Dom > zdravstvo

Hladna nuklearna fuzija u živoj stanici. Nuklearne reakcije

NUKLEARNE REAKCIJE U PRIRODI – dijele se u 2 razreda: termonuklearne reakcije i reakcije pod djelovanjem nuklearnih čestica i nuklearna fisija. Prvi zahtijevaju temperaturu od ~ nekoliko milijuna stupnjeva za njihovu provedbu i javljaju se samo u unutrašnjosti zvijezda ili tijekom eksplozija H-bombi. Potonji se javljaju u atmosferi i litosferi zbog kozmičkog zračenja i zbog nuklearno aktivnih čestica u gornjim ljuskama Zemlje. Brze kozmičke čestice (srednja energija ~2 10 9 eV), ulazeći u Zemljinu atmosferu, često uzrokuju potpuno cijepanje atmosferskih atoma (N, O) na lakše nuklearne fragmente, uključujući neutroni. Brzina formiranja potonjeg doseže 2,6 neutrona (cm -2 sec -1). Neutroni su u interakciji pretežno s atmosferskim N, osiguravajući stalnu proizvodnju radioaktivnog izotopi ugljik C 14 (T 1/2 = 5568 godina) i tricij H 3 (T 1/2 = 12,26 godina) prema sljedećim reakcijama N 14 + P\u003d C 14 + H 1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Godišnje stvaranje radiougljika u Zemljinoj atmosferi iznosi oko 10 kg. Također je zabilježeno stvaranje radioaktivnog Be 7 i Cl 39 u atmosferi. Nuklearne reakcije u litosferi nastaju uglavnom zbog α-čestica i neutrona koji nastaju raspadom dugoživućih radioaktivnih elemenata (uglavnom U i Th). Treba napomenuti akumulaciju He 3 u nekim mls koji sadrže Li (vidi. izotopi helija u geologiji), stvaranje pojedinačnih izotopa neona u euksenitu, monazitu i drugim m-lahovima prema reakcijama: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Stvaranje izotopa argona u radioaktivnim tvarima prema reakcijama: Cl 35 + Nije = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Tijekom spontane i neutron-inducirane fisije urana, uočava se stvaranje teških izotopa kriptona i ksenona (vidi metodu određivanja apsolutne starosti Xenona). U m-lakh litosfere, umjetno cijepanje atomske jezgre uzrokuje nakupljanje nekih izotopa u količini od 10 -9 -10 -12% mase m-la.

Geološki rječnik: u 2 sveska. - M.: Nedra. Uredili K. N. Paffengolts i sur.. 1978 .

Pogledajte što je "NUKLEARNE REAKCIJE U PRIRODI" u drugim rječnicima:

    Nuklearna fizika Atomska jezgra Radioaktivni raspad Nuklearna reakcija Osnovni pojmovi Atomska jezgra Izotopi Izobare Poluživot Ma ... Wikipedia

    Nuklearne reakcije između svjetlosnih atoma. jezgre koje se javljaju na vrlo visokim temperaturama (=108K i više). Visoke temperature, tj. dovoljno velike relativne energije jezgri u sudaru, potrebne su za prevladavanje elektrostatike. prepreka, ... ... Fizička enciklopedija

    Chem. transformacije i nuklearni procesi, u kojima pojava međuaktivne čestice (slobodni radikal, atom, pobuđena molekula u kemijskim transformacijama, neutron u nuklearnim procesima) uzrokuje lanac transformacija početnih u c. Primjeri kem. C. r ... Kemijska enciklopedija

    Jedan od novih pravaca moderne geol. znanost, usko povezana sa susjednim dijelovima nuklearne fizike, geokemije, radiokemije, geofizike, kozmokemije i kozmogonije i pokriva teški problemi prirodna evolucija atomskih jezgri u prirodi i ... ... Geološka enciklopedija

    Stabilni i radioaktivni izotopi proizvedeni u prirodni objekti pod djelovanjem kozmičkog zračenja, na primjer, prema shemi: XAz + P → YAZ + an + bp, u kojoj je A = A1 + an + (b 1)p; Z \u003d Z1.+ (b 1)p, gdje je XAz izvorna jezgra, P je brz ... ... Geološka enciklopedija

    Termonuklearna fuzija, reakcija fuzije lakih atomskih jezgri u teže jezgre, koja se odvija na supervisokim temperaturama i praćena oslobađanjem golemih količina energije. Nuklearna fuzija je reakcija koja je obrnuta fisiji atoma: u potonjem ... ... Enciklopedija Collier

    Nuklearni procesi Radioaktivni raspad Alfa raspad Beta raspad Klaster raspad Dvostruki beta raspad Elektronsko hvatanje Dvostruko hvatanje elektrona Gama zračenje Unutarnja pretvorba Izomerni prijelaz Neutronski raspad Raspad pozitrona ... ... Wikipedia

    94 Neptunij ← Plutonij → Americicij Sm Pu ... Wikipedia

    Nuklearna fizika ... Wikipedia

knjige

  • Dobivanje nuklearne energije te rijetkih i plemenitih metala kao rezultat nuklearnih transformacija. Energija veze i potencijalna energija električne interakcije električnih naboja u neutronu, deuteronu, triciju, heliju-3 i heliju-4
  • Dobivanje nuklearne energije te rijetkih i plemenitih metala kao rezultat nuklearnih transformacija. Energija veze i potencijalna energija električne interakcije električnih naboja u Neutron, Deuter, Larin V.I. Prvi dio ove knjige bavi se različitim nuklearnim reakcijama za dobivanje energije i plemenitih metala kao rezultat prisilnih nuklearnih transformacija stabilnih izotopa...

Rachek Maria, Yesman Vitalia, Rumyantseva Victoria

Ovaj istraživački projekt radili učenici 9. razreda. To je vodeći zadatak u proučavanju školske djece teme "Strukture atoma i atomske jezgre. Upotreba energije atomskih jezgri" u kolegiju fizike 9. razreda. Cilj projekta je razjasniti uvjete za nastanak nuklearnih reakcija i principe rada nuklearnih elektrana.

Preuzimanje datoteka:

Pregled:

Općinska proračunska obrazovna ustanova

Srednji sveobuhvatna škola № 14

Ime Heroja Sovjetskog Saveza

Anatolij Perfiljev

G . Aleksandrov

Istraživački rad u fizici

"Nuklearne reakcije"

Dovršeno

zjenice

9B razred:

Rachek Maria,

Rumyantseva Victoria,

Yesman Vitalia

učitelj, nastavnik, profesor

Romanova O.G.

2015

Plan projekta

Uvod

Teorijski dio

  • Nuklearna elektrana.

Zaključak

Bibliografija

Uvod

Relevantnost:

Jedan od najvažnijih problema s kojima se čovječanstvo suočava je energetski problem. Potrošnja energije raste tako brzo da će se trenutno poznate rezerve goriva iscrpiti u relativno kratkom vremenu. Problem "energetske gladi" ne rješava se korištenjem energije iz tzv. obnovljivih izvora (energija rijeka, vjetra, sunca, morski valovi, duboka toplina Zemlje), budući da mogu pružiti najboljem slučaju samo 5-10% naših potreba. S tim u vezi, sredinom 20. stoljeća postalo je potrebno tražiti nove izvore energije.

Trenutno pravi doprinos opskrbi energijom daju nuklearna energija, odnosno nuklearne elektrane (skraćeno NPP). Stoga smo odlučili saznati jesu li nuklearne elektrane korisne čovječanstvu.

Ciljevi rada:

  1. Saznati uvjete za nastanak nuklearnih reakcija.
  2. Doznajte principe rada nuklearnih elektrana, kao i doznajte utječe li to dobro ili loše na okoliš i po osobi.

Kako bismo postigli cilj, postavili smo sljedeće zadaci:

  1. Naučite strukturu atoma, njegov sastav, što je radioaktivnost.
  2. Istražite atom urana. Istražite nuklearnu reakciju.
  3. Istražite princip rada nuklearnih motora.

Metode istraživanja:

  1. Teorijski dio - čitanje literature o nuklearnim reakcijama.

Teorijski dio.

