Главная > Здравоохранение

Холодный ядерный синтез в живой клетке. Ядерные реакции

РЕАКЦИИ ЯДЕРНЫЕ В ПРИРОДЕ - разделяются на 2 класса: термоядерные реакции и реакции под действием ядерноактивных частиц и деления ядер. Первые требуют для своего осуществления температуру ~ несколько млн. градусов и протекают лишь в недрах звезд или при взрывах H-бомб. Вторые происходят в атмосфере и литосфере за счет космического облучения и за счет ядерноактивных частиц в верхних оболочках Земли. Быстрые космические частицы (средняя энергия ~2 10 9 эв), попадая в атмосферу Земли, вызывают нередко полное расщепление атомов атмосферы (N, О) на более легкие ядерные осколки, включая нейтроны. Скорость образования последних достигает величины 2,6 нейтрона (см -2 сек -1). Нейтроны взаимодействуют преимущественно с N атмосферы, обеспечивая постоянное образование радиоактивных изотопов углерода С 14 (T 1/2 = 5568 лет) и трития H 3 (T 1/2 = 12,26 лет) по следующим реакциям N 14 + п = С 14 + Н 1 ; N 14 + n = С 12 + Н 3 . Ежегодное образование радиоуглерода в земной атмосфере составляет около 10 кг. Отмечено также образование в атмосфере радиоактивных Be 7 и Cl 39 . Реакции ядерные в литосфере происходят в основном за счет α-частиц и нейтронов, возникающих при распаде долгоживущих радиоактивных элементов (в основном U и Th). Следует отметить накопление Не 3 в некоторых м-лах, содержащих Li (см. Изотопы гелия в геологии), образование отдельных изотопов неона в эвксените, монаците и др. м-лах по реакциям: О 18 + Не 4 = Ne 21 + п; Fe 19 + Не = Na 22 + п; Na 22 → Ne 22 . Образование изотопов аргона в радиоактивных м-лах по реакциям: Cl 35 + Не = Ar 38 + n ; Cl 35 + Не = К 38 + Н 1 ; К 38 → Ar 38 . При спонтанном и нейтронно-индукцированном делении урана наблюдается образование тяжелых изотопов криптона и ксенона (см. Метод определения абсолютного возраста ксеноновый). В м-лах литосферы искусственное расщепление атомных ядер вызывает накопление некоторых изотопов в количестве 10 -9 -10 -12 % от массы м-ла.

Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра . Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. . 1978 .

Смотреть что такое "РЕАКЦИИ ЯДЕРНЫЕ В ПРИРОДЕ" в других словарях:

    Ядерная физика Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Период полураспада · Ма … Википедия

    Ядерные реакции между лёгкими ат. ядрами, протекающие при очень высоких темп рах (=108К и выше). Высокие темп ры, т. е. достаточно большие относительные энергии сталкивающихся ядер, необходимы для преодоления электростатич. барьера,… … Физическая энциклопедия

    Хим. превращения и ядерные процессы, в к рых появление промежуточной активной частицы (свободного радикала, атома, возбужденной молекулы в хим. превращениях, нейтрона в ядерных процессах) вызывает цепь превращений исходных в в. Примеры хим. Ц. р … Химическая энциклопедия

    Одно из новых направлений совр. геол. науки, тесно смыкающееся со смежными разделами физики атомного ядра, геохимии, радиохимии, геофизики, космохимии и космогонии и охватывающее сложные проблемы естественной эволюции атомных ядер в природе и… … Геологическая энциклопедия

    Стабильные и радиоактивные изотопы, образующиеся в природных объектах под действием космического излучения, напр., по схеме: XАz + Р → YAZ + an + bр, в которой А = A1+ an + (b 1)р; Z = Z1.+ (b 1)p, где ХAz исходное ядро, Р быстрый… … Геологическая энциклопедия

    Термоядерный синтез, реакция слияния легких атомных ядер в более тяжелые ядра, происходящая при сверхвысокой температуре и сопровождающаяся выделением огромных количеств энергии. Ядерный синтез это реакция, обратная делению атомов: в последней… … Энциклопедия Кольера

    Ядерные процессы Радиоактивный распад Альфа распад Бета распад Кластерный распад Двойной бета распад Электронный захват Двойной электронный захват Гамма излучение Внутренняя конверсия Изомерный переход Нейтронный распад Позитронный распад… … Википедия

    94 Нептуний ← Плутоний → Америций Sm Pu … Википедия

    Ядерная физика … Википедия

Книги

  • Получение ядерной энергии и редких и драгоценных металлов в результате ядерных превращений. Энергия связи и потенциальная энергия электрического взаимодействияэлектрических зарядов в нейтроне, дейтроне, тритии, гелии-3 и гелии-4
  • Получение ядерной энергии и редких и драгоценных металлов в результате ядерных превращений. Энергия связи и потенциальная энергия электрического взаимодействияэлектрических зарядов в нейтроне, дейтр , Ларин В.И.. В первой части настоящей книги рассматриваются разнообразные ядерные реакции по получению энергии и драгоценных металлов в результате принудительных ядерных превращений стабильных изотопов.…

Рачек Мария, Есман Виталия, Румянцева Виктория

Этот исследовательский проект выполнен учащимися 9-го класса. Он является опережающим заданием при изучении школьниками темы "Строения атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер" в курсе физике 9 класса. Целью проекта является выяснение условий протекания ядерных реакций и принципов работы АЭС.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 14

Имени Героя Советского Союза

Анатолия Перфильева

г . Александров

Исследовательская работа по физике

«Ядерные реакции»

Выполнили

ученицы

9В класса:

Рачек Мария,

Румянцева Виктория,

Есман Виталия

учитель

Романова О.Г.

2015

План проекта

Введение

Теоретическая часть

  • Атомная энергетика.

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Актуальность :

Одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, является энергетическая проблема. Потребление энергии растёт столь быстро, что известные в настоящее время запасы топлива окажутся исчерпанными в сравнительно короткое время. Проблему «энергетического голода» не решает и использование энергии так называемых возобновляемых источников (энергии рек, ветра, солнца, морских волн, глубинного тепла Земли), так как они могут обеспечить в лучшем случае только 5-10% наших потребностей. В связи с этим в середине XX века возникла необходимость поиска новых источников энергии.

В настоящее время реальный вклад в энергоснабжение вносит ядерная энергетика, а именно, атомные электростанции (сокращённо АЭС). Поэтому мы решили выяснить, полезны ли человечеству АЭС.

Цели работы:

  1. Выяснить условия протекания ядерных реакций.
  2. Выяснить принципы работы АЭС, а также узнать, хорошее или плохое влияние он оказывает на окружающую среду и на человека.

