Dom > opieka zdrowotna

Zimna fuzja jądrowa w żywej komórce. Reakcje jądrowe

REAKCJE JĄDROWE W NATURZE - dzielą się na 2 klasy: reakcje termojądrowe i reakcje pod wpływem cząstek jądrowych i rozszczepienia jądrowego. Te pierwsze wymagają do ich wykonania temperatury ~kilka milionów stopni i występują tylko we wnętrzach gwiazd lub podczas wybuchów bomb wodorowych. Te ostatnie występują w atmosferze i litosferze z powodu promieniowania kosmicznego oraz z powodu cząstek aktywnych jądrowo w górnych powłokach Ziemi. Szybkie cząstki kosmiczne (średnia energia ~2 10 9 eV), wchodzące w ziemską atmosferę, często powodują całkowity rozpad atomów atmosferycznych (N, O) na lżejsze fragmenty jądrowe, w tym neutrony. Szybkość tworzenia tego ostatniego sięga 2,6 neutronów (cm -2 s -1). Neutrony oddziałują głównie z atmosferycznym N, zapewniając stałą produkcję radioaktywności izotopy węgiel C 14 (T 1/2 = 5568 lat) i tryt H 3 (T 1/2 = 12,26 lat) zgodnie z reakcjami N 14 + P\u003d C14 + H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Roczne tworzenie się radiowęgla w atmosferze ziemskiej wynosi około 10 kg. Odnotowano również powstawanie radioaktywnego Be 7 i Cl 39 w atmosferze. Reakcje jądrowe w litosferze zachodzą głównie za sprawą cząstek α ​​i neutronów, które powstają w wyniku rozpadu długożyciowych pierwiastków promieniotwórczych (głównie U i Th). Należy zauważyć akumulację He 3 w kilku ml zawierających Li (zob. izotopy helu w geologii), powstawanie poszczególnych izotopów neonu w euxenicie, monazycie i innych m-lahach zgodnie z reakcjami: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + On \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Powstawanie izotopów argonu w substancjach promieniotwórczych według reakcji: Cl 35 + Nie = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Podczas spontanicznego i neutronowego rozszczepienia uranu obserwuje się powstawanie ciężkich izotopów kryptonu i ksenonu (patrz metoda określania wieku bezwzględnego ksenonu). W m-lakh litosfery sztuczne rozłupywanie jądra atomowe powoduje akumulację niektórych izotopów w ilości 10 -9 -10 -12% masy m-la.

Słownik geologiczny: w 2 tomach. - M.: Nedra. Pod redakcją K. N. Paffengoltsa i in.. 1978 .

Zobacz, co „REAKCJE JĄDROWE W NATURZE” znajdują się w innych słownikach:

    Fizyka jądrowa Jądro atomowe Rozpad promieniotwórczy Reakcja jądrowa Podstawowe pojęcia Jądro atomowe Izotopy Izobary Okres półtrwania Ma ... Wikipedia

    Reakcje jądrowe między lekkimi atomami. jądra występujące w bardzo wysokich temperaturach (=108K i powyżej). Wysokie temperatury, czyli odpowiednio duże energie względne jąder zderzających, są niezbędne do pokonania elektrostatyki. bariera, ... ... Encyklopedia fizyczna

    Chem. przemiany i procesy jądrowe, w których pojawienie się pośredniej cząstki aktywnej (wolny rodnik, atom, wzbudzona cząsteczka w przemianach chemicznych, neutron w procesach jądrowych) powoduje łańcuch przemian początkowych w c. Przykłady chemii. C. r ... Encyklopedia chemiczna

    Jeden z nowych kierunków nowoczesności geol. nauka ściśle związana z sąsiednimi działami fizyki jądrowej, geochemii, radiochemii, geofizyki, kosmochemii i kosmogonii oraz pokrywania trudne problemy naturalna ewolucja jąder atomowych w przyrodzie i ... ... Encyklopedia geologiczna

    Izotopy stabilne i radioaktywne produkowane w obiekty naturalne pod działaniem promieniowania kosmicznego, na przykład według schematu: XAz + P → YAZ + an + bp, w którym A = A1 + an + (b 1)p; Z \u003d Z1.+ (b 1)p, gdzie XAz jest oryginalnym jądrem, P jest szybki ... ... Encyklopedia geologiczna

    Fuzja termojądrowa, reakcja fuzji lekkich jąder atomowych w cięższe jądra, zachodząca w superwysokich temperaturach i której towarzyszy uwalnianie ogromnych ilości energii. Fuzja jądrowa to reakcja, która jest odwrotnością rozszczepienia atomów: w tym ostatnim ... ... Encyklopedia Colliera