Povijest atoma i radioaktivnosti. Struktura atoma.

Pretpostavku da su sva tijela sastavljena od sićušnih čestica dao je starogrčki filozofi Leukip i Demokrit prije oko 2500 tisuća godina. Te se čestice nazivaju "atom", što znači "nedjeljiv". Atom je najmanja čestica materije, najjednostavnija, koja nema sastavnih dijelova.

No, oko sredine 19. stoljeća počele su se pojavljivati ​​eksperimentalne činjenice koje dovode u sumnju ideju o nedjeljivosti atoma. Rezultati ovih eksperimenata sugeriraju da atomi imaju složenu strukturu i da sadrže električno nabijene čestice.

Najupečatljiviji dokaz složena struktura atom je bio otkriće fenomenaradioaktivnostsnimio francuski fizičar Henri Becquerel 1896. godine. Otkrio je da kemijski element uran spontano (tj. bez vanjskih interakcija) emitira dosad nepoznate nevidljive zrake, koje su kasnije nazvaneradioaktivno zračenje. Budući da radioaktivno zračenje ima neobična svojstva, mnogi znanstvenici su ga počeli proučavati. Pokazalo se da ne samo uran, već i neki drugi kemijski elementi (na primjer, radij) također spontano emitiraju radioaktivne zrake. Sposobnost atoma nekih kemijskih elemenata na spontano zračenje počela se nazivati ​​radioaktivnošću (od latinskog radio - zračim i activus - djelotvoran).

Becquerel je došao na ideju: nije li bilo koja luminiscencija popraćena rendgenskim zrakama? Kako bi provjerio svoju pretpostavku, uzeo je nekoliko spojeva, uključujući jednu od soli urana, koja fosforescira žuto-zelenim svjetlom. Nakon što ju je osvijetlio sunčevom svjetlošću, zamotao je sol u crni papir i stavio je u tamni ormar na fotografsku ploču, također umotanu u crni papir. Nešto kasnije, pokazavši ploču, Becquerel je doista vidio sliku komada soli. Ali luminiscentno zračenje nisu mogli proći kroz crni papir, a samo su X-zrake mogle osvijetliti ploču u tim uvjetima. Becquerel je ponovio eksperiment nekoliko puta s jednakim uspjehom. Krajem veljače 1896. na sastanku Francuske akademije znanosti iznio je izvješće o x-zrake fosforescentne tvari. Nakon nekog vremena u Becquerelovom laboratoriju slučajno se razvila ploča na kojoj je ležala uranova sol, ne ozračena sunčevom svjetlošću. Ona, naravno, nije fosforescirala, ali ispao je otisak na ploči. Tada je Becquerel počeo doživljavati različite veze i minerali urana (uključujući one koji ne pokazuju fosforescenciju), kao i metalni uran. Ploča je stalno bila osvijetljena. Postavljanjem metalnog križa između soli i ploče, Becquerel je dobio slabe konture križa na ploči. Tada je postalo jasno da su otkrivene nove zrake koje prolaze kroz neprozirne objekte, ali nisu X-zrake.

Becquerel svoje otkriće dijeli sa znanstvenicima s kojima je surađivao. Godine 1898. Marie Curie i Pierre Curie otkrili su radioaktivnost torija, a kasnije su otkrili radioaktivne elemente polonij i radij. Otkrili su da svi spojevi urana i, u najvećoj mjeri, sam uran imaju svojstvo prirodne radioaktivnosti. Becquerel se vratio luminoforima koji su ga zanimali. Istina, napravio je još jedno veliko otkriće vezano uz radioaktivnost. Jednom je Becquerelu za jedno javno predavanje trebala radioaktivna tvar, uzeo ju je od Curijevih i stavio epruvetu u džep prsluka. Nakon održanog predavanja vlasnicima je vratio radioaktivni pripravak, a sutradan je na tijelu ispod džepa prsluka pronašao crvenilo kože u obliku epruvete. Becquerel je o tome rekao Pierreu Curieju, a on je postavio eksperiment: deset sati je nosio epruvetu s radijem privezanom za podlakticu. Nekoliko dana kasnije pojavilo se i crvenilo koje je potom preraslo u teški čir od kojeg je patio dva mjeseca. Tako je prvi put otkriven biološki učinak radioaktivnosti.

Godine 1899., kao rezultat pokusa provedenog pod vodstvom engleskog fizičara Ernesta Rutherforda, otkriveno je da je radioaktivno zračenje radija nehomogeno, t.j. ima složen sastav. U sredini se nalazi mlaz (zračenje) koji nema električni naboj, a sa strane su poredane 2 struje nabijenih čestica. Pozitivno nabijene čestice nazivaju se alfa čestice, koje su potpuno ionizirani atomi helija, a negativno nabijene čestice, beta čestice, koje su elektroni. Neutralne se nazivaju gama čestice ili gama kvanti. Gama zračenje, kako se kasnije pokazalo, jedan je od raspona elektromagnetskog zračenja.

Budući da se znalo da je atom kao cjelina neutralan, fenomen radioaktivnosti omogućio je znanstvenicima da naprave grubi model atoma. Prva osoba koja je to učinila bio je engleski fizičar Joseph John Thomson, koji je stvorio jedan od prvih modela atoma 1903. godine. Model je bio kugla, po cijelom volumenu koji je ravnomjerno raspoređen pozitivan naboj. Unutar lopte su bili elektroni od kojih je svaki mogao stvarati oscilatorna kretanja oko svog ravnotežnog položaja. Model je oblikom i strukturom podsjećao na tortu s grožđicama. Pozitivni naboj je po apsolutnoj vrijednosti jednak ukupnom negativnom naboju elektrona, pa je naboj atoma u cjelini jednak nuli.

Thomsonov model strukture atoma trebao je eksperimentalnu provjeru, koju je 1911. preuzeo Rutherford. Provodio je pokuse i došao do zaključka da je model atoma lopta, u čijem se središtu nalazi pozitivno nabijena jezgra, koja zauzima mali volumen cijelog atoma. Elektroni se kreću oko jezgre čija je masa mnogo manja. Atom je električno neutralan jer je naboj jezgre jednak modulu ukupnog naboja elektrona. Rutherford je također otkrio da jezgra atoma ima promjer od oko 10-14 – 10 -15 m, tj. stotine tisuća puta je manji od atoma. To je jezgra koja se mijenja tijekom radioaktivnih transformacija, t.j. radioaktivnost je sposobnost nekih atomskih jezgri da se spontano transformiraju u druge jezgre emisijom čestica. Kako bi registrirao (vidi) čestice, 1908. godine njemački fizičar Hans Geiger izumio je takozvani Geigerov brojač.

Kasnije su pozitivno nabijene čestice u atomu nazvane protoni, a negativne - neutroni. Protoni i neutroni zajednički su poznati kao nukleoni.

fisija urana. Lančana reakcija.

Fisiju jezgri urana tijekom njegovog bombardiranja neutronima otkrili su 1939. njemački znanstvenici Otto Hahn i Fritz Strassmann.

Razmotrimo mehanizam ovog fenomena. Nakon što je apsorbirala dodatni neutron, jezgra stupa u akciju i deformira se, dobivajući izduženi oblik.