В рамках достижения цели нами были поставлены следующие задачи:

  1. Узнать строение атома, его состав, что такое радиоактивность.
  2. Исследовать атом урана. Исследовать ядерную реакцию.
  3. Исследовать принцип работы ядерных двигателей.

Методы исследования:

  1. Теоретическая часть - чтение литературы о ядерных реакциях.

Теоретическая часть.

История атома и радиоактивности. Строение атома.

Предположение о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, было высказано древнегреческими философами Левкиппом и Демокритом примерно 2500 тысячи лет назад. Эти частицы получили названия «атом», что означает «неделимые». Атом – это мельчайшая частица вещества, простейшая, не имеющая составных частей.

Но примерно с середины XIX века стали появляться экспериментальные факты, которые ставили под сомнение представления о неделимости атомов. Результаты этих экспериментов наводили на мысль о том, что атомы имеют сложную структуру и что в их состав входят электрически заряженные частицы.

Наиболее ярким свидетельством сложного строения атома явилось открытие явления радиоактивности , сделанное французским физиком Анри Беккерелем в 1896 году. Он обнаружил, что химический элемент уран самопроизвольно (т.е. без внешних взаимодействий) излучает ранее неизвестные невидимые лучи, которые позже были названы радиоактивным излучением . Поскольку радиоактивное излучение обладало необычными свойствами, многие учёные занялись его исследованием. Оказалось, что не только уран, но и некоторые другие химические элементы (например, радий) тоже самопроизвольно испускают радиоактивные лучи. Способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению стали называть радиоактивностью (от лат. radio – излучаю и activus – действенный).

Беккерелю пришла в голову мысль: не сопровождается ли всякая люминесценция рентгеновскими лучами? Для проверки своей догадки он взял несколько соединений, в том числе одну из солей урана, фосфоресцирующую жёлто-зелёным светом. Осветив её солнечным светом, он завернул соль в чёрную бумагу и положил в тёмном шкафу на фотопластинку, тоже завёрнутую в чёрную бумагу. Через некоторое время, проявив пластинку, Беккерель действительно увидел изображение куска соли. Но люминесцентное излучение не могло пройти через чёрную бумагу, и только рентгеновские лучи могли в этих условиях засветить пластинку. Беккерель повторил опыт несколько раз и с одинаковым успехом. В конце февраля 1896 года на заседании Французской академии наук он сделал сообщение о рентгеновском излучении фосфоресцирующих веществ. Через некоторое время в лаборатории Беккереля была случайно проявлена пластинка, на которой лежала урановая соль, не облучённая солнечным светом. Она, естественно, не фосфоресцировала, но отпечаток на пластинке получился. Тогда Беккерель стал испытывать разные соединения и минералы урана (в том числе не проявляющие фосфоресценции), а также металлический уран. Пластинка неизменно засвечивалась. Поместив между солью и пластинкой металлический крестик, Беккерель получил слабые контуры крестика на пластинке. Тогда стало ясно, что открыты новые лучи, проходящие сквозь непрозрачные предметы, но не являющиеся рентгеновскими.

Своим открытием Беккерель делится с учёными, с которыми он сотрудничал. В 1898 г. Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность тория, позднее ими были открыты радиоактивные элементы полоний и радий. Они выяснили, что свойством естественной радиоактивности обладают все соединения урана и в наибольшей степени сам уран. Беккерель же вернулся к интересующим его люминофорам. Правда, он сделал ещё одно крупное открытие, относящееся к радиоактивности. Однажды для публичной лекции Беккерелю понадобилось радиоактивное вещество, он взял его у супругов Кюри и положил пробирку в жилетный карман. Прочтя лекцию, он вернул радиоактивный препарат владельцам, а на следующий день обнаружил на теле под жилетным карманом покраснение кожи в форме пробирки. Беккерель рассказал об этом Пьеру Кюри, и тот поставил на себе опыт: в течение десяти часов носил привязанную к предплечью пробирку с радием. Через несколько дней у него тоже появилось покраснение, перешедшее затем в тяжелейшую язву, от которой он страдал в течение двух месяцев. Так впервые было открыто биологическое действие радиоактивности.

В 1899 году в результате опыта, проведённого под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т.е. имеет сложный состав. В середине расположен поток (излучение), не имеющее электрического заряда, а по бокам выстраивались 2 потока заряженных частиц. Положительно заряженные частицы назвали альфа-частицами, представляющими собой полностью ионизированные атомы гелия, а отрицательно заряженные – бета-частицы, представляющие собой элетроны. Нейтральные получили название гамма-частицы или гамма-кванты. Гамма-излучение, как выяснилось позже, представляет собой один из диапазонов электромагнитного излучения.

Поскольку было известно, что атом в целом нейтрален, явление радиоактивности позволило учёным создать примерную модель атома. Первым, кто это сделал, был английский физик Джозеф Джон Томсон, создавший одну из первых моделей атома в 1903 году. Модель представляла собой шар, по всему объёму которого был равномерно распределён положительный заряд. Внутри шара находились электроны, каждый их которых мог совершать колебательные движения около своего положения равновесия. Модель напоминала по форме и строению кекс с изюмом. Положительный заряд равен по модулю суммарному отрицательному заряду электронов, поэтому заряд атома в целом равен нулю.

Модель строения атома Томсона нуждалась в экспериментальной проверке, которой занялся в 1911 году Резерфорд. Он провёл опыты и пришёл к выводу, что модель атома представляет собой шар, в центре которого расположено положительно заряженное ядро, занимающее малый объём от всего атома. Вокруг ядра движутся электроны, масса которых значительно меньше. Атом электрически нейтрален, поскольку заряд ядра равен модулю суммарному заряда электронов. Резерфорд также установил, что ядро атома имеет диаметр примерно 10 -14 – 10 -15 м, т.е. оно в сотни тысяч раз меньше атома. Именно ядро претерпевает изменение при радиоактивных превращениях, т.е. радиоактивность – это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц. Чтобы зарегистрировать (увидеть) частицы, в 1908 году немецкий физик Ганс Гейгер изобрёл так называемый счётчик Гейгера.

Позже положительно заряженные частицы в атоме получили название протонов, а отрицательные – нейтронов. Протоны и нейтроны получили общее название нуклоны.

Деление урана. Цепная реакция .

Деление ядер урана при его бомбардировке нейтронами было открыто в 1939 году немецкими учёными Отто Ганом и Фрицем Штрассманом.

Рассмотрим механизм этого явления. Поглотив лишний нейтрон, ядро приходит в действие и деформируется, приобретая вытянутую форму.

