itthon > egészségügyi ellátás

Hideg magfúzió élő sejtben. Nukleáris reakciók

NUKLEÁRIS REAKCIÓK A TERMÉSZETBEN - 2 osztályba sorolhatók: termonukleáris reakciók és reakciók a magrészecskék és a maghasadás hatására. Az előbbiek megvalósításához ~ több millió fokos hőmérsékletre van szükség, és csak a csillagok belsejében vagy a H-bombák felrobbanásakor fordulnak elő. Ez utóbbiak a légkörben és a litoszférában fordulnak elő a kozmikus sugárzás és a Föld felső héjában lévő nukleáris aktív részecskék miatt. A Föld légkörébe kerülő gyors kozmikus részecskék (átlagos energia ~2 10 9 eV) gyakran okozzák a légköri atomok (N, O) teljes szétválását könnyebb nukleáris töredékekre, pl. neutronok. Ez utóbbi képződési sebessége eléri a 2,6 neutront (cm -2 sec -1). A neutronok túlnyomórészt a légköri N-nel lépnek kölcsönhatásba, állandó radioaktív termelést biztosítva izotópok szén C 14 (T 1/2 = 5568 év) és trícium H 3 (T 1/2 = 12,26 év) a következő reakciók szerint N 14 + P\u003d C14+H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. A Föld légkörében évente körülbelül 10 kg radiokarbon képzõdik. Megfigyelték a radioaktív Be 7 és Cl 39 keletkezését is a légkörben. A litoszférában a magreakciók főként a hosszú élettartamú radioaktív elemek (főleg U és Th) bomlásából származó α-részecskék és neutronok miatt következnek be. Meg kell jegyezni a He 3 felhalmozódását néhány Li-t tartalmazó ml-ben (lásd. Hélium izotópok a geológiában), a neon egyedi izotópjainak képződése euxenitben, monacitban és más m-lahokban a reakciók szerint: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Az argon izotópok képződése radioaktív anyagokban a reakciók szerint: Cl 35 + Nem = Ar 38+ n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Az urán spontán és neutronok által kiváltott hasadása során a kripton és a xenon nehéz izotópjainak képződése figyelhető meg. (lásd a Xenon abszolút kormeghatározási módszerét). A litoszféra m-lakhjában mesterséges hasítás atommagok egyes izotópok felhalmozódását okozza az m-la tömegének 10 -9 -10 -12%-ában.

Földtani szótár: 2 kötetben. - M.: Nedra. Szerkesztette: K. N. Paffengolts et al.. 1978 .

Nézze meg, mi a "NUKLEÁRIS REAKCIÓK A TERMÉSZETBEN" más szótárakban:

    Atommag fizika Atommag Radioaktív bomlás Atomreakció Alapfogalmak Atommag Izotópok Izobárok Felezési idő Ma ... Wikipédia

    Nukleáris reakciók könnyű atomok között. nagyon magas hőmérsékleten (=108 K és magasabb) előforduló magok. Magas hőmérséklet, azaz az ütköző atommagok kellően nagy relatív energiája szükséges az elektrosztatikusság leküzdéséhez. akadály, ...... Fizikai Enciklopédia

    Chem. átalakulások és nukleáris folyamatok, amelyekben egy köztes aktív részecske (szabadgyök, atom, gerjesztett molekula kémiai átalakulásokban, neutron nukleáris folyamatokban) megjelenése a kezdeti részecske átalakulási láncolatát idézi elő c. Példák a chem. C. r ... Kémiai Enciklopédia

    A modern egyik új iránya geol. tudomány, amely szorosan kapcsolódik a magfizika, geokémia, radiokémia, geofizika, kozmokémia és kozmogónia szomszédos szakaszaihoz, valamint nehéz problémák az atommagok természetes evolúciója a természetben és ...... Földtani Enciklopédia

    Stabil és radioaktív izotópokat állítanak elő természeti tárgyak kozmikus sugárzás hatására, például a következő séma szerint: XAz + P → YAZ + an + bp, amelyben A = A1 + an + (b 1)p; Z \u003d Z1.+ (b 1)p, ahol XAz az eredeti kernel, P gyors ... ... Földtani Enciklopédia

    Termonukleáris fúzió, a könnyű atommagok nehezebb atommagokká való fúziójának reakciója, amely szupermagas hőmérsékleten megy végbe, és hatalmas mennyiségű energia felszabadulásával jár. A magfúzió egy olyan reakció, amely az atomok hasadásának fordítottja: az utóbbiban ... ... Collier Encyclopedia

    Nukleáris folyamatok Radioaktív bomlás Alfa bomlás Béta bomlás Klaszter bomlás Kettős béta bomlás Elektronikus befogás Kettős elektronbefogás Gamma sugárzás Belső konverzió Izomer átmenet Neutron bomlás Pozitron bomlás ... ... Wikipédia

    94 Neptunium ← Plutónium → Americium Sm Pu ... Wikipédia

    Nukleáris fizika ... Wikipédia

Könyvek

  • Nukleáris energia, valamint ritka és nemesfémek kinyerése nukleáris átalakítások eredményeként. Elektromos töltések kötési energiája és potenciális energiája neutronban, deuteronban, tríciumban, hélium-3-ban és hélium-4-ben
  • Nukleáris energia, valamint ritka és nemesfémek kinyerése nukleáris átalakítások eredményeként. Az elektromos töltések kötési energiája és potenciális energiája Neutronban, Deuter, Larin V.I. A könyv első része különféle nukleáris reakciókkal foglalkozik, amelyek során stabil izotópok kényszerített magátalakítása eredményeként energiát és nemesfémeket nyernek.

Rachek Maria, Yesman Vitalia, Rumyantseva Victoria

Ez kutatási projekt 9. osztályos tanulók végezték. Vezető feladat az "Az atom és az atommag felépítése. Az atommagok energiájának felhasználása" témakör iskolások általi tanulmányozásában a 9. osztályos fizika szakon. A projekt célja a nukleáris reakciók előfordulásának feltételei és az atomerőművek működési elveinek tisztázása.

Letöltés:

Előnézet:

Önkormányzati költségvetési oktatási intézmény

Közepes általános iskola № 14

A Szovjetunió hősének neve

Anatolij Perfiljev

G . Alekszandrov

Fizikai kutatómunka

"Atomreakciók"

Befejezve

tanulók

9B osztály:

Rachek Maria,

Rumyantseva Victoria,

Yesman Vitalia

tanár

Romanova O.G.

2015

Projekt terv

Bevezetés

Elméleti rész

  • Atomenergia.

Következtetés

Bibliográfia

Bevezetés

Relevancia:

Az emberiség egyik legfontosabb problémája az energiaprobléma. Az energiafelhasználás olyan gyorsan növekszik, hogy a jelenleg ismert üzemanyagtartalékok viszonylag rövid időn belül kimerülnek. Az „energiaéhség” problémáját nem oldja meg az úgynevezett megújuló forrásokból (folyók, szél, napenergia, stb.) származó energia felhasználása. tenger hullámai, a Föld mély hője), hiszen képesek biztosítani legjobb eset szükségleteinknek csak 5-10%-a. Ezzel kapcsolatban a 20. század közepén szükségessé vált új energiaforrások felkutatása.

Jelenleg az energiaellátáshoz valós hozzájárulást az nukleáris energia, nevezetesen az atomerőműveket (rövidítve Atomerőmű). Ezért úgy döntöttünk, hogy kiderítjük, hasznosak-e az atomerőművek az emberiség számára.

A munka céljai:

  1. Ismerje meg a magreakciók előfordulásának feltételeit!
  2. Ismerje meg az atomerőművek működési elveit, valamint azt, hogy jó vagy rossz hatással van-e a környezetés személyenként.

A cél elérése érdekében a következőket tűztük ki feladatok:

  1. Ismerje meg az atom szerkezetét, összetételét, mi a radioaktivitás.
  2. Fedezze fel az uránatomot. Fedezzen fel egy nukleáris reakciót.
  3. Fedezze fel a nukleáris hajtóművek működési elvét.

Kutatási módszerek:

  1. Elméleti rész - a magreakciókkal kapcsolatos szakirodalom olvasása.

Elméleti rész.

Az atom és a radioaktivitás története. Az atom szerkezete.