U jezgri postoje 2 vrste sila: elektrostatičke sile odbijanja između protona, koje teže razbijanju jezgre, i nuklearne sile privlačenja između svih nukleona, zbog kojih se jezgra ne raspada. Ali nuklearne sile su kratkog dometa, pa u izduženoj jezgri više ne mogu držati dijelove jezgre koji su međusobno jako udaljeni. Pod djelovanjem elektrostatičkih sila jezgra se kida na dva dijela, koji se velikom brzinom raspršuju u različitim smjerovima i emitiraju 2-3 neutrona. Dio unutarnja energija prelazi u kinetičku. Fragmenti jezgre brzo usporavaju u okolišu, uslijed čega se njihova kinetička energija pretvara u unutarnju energiju okoliša. Uz istodobnu fisiju velikog broja uranovih jezgri, unutarnja energija medija koji okružuje uran i, sukladno tome, raste njegova temperatura. Dakle, reakcija fisije jezgri urana ide s oslobađanjem energije u okoliš. Energija je kolosalna. Potpunom fisijom svih jezgri prisutnih u 1 g urana oslobađa se onoliko energije koliko se oslobađa pri izgaranju 2,5 tone nafte. Za pretvaranje unutarnje energije atomskih jezgri u električnu energiju, lančane reakcije nuklearna fisija, temeljena na činjenici da 2-3 neutrona oslobođena tijekom cijepanja prve jezgre mogu sudjelovati u fisiji ostalih jezgri koje ih hvataju. Za održavanje kontinuiteta lančane reakcije važno je uzeti u obzir masu urana. Ako je masa urana premala, onda neutroni izlete iz njega, a da na svom putu ne naiđu na jezgru. Lančana reakcija prestaje. Što je veća masa komada urana, to su veće njegove dimenzije i duži put koji neutroni putuju u njemu. Povećava se vjerojatnost susreta neutrona s atomskim jezgrama. Sukladno tome, povećava se broj nuklearnih fisija i broj emitiranih neutrona. Broj neutrona koji se pojavio nakon cijepanja jezgri jednak je broju izgubljenih neutrona, pa se reakcija može nastaviti Dugo vrijeme. Kako se reakcija ne bi zaustavila, potrebno je uzeti masu urana određenu vrijednost- kritično. Ako je masa urana više nego kritična, tada, kao rezultat naglog povećanja slobodnih neutrona, lančana reakcija dovodi do eksplozije.

Nuklearni reaktor. Nuklearna reakcija. Pretvorba unutarnje energije atomskih jezgri u električna energija.

Nuklearni reaktor - Riječ je o uređaju u kojem se provodi kontrolirana nuklearna lančana reakcija, praćena oslobađanjem energije. Prvi nuklearni reaktor, nazvan SR-1, izgrađen je u prosincu 1942. u SAD-u pod vodstvom E. Fermija. Trenutno, prema podacima IAEA-e, u svijetu postoji 441 reaktor u 30 zemalja. U izgradnji su još 44 reaktora.

U nuklearnom reaktoru uran-235 se uglavnom koristi kao fisijski materijal. Takav se reaktor naziva sporim neutronskim reaktorom. moderator Neutroni mogu biti različite tvari:

  1. Voda . Prednosti obične vode kao moderatora su njezina dostupnost i niska cijena. Nedostaci vode su niska temperatura vrenja (100 °C pri tlaku od 1 atm) i apsorpcije toplinskih neutrona. Prvi nedostatak otklanja se povećanjem tlaka u primarnom krugu. Apsorpcija toplinskih neutrona vodom kompenzira se korištenjem nuklearnog goriva na bazi obogaćenog urana.
  2. Teška voda . Teška voda malo se razlikuje od obične vode po svojim kemijskim i termofizičkim svojstvima. On praktički ne apsorbira neutrone, što omogućuje korištenje prirodnog urana kao nuklearnog goriva u reaktorima s moderatorom teške vode. Nedostatak teške vode je njezina visoka cijena.
  3. Grafit . Reaktorski grafit dobiva se umjetno iz mješavine naftnog koksa i katrana ugljena. Prvo se iz smjese prešaju blokovi, a zatim se ovi blokovi termički obrađuju na visokoj temperaturi. Grafit ima gustoću od 1,6-1,8 g/cm3. Sublimira na temperaturi od 3800-3900 °C. Grafit zagrijan na zraku do 400 °C se zapali. Stoga se u energetskim reaktorima nalazi u atmosferi inertnog plina (helij, dušik).
  4. Berilijum . Jedan od najboljih retardera. Ima visoku točku taljenja (1282°C) i toplinsku vodljivost, a kompatibilan je s ugljičnim dioksidom, vodom, zrakom i nekim tekućim metalima. Međutim, helij se pojavljuje u reakciji praga, pa se pod intenzivnim zračenjem brzim neutronima unutar berilija nakuplja plin, pod čijim pritiskom berilij bubri. Korištenje berilija također je ograničeno njegovom visokom cijenom. Osim toga, berilij i njegovi spojevi vrlo su otrovni. Berilij se koristi za izradu reflektora i izmjenjivača vode u jezgri istraživačkih reaktora.

Dijelovi reaktora sa sporim neutronima: u jezgri se nalazi nuklearno gorivo u obliku uranovih šipki i moderatora neutrona (npr. voda), reflektora (sloj materije koji okružuje jezgru) i zaštitne ljuske od betona. Reakciju kontroliraju kontrolne šipke koje učinkovito apsorbiraju neutrone. Za pokretanje reaktora postupno se uklanjaju iz jezgre. Neutroni i fragmenti jezgri nastali tijekom te reakcije, razlijećući se velikom brzinom, padaju u vodu, sudaraju se s jezgrama atoma vodika i kisika i daju im dio svoje kinetičke energije. Istodobno se voda zagrijava, a nakon nekog vremena usporeni neutroni ponovno padaju u uranove šipke i sudjeluju u nuklearnoj fisiji. Aktivna zona je spojena na izmjenjivač topline pomoću cijevi, tvoreći prvi zatvoreni krug. Pumpe osiguravaju cirkulaciju vode u njemu. Zagrijana voda prolazi kroz izmjenjivač topline, zagrijava vodu u sekundarnoj zavojnici i pretvara je u paru. Dakle, voda u jezgri služi ne samo kao moderator neutrona, već i kao rashladno sredstvo koje uklanja toplinu. Nakon što se energija pare u zavojnici pretvara u električnu energiju. Para okreće turbinu, koja pokreće rotor generatora. električna struja. Ispušna para ulazi u kondenzator i pretvara se u vodu. Zatim se cijeli ciklus ponavlja.

nuklearni motorkoristi energiju nuklearne fisije ili fuzije za stvaranje mlaznog potiska. Tradicionalni nuklearni motor u cjelini je dizajn nuklearnog reaktora i samog motora. Radna tekućina (češće - amonijak ili vodik) se dovodi iz spremnika u jezgru reaktora, gdje se, prolazeći kroz kanale zagrijane reakcijom nuklearnog raspada, zagrijava na visoke temperature i zatim izbacuje kroz mlaznicu, stvarajući mlazni potisak .

Nuklearna elektrana.

Nuklearna elektrana- polje tehnologije koje se temelji na korištenju reakcije fisije atomskih jezgri za stvaranje topline i električne energije. Sektor nuklearne energije najznačajniji je u Francuskoj, Belgiji, Finskoj, Švedskoj, Bugarskoj i Švicarskoj, tj. u onim industrijaliziranim zemljama gdje nema dovoljno prirodnih energetskih resursa. Ove zemlje proizvode između četvrtine i pol svoje električne energije iz nuklearnih elektrana.

Prvi europski reaktor stvoren je 1946. godine u Sovjetskom Savezu pod vodstvom Igora Vasiljeviča Kurčatova. Godine 1954. u Obninsku je puštena u rad prva nuklearna elektrana. Prednosti NPP-a:

  1. Glavna prednost je praktična neovisnost o izvorima goriva zbog male količine goriva. U Rusiji je to posebno važno u europskom dijelu, budući da je isporuka ugljena iz Sibira preskupa. Rad nuklearne elektrane mnogo je jeftiniji od termoelektrane. Istina, gradnja termoelektrane je jeftinija od izgradnje nuklearne elektrane.
  2. Velika prednost nuklearne elektrane je njena relativna čistoća okoliša. U TE ukupne godišnje emisije štetnih tvari iznose oko 13.000 tona godišnje za plin i 165.000 tona za TE na prah. U nuklearnim elektranama takvih emisija nema. Termoelektrane godišnje troše 8 milijuna tona kisika za oksidaciju goriva, dok nuklearne elektrane kisik uopće ne troše. Osim toga, postrojenje za ugljen daje veće specifično oslobađanje radioaktivnih tvari. Ugljen uvijek sadrži prirodne radioaktivne tvari, koje pri sagorijevanju gotovo u potpunosti ulaze u vanjski okoliš. Većina radionuklida iz termoelektrana je dugovječna. Većina radionuklida iz nuklearnih elektrana brzo se raspada, pretvarajući se u neradioaktivne.
  3. Za većinu zemalja, uključujući Rusiju, proizvodnja električne energije u nuklearnim elektranama nije skuplja nego u termoelektranama na prah i, još više, na plinsko ulje. Prednost nuklearnih elektrana u cijeni proizvedene električne energije posebno je uočljiva tijekom takozvanih energetskih kriza koje su počele početkom 1970-ih. Pad cijena nafte automatski smanjuje konkurentnost nuklearnih elektrana.