    Procesy jądrowe Rozpad radioaktywny Rozpad alfa Rozpad beta Rozpad klasterowy Podwójny rozpad beta Wychwyt elektroniczny Podwójne wychwytywanie elektronów Promieniowanie gamma Konwersja wewnętrzna Przejście izomeryczne Rozpad neutronowy Rozpad pozytonowy ... ... Wikipedia

    94 Neptun ← Pluton → Americium Sm Pu ... Wikipedia

    Fizyka jądrowa ... Wikipedia

Książki

  • Pozyskiwanie energii jądrowej oraz metali rzadkich i szlachetnych w wyniku przemian jądrowych. Energia wiązania i energia potencjalna oddziaływania elektrycznego ładunków elektrycznych w neutronie, deuteronie, trycie, helu-3 i helu-4
  • Pozyskiwanie energii jądrowej oraz metali rzadkich i szlachetnych w wyniku przemian jądrowych. Energia wiązania i energia potencjalna oddziaływania elektrycznego ładunków elektrycznych w neutronie, Deuter, Larin VI Pierwsza część tej książki dotyczy różnych reakcji jądrowych w celu uzyskania energii i metali szlachetnych w wyniku wymuszonych przemian jądrowych stabilnych izotopów.…

Rachek Maria, Yesman Vitalia, Rumyantseva Victoria

Ten Projekt badawczy wykonane przez uczniów 9 klasy. Jest to wiodące zadanie w nauce uczniów na temat „Struktury atomu i jądra atomowego. Wykorzystanie energii jąder atomowych” na kursie fizyki 9 klasy. Celem projektu jest wyjaśnienie warunków występowania reakcji jądrowych oraz zasad działania elektrowni jądrowych.

Pobierać:

Zapowiedź:

Miejska Budżetowa Instytucja Oświatowa

Średni Szkoła ogólnokształcąca № 14

Imię Bohatera Związku Radzieckiego

Anatolij Perfiljew

G . Aleksandrow

Praca badawcza w fizyce

„Reakcje jądrowe”

Zakończony

uczniowie

klasa 9B:

Rachka Marii,

Rumiancewa Wiktorii,

Jesman Witalia

nauczyciel

Romanova O.G.

2015

Plan projektu

Wstęp

Część teoretyczna

  • Energia atomowa.

Wniosek

Bibliografia

Wstęp

Stosowność :

Jednym z najważniejszych problemów stojących przed ludzkością jest problem energetyczny. Zużycie energii rośnie tak szybko, że znane obecnie rezerwy paliw wyczerpią się w stosunkowo krótkim czasie. Problemu „głodu energetycznego” nie rozwiązuje wykorzystanie energii z tzw. źródeł odnawialnych (energia rzek, wiatru, słońca, fale morskie, głębokie ciepło Ziemi), ponieważ mogą zapewnić najlepszy przypadek tylko 5-10% naszych potrzeb. W związku z tym w połowie XX wieku konieczne stało się poszukiwanie nowych źródeł energii.

Obecnie rzeczywisty wkład w zaopatrzenie w energię stanowi: energia nuklearna, a mianowicie elektrownie jądrowe (w skrócie NPP). Dlatego postanowiliśmy sprawdzić, czy elektrownie jądrowe są przydatne dla ludzkości.

Cele pracy:

  1. Poznaj warunki występowania reakcji jądrowych.
  2. Poznaj zasady działania elektrowni jądrowych, a także dowiedz się, czy ma to dobry czy zły wpływ na środowisko i na osobę.

Aby osiągnąć cel, postawiliśmy sobie: zadania:

  1. Poznaj budowę atomu, jego skład, czym jest radioaktywność.
  2. Poznaj atom uranu. Zbadaj reakcję nuklearną.
  3. Poznaj zasadę działania silników jądrowych.

Metody badawcze:

  1. Część teoretyczna - czytanie literatury dotyczącej reakcji jądrowych.

Część teoretyczna.

Historia atomu i radioaktywności. Budowa atomu.

Założenie, że wszystkie ciała składają się z maleńkich cząstek zostało poczynione przez starożytni greccy filozofowie Leucippus i Demokryt około 2500 tysięcy lat temu. Cząstki te nazywane są „atomami”, co oznacza „niepodzielne”. Atom to najmniejsza cząstka materii, najprostsza, nie posiadająca części składowych.

Ale mniej więcej w połowie XIX wieku zaczęły pojawiać się fakty doświadczalne, które podważają ideę niepodzielności atomów. Wyniki tych eksperymentów sugerowały, że atomy mają złożoną strukturę i zawierają elektrycznie naładowane cząstki.