Azt a feltételezést, hogy minden test apró részecskékből áll, az ókori görög filozófusok Leukipposz és Démokritosz körülbelül 2500 ezer évvel ezelőtt. Ezeket a részecskéket "atomnak" nevezik, ami azt jelenti, hogy "oszthatatlan". Az atom az anyag legkisebb részecskéje, a legegyszerűbb, amelynek nincsenek alkotórészei.

De a 19. század közepe táján olyan kísérleti tények kezdtek megjelenni, amelyek kétségbe vonják az atomok oszthatatlanságának gondolatát. E kísérletek eredményei arra utaltak, hogy az atomok összetett szerkezetűek, és elektromosan töltött részecskéket tartalmaznak.

A legszembetűnőbb bizonyíték összetett szerkezet atom volt a jelenség felfedezőjeradioaktivitásHenri Becquerel francia fizikus készítette 1896-ban. Felfedezte, hogy az urán kémiai elem spontán módon (azaz külső kölcsönhatások nélkül) korábban ismeretlen láthatatlan sugarakat bocsát ki, amelyeket később elneveztek.radioaktív sugárzás. Mivel a radioaktív sugárzás szokatlan tulajdonságok, sok tudós kezdte tanulmányozni. Kiderült, hogy nemcsak az urán, hanem néhány más kémiai elem (például a rádium) is spontán módon bocsát ki radioaktív sugarakat. Egyes kémiai elemek atomjainak spontán sugárzásra való képességét radioaktivitásnak kezdték nevezni (a latin rádióból - sugárzok és activus - hatékony).

Becquerel felvetette az ötletet: minden lumineszcenciát nem kísér a röntgen? A találgatás tesztelésére számos vegyületet vett be, köztük az egyik uránsót, amely sárgászöld fényt foszforeszkál. Miután napfénnyel megvilágította, a sót fekete papírba csomagolta, és egy sötét szekrénybe helyezte egy fotótányérra, szintén fekete papírba csomagolva. Nem sokkal később, miután megmutatta a tányért, Becquerel valóban meglátta egy darab só képét. De lumineszcens sugárzás nem tudott átjutni a fekete papíron, és ilyen körülmények között csak a röntgensugárzás tudta megvilágítani a lemezt. Becquerel többször is megismételte a kísérletet azonos sikerrel. 1896. február végén a Francia Tudományos Akadémia ülésén jelentést készített arról röntgensugarak foszforeszkáló anyagok. Egy idő után Becquerel laboratóriumában véletlenül egy lemezt fejlesztettek ki, amelyen uránsó feküdt, amelyet nem sugárzott be a napfény. Természetesen nem foszforeszkált, de a lenyomat a tányéron kiderült. Aztán Becquerel kezdett tapasztalni különböző kapcsolatokatés urán ásványok (beleértve azokat is, amelyek nem mutatnak foszforeszkálást), valamint fémurán. A tányér folyamatosan világított. A só és a lemez közé fémkeresztet helyezve Becquerel megkapta a kereszt gyenge kontúrjait a tányéron. Aztán világossá vált, hogy új sugarakat fedeztek fel, amelyek áthatolnak átlátszatlan tárgyakon, de nem röntgensugarak.

Becquerel megosztja felfedezését azokkal a tudósokkal, akikkel együttműködött. 1898-ban Marie Curie és Pierre Curie felfedezte a tórium radioaktivitását, majd később a radioaktív elemeket, a polóniumot és a rádiumot. Megállapították, hogy az összes uránvegyület és a legnagyobb mértékben maga az urán is rendelkezik a természetes radioaktivitás tulajdonságával. Becquerel visszatért az őt érdeklő luminoforokhoz. Igaz, egy másik jelentős felfedezést tett a radioaktivitással kapcsolatban. Egyszer egy nyilvános előadásra Becquerelnek radioaktív anyagra volt szüksége, kivette a Curie-ből, és a mellényzsebébe tette a kémcsövet. Előadást követően a radioaktív készítményt visszaadta a tulajdonosoknak, majd másnap a mellényzseb alatti testen kémcső formájában bőrpírt talált. Becquerel mesélt erről Pierre Curie-nek, aki egy kísérletet állított össze: tíz órán át viselt egy rádiumos kémcsövet az alkarjára kötve. Néhány nappal később bőrpír is kialakult, ami aztán súlyos fekélysé alakult át, amitől két hónapig szenvedett. Így először fedezték fel a radioaktivitás biológiai hatását.

1899-ben Ernest Rutherford angol fizikus irányításával végzett kísérlet eredményeként kiderült, hogy a rádium radioaktív sugárzása inhomogén, i.e. összetett összetételű. Középen egy elektromos töltéssel nem rendelkező folyam (sugárzás), oldalt pedig 2 töltött részecskefolyam sorakozik. A pozitív töltésű részecskéket alfa-részecskéknek nevezzük, amelyek teljesen ionizált héliumatomok, a negatív töltésű részecskéket pedig béta-részecskéknek, amelyek elektronok. A semlegeseket gamma-részecskéknek vagy gamma-kvantumoknak nevezzük. A gammasugárzás, mint később kiderült, az elektromágneses sugárzás egyik tartománya.

Mivel ismert volt, hogy az atom egésze semleges, a radioaktivitás jelensége lehetővé tette a tudósok számára, hogy durva atommodellt alkossanak. Az első személy, aki ezt megtette, Joseph John Thomson angol fizikus volt, aki 1903-ban megalkotta az egyik első atommodellt. A modell egy gömb volt, amelynek teljes térfogatában a pozitív töltés egyenletesen oszlott el. A labdában elektronok voltak, amelyek mindegyike képes volt létrehozni oszcilláló mozgások egyensúlyi helyzete körül. A modell alakjában és szerkezetében egy mazsolával díszített süteményhez hasonlított. A pozitív töltés abszolút értékben egyenlő az elektronok teljes negatív töltésével, tehát az atom egészének töltése nulla.

Az atom szerkezetének Thomson-féle modellje kísérleti igazolást igényelt, amit 1911-ben Rutherford is átvett. Kísérleteket végzett, és arra a következtetésre jutott, hogy az atom modellje egy golyó, amelynek közepén egy pozitív töltésű mag található, amely az egész atom kis térfogatát foglalja el. Az elektronok az atommag körül mozognak, amelynek tömege sokkal kisebb. Egy atom elektromosan semleges, mert az atommag töltése megegyezik az elektronok teljes töltésének modulusával. Rutherford azt is megállapította, hogy az atommag átmérője körülbelül 10-14 – 10 -15 m, azaz százezerszer kisebb, mint egy atom. Ez az a mag, amely a radioaktív átalakulások során változáson megy keresztül, pl. A radioaktivitás egyes atommagok azon képessége, hogy részecskék kibocsátásával spontán átalakulnak más atommagokká. A részecskék regisztrálására (lásd) 1908-ban Hans Geiger német fizikus feltalálta az úgynevezett Geiger-számlálót.

Később az atomban lévő pozitív töltésű részecskéket protonoknak, a negatívakat pedig neutronoknak nevezték. A protonokat és a neutronokat együttesen nukleonoknak nevezzük.

az urán hasadása. Láncreakció.

Az uránmagok hasadását a neutronokkal történő bombázás során Otto Hahn és Fritz Strassmann német tudósok fedezték fel 1939-ben.

Nézzük meg ennek a jelenségnek a mechanizmusát. Miután elnyelt egy extra neutront, az atommag működésbe lép és deformálódik, és hosszúkás alakot kap.

