mājas > veselības aprūpe

Aukstā kodolsintēze dzīvā šūnā. Kodolreakcijas

KODOLREAKCIJAS DABĀ - tiek iedalītas 2 klasēs: kodoltermiskās reakcijas un reakcijas kodoldaļiņu iedarbībā un kodola skaldīšanās. Pirmajiem to īstenošanai nepieciešama ~ vairāku miljonu grādu temperatūra, un tie notiek tikai zvaigžņu iekšpusē vai H-bumbu sprādzienu laikā. Pēdējie rodas atmosfērā un litosfērā kosmiskā starojuma un kodolaktīvo daļiņu dēļ Zemes augšējos apvalkos. Ātrās kosmiskās daļiņas (vidējā enerģija ~2 10 9 eV), nonākot Zemes atmosfērā, bieži izraisa pilnīgu atmosfēras atomu (N, O) sadalīšanos vieglākos kodolfragmentos, t.sk. neitroni. Pēdējā veidošanās ātrums sasniedz 2,6 neitronus (cm -2 sek -1). Neitroni pārsvarā mijiedarbojas ar atmosfēras N, nodrošinot pastāvīgu radioaktīvo vielu veidošanos izotopi ogleklis C 14 (T 1/2 = 5568 gadi) un tritijs H 3 (T 1/2 = 12,26 gadi) saskaņā ar šādām reakcijām N 14 + P\u003d C14 + H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Ikgadējais radiooglekļa veidošanās Zemes atmosfērā ir aptuveni 10 kg. Tika atzīmēta arī radioaktīvo Be 7 un Cl 39 veidošanās atmosfērā. Kodolreakcijas litosfērā galvenokārt notiek α-daļiņu un neitronu dēļ, kas rodas, sabrūkot ilgstoši radioaktīviem elementiem (galvenokārt U un Th). Jāatzīmē He 3 uzkrāšanās dažos ml, kas satur Li (sk. Hēlija izotopi ģeoloģijā), atsevišķu neona izotopu veidošanās eisenītā, monazītā un citos m-lahos atbilstoši reakcijām: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + Viņš \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Argona izotopu veidošanās radioaktīvās vielās atbilstoši reakcijām: Cl 35 + Nav = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Spontānas un neitronu izraisītas urāna skaldīšanas laikā tiek novērota smago kriptona un ksenona izotopu veidošanās (sk. Ksenona absolūtā vecuma noteikšanas metodi). Litosfēras m-lakhā mākslīga šķelšanās atomu kodoli izraisa dažu izotopu uzkrāšanos 10 -9 -10 -12% apmērā no m-la masas.

Ģeoloģiskā vārdnīca: 2 sējumos. - M.: Nedra. Rediģēja K. N. Paffengolts u.c.. 1978 .

Skatiet, kas ir "KODOLĀRĀS REAKCIJAS DABĀ" citās vārdnīcās:

    Kodolfizika Atomu kodols Radioaktīvā sabrukšana Kodolreakcija Pamatjēdzieni Atomu kodols Izotopi Izobāri Pussabrukšanas periods Ma ... Wikipedia

    Kodolreakcijas starp gaismas atomiem. kodoli, kas rodas ļoti augstā temperatūrā (=108K un augstāk). Lai pārvarētu elektrostatisko spēku, ir nepieciešamas augstas temperatūras, t.i., pietiekami lielas sadursmes kodolu relatīvās enerģijas. barjera, ...... Fiziskā enciklopēdija

    Chem. transformācijas un kodolprocesi, kuros starpposma aktīvās daļiņas (brīvais radikālis, atoms, ierosināta molekula ķīmiskajās pārvērtībās, neitrona kodolprocesos) parādīšanās izraisa sākotnējo transformāciju ķēdi c. Ķīmijas piemēri. C. r ... Ķīmiskā enciklopēdija

    Viens no jaunajiem mūsdienu virzieniem ģeol. zinātne, kas ir cieši saistīta ar blakus esošajām kodolfizikas, ģeoķīmijas, radioķīmijas, ģeofizikas, kosmoķīmijas un kosmogonijas sadaļām un aptver sarežģītas problēmas atomu kodolu dabiskā evolūcija dabā un ...... Ģeoloģiskā enciklopēdija

    gadā ražoti stabili un radioaktīvie izotopi dabas objekti kosmiskā starojuma iedarbībā, piemēram, saskaņā ar shēmu: XAz + P → YAZ + an + bp, kurā A = A1 + an + (b 1)p; Z \u003d Z1.+ (b 1)p, kur XAz ir sākotnējais kodols, P ir ātrs ... ... Ģeoloģiskā enciklopēdija

    Kodoltermiskā saplūšana, vieglu atomu kodolu saplūšanas reakcija smagākos kodolos, kas notiek īpaši augstā temperatūrā un ko pavada milzīga enerģijas daudzuma izdalīšanās. Kodolsintēze ir reakcija, kas ir pretēja atomu skaldīšanai: pēdējā ... ... Collier enciklopēdija

    Kodolprocesi Radioaktīvā sabrukšana Alfa sabrukšana Beta sabrukšana Kopu sabrukšana Dubultā beta sabrukšana Elektroniskā uztveršana Divkāršā elektronu uztveršana Gamma starojums Iekšējā konversija Izomēru pāreja Neitronu sabrukšana Pozitronu sabrukšana ... ... Wikipedia

    94 Neptūnijs ← Plutonijs → Americium Sm Pu ... Wikipedia

    Kodolfizika ... Wikipedia

Grāmatas

  • Kodolenerģijas un reto un dārgmetālu iegūšana kodolpārveidojumu rezultātā. Elektrisko lādiņu elektriskās mijiedarbības saistīšanas enerģija un potenciālā enerģija neitronos, deiteronos, tritijā, hēlijā-3 un hēlijā-4
  • Kodolenerģijas un reto un dārgmetālu iegūšana kodolpārveidojumu rezultātā. Saistošā enerģija un elektrisko lādiņu elektriskās mijiedarbības potenciālā enerģija neitronā, Deuter, Larin V.I.

Račeks Marija, Jesmans Vitālija, Rumjanceva Viktorija

Šis izpētes projekts veikuši 9. klases skolēni. Tas ir vadošais uzdevums skolēnu apgūšanā par tēmu "Atoma un atoma kodola uzbūves. Atomu kodolu enerģijas izmantošana" 9. klases fizikas kursā. Projekta mērķis ir noskaidrot kodolreakciju rašanās nosacījumus un atomelektrostaciju darbības principus.

Lejupielādēt:

Priekšskatījums:

Pašvaldības budžeta izglītības iestāde

Vidēja vispārizglītojošā skola № 14

Padomju Savienības varoņa vārds

Anatolijs Perfiļjevs

G . Aleksandrovs

Pētnieciskais darbs fizikā

"Kodolreakcijas"

Pabeigts

skolēni

9B klase:

Račeks Marija,

Rumjanceva Viktorija,

Jesmanis Vitālija

skolotājs

Romanova O.G.

2015

Projekta plāns

Ievads

Teorētiskā daļa

  • Kodolenerģija.

Secinājums

Bibliogrāfija

Ievads

Atbilstība:

Viena no svarīgākajām problēmām, ar ko saskaras cilvēce, ir enerģētikas problēma. Enerģijas patēriņš pieaug tik strauji, ka šobrīd zināmās degvielas rezerves tiks izsmeltas salīdzinoši īsā laikā. "Enerģijas bada" problēma netiek atrisināta, izmantojot enerģiju no tā sauktajiem atjaunojamiem avotiem (upju, vēja, saules enerģijas, jūras viļņi, Zemes dziļais siltums), jo tie var nodrošināt labākais gadījums tikai 5-10% no mūsu vajadzībām. Šajā sakarā 20. gadsimta vidū radās nepieciešamība meklēt jaunus enerģijas avotus.

Šobrīd reālo ieguldījumu energoapgādē sniedz atomenerģija, proti, atomelektrostacijas (saīsināti AES). Tāpēc mēs nolēmām noskaidrot, vai atomelektrostacijas ir noderīgas cilvēcei.

Darba mērķi:

  1. Uzziniet kodolreakciju rašanās nosacījumus.
  2. Uzzini atomelektrostaciju darbības principus, kā arī noskaidro, vai tas atstāj labu vai sliktu ietekmi uz vide un uz vienu cilvēku.

Lai sasniegtu mērķi, esam izvirzījuši sekojošo uzdevumi:

  1. Uzziniet atoma uzbūvi, sastāvu, kas ir radioaktivitāte.
  2. Izpētiet urāna atomu. Izpētiet kodolreakciju.
  3. Izpētiet kodoldzinēju darbības principu.

Pētījuma metodes:

  1. Teorētiskā daļa - literatūras lasīšana par kodolreakcijām.

Teorētiskā daļa.

Atoma un radioaktivitātes vēsture. Atoma struktūra.