В ядре действует 2 вида сил: электростатические силы отталкивания между протонами, стремящиеся разорвать ядро, и ядерные силы притяжения между всеми нуклонами, благодаря которым ядро не распадается. Но ядерные силы короткодействующие, поэтому в вытянутом ядре они уже не могут удержать сильно удалённые друг от друга части ядра. Под действием электростатических сил ядро разрывается на две части, которые разлетаются в разные стороны с огромной скоростью и излучают 2-3 нейтрона. Часть внутренней энергии переходит в кинетическую. Осколки ядра быстро тормозят в окружающей среде, в результате чего их кинетическая энергия переходит во внутреннюю энергию среды. При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно её температура возрастают. Таким образом, реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду. Энергия колоссальна. При полном делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделяется столько энергии, сколько выделится при сгорании 2,5 т нефти. Для преобразования внутренней энергии атомных ядер в электрическую используют цепные реакции деления ядер, основанные на том, что 2-3 нейтрона, выделившиеся при делении первого ядра, могут принять участие в делении других ядер, которые их захватят. Для поддержания непрерывности цепной реакции важно учитывать массу урана. Если масса урана слишком мала, то нейтроны вылетают за его пределы, не встречая на своём пути ядро. Цепная реакция прекращается. Чем больше масса куска урана, тем больше его размеры и тем длиннее путь, который проходят в нём нейтроны. Вероятность встречи нейтронов с ядрами атомов возрастает. Соответственно увеличивается число делений ядер и число излучаемых нейтронов. Число появившихся после деления ядер нейтронов равно числу потерянных нейтронов, поэтому реакция может продолжаться длительное время. Чтобы реакция не прекращалась, нужно брать массу урана определённого значения – критическую. Если масса урана больше критической, то в результате резкого увеличения свободных нейтронов цепная реакция приводит к взрыву.

Ядерный реактор. Ядерная реакция. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию.

Ядерный реактор - это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор, названный СР-1, построен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми. В настоящее время, по данным МАГАТЭ, в мире насчитывается 441 реактор в 30 странах. Также ведётся строительство ещё 44 реакторов.

В ядерном реакторе в качестве делящегося вещества используется в основном уран-235. Такой реактор называется реактором на медленных нейтронах. Замедлителем нейтронов могут выступать разные вещества:

  1. Вода . Достоинства обычной воды как замедлителя - её доступность и дешевизна. Недостатками воды являются низкая температура кипения (100 °C при давлении 1 атм) и поглощение тепловых нейтронов. Первый недостаток устраняется повышением давления в первом контуре. Поглощение тепловых нейтронов водой компенсируют применением ядерного топлива на основе обогащённого урана.
  2. Тяжёлая вода . Тяжёлая вода по своим химическим и теплофизическим свойствам мало отличается от обычной воды. Она практически не поглощает нейтронов, что даёт возможность использовать в качестве ядерного топлива природный уран в реакторах с тяжеловодным замедлителем. Недостатком тяжёлой воды является её высокая стоимость.
  3. Графит . Реакторный графит получают искусственно из смеси нефтяного кокса и каменноугольной смолы. Сначала из смеси прессуют блоки, а затем эти блоки термически обрабатывают при высокой температуре. Графит имеет плотность 1,6-1,8 г/см3. Он сублимирует при температуре 3800-3900 °C. Нагретый в воздухе до 400 °C графит загорается. Поэтому в энергетических реакторах он содержится в атмосфере инертного газа (гелий, азот).
  4. Бериллий . Один из лучших замедлителей. Он имеет высокую температуру плавления (1282 °C) и теплопроводность, совместим с углекислым газом, водой, воздухом и некоторыми жидкими металлами. Однако, в пороговой реакции возникает гелий, поэтому при интенсивном облучении быстрыми нейтронами внутри бериллия накапливается газ, под давлением которого бериллий распухает. Применение бериллия ограничено также его высокой стоимостью. Кроме того, бериллий и его соединения весьма токсичны. Из бериллия изготавливают отражатели и вытеснители воды в активной зоне исследовательских реакторов.

Части реактора на медленных нейтронах : в активной зоне расположено ядерное топливо в виде урановых стержней и замедлитель нейтронов (например, вода), отражатель (слой вещества, который окружает активную зону) и защитная оболочка из бетона. Для управления реакцией служат регулирующие стержни, эффективно поглощающие нейтроны. Для запуска реактора их постепенно выводят из активной зоны. Образующиеся в процессе этой реакции нейтроны и осколки ядер, разлетаясь с большой скоростью, попадают в воду, сталкиваются с ядрами атомов водорода и кислорода, отдают им часть своей кинетической энергии. Вода при этом нагревается, а замедленные нейтроны через какое-то время опять попадают в урановые стержни и участвуют в делении ядер. Активная зона с помощью труб соединяется с теплообменником, образуя первый замкнутый контур. Насосы обеспечивают в нём циркуляцию воды. Нагретая вода проходит через теплообменник, нагревает воду в змеевике второго контура и превращает её в пар. Таким образом, вода в активной зоне служит не только замедлителем нейтронов, но и теплоносителем, отводящим тепло. После энергия пара в змеевике преобразуется в электрическую энергию. Посредством пара вращается турбина, которая приводит в движение ротор генератора электрического тока. Отработанные пар поступает в конденсатор и превращается в воду. Затем весь цикл повторяется.

Ядерный двигатель использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Традиционный ЯД в целом представляет собой конструкцию из ядерного реактора и собственно двигателя. Рабочее тело (чаще - аммиак или водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.

Атомная энергетика.

Атомная энергетика - область техники, основанная на использовании реакции деления атомных ядер для выработки теплоты и производства электроэнергии. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен во Франции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии, т.е. в тех промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов. Эти страны производят от четверти до половины своей электроэнергии на АЭС.

Первый европейский реактор был создан в 1946 году в Советском Союзе под руководством Игоря Васильевича Курчатова. В 1954 году в Обнинске была введена в действие первая АЭС. Преимущества АЭС:

  1. Главное преимущество - практическая независимость от источников топлива из-за небольшого объёма используемого топлива. В России это особенно важно в европейской части, так как доставка угля из Сибири слишком дорога. Эксплуатация АЭС обходится значительно дешевле, чем ТЭС. Правда, строительство ТЭС дешевле, чем строительство АЭС.
  2. Огромным преимуществом АЭС является её относительная экологическая чистота. На ТЭС суммарные годовые выбросы вредных веществ составляют примерно 13 000 т в год на газовых и 165 000 т на пылеугольных ТЭС. Подобные выбросы на АЭС полностью отсутствуют. ТЭС потребляет 8 миллионов т кислорода в год для окисления топлива, АЭС же не потребляют кислорода вообще. Кроме того, больший удельный выброс радиоактивных веществ даёт угольная станция. В угле всегда содержатся природные радиоактивные вещества, при сжигании угля они практически полностью попадают во внешнюю среду. Большинство радионуклидов с ТЭС долгоживущие. Большая часть радионуклидов с АЭС довольно быстро распадается, превращаясь в нерадиоактивные.
  3. Для большинства стран, в том числе и России, производство электроэнергии на АЭС не дороже, чем на пылеугольных и тем более газомазутных ТЭС. Особенно заметно преимущество АЭС в стоимости производимой электроэнергии во время так называемых энергетических кризисов, начавшихся с начала 70-х годов. Падение цен на нефть автоматически снижает конкурентоспособность АЭС.