Az atommagban 2 féle erő létezik: a protonok közötti elektrosztatikus taszító erők, amelyek hajlamosak az atommag törésére, és az összes nukleon közötti nukleáris vonzás, amelyek hatására az atommag nem bomlik le. De a nukleáris erők rövid hatótávolságúak, így egy megnyúlt magban már nem tudják megtartani az atommag egymástól nagyon távol eső részeit. Az elektrosztatikus erők hatására az atommag két részre szakad, amelyek nagy sebességgel szóródnak szét különböző irányokba és 2-3 neutront bocsátanak ki. Rész belső energia kinetikába kerül. A magtöredékek gyorsan lelassulnak a környezetben, aminek következtében mozgási energiájuk a környezet belső energiájává alakul. Nagyszámú uránmag egyidejű hasadásával az uránt körülvevő közeg belső energiája és ennek megfelelően hőmérséklete megnő. Így az uránmagok hasadási reakciója az energia környezetbe való kibocsátásával jár. Az energia kolosszális. Az 1 g uránban lévő összes atommag teljes hasadásával annyi energia szabadul fel, mint amennyi 2,5 tonna olaj elégetésekor szabadul fel. Az atommagok belső energiáját elektromos energiává alakítani, láncreakciók maghasadás, azon alapul, hogy az első mag hasadása során felszabaduló 2-3 neutron részt tud venni az azokat befogó többi atommag hasadásában. A láncreakció folyamatosságának fenntartása érdekében fontos figyelembe venni az urán tömegét. Ha az urán tömege túl kicsi, akkor a neutronok úgy repülnek ki belőle, hogy közben nem találkoznak az atommaggal. A láncreakció leáll. Minél nagyobb egy darab urán tömege, annál nagyobbak a méretei, és annál hosszabb az út, amin a neutronok haladnak benne. Növekszik annak a valószínűsége, hogy a neutronok találkoznak az atommaggal. Ennek megfelelően nő a maghasadások és a kibocsátott neutronok száma. A maghasadás után megjelent neutronok száma megegyezik az elveszett neutronok számával, így a reakció folytatódhat hosszú idő. Annak érdekében, hogy a reakció ne álljon le, urán tömegét kell bevennie bizonyos értéket- kritikus. Ha az urán tömege meghaladja a kritikus értéket, akkor a szabad neutronok meredek növekedése következtében a láncreakció robbanáshoz vezet.

Nukleáris reaktor. Nukleáris reakció. Az atommagok belső energiájának átalakítása elektromos energia.

Nukleáris reaktor - Ez egy olyan eszköz, amelyben szabályozott nukleáris láncreakció megy végbe, energia felszabadulásával. Az első atomreaktor, az SR-1, 1942 decemberében épült az USA-ban E. Fermi vezetésével. Jelenleg a NAÜ adatai szerint 30 országban 441 reaktor működik a világon. További 44 reaktor építése folyik.

Az atomreaktorokban az urán-235-öt főként hasadóanyagként használják. Az ilyen reaktort lassú neutronreaktornak nevezzük. moderátor A neutronok különböző anyagok lehetnek:

  1. Víz . A közönséges víz moderátorként való előnyei a rendelkezésre állás és az alacsony költség. A víz hátrányai a következők alacsony hőmérséklet forráspont (100 °C 1 atm nyomáson) és a termikus neutronok abszorpciója. Az első hátrány kiküszöbölhető a primer körben lévő nyomás növelésével. A termikus neutronok víz általi abszorpcióját dúsított urán alapú nukleáris üzemanyag használata kompenzálja.
  2. Nehézvíz . A nehézvíz kémiai és termofizikai tulajdonságaiban alig különbözik a közönséges víztől. Gyakorlatilag nem nyeli el a neutronokat, ami lehetővé teszi a természetes urán nukleáris üzemanyagként való felhasználását nehézvizes moderátorral ellátott reaktorokban. A nehézvíz hátránya a magas ára.
  3. Grafit . A reaktor grafitját mesterségesen nyerik kőolajkoksz és kőszénkátrány keverékéből. Először tömböket préselnek ki a keverékből, majd ezeket a blokkokat magas hőmérsékleten hőkezelik. A grafit sűrűsége 1,6-1,8 g/cm3. 3800-3900 °C hőmérsékleten szublimál. A levegőn 400 °C-ra hevített grafit meggyullad. Ezért az erőművi reaktorokban inert gáz (hélium, nitrogén) atmoszférában található.
  4. Berillium . Az egyik legjobb retarder. Magas olvadáspontja (1282°C) és hővezető képessége van, és kompatibilis a szén-dioxiddal, vízzel, levegővel és néhány folyékony fémmel. A küszöbreakcióban azonban megjelenik a hélium, ezért gyors neutronokkal történő intenzív besugárzás hatására a berillium belsejében gáz halmozódik fel, amelynek nyomása alatt a berillium megduzzad. A berillium felhasználását a magas ára is korlátozza. Ezenkívül a berillium és vegyületei rendkívül mérgezőek. A berilliumot reflektorok és vízkiszorítók készítésére használják a kutatóreaktorok magjában.

Lassú neutronos reaktor részei: a magban van nukleáris üzemanyag uránrudak és neutron moderátor (például víz), reflektor (a magot körülvevő anyagréteg) és egy beton védőburkolat. A reakciót vezérlőrudak szabályozzák, amelyek hatékonyan elnyelik a neutronokat. A reaktor beindításához fokozatosan eltávolítják a zónából. A reakció során keletkezett, nagy sebességgel szétrepülő neutronok és atommagtöredékek a vízbe esve a hidrogén- és oxigénatomok magjaival ütköznek, és kinetikai energiájuk egy részét adják nekik. Ugyanakkor a víz felmelegszik, és egy idő után a lelassult neutronok ismét az uránrudakba esnek, és részt vesznek a maghasadásban. Az aktív zóna csöveken keresztül csatlakozik a hőcserélőhöz, így az első zárt kör. A szivattyúk vízkeringést biztosítanak benne. A felmelegített víz áthalad a hőcserélőn, felmelegíti a vizet a szekunder tekercsben és gőzzé alakítja. Így a magban lévő víz nemcsak neutronmoderátorként, hanem hőt eltávolító hűtőfolyadékként is szolgál. Miután a tekercsben lévő gőz energiája elektromos energiává alakul. A gőz megforgatja a turbinát, amely meghajtja a generátor forgórészét. elektromos áram. A kipufogó gőz belép a kondenzátorba és vízzé alakul. Ezután az egész ciklus megismétlődik.

atommotora maghasadás vagy fúzió energiáját használja fel a sugárhajtás létrehozására. A hagyományos nukleáris motor egésze egy atomreaktor és magának a motornak a terve. A munkaközeget (gyakrabban - ammóniát vagy hidrogént) a tartályból a reaktormagba juttatják, ahol a nukleáris bomlási reakció által felmelegített csatornákon áthaladva magas hőmérsékletre melegítik, majd a fúvókán keresztül kilövik, sugár tolóerőt hozva létre. .

Atomenergia.

Atomenergia- az atommagok hasadási reakciójának hő- és villamosenergia-termelésre történő felhasználásán alapuló technológiai terület. Az atomenergia szektor Franciaországban, Belgiumban, Finnországban, Svédországban, Bulgáriában és Svájcban a legjelentősebb, i.e. azokban az iparosodott országokban, ahol nincs elegendő természetes energiaforrás. Ezek az országok villamos energiájuk negyedét és felét atomerőművekből állítják elő.

Az első európai reaktort 1946-ban hozták létre a Szovjetunióban Igor Vasziljevics Kurcsatov vezetésével. 1954-ben üzembe helyezték az első atomerőművet Obnyinszkban. Atomerőmű előnyei:

  1. A fő előny az üzemanyag-forrásoktól való gyakorlati függetlenség a kis mennyiségű üzemanyag miatt. Oroszországban ez különösen fontos az európai részen, mivel a szibériai szén szállítása túl drága. Az atomerőmű üzemeltetése sokkal olcsóbb, mint a hőerőmű. Igaz, a hőerőmű építése olcsóbb, mint az atomerőmű építése.
  2. Az atomerőmű hatalmas előnye a viszonylagos környezeti tisztaság. A hőerőműveknél az összes károsanyag-kibocsátás éves szinten megközelítőleg 13 000 tonna gáznál és 165 000 tonna porszén erőműveknél. Az atomerőművekben nincs ilyen kibocsátás. A hőerőművek évente 8 millió tonna oxigént fogyasztanak az üzemanyagok oxidálására, míg az atomerőművek egyáltalán nem fogyasztanak oxigént. Ezenkívül egy szénerőmű nagyobb fajlagos radioaktív anyagok kibocsátást ad. A szén mindig tartalmaz természetes radioaktív anyagokat, a szén elégetésekor szinte teljesen kijut a külső környezetbe. A hőerőművekből származó radionuklidok többsége hosszú élettartamú. Az atomerőművekből származó radionuklidok nagy része gyorsan lebomlik, és nem radioaktívvá válik.
  3. A legtöbb országban, így Oroszországban is, az atomerőművekben az áramtermelés nem drágább, mint a porszén- és még inkább a gázolajos hőerőművekben. Az atomerőművek előnye a megtermelt villamos energia költségében különösen az 1970-es évek elején kezdődő úgynevezett energiaválságok idején szembetűnő. A csökkenő olajárak automatikusan csökkentik az atomerőművek versenyképességét.