Najbardziej uderzające dowody złożona struktura atom był odkryciem tego zjawiskaradioaktywnośćwykonane przez francuskiego fizyka Henri Becquerela w 1896 roku. Odkrył, że pierwiastek chemiczny uran spontanicznie (tj. bez oddziaływań zewnętrznych) emituje nieznane wcześniej promienie niewidzialne, które później nazwanopromieniowanie radioaktywne. Ponieważ promieniowanie radioaktywne niezwykłe właściwości, wielu naukowców zaczęło go badać. Okazało się, że nie tylko uran, ale także niektóre inne pierwiastki chemiczne (np. rad) również spontanicznie emitują promienie radioaktywne. Zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do promieniowania spontanicznego zaczęto nazywać radioaktywnością (od łacińskiego radio - promieniuję i activus - skuteczna).

Becquerel wpadł na pomysł: czy żadnej luminescencji nie towarzyszy promieniowanie rentgenowskie? Aby sprawdzić swoje przypuszczenia, wziął kilka związków, w tym jedną z soli uranu, która fosforyzuje żółto-zielone światło. Po naświetleniu jej światłem słonecznym zawinął sól w czarny papier i umieścił ją w ciemnej szafie na kliszy fotograficznej, również zawiniętej w czarny papier. Jakiś czas później, po pokazaniu talerza, Becquerel naprawdę zobaczył obrazek soli. Jednak promieniowanie luminescencyjne nie mógł przejść przez czarny papier i tylko promieniowanie rentgenowskie mogło oświetlić płytę w tych warunkach. Becquerel powtórzył eksperyment kilka razy z równym powodzeniem. Pod koniec lutego 1896 r. na zebraniu Francuskiej Akademii Nauk sporządził raport na temat promienie rentgenowskie substancje fosforyzujące. Po pewnym czasie w laboratorium Becquerela przypadkowo została opracowana płytka, na której leżała nienapromieniowana światłem słonecznym sól uranu. Ona oczywiście nie fosforyzowała, ale okazał się odcisk na talerzu. Wtedy Becquerel zaczął doświadczać różne połączenia oraz minerały uranu (w tym te, które nie wykazują fosforescencji), a także uran metaliczny. Talerz był cały czas oświetlony. Umieszczając metalowy krzyż między solą a talerzem, Becquerel uzyskał słabe kontury krzyża na talerzu. Wtedy stało się jasne, że odkryto nowe promienie, które przechodzą przez nieprzezroczyste obiekty, ale nie są promieniami rentgenowskimi.

Becquerel dzieli się swoim odkryciem z naukowcami, z którymi współpracował. W 1898 Marie Curie i Pierre Curie odkryli radioaktywność toru, a później odkryli radioaktywne pierwiastki polon i rad. Odkryli, że wszystkie związki uranu i, w największym stopniu, sam uran mają właściwość naturalnej radioaktywności. Becquerel wrócił do interesujących go luminoforów. To prawda, że ​​dokonał innego ważnego odkrycia związanego z radioaktywnością. Kiedyś na publiczny wykład Becquerel potrzebował substancji radioaktywnej, wziął ją od Curie i włożył probówkę do kieszeni kamizelki. Po wykładzie oddał preparat promieniotwórczy właścicielom, a następnego dnia znalazł zaczerwienienie skóry w postaci probówki na ciele pod kieszenią kamizelki. Becquerel opowiedział o tym Pierre'owi Curie i zorganizował eksperyment: przez dziesięć godzin nosił probówkę z radem przywiązaną do przedramienia. Kilka dni później pojawiło się u niego również zaczerwienienie, które następnie przekształciło się w ciężki wrzód, na który cierpiał przez dwa miesiące. W ten sposób po raz pierwszy odkryto biologiczny efekt radioaktywności.

W 1899 roku w wyniku eksperymentu przeprowadzonego pod kierunkiem angielskiego fizyka Ernesta Rutherforda stwierdzono, że promieniowanie promieniotwórcze radu jest niejednorodne, tj. ma złożony skład. W środku znajduje się strumień (promieniowanie), który nie ma ładunku elektrycznego, a po bokach ułożone są 2 strumienie naładowanych cząstek. Dodatnio naładowane cząstki nazywane są cząstkami alfa, które są w pełni zjonizowanymi atomami helu, oraz ujemnie naładowanymi cząstkami, cząstkami beta, które są elektronami. Neutralne nazywane są cząsteczkami gamma lub kwantami gamma. Promieniowanie gamma, jak się później okazało, jest jednym z zakresów promieniowania elektromagnetycznego.