Pieņēmumu, ka visi ķermeņi sastāv no sīkām daļiņām, izdarīja senie grieķu filozofi Leikips un Demokrits apmēram pirms 2500 tūkstošiem gadu. Šīs daļiņas sauc par "atomu", kas nozīmē "nedalāms". Atoms ir mazākā matērijas daļiņa, visvienkāršākā, kurai nav sastāvdaļu.

Bet ap 19. gadsimta vidu sāka parādīties eksperimentāli fakti, kas liek apšaubīt ideju par atomu nedalāmību. Šo eksperimentu rezultāti liecināja, ka atomiem ir sarežģīta struktūra un ka tie satur elektriski lādētas daļiņas.

Visspilgtākie pierādījumi sarežģīta struktūra atoms bija fenomena atklājumsradioaktivitāte1896. gadā uzņēma franču fiziķis Anrī Bekerels. Viņš atklāja, ka ķīmiskais elements urāns spontāni (t.i. bez ārējas mijiedarbības) izstaro iepriekš nezināmus neredzamos starus, kas vēlāk tika nosaukti.radioaktīvais starojums. Tā kā radioaktīvais starojums ir neparastas īpašības, daudzi zinātnieki sāka to pētīt. Izrādījās, ka ne tikai urāns, bet arī daži citi ķīmiskie elementi (piemēram, rādijs) spontāni izstaro radioaktīvos starus. Dažu ķīmisko elementu atomu spēju uz spontānu starojumu sāka saukt par radioaktivitāti (no latīņu radio — izstaroju un activus — efektīva).

Bekerels nāca klajā ar ideju: vai jebkuru luminiscenci nepavada rentgena stari? Lai pārbaudītu savu minējumu, viņš paņēma vairākus savienojumus, tostarp vienu no urāna sāļiem, kas fosforescē dzelteni zaļu gaismu. Apgaismojot to ar saules gaismu, viņš iesaiņoja sāli melnā papīrā un ievietoja tumšā skapī uz fotošķīvja, arī ietītu melnā papīrā. Pēc kāda laika, parādījis šķīvi, Bekerels patiešām ieraudzīja sāls gabala attēlu. Bet luminiscējošais starojums nevarēja iziet cauri melnam papīram, un šādos apstākļos plāksni varēja apgaismot tikai rentgena stari. Bekerels eksperimentu atkārtoja vairākas reizes ar vienādiem panākumiem. 1896. gada februāra beigās Francijas Zinātņu akadēmijas sanāksmē viņš sniedza ziņojumu par rentgenstari fosforescējošas vielas. Pēc kāda laika Bekerela laboratorijā nejauši tika izveidota plāksne, uz kuras gulēja saules gaismas neapstarotā urāna sāls. Viņa, protams, nefosforēja, bet nospiedums uz šķīvja izrādījās. Tad Bekerels sāka piedzīvot dažādi savienojumi un urāna minerāli (tostarp tie, kuriem nav fosforescences), kā arī metāliskais urāns. Plāksne bija nepārtraukti izgaismota. Novietojot metāla krustu starp sāli un šķīvi, Bekerels ieguva krusta vājās kontūras uz plāksnes. Tad kļuva skaidrs, ka tika atklāti jauni stari, kas iet cauri necaurspīdīgiem objektiem, bet nav rentgena stari.

Bekerels dalās savā atklājumā ar zinātniekiem, ar kuriem viņš sadarbojās. 1898. gadā Marija Kirī un Pjērs Kirī atklāja torija radioaktivitāti, un vēlāk viņi atklāja radioaktīvos elementus poloniju un rādiju. Viņi atklāja, ka visiem urāna savienojumiem un, lielākā mērā, pašam urānam piemīt dabiskās radioaktivitātes īpašība. Bekerels atgriezās pie luminoforiem, kas viņu interesēja. Tiesa, viņš veica vēl vienu nozīmīgu atklājumu saistībā ar radioaktivitāti. Reiz publiskai lekcijai Bekerelam vajadzēja radioaktīvu vielu, viņš to paņēma no Kirī un ielika mēģeni vestes kabatā. Pēc lekcijas viņš radioaktīvo preparātu atdeva īpašniekiem, un nākamajā dienā uz ķermeņa zem vestes kabatas konstatēja ādas apsārtumu mēģenes veidā. Bekerels par to pastāstīja Pjēram Kirī, un viņš veica eksperimentu: desmit stundas viņš nēsāja mēģeni ar rādiju, kas bija piesiets pie apakšdelma. Dažas dienas vēlāk viņam parādījās arī apsārtums, kas pēc tam pārvērtās par smagu čūlu, no kuras viņš cieta divus mēnešus. Tādējādi radioaktivitātes bioloģiskā ietekme tika atklāta pirmo reizi.

1899. gadā angļu fiziķa Ernesta Raterforda vadībā veiktā eksperimenta rezultātā atklājās, ka rādija radioaktīvais starojums ir nehomogēns, t.i. ir sarežģīts sastāvs. Pa vidu ir straume (starojums), kurai nav elektriskā lādiņa, un sānos sarindotas 2 lādētu daļiņu plūsmas. Pozitīvi lādētas daļiņas sauca par alfa daļiņām, kas ir pilnībā jonizēti hēlija atomi, un negatīvi lādētas daļiņas, beta daļiņas, kas ir elektroni. Neitrālas sauc par gamma daļiņām vai gamma kvantiem. Gamma starojums, kā izrādījās vēlāk, ir viens no elektromagnētiskā starojuma diapazoniem.

Tā kā bija zināms, ka atoms kopumā ir neitrāls, radioaktivitātes fenomens ļāva zinātniekiem izveidot aptuvenu atoma modeli. Pirmais, kas to izdarīja, bija angļu fiziķis Džozefs Džons Tomsons, kurš 1903. gadā izveidoja vienu no pirmajiem atoma modeļiem. Modelis bija sfēra, kuras visā tilpumā bija vienmērīgi sadalīts pozitīvais lādiņš. Bumbiņas iekšpusē bija elektroni, no kuriem katrs varēja izveidoties svārstīgas kustības ap tā līdzsvara stāvokli. Modelis pēc formas un struktūras atgādināja kūku ar rozīnēm. Pozitīvais lādiņš absolūtā vērtībā ir vienāds ar kopējo elektronu negatīvo lādiņu, tāpēc atoma lādiņš kopumā ir nulle.

Tomsona atoma struktūras modelim bija nepieciešama eksperimentāla pārbaude, ko 1911. gadā pārņēma Rezerfords. Viņš veica eksperimentus un nonāca pie secinājuma, ka atoma modelis ir bumbiņa, kuras centrā atrodas pozitīvi lādēts kodols, kas aizņem nelielu visa atoma tilpumu. Elektroni pārvietojas ap kodolu, kura masa ir daudz mazāka. Atoms ir elektriski neitrāls, jo kodola lādiņš ir vienāds ar elektronu kopējā lādiņa moduli. Rezerfords arī atklāja, ka atoma kodola diametrs ir aptuveni 10-14 – 10 -15 m, t.i. tas ir simtiem tūkstošu reižu mazāks par atomu. Tas ir kodols, kurā notiek izmaiņas radioaktīvo transformāciju laikā, t.i. radioaktivitāte ir dažu atomu kodolu spēja spontāni pārveidoties citos kodolos ar daļiņu emisiju. Lai reģistrētu (skatīt) daļiņas, 1908. gadā vācu fiziķis Hanss Geigers izgudroja tā saukto Geigera skaitītāju.

Vēlāk pozitīvi lādētās daļiņas atomā sauca par protoniem, bet negatīvās - par neitroniem. Protoni un neitroni ir kopīgi pazīstami kā nukleoni.

urāna skaldīšana. Ķēdes reakcija.

Urāna kodolu skaldīšanu, to bombardējot ar neitroniem, 1939. gadā atklāja vācu zinātnieki Otto Hāns un Frics Strasmans.

Apskatīsim šīs parādības mehānismu. Absorbējis papildu neitronu, kodols iedarbojas un deformējas, iegūstot iegarenu formu.