A nukleáris motorok használata a modern időkben.

Ahogy a magfizika egyre tisztábban vetődött fel az atomerőművek létrehozásának lehetősége. Az első gyakorlati lépést ebbe az irányba tette meg szovjet Únió ahol 1954-ben atomerőmű épült.

1959-ben A világ első nukleáris meghajtású hajóját, a Lenin jégtörőt a Szovjetunió zászlaja alatt helyezték üzembe.

NÁL NÉL utóbbi évek A 19. században az Arktika és a Sibir erős szovjet atommeghajtású jégtörők beléptek az Északi-sark őrébe...

Az atomenergia különösen nagy lehetőségeket nyitott a tengeralattjárók számára, amelyek közül kettőt is megoldani lehet tényleges problémák- a víz alatti sebesség növelése és a víz alatti úszás időtartamának növelése felszínre kerülés nélkül. Hiszen a legfejlettebb dízel-elektromos tengeralattjárók nem tudnak 18-20 csomónál többet fejlődni a víz alatt, és ezt a sebességet is csak körülbelül egy óráig tartják fenn, utána kénytelenek a felszínre szállni, hogy feltöltsék az akkumulátorokat.

Ilyen körülmények között az SZKP Központi Bizottságának és a szovjet kormánynak az utasítására a lehető legrövidebb időn belül atomtengeralattjáró flottát hoztak létre hazánkban. A szovjet nukleáris meghajtású tengeralattjárók többször is átkeltek a Jeges-tengeren a jég alatt, és felszínre kerültek az Északi-sark térségében. Az SZKP XXIII. kongresszusának előestéjén atomtengeralattjárók egy csoportja megkerülte a világot, mintegy 22 ezer mérföldet áthaladva a víz alatt anélkül, hogy felszínre került volna ...

A fő különbség a nukleáris tengeralattjáró és a gőzmeghajtású tengeralattjáró között a gőzkazán reaktorral való cseréje, amelyben a nukleáris üzemanyag atomjainak szabályozott hasadási láncreakcióját hajtják végre a gőzben gőz előállításához használt hő felszabadulásával. generátor.

Tengeralattjárók számára létrehozott atomerőmű valódi perspektíva nemcsak hogy utolérje a sebességet a felszíni hajókhoz, hanem felülmúlja őket. Mint tudjuk, elmerült állapotban a tengeralattjáró nem tapasztal hullámellenállást, amelynek leküzdésére a nagy sebességű felszíni vízkiszorítású hajók az erőmű erejének nagy részét fordítják.

A sugárzás biológiai hatása.

A sugárzás természeténél fogva káros az életre. Kis dózisú sugárzás „beindíthat” egy még nem teljesen tisztázott eseményláncot, amely rákhoz vagy genetikai károsodáshoz vezet. Nagy dózisban a sugárzás elpusztíthatja a sejteket, károsíthatja a szervszöveteket és egy szervezet halálát okozhatja. A nagy dózisú sugárzás okozta károk általában órákon vagy napokon belül jelentkeznek. A rákos megbetegedések azonban sok évvel az expozíció után jelentkeznek, általában legkorábban egy-két évtizednél. A veleszületett fejlődési rendellenességek és egyéb örökletes betegségek, amelyeket a genetikai apparátus károsodása okoz, értelemszerűen csak a következő vagy az azt követő generációkban jelennek meg: ezek egy sugárzásnak kitett egyén gyermekei, unokái és távolabbi leszármazottai.

A sugárzás típusától, sugárdózisától és körülményeitől függően különböző fajták sugársérülés. Ezek az akut sugárbetegség (ARS) - külső expozícióból, ARS - belső expozícióból, krónikus sugárbetegség, különböző klinikai formák, amelyek túlnyomórészt lokálisan károsítják az egyes szerveket, amelyek akut, szubakut vagy krónikus lefolyással jellemezhetők; ezek hosszú távú következmények, amelyek közül a legjelentősebb a rosszindulatú daganatok előfordulása; degeneratív és disztrófiás folyamatok (hályog, sterilitás, szklerotikus elváltozások). Ez magában foglalja a kitett szülők utódainál megfigyelt genetikai következményeket is. A kifejlődésüket kiváltó ionizáló sugárzások nagy áthatoló képességüknél fogva a szervezetben bárhol szövetekre, sejtekre, sejten belüli struktúrákra, molekulákra és atomokra hatnak.

Az élőlények eltérően reagálnak a sugárzás hatására, a sugárzási reakciók kialakulása nagymértékben függ a sugárzás dózisától. Ezért tanácsos különbséget tenni a következők között: 1) kis dózisok hatása, legfeljebb 10 rad; 2) az általánosan használt közepes dózisoknak való kitettség terápiás célokra, amelyek a nagy dózisoknak való kitettség felső határát határolják. Sugárzásnak vannak kitéve azonnali reakciók, korai reakciók, valamint késői (távoli) megnyilvánulások. A besugárzás végeredménye gyakran nagymértékben függ a dózisteljesítménytől, különféle feltételek a besugárzásról és különösen a sugárzás természetéről. Ez vonatkozik a sugárzás terápiás célú klinikai gyakorlati alkalmazási területére is.

A sugárzás nemtől és életkortól, a szervezet állapotától, immunrendszerétől stb. függően eltérően hat az emberre, de különösen erős a csecsemőkre, gyermekekre és serdülőkre.

A rák a legsúlyosabb az alacsony dózisoknak való emberi expozíció következményei közül. 100 000 túlélőre kiterjedő kiterjedt felmérések atombombázások Hirosima és Nagaszaki kimutatták, hogy eddig a rák az egyetlen oka a túlzott halálozásnak ebben a népességcsoportban.

Következtetés.

Kutatások elvégzése után rájöttünk, hogy a nukleáris üzemanyag és a nukleáris motorok nagy előnyökkel járnak az ember számára. Nekik köszönhetően egy ember olcsó hő- és energiaforrásokat talált (egy atomerőmű több tíz vagy akár több száz hagyományos hőerőművet helyettesít egy ember számára), át tudott jutni a jégen az Északi-sarkra és a fenékre süllyedni. az óceánról. De mindez csak akkor működik, ha helyesen alkalmazzák, pl. megfelelő mennyiségben és csak békés célokra. Sok esetben történt atomerőművek (Csernobil, Fukushima) és atombombák (Hirosima és Nagaszaki) robbanása.

De senki sincs védve a radioaktív hulladék következményeitől. Sokan szenvednek sugárbetegségben és sugárzás okozta rákban. De úgy gondoljuk, hogy néhány éven belül a tudósok olyan módszereket fognak kidolgozni, amelyekkel a radioaktív hulladékot az egészségre ártalmatlan módon lehet ártalmatlanítani, és gyógymódokat találnak ki ezekre a betegségekre.

Bibliográfia.

  1. A. V. Pyoryshkin, E. M. Gutnik. "Fizika tankönyv 9. osztálynak".
  2. G. Kessler. "Nukleáris energia".
  3. R. G. Perelman. "Atommotorok".
  4. E. Rutherford. Válogatott tudományos munkák. Az atom szerkezete és a mesterséges átalakulás.
  5. https://en.wikipedia.org
Előnézet:

A prezentációk előnézetének használatához hozzon létre fiókot magának ( fiókot) Google és jelentkezzen be:

Az atomenergia építő (atomenergia) és romboló (atombomba) célokra való felhasználásának lehetősége pedig az elmúlt huszadik század talán egyik legjelentősebb találmányává vált. Nos, annak a félelmetes erőnek a középpontjában, amely egy parányi atom belsejében lapul, a nukleáris reakciók állnak.

Mik azok a nukleáris reakciók

A fizikában magreakciók alatt egy atommag és egy hozzá hasonló maggal vagy különféle elemi részecskékkel való kölcsönhatási folyamatát értjük, amelynek eredményeként az atommag összetétele és szerkezete megváltozik.

A nukleáris reakciók egy kis története

A történelem első nukleáris reakcióját a nagy tudós, Rutherford hajtotta végre még 1919-ben az atommagok bomlástermékeiben lévő protonok kimutatására irányuló kísérletek során. A tudós nitrogénatomokat bombázott alfa-részecskékkel, és amikor a részecskék összeütköztek, magreakció ment végbe.

