particules complexes (c'est-à-dire d'autres noyaux), les processus de transfert de nucléons de noyau à noyau ou d'échange de nucléons sont possibles. De telles réactions se produisent sans formation de noyau composé et toutes les caractéristiques d'interaction directe leur sont inhérentes.


4. Lois de conservation dans les réactions nucléaires

Dans les réactions nucléaires, toutes les lois de conservation de la physique classique sont remplies. Ces lois imposent des restrictions sur la possibilité d'une réaction nucléaire. Même un processus énergétiquement favorable s'avère toujours impossible s'il s'accompagne d'une violation d'une loi de conservation. De plus, il existe des lois de conservation spécifiques au micromonde ; certaines d'entre elles sont toujours remplies, pour autant qu'on le sache (loi de conservation du nombre de baryons, nombre de leptons) ; d'autres lois de conservation (isospin, parité, étrangeté) ne suppriment que certaines réactions, puisqu'elles ne sont pas satisfaites pour certaines des interactions fondamentales. Les conséquences des lois de conservation sont les règles dites de sélection, indiquant la possibilité ou l'interdiction de certaines réactions.


4.1. Loi de conservation de l'énergie

Si , , , sont les énergies totales de deux particules avant et après la réaction, alors d'après la loi de conservation de l'énergie :

Lorsque plus de deux particules sont formées, le nombre de termes du côté droit de cette expression doit être plus grand, respectivement. L'énergie totale d'une particule est égale à son énergie au repos Mc 2 et énergie cinétique E, Voilà pourquoi:

La différence entre les énergies cinétiques totales des particules à la "sortie" et à "l'entrée" de la réaction Q = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) appelé énergie de réaction(ou le rendement énergétique de la réaction). Il satisfait la condition :

Multiplicateur 1/ c 2 est généralement omis lors du calcul du bilan énergétique, exprimant les masses de particules en unités d'énergie (ou parfois l'énergie en unités de masse).

Si Q> 0, alors la réaction s'accompagne de la libération d'énergie libre et s'appelle exoénergétique , si Q < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoénergétique .

Il est facile de voir que Q> 0 lorsque la somme des masses des particules-produits est inférieure à la somme des masses des particules initiales, c'est-à-dire que la libération d'énergie libre n'est possible qu'en réduisant les masses des particules en réaction. Et vice versa, si la somme des masses des particules secondaires dépasse la somme des masses des particules initiales, alors une telle réaction n'est possible que si une certaine quantité d'énergie cinétique est dépensée pour augmenter l'énergie de repos, c'est-à-dire les masses de nouvelles particules. La valeur minimale de l'énergie cinétique d'une particule incidente à laquelle une réaction endoénergétique est possible est appelée seuil d'énergie de réaction. Les réactions endoénergétiques sont aussi appelées seuil de réactions, car ils ne se produisent pas à des énergies de particules inférieures au seuil.


4.2. Loi de conservation de la quantité de mouvement

La quantité de mouvement totale des particules avant la réaction est égale à la quantité de mouvement totale des particules-produits de réaction. Si , , , sont les vecteurs impulsion de deux particules avant et après la réaction, alors

Chacun des vecteurs peut être mesuré indépendamment expérimentalement, par exemple avec un spectromètre magnétique. Les données expérimentales indiquent que la loi de conservation de la quantité de mouvement est valable à la fois dans les réactions nucléaires et dans les processus de diffusion des microparticules.


4.3. Loi de conservation du moment cinétique

Le moment cinétique est également conservé dans les réactions nucléaires. À la suite de la collision de microparticules, seuls de tels noyaux composés se forment, dont le moment cinétique est égal à l'une des valeurs possibles du moment obtenu en ajoutant les moments mécaniques intrinsèques (spins) des particules et le moment de leur mouvement relatif (moment orbital). Les canaux de désintégration d'un noyau composé peuvent également être uniquement tels que le moment cinétique total (la somme des moments de spin et d'orbite) est préservé.


4.4. Autres lois de conservation

  • dans les réactions nucléaires, une charge électrique est conservée - la somme algébrique des charges élémentaires avant la réaction est égale à la somme algébrique des charges après la réaction.
  • dans les réactions nucléaires, le nombre de nucléons est conservé, ce qui dans les cas les plus généraux est interprété comme la conservation du nombre de baryons. Si les énergies cinétiques des nucléons en collision sont très élevées, alors des réactions de production de paires de nucléons sont possibles. Étant donné que des signes opposés sont attribués aux nucléons et aux antinucléons, la somme algébrique des nombres de baryons reste toujours inchangée dans tout processus.
  • dans les réactions nucléaires, le nombre de leptons est conservé (plus précisément, la différence entre le nombre de leptons et le nombre d'antileptons, voir Nombre de leptons).
  • dans les réactions nucléaires qui se déroulent sous l'influence de forces nucléaires ou électromagnétiques, la parité de la fonction d'onde est préservée, ce qui décrit l'état des particules avant et après la réaction. La parité de la fonction d'onde n'est pas conservée dans les transformations dues aux interactions faibles.
  • dans les réactions nucléaires dues à des interactions fortes, le spin isotopique est conservé. Les interactions faibles et électromagnétiques ne conservent pas les isospins.

5. Types de réactions nucléaires

Les interactions nucléaires avec les particules sont de nature très diverse, leurs types et les probabilités d'une réaction particulière dépendent du type de particules bombardant, des noyaux cibles, des énergies des particules et des noyaux en interaction, et de nombreux autres facteurs.