Kodolā ir 2 veidu spēki: elektrostatiskie atgrūšanas spēki starp protoniem, kas tiecas salauzt kodolu, un kodola pievilkšanās spēki starp visiem nukleoniem, kuru dēļ kodols nesadalās. Bet kodolspēki ir maza darbības rādiusa, tāpēc iegarenā kodolā tie vairs nevar noturēt kodola daļas, kas atrodas ļoti tālu viena no otras. Elektrostatisko spēku iedarbībā kodols tiek saplēsts divās daļās, kas lielā ātrumā izkliedējas dažādos virzienos un izdala 2-3 neitronus. daļa iekšējā enerģija nonāk kinētikā. Kodola fragmenti vidē ātri palēninās, kā rezultātā to kinētiskā enerģija tiek pārvērsta vides iekšējā enerģijā. Vienlaicīgi sadaloties lielam skaitam urāna kodolu, palielinās urānu ieskaujošās vides iekšējā enerģija un attiecīgi tā temperatūra. Tādējādi urāna kodolu dalīšanās reakcija notiek ar enerģijas izdalīšanos vidē. Enerģija ir kolosāla. Pilnīgi sadaloties visiem kodoliem, kas atrodas 1 g urāna, tiek atbrīvots tik daudz enerģijas, cik izdalās 2,5 tonnu naftas sadegšanas laikā. Lai pārvērstu atomu kodolu iekšējo enerģiju elektroenerģijā, ķēdes reakcijas kodola skaldīšana, pamatojoties uz to, ka 2-3 neitroni, kas izdalās pirmā kodola skaldīšanas laikā, var piedalīties citu kodolu sadalīšanā, kas tos uztver. Lai saglabātu ķēdes reakcijas nepārtrauktību, ir svarīgi ņemt vērā urāna masu. Ja urāna masa ir pārāk maza, neitroni izlido no tā, nesatiekoties ar kodolu savā ceļā. Ķēdes reakcija apstājas. Jo lielāka ir urāna gabala masa, jo lielāki ir tā izmēri un garāks ceļš, pa kuru tajā pārvietojas neitroni. Palielinās iespējamība, ka neitroni tiksies ar atomu kodoliem. Attiecīgi palielinās kodola skaldīšanas skaits un emitēto neitronu skaits. Neitronu skaits, kas parādījās pēc kodolu sadalīšanās, ir vienāds ar zaudēto neitronu skaitu, tāpēc reakcija var turpināties ilgu laiku. Lai reakcija neapstātos, jāņem urāna masa noteikta vērtība- kritisks. Ja urāna masa ir vairāk nekā kritiska, tad, strauji palielinoties brīvo neitronu skaitam, ķēdes reakcija izraisa sprādzienu.

Kodolreaktors. Kodolreakcija. Atomu kodolu iekšējās enerģijas pārvēršana par elektriskā enerģija.

Kodolreaktors - Šī ir ierīce, kurā tiek veikta kontrolēta kodola ķēdes reakcija, ko papildina enerģijas izdalīšanās. Pirmais kodolreaktors ar nosaukumu SR-1 tika uzbūvēts 1942. gada decembrī ASV E. Fermi vadībā. Šobrīd saskaņā ar SAEA datiem pasaulē ir 441 reaktors 30 valstīs. Vēl tiek būvēti 44 reaktori.

Kodolreaktorā urānu-235 galvenokārt izmanto kā skaldāmo materiālu. Šādu reaktoru sauc par lēno neitronu reaktoru. moderators Neitroni var būt dažādas vielas:

  1. Ūdens . Parastā ūdens kā moderatora priekšrocības ir tā pieejamība un zemās izmaksas. Ūdens trūkumi ir zema temperatūra vārīšanās (100 °C pie 1 atm spiediena) un termisko neitronu absorbcija. Pirmais trūkums tiek novērsts, palielinot spiedienu primārajā ķēdē. Termisko neitronu absorbcija ar ūdeni tiek kompensēta, izmantojot kodoldegvielu, kuras pamatā ir bagātināts urāns.
  2. Smags ūdens . Smagais ūdens pēc ķīmiskajām un termofizikālajām īpašībām maz atšķiras no parastā ūdens. Tas praktiski neuzsūc neitronus, kas ļauj izmantot dabisko urānu kā kodoldegvielu reaktoros ar smagā ūdens moderatoru. Smagā ūdens trūkums ir tā augstās izmaksas.
  3. Grafīts . Reaktora grafītu iegūst mākslīgi no naftas koksa un akmeņogļu darvas maisījuma. Vispirms no maisījuma izspiež blokus, un pēc tam šos blokus termiski apstrādā augstā temperatūrā. Grafīta blīvums ir 1,6-1,8 g/cm3. Tas sublimējas 3800-3900 °C temperatūrā. Grafīts, kas uzkarsēts gaisā līdz 400 °C, aizdegas. Tāpēc jaudas reaktoros tas atrodas inertas gāzes (hēlija, slāpekļa) atmosfērā.
  4. Berilijs . Viens no labākajiem palēninātājiem. Tam ir augsts kušanas punkts (1282°C) un siltumvadītspēja, un tas ir saderīgs ar oglekļa dioksīdu, ūdeni, gaisu un dažiem šķidriem metāliem. Taču sliekšņa reakcijā parādās hēlijs, tāpēc intensīvas apstarošanas laikā ar ātrajiem neitroniem berilija iekšpusē uzkrājas gāze, kuras spiedienā berilijs uzbriest. Berilija izmantošanu ierobežo arī tā augstās izmaksas. Turklāt berilijs un tā savienojumi ir ļoti toksiski. Beriliju izmanto, lai izgatavotu atstarotājus un ūdens izspiestājus pētniecības reaktoru kodolā.

Lēnu neitronu reaktora daļas: kodolā ir kodoldegviela urāna stieņu veidā un neitronu moderators (piemēram, ūdens), reflektors (vielas slānis, kas ieskauj serdi) un aizsargapvalks, kas izgatavots no betona. Reakciju kontrolē vadības stieņi, kas efektīvi absorbē neitronus. Lai iedarbinātu reaktoru, tie pakāpeniski tiek izņemti no aktīvās zonas. Šīs reakcijas laikā izveidotie neitroni un kodolu fragmenti, lielā ātrumā lidojot atsevišķi, iekrīt ūdenī, saduras ar ūdeņraža un skābekļa atomu kodoliem un piešķir tiem daļu savas kinētiskās enerģijas. Tajā pašā laikā ūdens uzsilst, un pēc kāda laika palēninātie neitroni atkal iekrīt urāna stieņos un piedalās kodola skaldīšanās procesā. Aktīvā zona ir savienota ar siltummaini ar cauruļu palīdzību, veidojot pirmo slēgto ķēdi. Sūkņi nodrošina ūdens cirkulāciju tajā. Uzkarsētais ūdens iet caur siltummaini, uzsilda ūdeni sekundārajā spolē un pārvērš to tvaikā. Tādējādi ūdens kodolā kalpo ne tikai kā neitronu moderators, bet arī kā dzesēšanas šķidrums, kas noņem siltumu. Pēc tam, kad tvaika enerģija spolē tiek pārveidota par elektroenerģiju. Tvaiks griež turbīnu, kas virza ģeneratora rotoru. elektriskā strāva. Izplūdes tvaiks nonāk kondensatorā un pārvēršas ūdenī. Tad viss cikls tiek atkārtots.

kodoldzinējsizmanto kodola skaldīšanas vai saplūšanas enerģiju, lai radītu strūklas vilci. Tradicionālais kodoldzinējs kopumā ir kodolreaktora un paša dzinēja dizains. Darba šķidrums (biežāk - amonjaks vai ūdeņradis) no tvertnes tiek piegādāts reaktora aktīvās zonai, kur, izejot caur kodolsabrukšanas reakcijas uzkarsētajiem kanāliem, tas tiek uzkarsēts līdz augstām temperatūrām un pēc tam tiek izvadīts caur sprauslu, radot strūklas vilci. .

Kodolenerģija.

Kodolenerģija- tehnoloģiju joma, kuras pamatā ir atomu kodolu skaldīšanas reakcijas izmantošana siltuma un elektroenerģijas ražošanai. Atomenerģijas nozare visnozīmīgākā ir Francijā, Beļģijā, Somijā, Zviedrijā, Bulgārijā un Šveicē, t.i. tajās rūpnieciski attīstītajās valstīs, kur nav pietiekami daudz dabas energoresursu. Šīs valstis ceturtdaļu un pusi no savas elektroenerģijas saražo atomelektrostacijās.

Pirmais Eiropas reaktors tika izveidots 1946. gadā Padomju Savienībā Igora Vasiļjeviča Kurčatova vadībā. 1954. gadā Obņinskā tika nodota ekspluatācijā pirmā atomelektrostacija. AES priekšrocības:

  1. Galvenā priekšrocība ir praktiskā neatkarība no degvielas avotiem, jo ​​tiek izmantots neliels degvielas daudzums. Krievijā tas ir īpaši svarīgi Eiropas daļā, jo ogļu piegāde no Sibīrijas ir pārāk dārga. Atomelektrostacijas darbība ir daudz lētāka nekā termoelektrostacijas darbība. Tiesa, termoelektrostacijas celtniecība ir lētāka nekā atomelektrostacijas celtniecība.
  2. Atomelektrostacijas milzīga priekšrocība ir tās relatīvā vides tīrība. TES kopējās ikgadējās kaitīgo vielu emisijas ir aptuveni 13 000 tonnu gadā gāzei un 165 000 tonnu ogļu pulverizatoriem. Atomelektrostacijās šādu izmešu nav. Termoelektrostacijas kurināmā oksidēšanai patērē 8 miljonus tonnu skābekļa gadā, savukārt atomelektrostacijas skābekli nepatērē vispār. Turklāt ogļu rūpnīca nodrošina lielāku radioaktīvo vielu specifisko izdalīšanos. Ogles vienmēr satur dabiskas radioaktīvās vielas, ogles sadedzinot, tās gandrīz pilnībā nonāk ārējā vidē. Lielākā daļa radionuklīdu no termoelektrostacijām ir ilgmūžīgi. Lielākā daļa radionuklīdu no atomelektrostacijām ātri sadalās, pārvēršoties par neradioaktīviem.
  3. Lielākajai daļai valstu, tostarp Krievijai, elektroenerģijas ražošana atomelektrostacijās nav dārgāka par ogļu pulveri un, vēl jo vairāk, gāzeļļas termoelektrostacijās. Atomelektrostaciju priekšrocība saražotās elektroenerģijas dārdzībā ir īpaši pamanāma tā saukto enerģētikas krīžu laikā, kas sākās 70. gadu sākumā. Naftas cenu kritums automātiski samazina atomelektrostaciju konkurētspēju.