És így nézett ki ennek a nukleáris reakciónak az egyenlete. Rutherford nevéhez fűződik a nukleáris reakciók felfedezése.

Ezt követte a tudósok számos kísérlete a megvalósítással kapcsolatban különféle típusok nukleáris reakciók, például az atommagok neutronos bombázása által okozott magreakció, amelyet a kiváló olasz fizikus, E. Fermi hajtott végre, nagyon érdekes és jelentős volt a tudomány számára. Fermi különösen azt fedezte fel, hogy a nukleáris átalakulást nem csak a gyors neutronok okozhatják, hanem a lassúak is, amelyek termikus sebességgel mozognak. A hőmérsékletnek való kitettség által okozott nukleáris reakciókat egyébként termonukleárisnak nevezik. Ami a neutronok hatására zajló nukleáris reakciókat illeti, ezek nagyon gyorsan fejlődtek a tudományban, és mi másról, olvass tovább.

A magreakció tipikus képlete.

Milyen magreakciók vannak a fizikában

A jelenleg ismert nukleáris reakciók általában a következőkre oszthatók:

  • nukleáris maghasadás
  • termonukleáris reakciók

Az alábbiakban mindegyikről részletesen írunk.

atommagok hasadása

Az atommagok hasadási reakciója magában foglalja az atom tényleges magjának két részre való szétesését. 1939-ben O. Hahn és F. Strassmann német tudósok felfedezték az atomhasadást, folytatva tudományos elődeik kutatását, és azt találták, hogy amikor az uránt neutronokkal bombázzák, a Mengyelejev-féle periódusos rendszer középső részének elemei keletkeznek, nevezetesen az urán radioaktív izotópjai. bárium, kripton és néhány más elem. Sajnos ezt a tudást kezdetben félelmetes, pusztító célokra használták fel, mert a második Világháborúés német, másrészt amerikai és szovjet tudósok nukleáris fegyverek kifejlesztésén versenyeztek (az urán nukleáris reakcióján alapulva), aminek a japán Hirosima és Nagaszaki városok feletti hírhedt "nukleáris gombái" lett a vége.

De visszatérve a fizikához, az urán magreakciója az atommag felhasadása során ugyanolyan kolosszális energiával rendelkezik, mint amit a tudomány szolgálatába tudott állítani. Hogyan megy végbe egy ilyen nukleáris reakció? Mint fentebb írtuk, az urán atommagjának neutronokkal történő bombázása miatt következik be, amitől az atommag felhasad, és hatalmas, 200 MeV nagyságrendű kinetikus energia keletkezik. De ami a legérdekesebb, az uránmag neutronnal való ütközéséből származó maghasadási reakciójának termékeként több szabad új neutron van, amelyek viszont új atommagokkal ütköznek, felhasítják őket stb. Ennek eredményeként még több neutron és még több uránmag hasad fel a velük való ütközés következtében – valódi nukleáris láncreakció következik be.

Így néz ki a diagramon.

Ebben az esetben a neutronsokszorozó tényezőnek nagyobbnak kell lennie az egységnél, ez szükséges feltétele egy ilyen típusú magreakciónak. Más szóval, az atommagok bomlása után keletkező neutronok minden következő generációjában többnek kell lennie, mint az előzőben.

Érdemes megjegyezni, hogy hasonló elv szerint a bombázás közbeni nukleáris reakciók más elemek atommagjainak hasadása során is lezajlhatnak, azzal az árnyalattal, hogy az atommagokat különféle elemi részecskék bombázhatják, ill. az ilyen magreakciók termékei különbözni fognak, hogy részletesebben leírhassuk őket. , szükségünk van egy egész tudományos monográfiára

termonukleáris reakciók

A termonukleáris reakciók fúziós reakciókon alapulnak, vagyis valójában a hasadás fordított folyamata megy végbe, az atommagok nem bomlanak fel részekre, hanem összeolvadnak egymással. Sok energiát is felszabadít.

Termonukleáris reakciók, ahogy a neve is sugallja (termo - hőmérséklet) csak nagyon magas hőmérsékleten mehet végbe. Hiszen ahhoz, hogy két atommag egyesüljön, nagyon közel kell közelíteniük egymáshoz, miközben le kell győzniük pozitív töltéseik elektromos taszítását, ez nagy mozgási energia esetén lehetséges, ami viszont magas hőmérsékleten lehetséges. Meg kell jegyezni, hogy a hidrogén termonukleáris reakciói nem fordulnak elő, de nemcsak rajta, hanem más csillagokon sem, sőt azt is mondhatjuk, hogy minden csillag természetének ez az alapja.

Nukleáris reakciók videó

És végül egy oktatási videó cikkünk témájában, a nukleáris reakciókról.

2 osztályba sorolhatók: termonukleáris reakciók és nukleáris részecskék és maghasadás hatására bekövetkező reakciók. Az előbbiek megvalósításához ~ több millió fokos hőmérsékletre van szükség, és csak a csillagok belsejében vagy a H-bombák felrobbanásakor fordulnak elő. Ez utóbbiak a légkörben és a litoszférában fordulnak elő a kozmikus sugárzás és a Föld felső héjában lévő nukleáris aktív részecskék miatt. A Föld légkörébe kerülő gyors kozmikus részecskék (átlagos energia ~2 10 9 eV) gyakran okozzák a légköri atomok (N, O) teljes szétválását könnyebb nukleáris töredékekre, pl. neutronok. Ez utóbbi képződési sebessége eléri a 2,6 neutront (cm -2 sec -1). A neutronok túlnyomórészt a légköri N-nel lépnek kölcsönhatásba, állandó radioaktív termelést biztosítva izotópok szén C 14 (T 1/2 = 5568 év) és trícium H 3 (T 1/2 = 12,26 év) a következő reakciók szerint N 14 + P\u003d C14+H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. A Föld légkörében évente körülbelül 10 kg radiokarbon képzõdik. Megfigyelték a radioaktív Be 7 és Cl 39 keletkezését is a légkörben. A litoszférában a magreakciók főként a hosszú élettartamú radioaktív elemek (főleg U és Th) bomlásából származó α-részecskék és neutronok miatt következnek be. Meg kell jegyezni a He 3 felhalmozódását néhány Li-t tartalmazó ml-ben (lásd. Hélium izotópok a geológiában), a neon egyedi izotópjainak képződése euxenitben, monacitban és más m-lahokban a reakciók szerint: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Az argon izotópok képződése radioaktív anyagokban a reakciók szerint: Cl 35 + Nem = Ar 38+ n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Az urán spontán és neutronok által kiváltott hasadása során a kripton és a xenon nehéz izotópjainak képződése figyelhető meg. (lásd a Xenon abszolút kormeghatározási módszerét). A litoszféra m-lakh-jában az atommagok mesterséges hasadása bizonyos izotópok felhalmozódását okozza az m-la tömegének 10 -9 -10 -12%-ában.

  • - az atommagok átalakulásai a velük való kölcsönhatások következtében elemi részecskék vagy egymással...
  • - a nehéz atommagok neutronok általi hasadásának elágazó láncreakciói, amelyek következtében a neutronok száma meredeken megnő, és önfenntartó hasadási folyamat léphet fel ...

    A modern természettudomány kezdetei

  • - lőszer, amelynek károsító hatása nukleáris robbanás energiájának felhasználásán alapul. Ide tartoznak a rakéták és torpedók nukleáris robbanófejei, nukleáris bombák, tüzérségi lövedékek, mélységi töltetek, aknák ...

    Katonai szakkifejezések szótára

  • Jogi szakkifejezések szószedete

  • - ....

    Enciklopédiai közgazdasági és jogi szótár

  • - az "Atomenergia felhasználásáról" szóló szövetségi törvény 1995. október 20-i meghatározása szerint "hasadó nukleáris anyagokat tartalmazó vagy reprodukálni képes anyagok" ...

    Nagy Jogi szótár

  • - snurps, kis nukleáris RNS kis méret heterogén nukleáris RNS-hez kapcsolódik , a sejtmag kis ribonukleoprotein szemcséinek részei...
  • - Lásd kis nukleáris...