5.1. Fission nucléaire

Fission nucléaire- le processus de scission d'un noyau atomique en deux (rarement trois) noyaux de masses similaires, appelés fragments de fission. Suite à la fission, d'autres produits de réaction peuvent également apparaître : des noyaux légers (principalement des particules alpha), des neutrons et des quanta gamma. La fission peut être spontanée (spontanée) et forcée (résultant d'une interaction avec d'autres particules, principalement avec des neutrons). La fission des noyaux lourds est un processus exothermique qui libère un grand nombre deénergie sous forme d'énergie cinétique des produits de réaction, ainsi que de rayonnement.

La fission nucléaire est la source d'énergie de réacteurs nucléaires et les armes nucléaires.


5.2. Fusion thermonucléaire

À des températures normales, la fusion des noyaux est impossible, car les noyaux chargés positivement subissent d'énormes forces de répulsion de Coulomb. Pour la synthèse de noyaux légers, il est nécessaire de les rapprocher d'une distance d'environ 10 -15 m, à laquelle l'action des forces nucléaires attractives dépassera les forces répulsives de Coulomb. Pour que la fusion des noyaux se produise, il est nécessaire d'augmenter leur mobilité, c'est-à-dire d'augmenter leur énergie cinétique. Ceci est obtenu en augmentant la température. En raison de l'énergie thermique reçue, la mobilité des noyaux augmente et ils peuvent se rapprocher à des distances si proches que, sous l'action des forces de cohésion nucléaire, ils fusionneront en un nouveau noyau plus complexe. À la suite de la fusion de noyaux légers, beaucoup d'énergie est libérée, car le nouveau noyau formé a une grande énergie spécifique liaisons que les noyaux d'origine. réaction thermonucléaire- il s'agit d'une réaction de fusion exoénergétique de noyaux légers à très haute température (10 7 K).

Tout d'abord, parmi eux, il convient de noter la réaction entre deux isotopes (deutérium et tritium) de l'hydrogène, qui est très courante sur Terre, à la suite de laquelle de l'hélium se forme et un neutron est libéré. La réaction peut être écrite comme

+ énergie (17,6 MeV).

L'énergie libérée (provenant du fait que l'hélium-4 a des liaisons nucléaires très fortes) est convertie en énergie cinétique, dont la majeure partie, 14,1 MeV, entraîne le neutron avec elle sous forme de particule plus légère. Le noyau résultant est étroitement lié, c'est pourquoi la réaction est si fortement exoénergétique. Cette réaction est caractérisée par la plus faible barrière coulombienne et un rendement élevé, elle présente donc un intérêt particulier pour la fusion thermonucléaire.

La réaction thermonucléaire est utilisée dans les armes thermonucléaires et fait l'objet de recherches pour d'éventuelles applications dans le secteur de l'énergie, si le problème du contrôle de la fusion thermonucléaire est résolu.


5.3. réaction photonucléaire

Lorsqu'un quantum gamma est absorbé, le noyau reçoit un excès d'énergie sans changer sa composition en nucléons, et un noyau avec un excès d'énergie est un noyau composé. Comme d'autres réactions nucléaires, l'absorption d'un gamma-quantum par un noyau n'est possible que si les rapports d'énergie et de spin nécessaires sont respectés. Si l'énergie transférée au noyau dépasse l'énergie de liaison du nucléon dans le noyau, la désintégration du noyau composé résultant se produit le plus souvent avec l'émission de nucléons, principalement des neutrons. Une telle désintégration conduit à des réactions nucléaires et , qui sont appelées photonucléaire, et le phénomène d'émission de nucléons dans ces réactions - effet photoélectrique nucléaire.


5.4. Autre

6. Enregistrement des réactions nucléaires

Les réactions nucléaires sont écrites sous la forme de formules spéciales dans lesquelles apparaissent les désignations de noyaux atomiques et de particules élémentaires.

Première manièreécrire des formules pour des réactions nucléaires est similaire à écrire des formules pour des réactions chimiques, c'est-à-dire que la somme des particules initiales est écrite à gauche, la somme des particules résultantes (produits de réaction) est écrite à droite et une flèche est placée entre eux.

Ainsi, la réaction de capture radiative d'un neutron par un noyau de cadmium-113 s'écrit comme suit :

On voit que le nombre de protons et de neutrons à droite et à gauche reste le même (le nombre de baryons est conservé). de même pour charges électriques, nombres de leptons et autres grandeurs (énergie, quantité de mouvement, moment cinétique, ...). Dans certaines réactions où l'interaction faible est impliquée, les protons peuvent se transformer en neutrons et vice versa, mais leur nombre total ne change pas.

Deuxième voie notation, plus pratique pour la physique nucléaire, a la forme A (a, bcd…) B, où MAIS- noyau cible mais- particule de bombardement (dont le noyau), b, c, d, ...- les particules émises (dont les noyaux), DANS- noyau résiduel. Les produits les plus légers de la réaction sont écrits entre parenthèses, les produits les plus lourds sont écrits à l'extérieur. Ainsi, la réaction de capture de neutrons ci-dessus peut s'écrire comme suit :

Les réactions sont souvent nommées d'après la combinaison de particules incidentes et émises entre parenthèses; oui, au dessus exemple typique (n, γ)-réactions.

La première conversion nucléaire forcée de l'azote en oxygène, qui a été réalisée par Rutherford en bombardant l'azote avec des particules alpha, s'écrit comme la formule

Où est le noyau d'un atome d'hydrogène, un proton.

Dans la notation "chimique", cette réaction ressemble à

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