Применение ядерных двигателей в современности.

По мере развития ядерной физики все отчетливее вырисовывалась перспектива создания атомных энергетических установок. Первый практический шаг в этом направлении сделал Советский Союз, где в 1954г. была построена атомная электростанция.

В 1959г. под флагом СССР вступило в строй первое в мире атомное судно - ледокол «Ленин», который успешно проводил караваны торговых судов в тяжелых условиях Заполярья.

В последние годы XIX века заступили на арктическую вахту мощные советские атомные ледоколы «Арктика» и «Сибирь»...

Особенно большие возможности атомная энергетика открыла для подводных лодок, позволив решить две наиболее актуальные проблемы - увеличения подводной скорости и увеличения длительности плавания под водой без всплытия. Ведь самые совершенные дизель-электрические подводные лодки не могут развить под водой более 18-20 уз, да и эту скорость поддерживают лишь около часа, после чего вынуждены всплывать для зарядки аккумуляторных батарей.

В таких условиях по указанию ЦК КПСС и Советского правительства в нашей стране в кратчайший срок был создан атомный подводный флот. Советские подводные атомоходы неоднократно пересекали Северный Ледовитый океан подо льдами, всплывали в районе Северного полюса. В канун XXIII съезда КПСС группа атомных подводных лодок совершила кругосветное плавание, пройдя около 22 тыс. миль под водой без всплытия...

Основным отличием атомной подводной лодки от паросиловой является замена парового котла реактором, в котором осуществляется регулируемая цепная реакция деления атомов ядерного топлива с выделением тепла, используемого для получения пара в парогенераторе.

Атомная установка создала для подводных лодок реальную перспективу не только сравняться в скорости с надводными кораблями, но и превзойти их. Как мы знаем, в погруженном состоянии подводная лодка не испытывает волнового сопротивления, на преодоление которого быстроходные надводные водоизмещающие корабли затрачивают большую часть мощности энергетической установки.

Биологическое действие радиации.

Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут “запустить” не до конца еще изученную цепь событий, приводящих к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения, - как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению проявляются лишь в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению.

В зависимости от вида излучений, дозы облучения и его условий возможны различные виды лучевого поражения. Это острая лучевая болезнь (ОЛБ) - от внешнего облучения, ОЛБ - от внутреннего облучения, хроническая лучевая болезнь, различные клинические формы с преимущественно локальным поражением отдельных органов, которые могут характеризоваться острым, подострым или хроническим течением; это отдаленные последствия, среди которых наиболее существенно возникновение злокачественных опухолей; дегенеративные и дистрофические процессы (катаракта, стерильность, cклеротические изменения). Сюда же относят генетические последствия, наблюдаемые у потомков облученных родителей. Вызывающие их развитие ионизирующие излучения, благодаря высокой проникающей способности воздействуют на ткани, клетки, внутриклеточные структуры, молекулы и атомы в любой точке организма.

Живые существа на воздействие излучений реагируют различно, причем развитие лучевых реакций во многом зависит от дозы излучений. Поэтому целесообразно различать: 1) воздействие малых доз, примерно до 10 рад; 2) воздействие средних доз, обычно применяемых с терапевтическими целями, которые граничат своим верхним пределом с воздействием высоких доз. При воздействии излучении различают реакции, возникающие немедленно, ранние реакции, а также поздние (отдаленные) проявления. Конечный результат облучения часто во многом зависит от мощности дозы, различных условий облучения и особенно от природы излучений. Это относится также к области применения излучений в клинической практике с лечебными целями.

Радиация по-разному действует на людей в зависимости от пола и возраста, состояния организма, его иммунной системы и т. п., но особенно сильно - на младенцев, детей и подростков.

Рак - наиболее серьезное из всех последствий облучения человека при малых дозах. Обширные обследования, охватившие 100000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, показали, что пока рак является единственной причиной повышенной смертности в этой группе населения.

Заключение.

Проведя исследование, мы выяснили, что ядерное топливо и ядерные двигатели приносят огромную пользу человеку. Благодаря ним человек нашёл дешёвые источники тепла и энергии (одна АЭС заменяет человеку несколько десятков, а то и сотен обычных ТЭС), смог попасть через льды на Северный Полюс и опуститься на дно океана. Но всё это работает только тогда, когда правильно применяется, т.е. в нужном количестве и только в мирных целях. Немало было зарегистрировано случаев взрывов АЭС (Чернобыль, Фукусима) и взрывы атомных бомб (Хиросима и Нагасаки).

Но от последствий радиоактивных отходов никто не защищён. Многие люди страдают от лучевых болезней и рака, вызванных радиоактивным излучением. Но мы думаем, что через несколько лет учёные придумают методы утилизации радиоактивных отходов без вреда для здоровья и изобретут лекарства от всех этих болезней.

Список используемой литературы.

  1. А. В. Пёрышкин, Е. М. Гутник. «Учебник по физике для 9 класса».
  2. Г. Кесслер. «Ядерная энергетика».
  3. Р. Г. Перельман. «Ядерные двигатели».
  4. Э. Резерфорд. «Избранные научные труды. Строение атома и искусственное превращение».
  5. https://ru.wikipedia.org
Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него:

И способность использовать ядерную энергию, как в созидательных (атомная энергетика), так и разрушительных (атомная бомба) целях стало, пожалуй, одним из самых значимых изобретений прошлого ХХ века. Ну а в основе всей той грозной силы, что таиться в недрах крохотного атома лежат ядерные реакции.

Что такое ядерные реакции

Под ядерными реакциями в физике понимается процесс взаимодействия атомного ядра с другим подобным ему ядром либо разными элементарными частичками, в результате чего происходит изменения состава и структуры ядра.

Немного истории ядерных реакций

Первая ядерная реакция в истории была сделана великим ученым Резерфордом в далеком 1919 году во время опытов по обнаружению протонов в продуктах распада ядер. Ученый бомбардировал атомы азота альфа частицами, и при соударении частиц происходила ядерная реакция.

А так выглядело уравнение этой ядерной реакции. Именно Резерфорду принадлежит заслуга открытия ядерных реакций.