    Molekuláris biológia és genetika. Szótár

  • - nukleáris reakciók, amelyek során a beeső részecske nem a teljes célmagnak, hanem egy különálló magnak ad át energiát. nukleon vagy nukleoncsoport ebben a magban. In P. I. R. nem képződik összetett mag.

    Természettudomány. enciklopédikus szótár

  • - atomerőművekben bekövetkező balesetek. Egy nukleáris baleset során a környezet radioaktív szennyezettsége meredeken megemelkedik ...

    Ökológiai szótár

  • - az atommagok atomjainak átalakulása más atommagokkal, elemi részecskékkel vagy gamma-kvantumokkal való ütközéskor. Amikor a nehéz magokat könnyebbekkel bombázzák, az összes transzurán elemet megkapják ...

    Enciklopédiai Kohászati ​​Szótár

  • - nukleáris folyamatok, amelyek során az atommagba bevitt energia főként egy vagy egy kis nukleoncsoportba kerül át ...

    Nagy szovjet enciklopédia

  • - KÖZVETLEN nukleáris reakciók - olyan magreakciók, amelyek során a beeső részecske nem a teljes célmagnak, hanem egy egyedi nukleonnak vagy nukleoncsoportnak ad át energiát ebben az atommagban. Közvetlen magreakciók során nem képződik vegyület ...
  • - lásd: Nukleáris láncreakciók...

    Nagy enciklopédikus szótár

  • - az atommagok átalakulási reakciói elemi részecskékkel, p-kvantumokkal vagy egymással való kölcsönhatás során. Ernest Rutherford tanulmányozta először 1919-ben...

    Nagy enciklopédikus szótár

  • - NUKLEÁRIS LÁNCREAKCIÓK - az atommagok hasadásának önfenntartó reakciói neutronok hatására olyan körülmények között, amikor minden hasadási eseményhez legalább 1 neutron kibocsátása társul, ami biztosítja a ...

    Nagy enciklopédikus szótár

„NUKLEÁRIS REAKCIÓK A TERMÉSZETBEN” a könyvekben

Nukleáris eurorakéták

A Purely Confidential című könyvből [Washington-nagykövet hat amerikai elnök alatt (1962-1986)] szerző Dobrynin Anatolij Fedorovics

6. fejezet A természet imádása. Mítoszok a természetről

Örményország mítoszai című könyvből szerző Ananikyan Martiros A

6. fejezet A természet imádása. Mítoszok a természetről

Nukleáris Robinsonok

A Bomba című könyvből. Az atomalvilág titkai és szenvedélyei szerző Pesztov Sztanyiszlav Vasziljevics

Nukleáris Robinzonok Az 50-es évek végén Hruscsovot nagyon érdekelte egy katonai mérnökök által javasolt projekt. Ennek lényege az volt, hogy mesterséges szigeteket hozzanak létre az Egyesült Államok atlanti partjainál. Ezt így gondolták: a tolvajok sötét éjszakáján nagy teljesítményű szárazteherhajók törnek rájuk

Nukleáris ambíció

Az Ébredj fel! Túlélni és boldogulni a közelgő gazdasági káoszban szerző Chalabi El

Nukleáris ambíciók 2003 második felében a világ megtudta, hogy Irán urándúsítási programja fejlettebb, mint azt korábban gondolták, és néhány éven belül Irán atomfegyverré válik. Idézzük az amerikai szavait hivatalos, magában foglal

Nukleáris értékesítés

Az Infobusiness teljes kapacitással [Duplán értékesítés] című könyvből szerző Parabellum Andrej Alekszejevics

A Nuclear Sales Japan jelenleg egy érdekes modellt tesztel. Az egyik cég, amely ügyfélkutatást végzett, sok szerződést írt alá különböző cégekkel, amelyeknek szüksége volt rá Visszacsatolás az övéktől célközönség. Üzletet nyitottak ingyenes dolgokért -

"NUKLEÁRIS Bőröndök"

Az Ismeretlen, elutasítva vagy elrejtett könyvből szerző Irina Boriszovna Tsareva

"NUKLEÁRIS Bőröndök" Ez menőbb, mint a híres "bőröndök kompromittáló bizonyítékokkal"! Egy sietős, hosszan tartó botrány bontakozik ki az úgynevezett "nukleáris bőröndök" körül. Az egész a volt biztonsági miniszter szenzációs kijelentésével kezdődött. Az Orosz Föderáció Tanácsa.

A természetről, a törvényekről és a törvények természetéről

A Tiszta szavak című könyvből a szerző Ozornin Prokhor

A természetről, a törvényekről és a törvények természetéről Ami tegnap abszurd volt, az ma a természet törvénye lett. A törvények változnak – a természet ugyanaz marad

A magreakciók és az elektromos töltés

A Neutrino - az atom kísérteties részecskéje című könyvből szerző Asimov Isaac

Nukleáris reakciók és elektromos töltés Amikor a fizikusok az 1990-es években kezdték jobban megérteni az atom szerkezetét, felfedezték, hogy legalább egyes részei elektromos töltést hordoznak. Például elektronok, amelyek kitöltik az atom külső régióit

NUKLEÁRIS REAKCIÓK

könyvből Atomenergia katonai célokra szerző Smith Henry Dewolf

NUKLEÁRIS REAKCIÓK NOKLEÁRIS BOMBÁZÁSI MÓDSZEREK1.40. Cockcroft és Walton kellően nagy energiájú protonokat állított elő hidrogéngáz ionizálásával, majd az ionok gyorsításával egy nagyfeszültségű üzemben, transzformátorral és egyenirányítóval. Hasonló módszerrel lehet

NUKLEÁRIS BALESETEK

könyvből vészhelyzet a szovjet flottában szerző Cherkashin Nikolai Andreevich Nukleáris láncreakciók A szerző Great Soviet Encyclopedia (YD) című könyvéből TSB

§ 3.13 Nukleáris reakciók és tömeghiba

A Ritz Ballistic Theory and the Picture of the Universe című könyvből szerző Szemikov Szergej Alekszandrovics

§ 3.13 Nukleáris reakciók és tömeghiba A természetben fellépő összes változás olyan állapot, hogy amennyit kivesznek az egyik testből, annyit adnak hozzá a másikhoz. Tehát, ha néhány anyag csökken valahol, akkor szaporodni fog egy másik helyen ... Ez az egyetemes természetes

Terv:

    Bevezetés
  • 1 kompozit mag
    • 1.1 Gerjesztési energia
    • 1.2 Reakciócsatornák
  • 2 Atomreakció keresztmetszete
    • 2.1 Reakcióhozam
  • 3 Közvetlen nukleáris reakciók
  • 4 Megmaradási törvények a nukleáris reakciókban
    • 4.1 Az energiamegmaradás törvénye
    • 4.2 A lendület megmaradásának törvénye
    • 4.3 A szögimpulzus megmaradásának törvénye
    • 4.4 Egyéb természetvédelmi törvények
  • 5 A nukleáris reakciók típusai
    • 5.1 Atommaghasadás
    • 5.2 Termonukleáris fúzió
    • 5.3 fotonukleáris reakció
    • 5.4 Egyéb
  • 6 A nukleáris reakciók rögzítése
    • Megjegyzések

Bevezetés

Lítium-6 magreakciója deutérium 6-tal Li(d,α)α

nukleáris reakció- új atommagok vagy részecskék keletkezésének folyamata atommagok vagy részecskék ütközésekor. Rutherford először 1919-ben figyelt meg nukleáris reakciót, amely a nitrogénatomok atommagjait α-részecskékkel bombázta, és ezt másodlagos ionizáló részecskék megjelenésével rögzítették, amelyek tartománya a gázban nagyobb, mint az α-részecskék tartománya. protonként azonosították. Ezt követően felhőkamra segítségével fényképeket készítettek erről a folyamatról.

A kölcsönhatás mechanizmusa szerint a nukleáris reakciókat két típusra osztják:

  • reakciók egy összetett mag képződésével, ez egy kétlépcsős folyamat, amely az ütköző részecskék nem túl magas kinetikus energiájánál (kb. 10 MeV-ig) megy végbe.
  • közvetlen nukleáris reakciók atomidő szükséges ahhoz, hogy a részecske áthaladjon a magon. Ez a mechanizmus főleg a bombázó részecskék nagyon nagy energiáinál nyilvánul meg.