Kodoldzinēju izmantošana mūsdienās.

Kā kodolfizika arvien skaidrāk parādījās izredzes izveidot atomelektrostacijas. Pirmo praktisko soli šajā virzienā spēra Padomju savienība kur 1954.g gadā tika uzcelta atomelektrostacija.

1959. gadā Zem PSRS karoga ekspluatācijā tika nodots pirmais ar kodolenerģiju darbināms kuģis pasaulē – ledlauzis Ļeņins, kas veiksmīgi vadīja tirdzniecības kuģus sarežģītajos Arktikas apstākļos.

IN pēdējie gadi 19. gadsimtā Arktikas pulksteņos ienāca jaudīgie padomju atomledlauži Arktika un Sibir...

Kodolenerģija ir pavērusi īpaši lielas iespējas zemūdenēm, ļaujot atrisināt divas no visvairāk faktiskās problēmas- palielināt zemūdens ātrumu un palielināt peldēšanas ilgumu zem ūdens bez virsmas. Galu galā vismodernākās dīzeļelektriskās zemūdenes zem ūdens nevar attīstīt vairāk par 18-20 mezgliem, un pat šāds ātrums tiek uzturēts tikai aptuveni stundu, pēc tam tās ir spiestas izkāpt uz virsmas, lai uzlādētu akumulatorus.

Šādos apstākļos pēc PSKP Centrālās komitejas un padomju valdības norādījuma mūsu valstī pēc iespējas īsākā laikā tika izveidota atomzemūdeņu flote. Padomju kodolzemūdenes zem ledus vairākkārt šķērsoja Ziemeļu Ledus okeānu, un tās parādījās Ziemeļpola reģionā. PSKP XXIII kongresa priekšvakarā kodolzemūdeņu grupa apbrauca pasauli, nobraucot apmēram 22 tūkstošus jūdžu zem ūdens, nenokļūstot uz virsmas ...

Galvenā atšķirība starp kodolzemūdeni un ar tvaiku darbināmu ir tvaika katla aizstāšana ar reaktoru, kurā tiek veikta kontrolēta kodoldegvielas atomu skaldīšanas ķēdes reakcija, atbrīvojot siltumu, ko izmanto tvaika ražošanai tvaikā. ģenerators.

Atomelektrostacija izveidota zemūdenēm reāla perspektīva ne tikai panākt ātrumā virszemes kuģus, bet arī tos pārspēt. Kā zināms, iegremdētā stāvoklī zemūdene nepiedzīvo viļņu pretestību, kuras pārvarēšanai ātrgaitas virszemes pārvietošanas kuģi patērē lielāko daļu spēkstacijas jaudas.

Radiācijas bioloģiskā ietekme.

Radiācija pēc savas būtības ir kaitīga dzīvībai. Nelielas starojuma devas var “iesākt” vēl pilnībā neizprotamu notikumu ķēdi, kas izraisa vēzi vai ģenētiskus bojājumus. Lielās devās starojums var iznīcināt šūnas, bojāt orgānu audus un izraisīt organisma nāvi. Lielu starojuma devu radītie bojājumi parasti parādās stundu vai dienu laikā. Tomēr vēzis parādās daudzus gadus pēc iedarbības, parasti ne agrāk kā vienu līdz divus gadu desmitus. Un iedzimtas malformācijas un citas iedzimtas slimības, ko izraisa ģenētiskā aparāta bojājumi, pēc definīcijas parādās tikai nākamajās vai nākamajās paaudzēs: tie ir bērni, mazbērni un tālāki pēcteči indivīdam, kurš ir pakļauts starojumam.

Atkarībā no starojuma veida, starojuma devas un tā apstākļiem, Dažādi radiācijas ievainojums. Tās ir akūta staru slimība (ARS) - no ārējās iedarbības, ARS - no iekšējās apstarošanas, hroniska staru slimība, dažādas klīniskas formas ar pārsvarā lokāliem atsevišķu orgānu bojājumiem, ko var raksturot ar akūtu, subakūtu vai hronisku gaitu; tās ir ilgtermiņa sekas, starp kurām nozīmīgākā ir ļaundabīgo audzēju rašanās; deģeneratīvi un distrofiski procesi (katarakta, sterilitāte, sklerozes izmaiņas). Tas ietver arī ģenētiskās sekas, kas novērotas pakļauto vecāku pēcnācējiem. Jonizējošais starojums, kas izraisa to attīstību, to augstās iespiešanās spējas dēļ ietekmē audus, šūnas, intracelulārās struktūras, molekulas un atomus jebkurā ķermeņa vietā.

Dzīvās būtnes dažādi reaģē uz starojuma ietekmi, un radiācijas reakciju attīstība lielā mērā ir atkarīga no starojuma devas. Tāpēc vēlams nošķirt: 1) nelielu devu, līdz aptuveni 10 rad, ietekmi; 2) vidēju devu iedarbība, ko parasti lieto ar terapeitiskiem nolūkiem, kas robežojas ar to augšējo robežu lielu devu iedarbībai. Iedarbojoties ar starojumu, ir reakcijas, kas rodas nekavējoties, agrīnas reakcijas, kā arī vēlīnās (attālās) izpausmes. Apstarošanas gala rezultāts bieži lielā mērā ir atkarīgs no devas jaudas, dažādi apstākļi apstarošanu un jo īpaši par starojuma raksturu. Tas attiecas arī uz radiācijas pielietojuma jomu klīniskajā praksē terapeitiskiem nolūkiem.

Radiācija ietekmē cilvēkus atšķirīgi atkarībā no dzimuma un vecuma, ķermeņa stāvokļa, imūnsistēmas u.c., bet īpaši spēcīgi tas ir zīdaiņiem, bērniem un pusaudžiem.

Vēzis ir visnopietnākā no visām sekām, ko izraisa cilvēku pakļaušana zemām devām. Plašas aptaujas, kas aptver 100 000 izdzīvojušo atombumbu sprādzieni Hirosima un Nagasaki ir pierādījuši, ka līdz šim vēzis ir vienīgais pārmērīgas mirstības cēlonis šajā iedzīvotāju grupā.

Secinājums.

Pēc pētījumu veikšanas mēs noskaidrojām, ka kodoldegviela un kodoldzinēji sniedz lielu labumu cilvēkiem. Pateicoties viņiem, cilvēks atrada lētus siltuma un enerģijas avotus (viena atomelektrostacija cilvēkam aizstāj vairākus desmitus vai pat simtus parasto termoelektrostaciju), spēja tikt caur ledu līdz Ziemeļpolam un nogrimt dzelmē. no okeāna. Bet tas viss darbojas tikai tad, ja tiek pareizi pielietots, t.i. pareizajā daudzumā un tikai miermīlīgiem nolūkiem. Ir bijuši daudzi atomelektrostaciju eksplozijas gadījumi (Černobiļa, Fukušima) un atombumbu sprādzieni (Hirosima un Nagasaki).

Bet neviens nav pasargāts no radioaktīvo atkritumu sekām. Daudzi cilvēki cieš no staru slimības un vēža, ko izraisa starojums. Taču mēs domājam, ka pēc dažiem gadiem zinātnieki nāks klajā ar metodēm radioaktīvo atkritumu apglabāšanai, nekaitējot veselībai, un izgudros zāles pret visām šīm slimībām.

Bibliogrāfija.

  1. A. V. Pjorškins, E. M. Gutņiks. "Fizikas mācību grāmata 9. klasei".
  2. G. Keslers. "Atomenerģija".
  3. R. G. Perelmans. "Kodoldzinēji".
  4. E. Rezerfords. Zinātnisko darbu izlase. Atoma uzbūve un mākslīgā transformācija.
  5. https://en.wikipedia.org
Priekšskatījums:

Lai izmantotu prezentāciju priekšskatījumu, izveidojiet sev kontu ( konts) Google un pierakstieties:

Un spēja izmantot kodolenerģiju gan konstruktīviem (atomenerģija), gan destruktīviem (atombumbas) mērķiem ir kļuvusi, iespējams, par vienu no nozīmīgākajiem pagājušā divdesmitā gadsimta izgudrojumiem. Nu, visa šī milzīgā spēka pamatā, kas slēpjas niecīga atoma zarnās, ir kodolreakcijas.

Kas ir kodolreakcijas

Fizikā ar kodolreakcijām saprot atoma kodola mijiedarbības procesu ar citu tam līdzīgu kodolu vai ar dažādām elementārdaļiņām, kā rezultātā mainās kodola sastāvs un struktūra.