Затем последовали многочисленные опыты ученых по осуществлению различных типов ядерных реакций, например, весьма интересной и значимой для науки была ядерная реакция, вызванная бомбардировкой атомных ядер нейтронами, которую провел выдающийся итальянский физик Э. Ферми. В частности Ферми обнаружил, что ядерные преобразования могут быть вызваны не только быстрыми нейтронами, но и медленными, который двигаются с тепловыми скоростями. К слову ядерные реакции, вызванные воздействием температуры, получили название термоядерных. Что же касается ядерных реакций под действием нейтронов, то они очень быстро получили свое развитие в науке, да еще какое, об этом читайте дальше.

Типичная формула ядерной реакции.

Какие ядерные реакции есть в физике

В целом известные на сегодняшний день ядерные реакции можно разделить на:

  • деление атомных ядер
  • термоядерные реакции

Ниже детально напишем о каждой из них.

Деление атомных ядер

Реакция деления атомных ядер подразумевает распад собственно ядра атома на две части. В 1939 году немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деления ядер атома , продолжая исследования своих ученых предшественников, они установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической таблицы Менделеева, а именно радиоактивные изотопы бария, криптона и некоторых других элементов. К сожалению, эти знания первоначально были использованы в ужасающих, разрушительных целях, ведь началась вторая мировая война и немецкие, а с другой стороны, американские и советские ученые наперегонки занимались разработкой ядерного оружия (в основе которого была ядерная реакция урана), закончившейся печально известными «ядерными грибами» над японскими городами Хиросимой и Нагасаки.

Но вернемся к физике, ядерная реакция урана при расщеплении его ядра обладает просто таки колоссальной энергией, которую наука смогла поставить себе на службу. Как же происходит подобная ядерная реакция? Как мы написали выше, она происходит вследствие бомбардировки ядра атома урана нейтронами, от чего ядро раскалывается, при этом возникает огромная кинетическая энергия, порядка 200 МэВ. Но что самое интересное, в качестве продукта ядерной реакции деления ядра урана от столкновения с нейтроном, возникает несколько свободных новых нейтронов, которые, в свою очередь, сталкиваются с новыми ядрами, раскалывают их, и так далее. В результате нейтронов становится еще больше и еще больше ядер урана раскалывается от столкновений с ними – возникает самая настоящая цепная ядерная реакция.

Вот так она выглядит на схеме.

При этом коэффициент размножения нейтронов должен быть больше единицы, это необходимое условие ядерной реакции подобного вида. Иными словами, в каждом последующем поколении нейтронов, образованных после распада ядер, их должно быть больше, нежели в предыдущем.

Стоит заметить, что по похожему принципу ядерные реакции при бомбардировке могут проходить и во время деления ядер атомов некоторых других элементов, с теми нюансами, что ядра могут бомбардироваться самыми разными элементарными частичками, да и продукты таких ядерных реакций будут разниться, чтобы описать их более детально, нужна целая научная монография

Термоядерные реакции

В основе термоядерных реакций лежат реакции синтеза, то есть, по сути, происходит процесс обратный делению, ядра атомов не раскалываются на части, а наоборот сливаются друг с другом. При этом также происходит выделение большого количества энергии.

Термоядерные реакции, как это следует из самого из названия (термо — температура) могут протекать исключительно при очень высоких температурах. Ведь чтобы два ядра атомов слились, они должны приблизиться на очень близкое расстояние друг к другу, при этом преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов, такое возможно при существовании большой кинетической энергии, которая, в свою очередь, возможна при высоких температурах. Следует заметить, что на происходят термоядерные реакции водорода, впрочем, не только на нем, но и на других звездах, можно даже сказать, что именно она лежит в самой основе их природы всякой звезды.

Ядерные реакции, видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи, ядерным реакциям.

Разделяются на 2 класса: термоядерные реакции и реакции под действием ядерноактивных частиц и деления ядер. Первые требуют для своего осуществления температуру ~ несколько млн. градусов и протекают лишь в недрах звезд или при взрывах H-бомб. Вторые происходят в атмосфере и литосфере за счет космического облучения и за счет ядерноактивных частиц в верхних оболочках Земли. Быстрые космические частицы (средняя энергия ~2 10 9 эв), попадая в атмосферу Земли, вызывают нередко полное расщепление атомов атмосферы (N, О) на более легкие ядерные осколки, включая нейтроны. Скорость образования последних достигает величины 2,6 нейтрона (см -2 сек -1). Нейтроны взаимодействуют преимущественно с N атмосферы, обеспечивая постоянное образование радиоактивных изотопов углерода С 14 (T 1/2 = 5568 лет) и трития H 3 (T 1/2 = 12,26 лет) по следующим реакциям N 14 + п = С 14 + Н 1 ; N 14 + n = С 12 + Н 3 . Ежегодное образование радиоуглерода в земной атмосфере составляет около 10 кг. Отмечено также образование в атмосфере радиоактивных Be 7 и Cl 39 . Реакции ядерные в литосфере происходят в основном за счет α-частиц и нейтронов, возникающих при распаде долгоживущих радиоактивных элементов (в основном U и Th). Следует отметить накопление Не 3 в некоторых м-лах, содержащих Li (см. Изотопы гелия в геологии), образование отдельных изотопов неона в эвксените, монаците и др. м-лах по реакциям: О 18 + Не 4 = Ne 21 + п; Fe 19 + Не = Na 22 + п; Na 22 → Ne 22 . Образование изотопов аргона в радиоактивных м-лах по реакциям: Cl 35 + Не = Ar 38 + n ; Cl 35 + Не = К 38 + Н 1 ; К 38 → Ar 38 . При спонтанном и нейтронно-индукцированном делении урана наблюдается образование тяжелых изотопов криптона и ксенона (см. Метод определения абсолютного возраста ксеноновый). В м-лах литосферы искусственное расщепление атомных ядер вызывает накопление некоторых изотопов в количестве 10 -9 -10 -12 % от массы м-ла.

  • - превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействиями с элементарными частицами или друг с другом...
  • - разветвленные цепные реакции деления тяжелых ядер нейтронами, в результате которых число нейтронов резко возрастает и может возникнуть самоподдерживающийся процесс деления...

    Начала современного Естествознания

  • - боеприпасы, поражающее действие которых основано на использовании энергии ядерного взрыви. К ним относятся ядерные боевые части ракет и торпед, идерные бомбы, артиллерийские снаряды, глубинные бомбы, мины...

    Словарь военных терминов

  • Словарь юридических терминов

  • - ....

    Энциклопедический словарь экономики и права

  • - по определению ФЗ "Об использование атомной энергии" от 20 октября 1995 г. "материалы, содержащие или способные воспроизвести делящиеся ядерные вещества"...