Ha egy ütközés után az eredeti atommagok és részecskék megmaradnak, és újak nem születnek, akkor a reakció rugalmas szórás a nukleáris erők területén, amelyet csak a részecske és a cél mozgási energiájának és lendületének újraeloszlása ​​kísér. mag, és az úgynevezett potenciális szóródás .


1. Összetett mag

Az összetett atommag kialakulásával járó reakciómechanizmus elméletét Niels Bohr dolgozta ki 1936-ban az atommag cseppmodelljének elméletével együtt, és ez a nukleáris reakciók nagy részével kapcsolatos modern elképzelések alapja.

Ezen elmélet szerint a magreakció két szakaszban megy végbe. Kezdetben a kezdeti részecskék egy köztes (kompozit) magot alkotnak atomidő, vagyis az az idő, amely ahhoz szükséges, hogy a részecske áthaladjon az atommagon, körülbelül 10 -23 - 10 -21 s. Ebben az esetben az összetett mag mindig gerjesztett állapotban jön létre, mivel a részecske által az atommaghoz juttatott többletenergiával rendelkezik az összetett magban lévő nukleon kötési energiája és kinetikai energiájának egy része, amely egyenlő a célmag kinetikai energiájának összegével tömegszámés részecskék a tehetetlenségi rendszer középpontjában.


1.1. Gerjesztési energia

A szabad nukleon abszorpciójával létrejött összetett mag gerjesztési energiája megegyezik a nukleon kötési energiájának és kinetikai energiájának egy részének összegével:

Leggyakrabban az atommag és a nukleon tömegének nagy különbsége miatt megközelítőleg megegyezik az atommagot bombázó nukleon kinetikai energiájával.

A kötési energia átlagosan 8 MeV, ami a keletkező vegyületmag jellemzőitől függően változik, azonban adott célmagok és nukleonok esetében ez az érték állandó. A bombázó részecske mozgási energiája bármi lehet, például ha nukleáris reakciókat gerjesztenek olyan neutronok, amelyek potenciáljában nincs Coulomb-gát, az érték nullához közelíthet. Így a kötési energia az összetett mag minimális gerjesztési energiája.


1.2. Reakciócsatornák

A gerjesztetlen állapotba való átmenet többféleképpen is végrehajtható, ún reakciócsatornák. Meghatározza a beeső részecskék és atommagok típusa és kvantumállapota a reakció megkezdése előtt bemeneti csatorna reakciók. A reakció befejeződése után a halmaz képződik reakciótermékekés kvantumállapotuk határozza meg kimeneti csatorna reakciók. A reakciót teljes mértékben bemeneti és kimeneti csatornák jellemzik.

A reakciócsatornák nem függenek a vegyületmag kialakulásának módjától, ami a vegyületmag hosszú élettartamával magyarázható, úgy tűnik, „elfelejti” a keletkezési módját, ezért az összetett mag kialakulása és bomlása független eseményeknek tekintendők. Például gerjesztett állapotban összetett magként képződhet a következő reakciók egyikében:

Ezt követően, azonos gerjesztési energia mellett, ez az összetett atommag bizonyos valószínűséggel bármelyik reakció megfordításával bomlik, függetlenül az atommag keletkezésének történetétől. Az összetett mag kialakulásának valószínűsége az energiától és a célmag típusától függ.


2. Atomreakció keresztmetszete

A reakció valószínűségét a reakció úgynevezett magkeresztmetszete határozza meg. A laboratóriumi referenciakeretben (ahol a célmag nyugalmi állapotban van) az egységnyi időre vetített kölcsönhatás valószínűsége megegyezik a keresztmetszet (területegységben kifejezve) és a beeső részecskék fluxusának (számában kifejezve) szorzatával. egységnyi területen áthaladó részecskék egységnyi idő alatt). Ha egy bemeneti csatornára több kimeneti csatorna is megvalósítható, akkor a reakciókimeneti csatornák valószínűségeinek aránya megegyezik keresztmetszeteik arányával. A magfizikában a reakciókeresztmetszeteket általában speciális egységekben fejezik ki - pajtákban, amelyek 10–24 cm²-nek felelnek meg.


2.1. Reakcióhozam

A célpontot bombázó részecskék számához viszonyított reakcióesetek számát ún nukleáris reakció. Ezt az értéket kísérletileg kvantitatív mérésekkel határozzuk meg. Mivel a hozam közvetlenül összefügg a reakció keresztmetszetével, a hozam mérése lényegében a reakciókeresztmetszet mérése.

3. Közvetlen magreakciók

A magreakciók lefolyása a közvetlen kölcsönhatás mechanizmusán keresztül is lehetséges, főként a bombázó részecskék nagyon nagy energiáinál nyilvánul meg ilyen mechanizmus, amikor az atommag nukleonjai szabadnak tekinthetők. A direkt reakciók az összetett magmechanizmustól elsősorban a termék részecskék lendületi vektorainak a bombázó részecskék lendületéhez viszonyított eloszlásában térnek el. A vegyületmag mechanizmusának gömbszimmetriájával ellentétben a közvetlen kölcsönhatást az jellemzi, hogy a reakciótermékek dominánsan haladnak előre a beeső részecskék mozgási irányához képest. A termékrészecskék energiaeloszlása ​​ezekben az esetekben is eltérő. A közvetlen kölcsönhatást a nagy energiájú részecskék feleslege jellemzi. Az összetett részecskék magjaival (vagyis más atommagokkal) való ütközések során lehetséges a nukleonok atommagról magra való átvitelének vagy a nukleonok cseréjének folyamata. Az ilyen reakciók összetett mag képződése nélkül mennek végbe, és a közvetlen kölcsönhatás minden jellemzője benne rejlik.


4. Megmaradási törvények nukleáris reakciókban

A magreakciókban a klasszikus fizika összes megmaradási törvénye teljesül. Ezek a törvények korlátozzák a nukleáris reakció lehetőségét. Még egy energetikailag kedvező folyamat is mindig lehetetlennek bizonyul, ha valamilyen természetvédelmi törvény megsértésével jár együtt. Emellett léteznek a mikrovilágra jellemző természetvédelmi törvények; ezek egy része, amennyire ismert, mindig teljesül (a barionszám, leptonszám megmaradásának törvénye); más megmaradási törvények (izospin, paritás, furcsaság) csak bizonyos reakciókat nyomnak el, mivel nem teljesülnek bizonyos alapvető kölcsönhatások esetén. A természetvédelmi törvények következményei az úgynevezett kiválasztási szabályok, amelyek bizonyos reakciók lehetőségét vagy tilalmát jelzik.


4.1. Az energiamegmaradás törvénye

Ha , , , két részecske összenergiája a reakció előtt és után, akkor az energiamegmaradás törvénye alapján:

Ha kettőnél több részecske képződik, a kifejezés jobb oldalán lévő kifejezések számának nagyobbnak kell lennie. Egy részecske összenergiája megegyezik a nyugalmi energiájával Mc 2 és a mozgási energia E, Ezért:

A részecskék teljes kinetikus energiái közötti különbség a reakció "kimeneténél" és "bemeneténél" K = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) hívott reakció energia(vagy a reakció energiahozama). A feltételnek eleget tesz:

szorzó 1/ c A 2-t általában figyelmen kívül hagyjuk az energiamérleg kiszámításakor, amely a részecskék tömegét energiaegységben (vagy néha az energiát tömegegységben) fejezi ki.

Ha egy K> 0, akkor a reakció szabadenergia felszabadulásával jár és ún exoenergetikus , ha K < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoenergetikus .

Ezt könnyű belátni K> 0, ha a részecskék-termékek tömegének összege kisebb, mint a kiinduló részecskék tömegeinek összege, vagyis a szabadenergia felszabadítása csak a reagáló részecskék tömegének csökkentésével lehetséges. És fordítva, ha a másodlagos részecskék tömegének összege meghaladja a kezdeti részecskék tömegének összegét, akkor ilyen reakció csak akkor lehetséges, ha bizonyos mennyiségű kinetikus energiát fordítanak a nyugalmi energia növelésére, azaz az új részecskék tömegei. Egy beeső részecske kinetikus energiájának azt a minimális értékét nevezzük, amelynél endoenergetikai reakció lehetséges küszöb reakcióenergia. Endoenergetikus reakciókat is neveznek küszöbreakciók, mivel a küszöb alatti részecskék energiáinál nem fordulnak elő.