Korištenje nuklearnih motora u modernom vremenu.

Kao što je nuklearna fizika sve se jasnije nazirala perspektiva stvaranja nuklearnih elektrana. Prvi praktični korak u tom smjeru poduzeo je Sovjetski Savez gdje je 1954 izgrađena je nuklearna elektrana.

Godine 1959 Prvi brod na nuklearni pogon na svijetu, ledolomac Lenjin, pušten je u rad pod zastavom SSSR-a, koji je uspješno vodio trgovačke brodove u teškim uvjetima na Arktiku.

NA posljednjih godina U 19. stoljeću moćni sovjetski ledolomci na nuklearni pogon Arktika i Sibir ušli su u arktičku stražu...

Nuklearna energija otvorila je posebno velike mogućnosti za podmornice, omogućivši rješavanje dva od njih stvarni problemi- povećati brzinu pod vodom i produžiti trajanje plivanja pod vodom bez izrona. Uostalom, najnaprednije dizel-električne podmornice ne mogu razviti više od 18-20 čvorova pod vodom, a čak se i ta brzina održava samo oko sat vremena, nakon čega su prisiljene izroniti kako bi napunile baterije.

U takvim uvjetima, po nalogu CK KPSS-a i sovjetske vlade, u našoj je zemlji u najkraćem mogućem roku stvorena atomska podmornička flota. Sovjetske podmornice na nuklearni pogon više puta su prelazile Arktički ocean ispod leda, izronile u području Sjevernog pola. Uoči XXIII Kongresa CPSU-a, grupa nuklearnih podmornica oplovila je svijet, prošavši oko 22 tisuće milja pod vodom bez izrona ...

Glavna razlika između nuklearne podmornice i podmornice na parni pogon je zamjena parnog kotla reaktorom u kojem se provodi kontrolirana lančana reakcija fisije atoma nuklearnog goriva s oslobađanjem topline koja se koristi za proizvodnju pare u pari. generator.

Nuklearna elektrana stvorena za podmornice stvarna perspektiva ne samo da sustigne u brzini površinske brodove, nego i da ih nadmaši. Kao što znamo, u potopljenom stanju, podmornica ne doživljava otpor valova, za prevladavanje kojeg brzi površinski deplasmanski brodovi troše većinu snage elektrane.

Biološki učinak zračenja.

Zračenje je po svojoj prirodi štetno za život. Male doze zračenja mogu "pokrenuti" još neu potpunosti shvaćeni lanac događaja koji dovode do raka ili genetskog oštećenja. Pri visokim dozama, zračenje može uništiti stanice, oštetiti tkiva organa i uzrokovati smrt organizma. Oštećenja uzrokovana visokim dozama zračenja obično se pojavljuju u roku od nekoliko sati ili dana. Rak se, međutim, pojavljuje mnogo godina nakon izlaganja, obično ne prije jednog do dva desetljeća. A kongenitalne malformacije i druge nasljedne bolesti uzrokovane oštećenjem genetskog aparata, po definiciji, pojavljuju se tek u sljedećim ili narednim generacijama: to su djeca, unuci i udaljeniji potomci pojedinca koji je bio izložen zračenju.

Ovisno o vrsti zračenja, dozi zračenja i njegovim uvjetima, različite vrste ozljeda zračenja. To su akutna radijacijska bolest (ARS) - od vanjskog izlaganja, ARS - od unutarnjeg izlaganja, kronična radijacijska bolest, različiti klinički oblici s pretežno lokalnim oštećenjem pojedinih organa, koji se mogu karakterizirati akutnim, subakutnim ili kroničnim tijekom; to su dugoročne posljedice, među kojima je najznačajnija pojava malignih tumora; degenerativni i distrofični procesi (katarakta, sterilitet, sklerotične promjene). To također uključuje genetske posljedice uočene kod potomaka izloženih roditelja. Ionizirajuća zračenja koja uzrokuju njihov razvoj, zbog svoje visoke prodorne sposobnosti, utječu na tkiva, stanice, unutarstanične strukture, molekule i atome bilo gdje u tijelu.

Živa bića različito reagiraju na djelovanje zračenja, a razvoj reakcija zračenja uvelike ovisi o dozi zračenja. Stoga je preporučljivo razlikovati: 1) utjecaj malih doza, do oko 10 rad; 2) izloženost srednjim dozama koje se obično koriste sa terapeutske svrhe, koji graniče s gornjom granicom izloženosti visokim dozama. Pri izlaganju zračenju javljaju se reakcije koje se javljaju odmah, rane reakcije, kao i kasne (udaljene) manifestacije. Krajnji rezultat zračenja često uvelike ovisi o brzini doze, raznim uvjetima zračenje i posebno na prirodu zračenja. To vrijedi i za područje primjene zračenja u kliničkoj praksi u terapeutske svrhe.

Zračenje različito utječe na ljude ovisno o spolu i dobi, stanju organizma, imunološkom sustavu itd., no posebno je jako na dojenčadi, djeci i adolescentima.

Rak je najozbiljnija od svih posljedica izlaganja ljudi malim dozama. Opsežna istraživanja koja pokrivaju 100.000 preživjelih atomska bombardiranja Hirošima i Nagasaki su pokazali da je do sada rak jedini uzrok viška smrtnosti u ovoj populacijskoj skupini.

Zaključak.

Nakon provedenog istraživanja, otkrili smo da nuklearno gorivo i nuklearni motori donose veliku korist ljudima. Zahvaljujući njima, osoba je pronašla jeftine izvore topline i energije (jedna nuklearna elektrana zamjenjuje nekoliko desetaka ili čak stotina običnih termoelektrana za osobu), uspjela je proći kroz led do Sjevernog pola i potonuti na dno oceana. Ali sve to funkcionira samo kada se pravilno primjenjuje, t.j. u pravoj količini i samo u miroljubive svrhe. Bilo je mnogo slučajeva eksplozija nuklearnih elektrana (Černobil, Fukušima) i eksplozija atomskih bombi (Hirošima i Nagasaki).

Ali nitko nije zaštićen od posljedica radioaktivnog otpada. Mnogi ljudi pate od radijacijske bolesti i raka uzrokovanih zračenjem. No, mislimo da će znanstvenici za nekoliko godina smisliti metode za odlaganje radioaktivnog otpada bez štete po zdravlje i izmisliti lijekove za sve te bolesti.

Bibliografija.

  1. A. V. Pyoryshkin, E. M. Gutnik. „Udžbenik fizike za 9. razred“.
  2. G. Kessler. "Nuklearna energija".
  3. R. G. Perelman. "Nuklearni motori".
  4. E. Rutherford. Izabrana znanstvena djela. Struktura atoma i umjetna transformacija.
  5. https://en.wikipedia.org
Pregled:

Da biste koristili pregled prezentacija, stvorite sebi račun ( račun) Google i prijavite se:

A sposobnost korištenja nuklearne energije i u konstruktivne (atomska energija) i u destruktivne (atomska bomba) svrhe postala je, možda, jedan od najznačajnijih izuma prošlog dvadesetog stoljeća. Pa, u srcu sve te strašne sile koja vreba u utrobi sićušnog atoma su nuklearne reakcije.

Što su nuklearne reakcije

Nuklearne reakcije u fizici se shvaćaju kao proces interakcije atomske jezgre s drugom sličnom jezgrom ili s raznim elementarnim česticama, uslijed čega se mijenja sastav i struktura jezgre.

Malo povijesti nuklearnih reakcija

Prvu nuklearnu reakciju u povijesti napravio je veliki znanstvenik Rutherford davne 1919. tijekom eksperimenata za otkrivanje protona u produktima raspada jezgri. Znanstvenik je atome dušika bombardirao alfa česticama, a kada su se čestice sudarile, dogodila se nuklearna reakcija.