    Большой юридический словарь

  • - snurps, small nuclear RNA - малые ядерные РНК.Обширная группа ядерных РНК небольшого размера, ассоциированная с гетерогенной ядерной РНК , входят в состав мелких рибонуклеопротеиновых гранул ядра...
  • - См. малые ядерные...

    Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь

  • - ядерные реакции, в к-рых налетающая частица передаёт энергию не всему ядру-мишени, а отд. нуклону или группе нуклонов в этом ядре. В П. я. р. не образуется составное ядро....

    Естествознание. Энциклопедический словарь

  • - аварии, возникающие на атомных электростанциях. При ядерной аварии резко усиливается радиоактивное загрязнение окружающей среды...

    Экологический словарь

  • - превращение атомов ядер при соударении с другими ядрами, элементарными частицами или гамма-квантами. При бомбардировке тяжелых ядер более легкими получены все трансурановые элементы...

    Энциклопедический словарь по металлургии

  • - ядерные процессы, в которых вносимая в атомное ядро энергия передаётся преимущественно одному или небольшой группе нуклонов...

    Большая Советская энциклопедия

  • - ПРЯМЫЕ ядерные реакции - ядерные реакции, в которых налетающая частица передает энергию не всему ядру-мишени, а отдельному нуклону или группе нуклонов в этом ядре. В прямых ядерных реакциях не образуется составное...
  • - см. Ядерные цепные реакции...

    Большой энциклопедический словарь

  • - реакции превращения атомных ядер при взамодействии с элементарными частицами, ?-квантами или друг с другом. Впервые начал изучать Эрнест Резерфорд в 1919...

    Большой энциклопедический словарь

  • - ЯДЕРНЫЕ цепные реакции - самоподдерживающиеся реакции деления атомных ядер под действием нейтронов в условиях, когда каждый акт деления сопровождается испусканием не менее 1 нейтрона, что обеспечивает поддержание...

    Большой энциклопедический словарь

"РЕАКЦИИ ЯДЕРНЫЕ В ПРИРОДЕ" в книгах

Ядерные евроракеты

Из книги Сугубо доверительно [Посол в Вашингтоне при шести президентах США (1962-1986 гг.)] автора Добрынин Анатолий Фёдорович

Глава 6 Поклонение природе. Мифы о природе

Из книги Мифы Армении автора Ананикян Мартирос А

Глава 6 Поклонение природе. Мифы о природе

Ядерные робинзоны

Из книги Бомба. Тайны и страсти атомной преисподней автора Пестов Станислав Васильевич

Ядерные робинзоны В конце 50-х Хрущева очень заинтересовал один проект, предложенный военными инженерами. Суть его заключалась в создании искусственных островов у атлантического побережья США. Мыслилось это так: темной воровской ночью мощные сухогрузы пробираются к

Ядерные амбиции

Из книги Очнись! Выжить и преуспеть в грядущем экономическом хаосе автора Чалаби Эл

Ядерные амбиции Во второй половине 2003 г. мир узнал о том, что иранская программа обогащения урана продвинута более, чем считалось раньше, и что через пару лет Иран станет обладателем ядерного оружия. Процитируем слова американского должностного лица, причастного

Ядерные продажи

Из книги Инфобизнес на полную мощность [Удвоение продаж] автора Парабеллум Андрей Алексеевич

Ядерные продажи В Японии сейчас тестируют интересную модель. Одна компания, которая занималась исследованиями покупателей, заключила уйму договоров с различными фирмами, которым нужна обратная связь от своих целевых аудиторий. Они открыли магазин бесплатных вещей –

«ЯДЕРНЫЕ ЧЕМОДАНЧИКИ»

Из книги Непознанное, отвергнутое или сокрытое автора Царева Ирина Борисовна

«ЯДЕРНЫЕ ЧЕМОДАНЧИКИ» Это покруче знаменитых «чемоданов с компроматом»!Неспешный, долгоиграющий скандал разворачивается вокруг так называемых «ядерных чемоданчиков».Все началось с сенсационного заявления, сделанного бывшим секретарем Совета безопасности РФ.

О природе, законах и природе законов

Из книги Ясные Слова автора Озорнин Прохор

О природе, законах и природе законов То, что вчера было нелепостью, сегодня стало законом природы. Законы меняются - природа остается той

Ядерные реакции и электрический заряд

Из книги Нейтрино - призрачная частица атома автора Азимов Айзек

Ядерные реакции и электрический заряд Когда в 90-х годах прошлого века физики стали яснее представлять себе структуру атома, они обнаружили, что, по крайней мере, некоторые его части несут электрический заряд. Например, электроны, заполняющие внешние области атома,

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

Из книги Атомная энергия для военных целей автора Смит Генри Деволф

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ МЕТОДЫ БОМБАРДИРОВКИ ЯДЕР1.40. Кокрофт и Уолтон получали протоны с достаточно большой энергией путем ионизации газообразного водорода и последующего ускорения ионов высоковольтной установкой с трансформатором и выпрямителем. Подобный же метод можно

ЯДЕРНЫЕ АВАРИИ

Из книги Чрезвычайные происшествия на советском флоте автора Черкашин Николай Андреевич Ядерные цепные реакции Из книги Большая Советская Энциклопедия (ЯД) автора БСЭ

§ 3.13 Ядерные реакции и дефект массы

Из книги Баллистическая теория Ритца и картина мироздания автора Семиков Сергей Александрович

§ 3.13 Ядерные реакции и дефект массы Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего от одного тела отнимается, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… Сей всеобщий естественной

План:

    Введение
  • 1 Составное ядро
    • 1.1 Энергия возбуждения
    • 1.2 Каналы реакций
  • 2 Сечение ядерной реакции
    • 2.1 Выход реакции
  • 3 Прямые ядерные реакции
  • 4 Законы сохранения в ядерных реакциях
    • 4.1 Закон сохранения энергии
    • 4.2 Закон сохранения импульса
    • 4.3 Закон сохранения момента импульса
    • 4.4 Другие законы сохранения
  • 5 Виды ядерных реакций
    • 5.1 Деление ядра
    • 5.2 Термоядерный синтез
    • 5.3 Фотоядерная реакция
    • 5.4 Другие
  • 6 Запись ядерных реакций
    • Примечания

Введение

Ядерная реакция лития-6 с дейтерием 6 Li(d,α)α

Я́дерная реа́кция - процесс образования новых ядер или частиц при столкновениях ядер или частиц. Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в 1919 году, бомбардируя α-частицами ядра атомов азота, она была зафиксирована по появлению вторичных ионизирующих частиц, имеющих пробег в газе больше пробега α-частиц и идентифицированных как протоны. Впоследствии с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса.