Nedaudz kodolreakciju vēstures

Pirmo kodolreakciju vēsturē veica izcilais zinātnieks Rezerfords 1919. gadā, veicot eksperimentus, lai noteiktu protonus kodolu sabrukšanas produktos. Zinātnieks bombardēja slāpekļa atomus ar alfa daļiņām, un, daļiņām saduroties, notika kodolreakcija.

Un šādi izskatījās šīs kodolreakcijas vienādojums. Rezerfordam tiek piešķirts kodolreakciju atklājējs.

Tam sekoja daudzi zinātnieku eksperimenti par ieviešanu dažādi veidi kodolreakcijas, piemēram, kodolreakcija, ko izraisīja atomu kodolu bombardēšana ar neitroniem, ko veica izcilais itāļu fiziķis E. Fermi, bija ļoti interesanta un zinātnei nozīmīga. Jo īpaši Fermi atklāja, ka kodolpārveidojumus var izraisīt ne tikai ātri neitroni, bet arī lēni neitroni, kas pārvietojas ar termisko ātrumu. Starp citu, kodolreakcijas, ko izraisa temperatūras iedarbība, sauc par kodoltermiskām. Kas attiecas uz kodolreakcijām neitronu ietekmē, tās ļoti ātri ieguva savu attīstību zinātnē, un ko vēl, lasiet par to tālāk.

Tipiska kodolreakcijas formula.

Kādas kodolreakcijas pastāv fizikā

Kopumā pašlaik zināmās kodolreakcijas var iedalīt:

  • kodola skaldīšana
  • kodoltermiskās reakcijas

Zemāk mēs rakstām sīkāk par katru no tiem.

atomu kodolu dalīšanās

Atomu kodolu dalīšanās reakcija ietver faktiskā atoma kodola sadalīšanos divās daļās. 1939. gadā vācu zinātnieki O. Hāns un F. Štrasmans atklāja atomu skaldīšanu, turpinot savu zinātnisko priekšteču pētījumus, atklājot, ka, bombardējot urānu ar neitroniem, rodas Mendeļejeva periodiskās tabulas vidusdaļas elementi, proti, radioaktīvie izotopi. bārijs, kriptons un daži citi elementi. Diemžēl šīs zināšanas sākotnēji tika izmantotas šausminošos, postošos nolūkos, jo otrs Pasaules karš un vācu, un, no otras puses, amerikāņu un padomju zinātnieki sacentās, lai izstrādātu kodolieročus (pamatojoties uz urāna kodolreakciju), kas beidzās ar bēdīgi slavenajām "kodolsēnēm" pār Japānas pilsētām Hirosimu un Nagasaki.

Bet, atgriežoties pie fizikas, urāna kodolreakcijai tā kodola šķelšanās laikā ir tieši tāda pati kolosāla enerģija, kādu zinātne ir spējusi nodot savā rīcībā. Kā notiek šāda kodolreakcija? Kā jau rakstījām iepriekš, tas notiek urāna atoma kodola bombardēšanas dēļ ar neitroniem, no kuriem kodols sadalās un rodas milzīga kinētiskā enerģija, kas ir aptuveni 200 MeV. Bet pats interesantākais ir tas, ka urāna kodola kodola skaldīšanas reakcijas produkts no sadursmes ar neitronu ir vairāki brīvi jauni neitroni, kas savukārt saduras ar jauniem kodoliem, sadala tos utt. Līdz ar to ir vēl vairāk neitronu un vēl vairāk urāna kodolu, kas sadalās no sadursmēm ar tiem – notiek īsta kodola ķēdes reakcija.

Šādi tas izskatās diagrammā.

Šajā gadījumā neitronu reizināšanas koeficientam jābūt lielākam par vienību, tas ir nepieciešams nosacījums šāda veida kodolreakcijai. Citiem vārdiem sakot, katrā nākamajā neitronu paaudzē, kas veidojas pēc kodolu sabrukšanas, tiem vajadzētu būt vairāk nekā iepriekšējā.

Ir vērts atzīmēt, ka saskaņā ar līdzīgu principu kodolreakcijas bombardēšanas laikā var notikt arī dažu citu elementu atomu kodolu skaldīšanas laikā ar tādām niansēm, ka kodolus var bombardēt ar dažādām elementārdaļiņām, un šādu kodolreakciju produkti atšķirsies, lai tos sīkāk aprakstītu. , mums ir vajadzīga vesela zinātniska monogrāfija

kodoltermiskās reakcijas

Termonukleārās reakcijas balstās uz saplūšanas reakcijām, tas ir, faktiski notiek apgrieztais dalīšanās process, atomu kodoli nesadalās daļās, bet gan saplūst viens ar otru. Tas arī atbrīvo daudz enerģijas.

Kodoltermiskās reakcijas, kā norāda nosaukums (termo - temperatūra), var notikt tikai ļoti augstā temperatūrā. Galu galā, lai divi atomu kodoli apvienotos, tiem ir jātuvojas ļoti tuvu attālumam viens pret otru, vienlaikus pārvarot to pozitīvo lādiņu elektrisko atgrūšanu, tas ir iespējams, ja ir liela kinētiskā enerģija, kas, savukārt, ir iespējams augstā temperatūrā. Jāatzīmē, ka ūdeņraža kodoltermiskās reakcijas nenotiek, taču ne tikai uz tās, bet arī uz citām zvaigznēm var pat teikt, ka tieši tas ir jebkuras zvaigznes būtības pamatā.

Kodolreakciju video

Un visbeidzot izglītojošs video par mūsu raksta tēmu - kodolreakcijām.

Tās iedala 2 klasēs: kodoltermiskās reakcijas un reakcijas kodoldaļiņu iedarbībā un kodola skaldīšanās. Pirmajiem to īstenošanai nepieciešama ~ vairāku miljonu grādu temperatūra, un tie notiek tikai zvaigžņu iekšpusē vai H-bumbu sprādzienu laikā. Pēdējie rodas atmosfērā un litosfērā kosmiskā starojuma un kodolaktīvo daļiņu dēļ Zemes augšējos apvalkos. Ātrās kosmiskās daļiņas (vidējā enerģija ~2 10 9 eV), nonākot Zemes atmosfērā, bieži izraisa pilnīgu atmosfēras atomu (N, O) sadalīšanos vieglākos kodolfragmentos, t.sk. neitroni. Pēdējā veidošanās ātrums sasniedz 2,6 neitronus (cm -2 sek -1). Neitroni pārsvarā mijiedarbojas ar atmosfēras N, nodrošinot pastāvīgu radioaktīvo vielu veidošanos izotopi ogleklis C 14 (T 1/2 = 5568 gadi) un tritijs H 3 (T 1/2 = 12,26 gadi) saskaņā ar šādām reakcijām N 14 + P\u003d C14 + H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Ikgadējais radiooglekļa veidošanās Zemes atmosfērā ir aptuveni 10 kg. Tika atzīmēta arī radioaktīvo Be 7 un Cl 39 veidošanās atmosfērā. Kodolreakcijas litosfērā galvenokārt notiek α-daļiņu un neitronu dēļ, kas rodas, sabrūkot ilgstoši radioaktīviem elementiem (galvenokārt U un Th). Jāatzīmē He 3 uzkrāšanās dažos ml, kas satur Li (sk. Hēlija izotopi ģeoloģijā), atsevišķu neona izotopu veidošanās eisenītā, monazītā un citos m-lahos atbilstoši reakcijām: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + Viņš \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Argona izotopu veidošanās radioaktīvās vielās atbilstoši reakcijām: Cl 35 + Nav = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Spontānas un neitronu izraisītas urāna skaldīšanas laikā tiek novērota smago kriptona un ksenona izotopu veidošanās (sk. Ksenona absolūtā vecuma noteikšanas metodi). Litosfēras m-lakhā mākslīgā atomu kodolu dalīšanās izraisa noteiktu izotopu uzkrāšanos 10 -9 -10 -12% apmērā no m-la masas.

  • - atomu kodolu transformācijas to mijiedarbības dēļ ar elementārdaļiņas vai viens ar otru...
  • - sazarotas ķēdes reakcijas smago kodolu skaldīšanai ar neitroniem, kā rezultātā strauji palielinās neitronu skaits un var notikt pašpietiekams dalīšanās process ...

    Mūsdienu dabaszinātņu pirmsākumi

  • - munīcija, kuras kaitīgās iedarbības pamatā ir kodolsprādziena enerģijas izmantošana. Tajos ietilpst raķešu un torpēdu kodolgalviņas, kodolbumbas, artilērijas šāviņi, dziļuma lādiņi, mīnas ...

    Militāro terminu vārdnīca

  • Juridisko terminu vārdnīca

  • - ....

    Enciklopēdiskā ekonomikas un tiesību vārdnīca

  • - saskaņā ar 1995. gada 20. oktobra federālā likuma "Par atomenerģijas izmantošanu" definīciju "materiāli, kas satur vai spēj reproducēt skaldāmas kodolvielas" ...