A ovako je izgledala jednadžba ove nuklearne reakcije. Rutherford je zaslužan za otkriće nuklearnih reakcija.

Uslijedili su brojni eksperimenti znanstvenika na implementaciji različite vrste nuklearne reakcije, na primjer, nuklearna reakcija uzrokovana bombardiranjem atomskih jezgri neutronima, koju je proveo izvanredni talijanski fizičar E. Fermi, bila je vrlo zanimljiva i značajna za znanost. Konkretno, Fermi je otkrio da nuklearne transformacije mogu uzrokovati ne samo brzi neutroni, već i oni spori, koji se kreću toplinskim brzinama. Inače, nuklearne reakcije uzrokovane izlaganjem temperaturi nazivaju se termonuklearnim. Što se tiče nuklearnih reakcija pod utjecajem neutrona, one su vrlo brzo dobile svoj razvoj u znanosti, a što drugo, čitajte dalje.

Tipična formula za nuklearnu reakciju.

Kakve nuklearne reakcije postoje u fizici

Općenito, trenutno poznate nuklearne reakcije mogu se podijeliti na:

  • nuklearna fizija
  • termonuklearne reakcije

U nastavku ćemo detaljno pisati o svakom od njih.

fisije atomskih jezgri

Reakcija fisije atomskih jezgri uključuje dezintegraciju stvarne jezgre atoma na dva dijela. Godine 1939. njemački znanstvenici O. Hahn i F. Strassmann otkrili su atomsku fisiju, nastavljajući istraživanja svojih znanstvenih prethodnika, otkrili su da kada se uran bombardira neutronima, nastaju elementi srednjeg dijela Mendeljejevljevog periodnog sustava, odnosno radioaktivni izotopi barij, kripton i neki drugi elementi. Nažalost, ovo znanje je u početku korišteno u zastrašujuće, destruktivne svrhe, jer drugo Svjetski rat i njemački, a s druge strane američki i sovjetski znanstvenici utrkivali su se u razvoju nuklearnog oružja (temeljenog na nuklearnoj reakciji urana), što je završilo zloglasnim "nuklearnim gljivama" nad japanskim gradovima Hirošimom i Nagasakijem.

No, vratimo se fizici, nuklearna reakcija urana tijekom cijepanja njegove jezgre ima upravo istu kolosalnu energiju koju joj je znanost mogla staviti u službu. Kako se odvija takva nuklearna reakcija? Kao što smo gore napisali, nastaje zbog bombardiranja jezgre atoma urana neutronima, iz kojih se jezgra cijepa i nastaje ogromna kinetička energija, reda veličine 200 MeV. Ali ono što je najzanimljivije, kao produkt reakcije nuklearne fisije jezgre urana iz sudara s neutronom, postoji nekoliko slobodnih novih neutrona, koji se, pak, sudaraju s novim jezgrama, cijepaju ih i tako dalje. Kao rezultat toga, ima još više neutrona i još više uranovih jezgri koje se odvajaju od sudara s njima – događa se prava nuklearna lančana reakcija.

Ovako to izgleda na dijagramu.

U ovom slučaju faktor umnožavanja neutrona mora biti veći od jedinice, to je nužan uvjet za nuklearnu reakciju ove vrste. Drugim riječima, u svakoj sljedećoj generaciji neutrona nastalih nakon raspada jezgri, trebalo bi ih biti više nego u prethodnoj.

Vrijedi napomenuti da se, prema sličnom principu, nuklearne reakcije tijekom bombardiranja mogu odvijati i tijekom cijepanja jezgri atoma nekih drugih elemenata, s nijansama da jezgre mogu biti bombardirane raznim elementarnim česticama, te proizvodi takvih nuklearnih reakcija će se razlikovati kako bismo ih detaljnije opisali., potrebna nam je cijela znanstvena monografija

termonuklearne reakcije

Termonuklearne reakcije temelje se na reakcijama fuzije, odnosno, zapravo, proces je obrnut od fisije, jezgre atoma se ne dijele na dijelove, već se spajaju jedna s drugom. Također oslobađa puno energije.

Termonuklearne reakcije, kao što naziv govori (termo - temperatura) mogu se dogoditi samo na vrlo visokim temperaturama. Uostalom, da bi se dvije jezgre atoma spojile, moraju se približiti jedna drugoj na vrlo blisku udaljenost, dok prevladavaju električni odboj svojih pozitivnih naboja, to je moguće kada postoji velika kinetička energija, koja zauzvrat, moguće je pri visokim temperaturama. Treba napomenuti da se termonuklearne reakcije vodika ne događaju, međutim, ne samo na njemu, već i na drugim zvijezdama, čak se može reći da je upravo to ono što leži u samoj osnovi njihove prirode bilo koje zvijezde.

Video o nuklearnim reakcijama

I za kraj, edukativni video na temu našeg članka, nuklearne reakcije.

Dijele se u 2 razreda: termonuklearne reakcije i reakcije pod djelovanjem nuklearnih čestica i nuklearna fisija. Prvi zahtijevaju temperaturu od ~ nekoliko milijuna stupnjeva za njihovu provedbu i javljaju se samo u unutrašnjosti zvijezda ili tijekom eksplozija H-bombi. Potonji se javljaju u atmosferi i litosferi zbog kozmičkog zračenja i zbog nuklearno aktivnih čestica u gornjim ljuskama Zemlje. Brze kozmičke čestice (srednja energija ~2 10 9 eV), ulazeći u Zemljinu atmosferu, često uzrokuju potpuno cijepanje atmosferskih atoma (N, O) na lakše nuklearne fragmente, uključujući neutroni. Brzina formiranja potonjeg doseže 2,6 neutrona (cm -2 sec -1). Neutroni su u interakciji pretežno s atmosferskim N, osiguravajući stalnu proizvodnju radioaktivnog izotopi ugljik C 14 (T 1/2 = 5568 godina) i tricij H 3 (T 1/2 = 12,26 godina) prema sljedećim reakcijama N 14 + P\u003d C 14 + H 1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Godišnje stvaranje radiougljika u Zemljinoj atmosferi iznosi oko 10 kg. Također je zabilježeno stvaranje radioaktivnog Be 7 i Cl 39 u atmosferi. Nuklearne reakcije u litosferi nastaju uglavnom zbog α-čestica i neutrona koji nastaju raspadom dugoživućih radioaktivnih elemenata (uglavnom U i Th). Treba napomenuti akumulaciju He 3 u nekim mls koji sadrže Li (vidi. izotopi helija u geologiji), stvaranje pojedinačnih izotopa neona u euksenitu, monazitu i drugim m-lahovima prema reakcijama: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Stvaranje izotopa argona u radioaktivnim tvarima prema reakcijama: Cl 35 + Nije = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Tijekom spontane i neutron-inducirane fisije urana, uočava se stvaranje teških izotopa kriptona i ksenona (vidi metodu određivanja apsolutne starosti Xenona). U m-lakhu litosfere umjetna fisija atomskih jezgri uzrokuje nakupljanje određenih izotopa u količini od 10 -9 -10 -12% mase m-la.

  • - transformacije atomskih jezgri zbog njihove interakcije sa elementarne čestice ili jedno s drugim...
  • - razgranate lančane reakcije fisije teških jezgri neutronima, uslijed kojih se broj neutrona naglo povećava i može doći do samoodrživog procesa fisije ...

    Počeci moderne prirodne znanosti

  • - streljivo čiji se štetni učinak temelji na korištenju energije nuklearne eksplozije. To uključuje nuklearne bojeve glave projektila i torpeda, nuklearne bombe, topničke granate, dubinske bombe, mine...

    Rječnik vojnih pojmova

  • Pojmovnik pravnih pojmova

  • - ....

    Enciklopedijski rječnik ekonomije i prava

  • - prema definiciji Saveznog zakona "O korištenju atomske energije" od 20. listopada 1995. "materijali koji sadrže ili su sposobni za reprodukciju fisijskih nuklearnih tvari" ...