По механизму взаимодействия ядерные реакции делятся на два вида:

  • реакции с образованием составного ядра, это двухстадийный процесс, протекающий при не очень большой кинетической энергии сталкивающихся частиц (примерно до 10 МэВ).
  • прямые ядерные реакции, проходящие за ядерное время , необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро. Главным образом такой механизм проявляется при очень больших энергиях бомбардирующих частиц.

Если после столкновения сохраняются исходные ядра и частицы и не рождаются новые, то реакция является упругим рассеянием в поле ядерных сил, сопровождается только перераспределением кинетической энергии и импульса частицы и ядра-мишени и называется потенциальным рассеянием .


1. Составное ядро

Теория механизма реакции с образованием составного ядра была разработана Нильсом Бором в 1936 году совместно с теорией капельной модели ядра и лежит в основе современных представлений о большой части ядерных реакций.

Согласно этой теории ядерная реакция идёт в два этапа. В начале исходные частицы образуют промежуточное (составное) ядро за ядерное время , то есть время, необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро, примерно равное 10 −23 - 10 −21 с. При этом составное ядро всегда образуется в возбуждённом состоянии, так как оно обладает избыточной энергией, привносимой частицей в ядро в виде энергии связи нуклона в составном ядре и части его кинетической энергии, которая равна сумме кинетической энергии ядра-мишени с массовым числом и частицы в системе центра инерции.


1.1. Энергия возбуждения

Энергия возбуждения составного ядра, образовавшегося при поглощении свободного нуклона, равна сумме энергии связи нуклона и части его кинетической энергии :

Чаще всего вследствие большой разницы в массах ядра и нуклона примерно равна кинетической энергии бомбардирующего ядро нуклона.

В среднем энергия связи равна 8 МэВ, меняясь в зависимости от особенностей образующегося составного ядра, однако для данных ядра-мишени и нуклона эта величина является константой. Кинетическая же энергия бомбардирующей частицы может быть какой угодно, например при возбуждении ядерных реакций нейтронами, потенциал которых не имеет кулоновского барьера, значение может быть близким к нулю. Таким образом, энергия связи является минимальной энергией возбуждения составного ядра .


1.2. Каналы реакций

Переход в невозбуждённое состояние может осуществляться различными путями, называемыми каналами реакции . Типы и квантовое состояние налетающих частиц и ядер до начала реакции определяют входной канал реакции. После завершения реакции совокупность образовавшихся продуктов реакции и их квантовых состояний определяет выходной канал реакции. Реакция полностью характеризуется входным и выходным каналами.

Каналы реакции не зависят от способа образования составного ядра, что может быть объяснено большим временем жизни составного ядра, оно как бы «забывает» каким способом образовалось, следовательно образование и распад составного ядра можно рассматривать как независимые события. К примеру может образоваться как составное ядро в возбуждённом состоянии в одной из следующих реакций:

Впоследствии, при условии одинаковой энергии возбуждения, это составное ядро может распасться путём, обратным любой из этих реакций с определённой вероятностью, не зависящей от истории возникновения этого ядра. Вероятность же образования составного ядра зависит от энергии и от сорта ядра-мишени .


2. Сечение ядерной реакции

Вероятность реакции определяется так называемым ядерным сечением реакции. В лабораторной системе отсчёта (где ядро-мишень покоится) вероятность взаимодействия в единицу времени равна произведению сечения (выраженного в единицах площади) на поток падающих частиц (выраженный в количестве частиц, пересекающих за единицу времени единичную площадку). Если для одного входного канала могут осуществляться несколько выходных каналов, то отношения вероятностей выходных каналов реакции равно отношению их сечений. В ядерной физике сечения реакций обычно выражаются в специальных единицах - барнах, равных 10 −24 см².


2.1. Выход реакции

Число случаев реакции, отнесённое к числу бомбардировавших мишень частиц называется выходом ядерной реакции . Эта величина определяется на опыте при количественных измерениях. Поскольку выход непосредственно связан с сечением реакции, измерение выхода по сути является измерением сечения реакции .

3. Прямые ядерные реакции

Течение ядерных реакций возможно и через механизм прямого взаимодействия, в основном такой механизм проявляется при очень больших энергиях бомбардирующих частиц, когда нуклоны ядра можно рассматривать как свободные. От механизма составного ядра прямые реакции отличаются прежде всего распределением векторов импульсов частиц-продуктов относительно импульса бомбардирующих частиц. В отличие от сферической симметрии механизма составного ядра для прямого взаимодействия характерно преимущественное направление полёта продуктов реакции вперёд относительно направления движения налетающих частиц. Распределения по энергиям частиц-продуктов в этих случаях также различны. Для прямого взаимодействия характерен избыток частиц с высокой энергией. При столкновениях с ядрами сложных частиц (то есть других ядер) возможны процессы передачи нуклонов от ядра к ядру или обмен нуклонами. Такие реакции происходят без образования составного ядра и им присущи все особенности прямого взаимодействия .


4. Законы сохранения в ядерных реакциях

При ядерных реакциях выполняются все законы сохранения классической физики. Эти законы накладывают ограничения на возможность осуществления ядерной реакции. Даже энергетически выгодный процесс всегда оказывается невозможным, если сопровождается нарушением какого-либо закона сохранения. Кроме того, существуют законы сохранения, специфичные для микромира; некоторые из них выполняются всегда, насколько это известно (закон сохранения барионного числа, лептонного числа); другие законы сохранения (изоспина, чётности, странности) лишь подавляют определённые реакции, поскольку не выполняются для некоторых из фундаментальных взаимодействий. Следствиями законов сохранения являются так называемые правила отбора, указывающие на возможность или запрет тех или иных реакций.


4.1. Закон сохранения энергии

Если , , , - полные энергии двух частиц до реакции и после реакции, то на основании закона сохранения энергии:

При образовании более двух частиц соответственно число слагаемых в правой части этого выражения должно быть больше. Полная энергия частицы равна её энергии покоя Mc 2 и кинетической энергии E , поэтому:

Разность суммарных кинетических энергий частиц на «выходе» и «входе» реакции Q = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) называется энергией реакции (или энергетическим выходом реакции ). Она удовлетворяет условию:

Множитель 1/c 2 обычно опускают, при подсчёте энергетического баланса выражая массы частиц в энергетических единицах (или иногда энергии в массовых единицах).

Если Q > 0, то реакция сопровождается выделением свободной энергии и называется экзоэнергетической , если Q < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется эндоэнергетической .

Легко заметить, что Q > 0 тогда, когда сумма масс частиц-продуктов меньше суммы масс исходных частиц, то есть выделение свободной энергии возможно только за счёт снижения масс реагирующих частиц. И наоборот, если сумма масс вторичных частиц превышает сумму масс исходных, то такая реакция возможна только при условии затраты какого-то количества кинетической энергии на увеличение энергии покоя, то есть масс новых частиц. Минимальное значение кинетической энергии налетающей частицы, при которой возможна эндоэнергетическая реакция, называется пороговой энергией реакции . Эндоэнергетические реакции называют также пороговыми реакциями , поскольку они не происходят при энергиях частиц ниже порога.