4.2. A lendület megmaradásának törvénye

A részecskék teljes lendülete a reakció előtt megegyezik a részecskék reakciótermékeinek összimpulzusával. Ha , , , két részecske impulzusvektora a reakció előtt és után, akkor

Mindegyik vektor egymástól függetlenül mérhető kísérletileg, például mágneses spektrométerrel. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy az impulzus megmaradásának törvénye mind a magreakciókban, mind a mikrorészecskék szóródási folyamataiban érvényes.


4.3. A szögimpulzus megmaradásának törvénye

A szögimpulzus a magreakciókban is megmarad. A mikrorészecskék ütközésének eredményeként csak olyan összetett magok keletkeznek, amelyek szögimpulzusa megegyezik a részecskék belső mechanikai nyomatékainak (pörgéseinek) és a nyomatékának összeadásával kapott nyomaték egyik lehetséges értékével. relatív mozgásuk (keringési momentum). Az összetett atommag bomlási csatornái is csak olyanok lehetnek, hogy a teljes impulzusmomentum (a spin és a keringési nyomatékok összege) megmarad.


4.4. Egyéb természetvédelmi törvények

  • magreakciókban az elektromos töltés megmarad - az elemi töltések algebrai összege a reakció előtt megegyezik a reakció utáni töltések algebrai összegével.
  • magreakciókban a nukleonok száma konzerválódik, amit a legáltalánosabb esetekben a barionszám megmaradásaként értelmeznek. Ha az ütköző nukleonok kinetikai energiái nagyon nagyok, akkor nukleonpárok keletkezésének reakciói lehetségesek. Mivel a nukleonokhoz és antinukleonokhoz ellentétes előjelek vannak rendelve, a barionszámok algebrai összege mindig változatlan marad minden folyamatban.
  • magreakciókban a leptonok száma megmarad (pontosabban a leptonok számának és az antileptonok számának különbsége, lásd Lepton szám).
  • nukleáris vagy elektromágneses erők hatására lezajló magreakciókban megmarad a hullámfüggvény paritása, amely leírja a részecskék reakció előtti és utáni állapotát. A hullámfüggvény paritása a gyenge kölcsönhatások miatti transzformációkban nem marad meg.
  • magreakciókban az erős kölcsönhatások miatt az izotópos spin megmarad. A gyenge és elektromágneses kölcsönhatások nem őrzik meg az izospineket.

5. A magreakciók típusai

A részecskékkel való nukleáris kölcsönhatások nagyon sokrétűek, típusuk és egy adott reakció valószínűsége függ a bombázó részecskék típusától, a célmagoktól, a kölcsönhatásban lévő részecskék és atommagok energiáitól és sok más tényezőtől.

5.1. Nukleáris maghasadás

Nukleáris maghasadás- az atommag két (ritkán három) közeli tömegű magra, úgynevezett hasadási töredékre bomlik. A hasadás következtében más reakciótermékek is megjelenhetnek: könnyű atommagok (főleg alfa-részecskék), neutronok és gamma-kvantumok. A hasadás lehet spontán (spontán) és kényszerített (más részecskékkel, elsősorban neutronokkal való kölcsönhatás eredményeként). A nehéz magok hasadása exoterm folyamat, amely felszabadul nagyszámú energia a reakciótermékek kinetikus energiája, valamint a sugárzás formájában.

Az atommaghasadás az energiaforrás atomreaktorokés nukleáris fegyverek.


5.2. Termonukleáris fúzió

Normál hőmérsékleten az atommagok összeolvadása lehetetlen, mivel a pozitív töltésű atommagok hatalmas Coulomb-taszító erőket fejtenek ki. A könnyű atommagok szintéziséhez közel 10-15 m távolságra kell őket közelíteni, ahol a vonzó nukleáris erők hatása meghaladja a Coulomb taszító erőket. Ahhoz, hogy az atommagok fúziója megtörténjen, növelni kell a mobilitásukat, vagyis növelni kell a mozgási energiájukat. Ezt a hőmérséklet emelésével érik el. A kapott hőenergia hatására az atommagok mobilitása megnő, és olyan közeli távolságra képesek megközelíteni egymást, hogy a nukleáris kohéziós erők hatására új, összetettebb atommaggá egyesülnek. A könnyű atommagok fúziója következtében sok energia szabadul fel, mivel a létrejövő új atommag nagy fajlagos energia kötések, mint az eredeti magok. termonukleáris reakció- ez könnyű atommagok exoenergetikus fúziós reakciója nagyon magas hőmérsékleten (10 7 K).

Mindenekelőtt meg kell említeni a hidrogén két izotópja (deutérium és trícium) közötti, a Földön nagyon elterjedt reakcióját, amelynek eredményeként hélium képződik és neutron szabadul fel. A reakciót így írhatjuk fel

+ energia (17,6 MeV).

A felszabaduló energia (ami abból adódik, hogy a hélium-4 nagyon erős nukleáris kötésekkel rendelkezik) mozgási energiává alakul, melynek nagy része, 14,1 MeV, könnyebb részecskeként viszi magával a neutront. A keletkező mag szorosan kötődik, ezért a reakció olyan erősen exoenergetikus. Ezt a reakciót a legalacsonyabb Coulomb-gát és nagy hozam jellemzi, ezért különösen érdekes a termonukleáris fúzió szempontjából.

A termonukleáris reakciót termonukleáris fegyverekben használják, és kutatás alatt állnak az energiaszektorban lehetséges alkalmazásokra, ha megoldódik a termonukleáris fúzió szabályozásának problémája.


5.3. fotonukleáris reakció

Amikor egy gamma-kvantum elnyelődik, az atommag többletenergiát kap anélkül, hogy a nukleonösszetétele megváltozna, a többletenergiával rendelkező mag pedig összetett mag. Más magreakciókhoz hasonlóan a gamma-kvantum elnyelése az atommagban csak akkor lehetséges, ha a szükséges energia- és spin-arányok teljesülnek. Ha az atommagba átvitt energia meghaladja a magban lévő nukleon kötési energiáját, akkor a keletkező összetett mag bomlása leggyakrabban nukleonok, főleg neutronok kibocsátásával megy végbe. Az ilyen bomlás magreakciókhoz és , amelyeket ún fotonukleárisés a nukleonemisszió jelensége ezekben a reakciókban - nukleáris fotoelektromos hatás.


5.4. Egyéb

6. Magreakciók rögzítése

A nukleáris reakciókat speciális képletek formájában írják le, amelyekben az atommagok és az elemi részecskék jelölései fordulnak elő.

Első út A magreakciók képleteinek felírása hasonló a kémiai reakciók képleteihez, vagyis balra a kiindulási részecskék összegét, jobbra a kapott részecskék (reakciótermékek) összegét írjuk, és egy nyilat helyezünk el. közöttük.

Így a neutron kadmium-113 atommag általi sugárzási befogásának reakciója a következőképpen írható le:

Azt látjuk, hogy a jobb és bal oldali protonok és neutronok száma változatlan marad (a barionszám megmarad). Ugyanez vonatkozik a elektromos töltések, leptonszámok és egyéb mennyiségek (energia, impulzus, szögimpulzus, ...). Egyes reakciókban, ahol a gyenge kölcsönhatás is szerepet játszik, a protonok neutronokká alakulhatnak, és fordítva, de összszámuk nem változik.

Második út A magfizika számára kényelmesebb jelölésnek megvan a formája A (a, bcd…) B, ahol DE- célmag a- bombázó részecske (beleértve az atommagot is), b, c, d,...- kibocsátott részecskék (beleértve az atommagokat is), NÁL NÉL- maradék mag. A reakció könnyebb termékeit zárójelbe, a nehezebb termékeit kívülre írjuk. Tehát a fenti neutronbefogási reakció a következőképpen írható fel:

A reakciókat gyakran a beeső és kibocsátott részecskék kombinációjáról nevezik el zárójelben; igen, fent tipikus példa (n, γ)-reakciók.

A nitrogén első kényszerített nukleáris átalakulását oxigénné, amelyet Rutherford hajtott végre a nitrogén alfa-részecskékkel történő bombázásával, képletként írják le.

Hol van a hidrogénatom magja, egy proton.

A "kémiai" jelölésben ez a reakció így néz ki

Letöltés .

Azt is ajánljuk

Betöltés...Betöltés...