    Lielā tiesību vārdnīca

  • - snurps, maza kodola RNS mazs izmērs saistīta ar neviendabīgu kodola RNS , ir daļa no mazajām kodola ribonukleoproteīna granulām ...
  • - Skatiet mazo kodolenerģiju...

    Molekulārā bioloģija un ģenētika. Vārdnīca

  • - kodolreakcijas, kurās krītošā daļiņa nodod enerģiju nevis visam mērķa kodolam, bet gan atsevišķam. nukleons vai nukleonu grupa šajā kodolā. P. I. R. neveidojas saliktais kodols.

    Dabaszinātnes. enciklopēdiskā vārdnīca

  • - avārijas atomelektrostacijās. Kodolavārijas laikā strauji palielinās vides radioaktīvais piesārņojums ...

    Ekoloģiskā vārdnīca

  • - kodolu atomu transformācija sadursmē ar citiem kodoliem, elementārdaļiņām vai gamma kvantiem. Kad smagos kodolus bombardē ar vieglākiem, tiek iegūti visi transurāna elementi ...

    Enciklopēdiskā metalurģijas vārdnīca

  • - kodolprocesi, kuros atoma kodolā ievadītā enerģija galvenokārt tiek pārnesta uz vienu vai nelielu nukleonu grupu ...

    Lielā padomju enciklopēdija

  • - TIEŠĀS kodolreakcijas - kodolreakcijas, kurās krītošā daļiņa nodod enerģiju nevis visam mērķa kodolam, bet gan atsevišķam nukleonam vai nukleonu grupai šajā kodolā. Tiešās kodolreakcijās savienojums neveidojas ...
  • - skatiet sadaļu Kodolķēdes reakcijas...

    Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

  • - atomu kodolu transformācijas reakcijas, mijiedarbojoties ar elementārdaļiņām, β-kvantiem vai savā starpā. Pirmo reizi to pētīja Ernests Rezerfords 1919.

    Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

  • - KODOLĀRĶĒDES REAKCIJAS - pašpietiekamas atomu kodolu dalīšanās reakcijas neitronu iedarbībā apstākļos, kad katru skaldīšanas notikumu pavada vismaz 1 neitrona emisija, kas nodrošina ...

    Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

"KODOLREAKCIJAS DABĀ" grāmatās

Kodolieroču eiroraķetes

No grāmatas Purely Confidential [Vēstnieks Vašingtonā sešu ASV prezidentu laikā (1962-1986)] autors Dobriņins Anatolijs Fedorovičs

6. nodaļa Dabas pielūgšana. Mīti par dabu

No grāmatas Armēnijas mīti autors Ananikjans Martiross A

6. nodaļa Dabas pielūgšana. Mīti par dabu

Kodolrobinsoni

No grāmatas Bumba. Atomu pazemes noslēpumi un kaislības autors Pestovs Staņislavs Vasiļjevičs

Kodolrobinsoni 50. gadu beigās Hruščovu ļoti interesēja viens militāro inženieru piedāvātais projekts. Tās būtība bija radīt mākslīgas salas pie ASV Atlantijas okeāna piekrastes. Tika domāts šādi: tumšā zagļu naktī uz turieni dodas spēcīgi sauskravas kuģi

Kodolenerģijas ambīcijas

No grāmatas Wake Up! Izdzīvot un zelt gaidāmajā ekonomiskajā haosā autors Chalabi El

Kodolieroču ambīcijas 2003. gada otrajā pusē pasaule uzzināja, ka Irānas urāna bagātināšanas programma ir progresīvāka, nekā tika uzskatīts iepriekš, un ka pēc pāris gadiem Irāna kļūs par kodolieroci. Citēsim amerikāņa vārdus ierēdnis, iesaistīts

Kodolenerģijas tirdzniecība

No grāmatas Infobizness ar pilnu jaudu [Doubling Sales] autors Parabellum Andrejs Aleksejevičs

Nuclear Sales Japan pašlaik testē interesantu modeli. Viens uzņēmums, kas veica klientu izpēti, ir parakstījis daudz līgumu ar dažādiem uzņēmumiem, kuriem tas ir nepieciešams Atsauksmes no viņu mērķauditorijas. Viņi atvēra bezmaksas lietu veikalu -

"KODOLĀRĀS čemodāni"

No grāmatas Nezināms, noraidīts vai slēpts autors Tsareva Irina Borisovna

"KODOLĪDZĪBAS čemodāni" Šis ir foršāks par slavenajiem "čemodāniem ar kompromitējošiem pierādījumiem"! Nesteidzīgs, ilgstošs skandāls izvēršas ap tā sauktajiem "kodolčemodāniem". Viss sākās ar sensacionālu bijušā drošības sekretāra paziņojumu. Krievijas Federācijas padome.

Par dabu, likumiem un likumu būtību

No grāmatas Skaidri vārdi autors Ozornins Prohors

Par dabu, likumiem un likumu būtību Tas, kas vakar bija absurds, šodien ir kļuvis par dabas likumu. Likumi mainās – daba paliek tāda pati

Kodolreakcijas un elektriskais lādiņš

No grāmatas Neitrīno – atoma spokainā daļiņa autors Asimovs Īzaks

Kodolreakcijas un elektriskais lādiņš Kad 90. gados fiziķi sāka skaidrāk izprast atoma uzbūvi, viņi atklāja, ka vismaz dažām tā daļām ir elektriskais lādiņš. Piemēram, elektroni, kas aizpilda atoma ārējos reģionus

KODOLREAKCIJAS

No grāmatas Atomenerģija militāriem nolūkiem autors Smits Henrijs Dvilfs

KODOLREAKCIJAS KODOLOBMBUMDINĀŠANAS METODES1.40. Kokkrofts un Voltons ražoja pietiekami augstas enerģijas protonus, jonizējot ūdeņraža gāzi un pēc tam paātrinot jonus augstsprieguma iekārtā ar transformatoru un taisngriezi. Līdzīga metode var

KODOLĀRĀS AVĀRIJAS

No grāmatas ārkārtas padomju flotē autors Čerkašins Nikolajs Andrejevičs Kodolieroču ķēdes reakcijas No autora grāmatas Lielā padomju enciklopēdija (YD) TSB

§ 3.13 Kodolreakcijas un masas defekts

No grāmatas Ritz Ballistic Theory and the Picture of the Universe autors Semikovs Sergejs Aleksandrovičs

§ 3.13 Kodolreakcijas un masas defekts Visas izmaiņas dabā ir tādi stāvokļi, ka cik daudz tiek ņemts no viena ķermeņa, tik daudz tiks pievienots citam. Tātad, ja kāda viela kaut kur samazinās, tā vairosies citā vietā... Šis universālais dabiskais

Plāns:

    Ievads
  • 1 kompozīta kodols
    • 1.1 Uzbudinājuma enerģija
    • 1.2 Reakcijas kanāli
  • 2 Kodolreakcijas šķērsgriezums
    • 2.1. Reakcijas iznākums
  • 3 Tiešas kodolreakcijas
  • 4 Kodolreakciju saglabāšanas likumi
    • 4.1 Enerģijas nezūdamības likums
    • 4.2 Impulsa nezūdamības likums
    • 4.3 Leņķiskā impulsa saglabāšanas likums
    • 4.4 Citi dabas aizsardzības likumi
  • 5 Kodolreakciju veidi
    • 5.1. Kodola skaldīšana
    • 5.2 Termiskā kodolsintēze
    • 5.3 fotonukleārā reakcija
    • 5.4. Citi
  • 6 Kodolreakciju reģistrēšana
    • Piezīmes

Ievads

Litija-6 kodolreakcija ar deitēriju 6 Li(d,α)α

kodolreakcija- jaunu kodolu vai daļiņu veidošanās process kodolu vai daļiņu sadursmes laikā. Pirmo reizi Raterfords novēroja kodolreakciju 1919. gadā, bombardējot slāpekļa atomu kodolus ar α-daļiņām, un to reģistrēja pēc sekundāro jonizējošo daļiņu parādīšanās, kuru diapazons gāzē ir lielāks par α-daļiņu diapazonu un identificēti kā protoni. Pēc tam šī procesa fotogrāfijas tika iegūtas, izmantojot mākoņu kameru.

Atbilstoši mijiedarbības mehānismam kodolreakcijas iedala divos veidos:

  • reakcijas ar salikta kodola veidošanos, tas ir divpakāpju process, kas notiek pie ne pārāk augstas sadursmes daļiņu kinētiskās enerģijas (līdz aptuveni 10 MeV).
  • tiešas kodolreakcijas kodollaiks nepieciešams, lai daļiņa šķērsotu kodolu. Šis mehānisms izpaužas galvenokārt pie ļoti augstām bombardējošo daļiņu enerģijām.

Ja pēc sadursmes tiek saglabāti sākotnējie kodoli un daļiņas un jauni nedzimst, tad reakcija ir elastīga izkliede kodolspēku laukā, ko pavada tikai daļiņas un mērķa kinētiskās enerģijas un impulsa pārdale. kodols, un to sauc iespējamā izkliede .