    Veliki pravni rječnik

  • - snurps, mala nuklearna RNA mala veličina povezana s heterogenom nuklearnom RNA , dio su malih ribonukleoproteinskih granula jezgre ...
  • - Vidiš mali nuklearni...

    Molekularna biologija i genetika. Rječnik

  • - nuklearne reakcije, u kojima upadna čestica prenosi energiju ne na cijelu ciljnu jezgru, već na zasebnu. nukleon ili skupina nukleona u ovoj jezgri. U P. I. R. ne nastaje složena jezgra.

    Prirodna znanost. enciklopedijski rječnik

  • - nesreće u nuklearnim elektranama. Tijekom nuklearne nesreće, radioaktivna kontaminacija okoliša naglo se povećava...

    Ekološki rječnik

  • - transformacija atoma jezgri pri sudaru s drugim jezgrama, elementarnim česticama ili gama kvantima. Kada se teške jezgre bombardiraju lakšima, dobivaju se svi transuranski elementi ...

    Enciklopedijski rječnik metalurgije

  • - nuklearni procesi u kojima se energija unesena u atomsku jezgru prenosi uglavnom na jedan ili malu skupinu nukleona...

    Velika sovjetska enciklopedija

  • - IZRAVNE nuklearne reakcije - nuklearne reakcije u kojima upadna čestica prenosi energiju ne na cijelu ciljnu jezgru, već na pojedini nukleon ili skupinu nukleona u ovoj jezgri. U izravnim nuklearnim reakcijama ne nastaje spoj...
  • - vidi Nuklearne lančane reakcije...

    Veliki enciklopedijski rječnik

  • - reakcije transformacije atomskih jezgri u interakciji s elementarnim česticama, ?-kvantima ili međusobno. Prvi je proučavao Ernest Rutherford 1919.

    Veliki enciklopedijski rječnik

  • - NUKLEARNE LANAČNE REAKCIJE - samoodržive reakcije fisije atomskih jezgri pod djelovanjem neutrona pod uvjetima kada je svaki događaj fisije popraćen emisijom najmanje 1 neutrona, što osigurava održavanje ...

    Veliki enciklopedijski rječnik

"NUKLEARNE REAKCIJE U PRIRODI" u knjigama

Nuklearne eurorakete

Iz knjige Purely Confidential [Veleposlanik u Washingtonu pod šest američkih predsjednika (1962.-1986.)] Autor Dobrinjin Anatolij Fedorovič

Poglavlje 6 Obožavanje prirode. Mitovi o prirodi

Iz knjige Mitovi Armenije Autor Ananikyan Martiros A

Poglavlje 6 Obožavanje prirode. Mitovi o prirodi

Nuklearni Robinsoni

Iz knjige Bomba. Tajne i strasti atomskog podzemlja Autor Pestov Stanislav Vasiljevič

Nuklearni robinsoni Krajem 50-ih, Hruščov je bio vrlo zainteresiran za jedan projekt koji su predložili vojni inženjeri. Njegova je bit bila stvaranje umjetnih otoka uz atlantsku obalu Sjedinjenih Država. Mislilo se ovako: u mračnoj noći lopova, snažni brodovi za suhi teret probijaju se do

Nuklearne ambicije

Iz knjige Probudi se! Preživjeti i napredovati u nadolazećem ekonomskom kaosu autor Chalabi El

Nuklearne ambicije U drugoj polovici 2003. godine svijet je saznao da je iranski program obogaćivanja urana napredniji nego što se mislilo, te da će Iran za nekoliko godina postati nuklearno oružje. Navedimo riječi Amerikanca službeno, uključeni

Nuklearna prodaja

Iz knjige Infobusiness u punom kapacitetu [Udvostručenje prodaje] Autor Parabelum Andrej Aleksejevič

Nuclear Sales Japan trenutno testira zanimljiv model. Jedna tvrtka koja je radila istraživanje kupaca potpisala je mnogo ugovora s raznim tvrtkama koje trebaju Povratne informacije od njihovih ciljane publike. Otvorili su trgovinu za besplatne stvari -

"NUKLEARNI KOVERTI"

Iz knjige Nepoznato, odbačeno ili skriveno Autor Careva Irina Borisovna

"NUKLEARNI KOVERTI" Ovo je kul od famoznih "kovčega s kompromitirajućim dokazima"! Neužurban, dugotrajan skandal se odvija oko tzv. "nuklearnih kovčega". Sve je počelo senzacionalnom izjavom bivšeg tajnika sigurnosti. Vijeće Ruske Federacije.

O prirodi, zakonima i prirodi zakona

Iz knjige Jasne riječi autor Ozornin Prokhor

O prirodi, zakonima i prirodi zakona Ono što je jučer bilo apsurdno, danas je postalo zakon prirode. Zakoni se mijenjaju - priroda ostaje ista

Nuklearne reakcije i električni naboj

Iz knjige Neutrino - sablasna čestica atoma autor Asimov Isaac

Nuklearne reakcije i električni naboj Kada su fizičari 1990-ih počeli jasnije shvaćati strukturu atoma, otkrili su da barem neki od njegovih dijelova nose električni naboj. Na primjer, elektroni koji ispunjavaju vanjske dijelove atoma

NUKLEARNE REAKCIJE

Iz knjige Atomska energija u vojne svrhe Autor Smith Henry Dewolf

NUKLEARNE REAKCIJE METODE NUKLEARNOG BOMBARĐIVANJA1.40. Cockcroft i Walton su proizveli protone dovoljno visoke energije ioniziranjem plinovitog vodika, a zatim ubrzavanjem iona u visokonaponskom postrojenju s transformatorom i ispravljačem. Slična metoda može

NUKLEARNE NESREĆE

Iz knjige hitan slučaj u sovjetskoj floti Autor Čerkašin Nikolaj Andrejevič Nuklearne lančane reakcije Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (YD) autora TSB

§ 3.13 Nuklearne reakcije i defekt mase

Iz knjige Ritz Balistička teorija i slika svemira Autor Semikov Sergej Aleksandrovič

§ 3.13 Nuklearne reakcije i defekt mase Sve promjene u prirodi koje se događaju su takva stanja da koliko se uzme od jednog tijela, toliko će se dodati drugom. Dakle, ako se neka materija negdje smanji, umnožit će se na drugom mjestu... Ova univerzalna prirodna

Plan:

    Uvod
  • 1 Kompozitna jezgra
    • 1.1 Energija uzbude
    • 1.2 Kanali reakcije
  • 2 Poprečni presjek nuklearne reakcije
    • 2.1 Reakcijski prinos
  • 3 Izravne nuklearne reakcije
  • 4 Zakoni očuvanja u nuklearnim reakcijama
    • 4.1 Zakon očuvanja energije
    • 4.2 Zakon održanja količine gibanja
    • 4.3 Zakon održanja kutnog momenta
    • 4.4 Drugi zakoni o očuvanju
  • 5 Vrste nuklearnih reakcija
    • 5.1 Nuklearna fisija
    • 5.2 Termonuklearna fuzija
    • 5.3 fotonuklearna reakcija
    • 5.4 Ostalo
  • 6 Snimanje nuklearnih reakcija
    • Bilješke

Uvod

Nuklearna reakcija litija-6 s deuterijem 6 Li(d,α)α

nuklearna reakcija- proces stvaranja novih jezgri ili čestica tijekom sudara jezgri ili čestica. Prvi put, Rutherford je promatrao nuklearnu reakciju 1919., bombardirajući jezgre atoma dušika α-česticama, zabilježena je pojavom sekundarnih ionizirajućih čestica koje imaju raspon u plinu veći od raspona α-čestica i identificirani kao protoni. Nakon toga, fotografije ovog procesa dobivene su pomoću komore za oblake.

Prema mehanizmu interakcije, nuklearne reakcije se dijele na dvije vrste:

  • reakcije s stvaranjem složene jezgre, ovo je dvostupanjski proces koji se odvija pri ne baš visokoj kinetičkoj energiji sudarajućih čestica (do oko 10 MeV).
  • izravne nuklearne reakcije nuklearno vrijeme potrebno da čestica prijeđe jezgru. Ovaj mehanizam se manifestira uglavnom pri vrlo visokim energijama bombardirajućih čestica.