4.2. Закон сохранения импульса

Полный импульс частиц до реакции равен полному импульсу частиц-продуктов реакции. Если , , , - векторы импульсов двух частиц до реакции и после реакции, то

Каждый из векторов может быть независимо измерен на опыте, например магнитным спектрометром. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что закон сохранения импульса справедлив как при ядерных реакциях, так и в процессах рассеяния микрочастиц.


4.3. Закон сохранения момента импульса

Момент количества движения также сохраняется при ядерных реакциях. В результате столкновения микрочастиц образуются только такие составные ядра, момент импульса которых равен одному из возможных значений момента, получающегося при сложении собственных механических моментов (спинов) частиц и момента их относительного движения (орбитального момента). Каналы распада составного ядра также могут быть лишь такими, чтобы сохранялся суммарный момент количества движения (сумма спинового и орбитального моментов).


4.4. Другие законы сохранения

  • при ядерных реакциях сохраняется электрический заряд - алгебраическая сумма элементарных зарядов до реакции равна алгебраической сумме зарядов после реакции.
  • при ядерных реакциях сохраняется число нуклонов, что в самых общих случаях интерпретируется как сохранение барионного числа. Если кинетические энергии сталкивающихся нуклонов очень высоки, то возможны реакции рождения нуклонных пар. Поскольку нуклонам и антинуклонам приписываются противоположные знаки, то при любых процессах алгебраическая сумма барионных чисел всегда остаётся неизменной.
  • при ядерных реакциях сохраняется число лептонов (точнее, разность количества лептонов и количества антилептонов, см. Лептонное число).
  • при ядерных реакциях, которые протекают под воздействием ядерных или электромагнитных сил, сохраняется чётность волновой функции, описывающей состояние частиц до и после реакции. Чётность волновой функции не сохраняется в превращениях, обусловленных слабыми взаимодействиями .
  • при ядерных реакциях, обусловленных сильными взаимодействиями, сохраняется изотопический спин. Слабые и электромагнитные взаимодействия изоспин не сохраняют.

5. Виды ядерных реакций

Ядерные взаимодействия с частицами носят весьма разнообразный характер, их виды и вероятности той или иной реакции зависят от вида бомбардирующих частиц, ядер-мишеней, энергий взаимодействующих частиц и ядер и многих других факторов.

5.1. Деление ядра

Деле́ние ядра́ - процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер - экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения.

Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.


5.2. Термоядерный синтез

При нормальной температуре слияние ядер невозможно, так как положительно заряженные ядра испытывают огромные силы кулоновского отталкивания. Для синтеза легких ядер необходимо сблизить их на расстояние порядка 10 −15 м, на котором действие ядерных сил притяжения будет превышать кулоновские силы отталкивания. Для того чтобы произошло слияние ядер, необходимо увеличить их подвижность, то есть увеличить их кинетическую энергию. Это достигается повышением температуры. За счет полученной тепловой энергии увеличивается подвижность ядер, и они могут подойти друг к другу на такие близкие расстояния, что под действием ядерных сил сцепления сольются в новое более сложное ядро. В результате слияния легких ядер освобождается большая энергия, так как образовавшееся новое ядро имеет большую удельную энергию связи, чем исходные ядра. Термоядерная реакция - это экзоэнергетическая реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре (10 7 К).

Прежде всего, среди них следует отметить реакцию между двумя изотопами (дейтерий и тритий) весьма распространенного на Земле водорода, в результате которой образуется гелий и выделяется нейтрон. Реакция может быть записана в виде

+ энергия (17,6 МэВ) .

Выделенная энергия (возникающая из-за того, что гелий-4 имеет очень сильные ядерные связи) переходит в кинетическую энергию, большую часть из которой, 14,1 МэВ, уносит с собой нейтрон как более лёгкая частица . Образовавшееся ядро прочно связано, поэтому реакция так сильно экзоэнергетична. Эта реакция характеризуется наинизшим кулоновским барьером и большим выходом, поэтому она представляет особый интерес для термоядерного синтеза .

Термоядерная реакция используется в термоядерном оружии и находится на стадии исследований для возможного применения в энергетике, в случае решения проблемы управления термоядерным синтезом.


5.3. Фотоядерная реакция

При поглощении гамма-кванта ядро получает избыток энергии без изменения своего нуклонного состава, а ядро с избытком энергии является составным ядром. Как и другие ядерные реакции, поглощение ядром гамма-кванта возможно только при выполнении необходимых энергетических и спиновых соотношений. Если переданная ядру энергия превосходит энергию связи нуклона в ядре, то распад образовавшегося составного ядра происходит чаще всего с испусканием нуклонов, в основном нейтронов. Такой распад ведёт к ядерным реакциям и , которые и называются фотоядерными , а явление испускания нуклонов в этих реакциях - ядерным фотоэффектом .


5.4. Другие

6. Запись ядерных реакций

Ядерные реакции записываются в виде специальных формул, в которых встречаются обозначения атомных ядер и элементарных частиц.

Первый способ написания формул ядерных реакций аналогичен записи формул реакций химических, то есть, слева записывается сумма исходных частиц, справа - сумма получившихся частиц (продуктов реакции), а между ними ставится стрелка.

Так, реакция радиационного захвата нейтрона ядром кадмия-113 записывается так:

Мы видим, что число протонов и нейтронов справа и слева остаётся одинаковым (барионное число сохраняется). Это же относится к электрическим зарядам, лептонным числам и другим величинам (энергия, импульс, момент импульса, …). В некоторых реакциях, где участвует слабое взаимодействие, протоны могут превращаться в нейтроны и наоборот, однако их суммарное число не меняется.

Второй способ записи, более удобный для ядерной физики, имеет вид A (a, bcd…) B , где А - ядро мишени, а - бомбардирующая частица (в том числе ядро), b, с, d, … - испускаемые частицы (в том числе ядра), В - остаточное ядро. В скобках записываются более лёгкие продукты реакции, вне - более тяжёлые. Так, вышеприведённая реакция захвата нейтрона может быть записана в таком виде:

Реакции часто называют по совокупности налетающих и испускаемых частиц, стоящих в скобках; так, выше записан типичный пример (n , γ)-реакции.

Первое принудительное ядерное превращение азота в кислород, которое провёл Резерфорд, обстреливая азот альфа-частицами, записывается в виде формулы

Где - ядро атома водорода, протон.

В «химической» записи эта реакция выглядит, как

скачать .

Рекомендуем также

Loading...Loading...