1. Saliktais kodols

Reakcijas mehānisma teoriju ar saliktā kodola veidošanos 1936. gadā izstrādāja Nīls Bors kopā ar kodola krišanas modeļa teoriju, un tā ir pamatā mūsdienu priekšstatiem par lielu daļu kodolreakciju.

Saskaņā ar šo teoriju kodolreakcija notiek divos posmos. Sākumā sākotnējās daļiņas veido starpposma (salikto) kodolu kodollaiks, tas ir, laiks, kas nepieciešams, lai daļiņa šķērsotu kodolu, aptuveni vienāds ar 10 -23 - 10 -21 s. Šajā gadījumā saliktais kodols vienmēr veidojas ierosinātā stāvoklī, jo tam ir enerģijas pārpalikums, ko daļiņa nogādā kodolā savienojuma kodolā esošā nukleona saistīšanās enerģijas veidā un daļa no tā kinētiskās enerģijas, kas ir vienāds ar mērķa kodola kinētiskās enerģijas summu ar masas skaitlis un daļiņas inerces sistēmas centrā.


1.1. Uzbudinājuma enerģija

Saliktā kodola ierosmes enerģija, kas veidojas, absorbējot brīvu nukleonu, ir vienāda ar nukleona saistīšanās enerģijas un tā kinētiskās enerģijas daļas summu:

Visbiežāk kodola un nukleona masu lielo atšķirību dēļ tā ir aptuveni vienāda ar kodolu bombardējošā nukleona kinētisko enerģiju.

Vidēji saistīšanās enerģija ir 8 MeV, kas mainās atkarībā no iegūtā savienojuma kodola iezīmēm, tomēr dotajiem mērķa kodoliem un nukleoniem šī vērtība ir konstante. Bombardējošās daļiņas kinētiskā enerģija var būt jebkura, piemēram, kodolreakcijas ierosinot ar neitroniem, kuru potenciālam nav Kulona barjeras, vērtība var būt tuvu nullei. Tādējādi saistīšanas enerģija ir savienojuma kodola minimālā ierosmes enerģija.


1.2. Reakcijas kanāli

Pāreju uz nesatrauktu stāvokli var veikt dažādos veidos, ko sauc reakcijas kanāli. Nosaka krītošo daļiņu un kodolu veidi un kvantu stāvoklis pirms reakcijas sākuma ievades kanāls reakcijas. Pēc reakcijas pabeigšanas veidojas komplekts reakcijas produkti un to kvantu stāvokļi nosaka izvades kanāls reakcijas. Reakciju pilnībā raksturo ievades un izvades kanāli.

Reakcijas kanāli nav atkarīgi no savienojuma kodola veidošanās metodes, kas skaidrojams ar savienojuma kodola ilgo mūžu, šķiet, ka “aizmirst” kā tas veidojies, līdz ar to var veidoties un sabrukt saliktā kodola. uzskatāmi par neatkarīgiem notikumiem. Piemēram, to var izveidot kā saliktu kodolu ierosinātā stāvoklī vienā no šādām reakcijām:

Pēc tam ar tādu pašu ierosmes enerģiju šis saliktais kodols var sadalīties, apgriežot jebkuru no šīm reakcijām ar noteiktu varbūtību neatkarīgi no šī kodola izcelsmes vēstures. Saliktā kodola veidošanās iespējamība ir atkarīga no mērķa kodola enerģijas un veida.


2. Kodolreakcijas šķērsgriezums

Reakcijas iespējamību nosaka reakcijas tā sauktais kodola šķērsgriezums. Laboratorijas atskaites sistēmā (kur mērķa kodols atrodas miera stāvoklī) mijiedarbības iespējamība laika vienībā ir vienāda ar šķērsgriezuma (izteikta laukuma vienībās) un krītošo daļiņu plūsmas (izteikta skaitā daļiņas, kas šķērso laukuma vienību laika vienībā). Ja vienam ievades kanālam var realizēt vairākus izejas kanālus, tad reakcijas izejas kanālu varbūtību attiecība ir vienāda ar to šķērsgriezumu attiecību. Kodolfizikā reakcijas šķērsgriezumus parasti izsaka īpašās vienībās - šķūņos, kas vienādi ar 10–24 cm².


2.1. Reakcijas raža

Tiek saukts reakcijas gadījumu skaits, kas saistīts ar daļiņu skaitu, kas bombardē mērķi kodolreakcija. Šo vērtību nosaka eksperimentāli kvantitatīvos mērījumos. Tā kā iznākums ir tieši saistīts ar reakcijas šķērsgriezumu, iznākuma mērīšana būtībā ir reakcijas šķērsgriezuma mērījums.

3. Tiešās kodolreakcijas

Kodolreakciju norise iespējama arī caur tiešas mijiedarbības mehānismu, galvenokārt šāds mehānisms izpaužas pie ļoti lielām bombardējošo daļiņu enerģijām, kad kodola nukleonus var uzskatīt par brīviem. Tiešās reakcijas no saliktā kodola mehānisma galvenokārt atšķiras ar produkta daļiņu impulsa vektoru sadalījumu attiecībā pret bombardējošo daļiņu impulsu. Atšķirībā no savienojuma kodola mehānisma sfēriskās simetrijas, tiešo mijiedarbību raksturo dominējošais reakcijas produktu lidojuma virziens uz priekšu attiecībā pret krītošo daļiņu kustības virzienu. Arī produktu daļiņu enerģijas sadalījums šajos gadījumos ir atšķirīgs. Tiešo mijiedarbību raksturo augstas enerģijas daļiņu pārpalikums. Sadursmēs ar sarežģītu daļiņu kodoliem (tas ir, citiem kodoliem) ir iespējami nukleonu pārvietošanas procesi no kodola uz kodolu vai nukleonu apmaiņa. Šādas reakcijas notiek, neveidojot savienojumu kodolu, un tām ir raksturīgas visas tiešās mijiedarbības pazīmes.


4. Saglabāšanās likumi kodolreakcijās

Kodolreakcijās tiek izpildīti visi klasiskās fizikas saglabāšanas likumi. Šie likumi nosaka ierobežojumus kodolreakcijas iespējamībai. Pat enerģētiski labvēlīgs process vienmēr izrādās neiespējams, ja to pavada kāda saglabāšanas likuma pārkāpums. Turklāt pastāv mikropasaulei raksturīgi saglabāšanas likumi; daži no tiem vienmēr tiek izpildīti, cik tas zināms (bariona skaitļa, leptona skaitļa saglabāšanas likums); citi saglabāšanas likumi (izospins, paritāte, dīvainība) tikai nomāc noteiktas reakcijas, jo tās nav apmierinātas dažām fundamentālām mijiedarbībām. Saglabāšanas likumu sekas ir tā sauktie atlases noteikumi, kas norāda uz noteiktu reakciju iespējamību vai aizliegumu.


4.1. Enerģijas nezūdamības likums

Ja , , , ir divu daļiņu kopējās enerģijas pirms un pēc reakcijas, tad, pamatojoties uz enerģijas nezūdamības likumu:

Ja veidojas vairāk nekā divas daļiņas, terminu skaitam šīs izteiksmes labajā pusē ir jābūt attiecīgi lielākam. Daļiņas kopējā enerģija ir vienāda ar tās miera enerģiju Mc 2 un kinētiskā enerģija E, tāpēc:

Starpība starp daļiņu kopējo kinētisko enerģiju reakcijas "izejā" un "ievadē" J = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) sauca reakcijas enerģija(vai reakcijas enerģijas ieguve). Tas atbilst nosacījumam:

Reizinātājs 1/ c 2 parasti tiek izlaists, aprēķinot enerģijas bilanci, izsakot daļiņu masas enerģijas vienībās (vai dažreiz enerģiju masas vienībās).

Ja J> 0, tad reakciju pavada brīvās enerģijas izdalīšanās un sauc eksoenerģētisks , ja J < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoenerģētisks .

To ir viegli redzēt J> 0, kad produkta daļiņu masu summa ir mazāka par sākotnējo daļiņu masu summu, tas ir, brīvās enerģijas izdalīšanās iespējama tikai samazinot reaģējošo daļiņu masas. Un otrādi, ja sekundāro daļiņu masu summa pārsniedz sākotnējo daļiņu masu summu, tad šāda reakcija ir iespējama tikai tad, ja tiek iztērēts noteikts kinētiskās enerģijas daudzums, lai palielinātu atlikušo enerģiju, tas ir, jaunu daļiņu masas. Tiek saukta krītošas ​​daļiņas kinētiskās enerģijas minimālā vērtība, pie kuras iespējama endoenerģētiskā reakcija reakcijas enerģijas slieksnis. Tiek sauktas arī endoenerģētiskās reakcijas sliekšņa reakcijas, jo tie nenotiek, ja daļiņu enerģija ir zemāka par slieksni.