Ako se nakon sudara sačuvaju izvorne jezgre i čestice, a ne rađaju se nove, tada je reakcija elastično raspršenje u polju nuklearnih sila, praćeno samo preraspodjelom kinetičke energije i zamaha čestice i cilja. jezgra, a zove se potencijalno raspršenje .


1. Složena jezgra

Teoriju reakcijskog mehanizma s nastankom složene jezgre razvio je Niels Bohr 1936. zajedno s teorijom kapljičnog modela jezgre te je u osnovi modernih ideja o velikom dijelu nuklearnih reakcija.

Prema ovoj teoriji, nuklearna reakcija se odvija u dvije faze. Na početku početne čestice tvore srednju (kompozitnu) jezgru za nuklearno vrijeme, odnosno vrijeme potrebno da čestica prijeđe jezgru, približno jednako 10 -23 - 10 -21 s. U tom slučaju složena jezgra uvijek nastaje u pobuđenom stanju, budući da ima višak energije koju čestica donosi u jezgru u obliku energije vezivanja nukleona u složenoj jezgri i dijela njegove kinetičke energije, koja je jednak zbroju kinetičke energije ciljne jezgre s maseni broj a čestice u sustavu centra inercije.


1.1. Energija uzbude

Energija uzbude složene jezgre koja nastaje apsorpcijom slobodnog nukleona jednaka je zbroju energije vezanja nukleona i dijela njegove kinetičke energije:

Najčešće je, zbog velike razlike u masama jezgre i nukleona, približno jednaka kinetičkoj energiji nukleona koji bombardira jezgru.

U prosjeku, energija vezanja je 8 MeV, varira ovisno o karakteristikama rezultirajuće složene jezgre, međutim, za dane ciljne jezgre i nukleone, ova vrijednost je konstantna. Kinetička energija čestice bombardiranja može biti bilo koja, na primjer, kada su nuklearne reakcije pobuđene neutronima, čiji potencijal nema Coulombovu barijeru, vrijednost može biti blizu nuli. Dakle, energija vezanja je minimalna energija uzbude složene jezgre.


1.2. Kanali reakcije

Prijelaz u neuzbuđeno stanje može se provesti na razne načine tzv kanali reakcije. Vrste i kvantno stanje upadnih čestica i jezgri prije početka reakcije određuju ulazni kanal reakcije. Nakon završetka reakcije nastaje skup produkti reakcije a njihova kvantna stanja određuje izlazni kanal reakcije. Reakcija je u potpunosti obilježena ulaznim i izlaznim kanalima.

Reakcijski kanali ne ovise o načinu formiranja složene jezgre, što se može objasniti dugim životnim vijekom složene jezgre, čini se da se „zaboravlja“ kako je nastala, stoga nastanak i raspad složene jezgre može smatrati neovisnim događajima. Na primjer, može nastati kao složena jezgra u pobuđenom stanju u jednoj od sljedećih reakcija:

Nakon toga, pod uvjetom iste energije uzbude, ova složena jezgra može se raspasti obrnutim putem bilo koje od ovih reakcija s određenom vjerojatnošću, neovisno o povijesti nastanka ove jezgre. Vjerojatnost stvaranja složene jezgre ovisi o energiji i vrsti ciljne jezgre.


2. Presjek nuklearne reakcije

Vjerojatnost reakcije određena je takozvanim nuklearnim presjekom reakcije. U laboratorijskom referentnom okviru (gdje ciljna jezgra miruje), vjerojatnost interakcije po jedinici vremena jednaka je umnošku poprečnog presjeka (izraženog u jedinicama površine) i toka upadnih čestica (izraženog brojem čestice koje prelaze jedinicu površine u jedinici vremena). Ako se za jedan ulazni kanal može implementirati nekoliko izlaznih kanala, tada je omjer vjerojatnosti reakcijskih izlaznih kanala jednak omjeru njihovih presjeka. U nuklearnoj fizici, presjeci reakcije obično se izražavaju u posebnim jedinicama - barnovima, jednakim 10 −24 cm².


2.1. Reakcijski prinos

Naziva se broj slučajeva reakcije povezanih s brojem čestica koje bombardiraju metu nuklearna reakcija. Ova se vrijednost određuje eksperimentalno u kvantitativnim mjerenjima. Budući da je iskorištenje izravno povezano s presjekom reakcije, mjerenje iskorištenja je u biti mjerenje presjeka reakcije.

3. Izravne nuklearne reakcije

Tijek nuklearnih reakcija moguć je i kroz mehanizam izravne interakcije, uglavnom se takav mehanizam očituje pri vrlo visokim energijama bombardirajućih čestica, kada se nukleoni jezgre mogu smatrati slobodnima. Izravne reakcije razlikuju se od mehanizma složene jezgre prvenstveno u raspodjeli vektora zamaha čestica produkta u odnosu na zamah čestica bombardiranja. Za razliku od sferne simetrije mehanizma složene jezgre, izravnu interakciju karakterizira prevladavajući smjer leta reakcijskih produkata naprijed u odnosu na smjer gibanja upadnih čestica. Energetske distribucije čestica proizvoda u tim su slučajevima također različite. Izravnu interakciju karakterizira višak čestica visoke energije. U sudarima s jezgrama složenih čestica (odnosno drugim jezgrama) mogući su procesi prijenosa nukleona iz jezgre u jezgru ili izmjena nukleona. Takve se reakcije događaju bez stvaranja složene jezgre i njima su svojstvene sve značajke izravne interakcije.


4. Zakoni očuvanja u nuklearnim reakcijama

U nuklearnim reakcijama ispunjeni su svi zakoni održanja klasične fizike. Ovi zakoni nameću ograničenja na mogućnost nuklearne reakcije. Čak se i energetski povoljan proces uvijek pokaže nemogućim ako je popraćen kršenjem nekog zakona o očuvanju. Osim toga, postoje zakoni očuvanja specifični za mikrosvijet; neki od njih su uvijek ispunjeni, koliko je poznato (zakon održanja barionskog broja, leptonskog broja); drugi zakoni očuvanja (izospin, paritet, čudnost) samo potiskuju određene reakcije, budući da nisu zadovoljene za neke od temeljnih interakcija. Posljedice zakona očuvanja su tzv. pravila selekcije, koja ukazuju na mogućnost ili zabranu određenih reakcija.


4.1. Zakon očuvanja energije

Ako su , , , ukupne energije dviju čestica prije i poslije reakcije, tada se temelje na zakonu održanja energije:

Kada se formira više od dvije čestice, broj članova na desnoj strani ovog izraza trebao bi biti veći. Ukupna energija čestice jednaka je njezinoj energiji mirovanja Mc 2 i kinetička energija E, Zato:

Razlika između ukupne kinetičke energije čestica na "izlazu" i "ulazu" reakcije P = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) pozvao reakcijska energija(ili energetski prinos reakcije). Zadovoljava uvjet:

množitelj 1/ c 2 se obično izostavlja pri izračunu energetske bilance, izražavajući mase čestica u energetskim jedinicama (ili ponekad energiju u jedinicama mase).

Ako je a P> 0, tada je reakcija popraćena oslobađanjem slobodne energije i naziva se egzoenergetski , ako P < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoenergetski .

Lako je to vidjeti P> 0 kada je zbroj masa čestica-produkata manji od zbroja masa početnih čestica, odnosno oslobađanje slobodne energije moguće je samo smanjenjem masa reagirajućih čestica. I obrnuto, ako zbroj masa sekundarnih čestica premašuje zbroj masa početnih, onda je takva reakcija moguća samo ako se određena količina kinetičke energije potroši na povećanje energije mirovanja, tj. mase novih čestica. Minimalna vrijednost kinetičke energije upadne čestice pri kojoj je moguća endoenergetska reakcija naziva se prag reakcijske energije. Nazivaju se i endoenergetske reakcije granične reakcije, budući da se ne javljaju pri energijama čestica ispod praga.