4.2. Impulsa nezūdamības likums

Daļiņu kopējais impulss pirms reakcijas ir vienāds ar daļiņu reakcijas produktu kopējo impulsu. Ja , , , ir divu daļiņu impulsa vektori pirms un pēc reakcijas, tad

Katru no vektoriem var neatkarīgi izmērīt eksperimentāli, piemēram, ar magnētisko spektrometru. Eksperimentālie dati liecina, ka impulsa nezūdamības likums ir spēkā gan kodolreakcijās, gan mikrodaļiņu izkliedes procesos.


4.3. Leņķiskā impulsa saglabāšanas likums

Leņķiskais impulss tiek saglabāts arī kodolreakcijās. Mikrodaļiņu sadursmes rezultātā veidojas tikai tādi savienojumu kodoli, kuru leņķiskais impulss ir vienāds ar kādu no iespējamām momenta vērtībām, kas iegūtas, saskaitot daļiņu iekšējos mehāniskos momentus (spinus) un momentu. to relatīvo kustību (orbitālo momentu). Saliktā kodola sabrukšanas kanāli var būt arī tikai tādi, ka tiek saglabāts kopējais leņķiskais impulss (griešanās un orbītas momentu summa).


4.4. Citi dabas aizsardzības likumi

  • kodolreakcijās saglabājas elektriskais lādiņš - elementāro lādiņu algebriskā summa pirms reakcijas ir vienāda ar lādiņu algebrisko summu pēc reakcijas.
  • kodolreakcijās tiek saglabāts nukleonu skaits, kas vispārīgākajos gadījumos tiek interpretēts kā bariona skaitļa saglabāšanās. Ja sadursmes nukleonu kinētiskās enerģijas ir ļoti augstas, tad iespējamas nukleonu pāru veidošanās reakcijas. Tā kā nukleoniem un antinukleoniem tiek piešķirtas pretējas zīmes, barionu skaitļu algebriskā summa jebkurā procesā vienmēr paliek nemainīga.
  • kodolreakcijās tiek saglabāts leptonu skaits (precīzāk, atšķirība starp leptonu skaitu un antileptonu skaitu, sk. Leptonu skaitu).
  • kodolreakcijās, kas norisinās kodola vai elektromagnētisko spēku ietekmē, saglabājas viļņu funkcijas paritāte, kas raksturo daļiņu stāvokli pirms un pēc reakcijas. Vājas mijiedarbības dēļ transformācijās viļņu funkcijas paritāte netiek saglabāta.
  • kodolreakcijās spēcīgas mijiedarbības dēļ izotopu spins saglabājas. Vāja un elektromagnētiskā mijiedarbība nesaglabā izospinus.

5. Kodolreakciju veidi

Kodola mijiedarbībai ar daļiņām ir ļoti daudzveidīgs raksturs, to veidi un konkrētas reakcijas iespējamība ir atkarīga no bombardējošo daļiņu veida, mērķa kodoliem, mijiedarbojošo daļiņu un kodolu enerģijām un daudziem citiem faktoriem.

5.1. Kodola skaldīšana

Kodola skaldīšana- process, kurā atoma kodols sadalās divos (retāk trīs) kodolos ar līdzīgu masu, ko sauc par dalīšanās fragmentiem. Sadalīšanās rezultātā var parādīties arī citi reakcijas produkti: vieglie kodoli (galvenokārt alfa daļiņas), neitroni un gamma kvanti. Dalīšanās var būt spontāna (spontāna) un piespiedu (mijiedarbības ar citām daļiņām, galvenokārt ar neitroniem, rezultātā). Smago kodolu skaldīšanās ir eksotermisks process, kas atbrīvo liels skaits enerģija reakcijas produktu kinētiskās enerģijas veidā, kā arī starojums.

Kodola skaldīšana ir enerģijas avots kodolreaktori un kodolieroči.


5.2. Termiskā kodolsintēze

Normālā temperatūrā kodolu saplūšana nav iespējama, jo pozitīvi lādēti kodoli piedzīvo milzīgus Kulona atgrūšanas spēkus. Vieglo kodolu sintēzei ir nepieciešams tos tuvināt apmēram 10–15 m attālumam, kurā pievilcīgo kodolspēku darbība pārsniegs Kulona atgrūšanas spēkus. Lai notiktu kodolu saplūšana, ir jāpalielina to mobilitāte, tas ir, jāpalielina to kinētiskā enerģija. Tas tiek panākts, paaugstinot temperatūru. Sakarā ar saņemto siltumenerģiju palielinās kodolu mobilitāte, un tie var tuvoties viens otram tik tuvus attālumos, ka kodola kohēzijas spēku iedarbībā tie saplūdīs jaunā, sarežģītākā kodolā. Vieglo kodolu saplūšanas rezultātā izdalās daudz enerģijas, jo izveidotajam jaunajam kodolam ir liela specifiskā enerģija saites nekā sākotnējie kodoli. kodoltermiskā reakcija- šī ir vieglo kodolu eksoenerģētiskā saplūšanas reakcija ļoti augstā temperatūrā (10 7 K).

Pirmkārt, starp tiem jāatzīmē uz Zemes ļoti izplatītā ūdeņraža divu izotopu (deitērija un tritija) reakcija, kuras rezultātā veidojas hēlijs un izdalās neitrons. Reakciju var uzrakstīt kā

+ enerģija (17,6 MeV).

Atbrīvotā enerģija (kas rodas no tā, ka hēlijam-4 ir ļoti spēcīgas kodolsaites) tiek pārvērsta kinētiskā enerģijā, kuras lielākā daļa, 14,1 MeV, nes sev līdzi neitronu kā vieglāku daļiņu. Iegūtais kodols ir cieši saistīts, tāpēc reakcija ir tik spēcīgi eksoenerģētiska. Šo reakciju raksturo zemākā Kulona barjera un augsta ražība, tāpēc tā ir īpaši svarīga kodolsintēzes gadījumā.

Kodoltermiskā reakcija tiek izmantota kodoltermiskajos ieročos un tiek pētīta iespējamiem pielietojumiem enerģētikas sektorā, ja tiks atrisināta kodolsintēzes kontroles problēma.


5.3. fotonukleārā reakcija

Kad gamma kvants tiek absorbēts, kodols saņem enerģijas pārpalikumu, nemainot savu nukleona sastāvu, un kodols ar enerģijas pārpalikumu ir salikts kodols. Tāpat kā citas kodolreakcijas, gamma kvantu absorbcija kodolā ir iespējama tikai tad, ja tiek ievērotas nepieciešamās enerģijas un griešanās attiecības. Ja kodolam nodotā ​​enerģija pārsniedz kodolā esošā nukleona saistīšanas enerģiju, tad iegūtā saliktā kodola sabrukšana notiek visbiežāk ar nukleonu, galvenokārt neitronu, emisiju. Šāda sabrukšana noved pie kodolreakcijām un , kuras sauc fotokodolieris, un nukleonu emisijas fenomens šajās reakcijās - kodola fotoelektriskais efekts.


5.4. Cits

6. Kodolreakciju reģistrēšana

Kodolreakcijas tiek uzrakstītas īpašu formulu veidā, kurās notiek atomu kodolu un elementārdaļiņu apzīmējumi.

Pirmais veids Kodolreakciju formulu rakstīšana ir līdzīga ķīmisko reakciju formulu rakstīšanai, tas ir, sākotnējo daļiņu summa ir rakstīta kreisajā pusē, iegūto daļiņu (reakcijas produktu) summa ir rakstīta labajā pusē un tiek ievietota bultiņa. starp viņiem.

Tādējādi kadmija-113 kodola neitrona radiācijas uztveršanas reakcija ir uzrakstīta šādi:

Mēs redzam, ka protonu un neitronu skaits labajā un kreisajā pusē paliek nemainīgs (bariona numurs tiek saglabāts). Tas pats attiecas uz elektriskie lādiņi, leptonu skaitļi un citi lielumi (enerģija, impulss, leņķiskais impulss, ...). Dažās reakcijās, kurās ir iesaistīta vājā mijiedarbība, protoni var pārvērsties neitronos un otrādi, taču to kopējais skaits nemainās.

Otrais veids apzīmējumam, kas ir ērtāks kodolfizikai, ir forma A (a, bcd…) B, kur BET- mērķa kodols bet- bombardējošā daļiņa (ieskaitot kodolu), b, c, d,...- emitētās daļiņas (tostarp kodoli), IN- atlikušais kodols. Vieglākos reakcijas produktus raksta iekavās, smagākos – ārpusē. Tātad iepriekš minēto neitronu uztveršanas reakciju var uzrakstīt šādi:

Reakcijas bieži tiek nosauktas pēc iekavās norādīto incidentu un emitēto daļiņu kombinācijas; jā, augstāk tipisks piemērs (n, γ)-reakcijas.

Pirmā slāpekļa piespiedu kodolpārvēršana skābeklī, ko Raterfords veica, bombardējot slāpekli ar alfa daļiņām, ir uzrakstīta kā formula

Kur atrodas ūdeņraža atoma kodols, protons.

"Ķīmiskajā" apzīmējumā šī reakcija izskatās šādi

lejupielādēt.

Mēs arī iesakām

Notiek ielāde...Notiek ielāde...