4.2. Zakon održanja količine gibanja

Ukupni zamah čestica prije reakcije jednak je ukupnom broju gibanja čestica-produkti reakcije. Ako su , , , vektori zamaha dviju čestica prije i poslije reakcije, tada

Svaki od vektora može se nezavisno eksperimentalno mjeriti, na primjer magnetskim spektrometrom. Eksperimentalni podaci pokazuju da zakon održanja količine gibanja vrijedi i za nuklearne reakcije i za procese raspršenja mikročestica.


4.3. Zakon održanja kutnog momenta

Kutni zamah je također očuvan u nuklearnim reakcijama. Kao rezultat sudara mikročestica nastaju samo takve složene jezgre, čiji je kutni moment jednak jednoj od mogućih vrijednosti momenta dobivenog zbrajanjem intrinzičnih mehaničkih momenata (spinova) čestica i momenta njihovog relativnog gibanja (orbitalni moment). Kanali raspada složene jezgre također mogu biti samo takvi da je ukupni kutni moment (zbroj spinskog i orbitalnog momenta) očuvan.


4.4. Drugi zakoni o očuvanju

  • u nuklearnim reakcijama održava se električni naboj – algebarski zbroj elementarnih naboja prije reakcije jednak je algebarskom zbroju naboja nakon reakcije.
  • u nuklearnim reakcijama broj nukleona je konzerviran, što se u najopćenitijim slučajevima tumači kao očuvanje barionskog broja. Ako su kinetičke energije sudarajućih nukleona vrlo visoke, tada su moguće reakcije proizvodnje nukleonskih parova. Budući da se nukleonima i antinukleonima pripisuju suprotni predznaci, algebarski zbroj barionskih brojeva uvijek ostaje nepromijenjen u bilo kojem procesu.
  • u nuklearnim reakcijama, broj leptona je očuvan (točnije, razlika između broja leptona i broja antileptona, vidi Leptonski broj).
  • u nuklearnim reakcijama koje nastaju pod utjecajem nuklearnih ili elektromagnetskih sila čuva se paritet valne funkcije koja opisuje stanje čestica prije i nakon reakcije. Paritet valne funkcije nije očuvan u transformacijama zbog slabih interakcija.
  • u nuklearnim reakcijama zbog jakih interakcija, izotopski spin je očuvan. Slabe i elektromagnetske interakcije ne očuvaju izospine.

5. Vrste nuklearnih reakcija

Nuklearne interakcije s česticama vrlo su raznolike prirode, njihovi tipovi i vjerojatnost određene reakcije ovise o vrsti bombardirajućih čestica, ciljnim jezgrama, energijama čestica i jezgri u interakciji te mnogim drugim čimbenicima.

5.1. Nuklearna fizija

Nuklearna fizija- proces cijepanja atomske jezgre na dvije (rijetko tri) jezgre slične mase, koji se nazivaju fisijski fragmenti. Kao rezultat fisije mogu nastati i drugi produkti reakcije: svjetlosne jezgre (uglavnom alfa čestice), neutroni i gama kvanti. Fisija može biti spontana (spontana) i prisilna (kao rezultat interakcije s drugim česticama, prvenstveno s neutronima). Fisija teških jezgri egzotermni je proces koji oslobađa veliki broj energije u obliku kinetičke energije produkta reakcije, kao i zračenja.

Nuklearna fisija je izvor energije u nuklearnih reaktora i nuklearno oružje.


5.2. Termonuklearna fuzija

Na normalnim temperaturama, fuzija jezgri je nemoguća, budući da pozitivno nabijene jezgre doživljavaju ogromne Coulombove sile odbijanja. Za sintezu lakih jezgri potrebno ih je približiti na udaljenost od oko 10 −15 m, na kojoj će djelovanje privlačnih nuklearnih sila premašiti Coulombove odbojne sile. Da bi došlo do fuzije jezgri, potrebno je povećati njihovu pokretljivost, odnosno povećati njihovu kinetičku energiju. To se postiže podizanjem temperature. Uslijed primljene toplinske energije povećava se mobilnost jezgri, te se one mogu približavati jedna drugoj na tako bliske udaljenosti da će se pod djelovanjem nuklearnih kohezijskih sila spojiti u novu, složeniju jezgru. Kao rezultat fuzije lakih jezgri, oslobađa se puno energije, budući da nova jezgra koja nastaje ima veliku specifična energija veze od izvornih jezgri. termonuklearna reakcija- ovo je egzoenergetska reakcija fuzije lakih jezgri na vrlo visokoj temperaturi (10 7 K).

Prije svega, među njima treba istaknuti reakciju između dva izotopa (deuterija i tricija) vodika, koja je vrlo česta na Zemlji, uslijed koje nastaje helij i oslobađa se neutron. Reakcija se može napisati kao

+ energija (17,6 MeV).

Oslobođena energija (koja proizlazi iz činjenice da helij-4 ima vrlo jake nuklearne veze) pretvara se u kinetičku energiju, od koje većina, 14,1 MeV, nosi neutron sa sobom kao lakšu česticu. Rezultirajuća jezgra je čvrsto vezana, zbog čega je reakcija tako snažno egzoenergetska. Ovu reakciju karakterizira najniža Coulombova barijera i veliki prinos, pa je od posebnog interesa za termonuklearnu fuziju.

Termonuklearna reakcija se koristi u termonuklearnom oružju i istražuje se za moguće primjene u energetskom sektoru, ako se riješi problem kontrole termonuklearne fuzije.


5.3. fotonuklearna reakcija

Kada se apsorbira gama kvant, jezgra prima višak energije bez promjene svog nukleonskog sastava, a jezgra s viškom energije je složena jezgra. Poput drugih nuklearnih reakcija, apsorpcija gama-kvanta jezgrom je moguća samo ako su zadovoljeni potrebni omjeri energije i spina. Ako energija prenesena na jezgru premašuje energiju vezanja nukleona u jezgri, tada se do raspada nastale složene jezgre najčešće događa emisija nukleona, uglavnom neutrona. Takav raspad dovodi do nuklearnih reakcija i , koje se nazivaju fotonuklearni, i fenomen emisije nukleona u tim reakcijama - nuklearni fotoelektrični efekt.


5.4. Ostalo

6. Snimanje nuklearnih reakcija

Nuklearne reakcije zapisuju se u obliku posebnih formula u kojima se pojavljuju oznake atomskih jezgri i elementarnih čestica.

Prvi način pisanje formula za nuklearne reakcije slično je pisanju formula za kemijske reakcije, odnosno zbroj početnih čestica upisuje se s lijeve strane, zbroj rezultirajućih čestica (produkti reakcije) upisuje se s desne strane, a stavlja se strelica između njih.

Dakle, reakcija radijacijskog hvatanja neutrona jezgrom kadmija-113 zapisuje se na sljedeći način:

Vidimo da broj protona i neutrona s desne i lijeve strane ostaje isti (barionski broj je očuvan). Isto vrijedi i za električni naboji, leptonski brojevi i druge veličine (energija, količina gibanja, kutna količina gibanja, ...). U nekim reakcijama gdje je uključena slaba interakcija, protoni se mogu pretvoriti u neutrone i obrnuto, ali se njihov ukupni broj ne mijenja.

Drugi način notacija, prikladnija za nuklearnu fiziku, ima oblik A (a, bcd…) B, gdje ALI- ciljna jezgra a- bombardirajuća čestica (uključujući jezgru), b, c, d, ...- emitirane čestice (uključujući jezgre), NA- rezidualna jezgra. Lakši produkti reakcije napisani su u zagradama, teži produkti su napisani izvana. Dakle, gornja reakcija hvatanja neutrona može se zapisati na sljedeći način:

Reakcije se često nazivaju po kombinaciji incidentnih i emitiranih čestica u zagradama; da, gore tipičan primjer (n, γ)-reakcije.

Prva prisilna nuklearna konverzija dušika u kisik, koju je izveo Rutherford bombardiranjem dušika alfa česticama, zapisana je kao formula

Gdje je jezgra atoma vodika, proton.

U "kemijskoj" notaciji ova reakcija izgleda

preuzimanje datoteka .

Također preporučujemo

Učitavam...Učitavam...