Ponieważ wiadomo było, że atom jako całość jest obojętny, zjawisko radioaktywności umożliwiło naukowcom stworzenie przybliżonego modelu atomu. Pierwszą osobą, która to zrobiła, był angielski fizyk Joseph John Thomson, który w 1903 roku stworzył jeden z pierwszych modeli atomu. Model był kulą, w całej objętości której ładunek dodatni był równomiernie rozłożony. Wewnątrz kuli znajdowały się elektrony, z których każdy mógł wytwarzać ruchy oscylacyjne wokół jego pozycji równowagi. Model kształtem i strukturą przypominał ciasto z rodzynkami. Dodatni ładunek jest równy w wartości bezwzględnej całkowitemu ujemnemu ładunkowi elektronów, więc ładunek atomu jako całości wynosi zero.

Model struktury atomu Thomsona wymagał weryfikacji eksperymentalnej, którą podjął w 1911 roku Rutherford. Przeprowadził eksperymenty i doszedł do wniosku, że model atomu to kula, w środku której znajduje się dodatnio naładowane jądro, zajmujące niewielką objętość całego atomu. Elektrony poruszają się wokół jądra, którego masa jest znacznie mniejsza. Atom jest elektrycznie obojętny, ponieważ ładunek jądra jest równy modułowi całkowitego ładunku elektronów. Rutherford odkrył również, że jądro atomu ma średnicę około 10-14 – 10 -15 m, czyli jest setki tysięcy razy mniejszy od atomu. To jądro ulega zmianie podczas przemian promieniotwórczych, tj. radioaktywność to zdolność niektórych jąder atomowych do spontanicznego przekształcania się w inne jądra z emisją cząstek. Aby zarejestrować (patrz) cząstki, w 1908 r. niemiecki fizyk Hans Geiger wynalazł tak zwany licznik Geigera.

Później dodatnio naładowane cząstki w atomie nazwano protonami, a ujemne - neutronami. Protony i neutrony są wspólnie nazywane nukleonami.

rozszczepienie uranu. Reakcja łańcuchowa.

Rozszczepienie jądra uranu podczas jego bombardowania neutronami odkryli w 1939 roku niemieccy naukowcy Otto Hahn i Fritz Strassmann.

Rozważmy mechanizm tego zjawiska. Po wchłonięciu dodatkowego neutronu jądro wchodzi do akcji i odkształca się, nabierając wydłużonego kształtu.

W jądrze występują 2 rodzaje sił: elektrostatyczne siły odpychające między protonami, mające tendencję do rozbijania jądra, oraz jądrowe siły przyciągania między wszystkimi nukleonami, dzięki którym jądro nie ulega rozpadowi. Ale siły jądrowe są bliskiego zasięgu, więc w wydłużonym jądrze nie mogą już utrzymywać części jądra, które są bardzo od siebie oddalone. Pod wpływem sił elektrostatycznych jądro zostaje rozerwane na dwie części, które z dużą prędkością rozpraszają się w różnych kierunkach i emitują 2-3 neutrony. Część energia wewnętrzna przechodzi w kinetykę. Fragmenty jądra szybko spowalniają w środowisku, w wyniku czego ich energia kinetyczna zamieniana jest na energię wewnętrzną środowiska. Przy jednoczesnym rozszczepieniu dużej liczby jąder uranu wzrasta energia wewnętrzna ośrodka otaczającego uran i odpowiednio jego temperatura. W ten sposób reakcja rozszczepienia jąder uranu idzie w parze z uwolnieniem energii do środowiska. Energia jest kolosalna. Wraz z całkowitym rozszczepieniem wszystkich jąder obecnych w 1 g uranu uwalnia się tyle energii, ile uwalnia się podczas spalania 2,5 tony ropy. Aby zamienić energię wewnętrzną jąder atomowych na energię elektryczną, reakcje łańcuchowe rozszczepienie jądrowe, ponieważ 2-3 neutrony uwolnione podczas rozszczepienia pierwszego jądra mogą brać udział w rozszczepieniu innych jąder, które je wychwytują. Aby zachować ciągłość reakcji łańcuchowej, ważne jest uwzględnienie masy uranu. Jeśli masa uranu jest zbyt mała, neutrony wylatują z niego, nie napotykając po drodze jądra. Reakcja łańcuchowa ustaje. Im większa masa kawałka uranu, tym większe są jego wymiary i dłuższa droga, jaką poruszają się w nim neutrony. Zwiększa się prawdopodobieństwo spotkania neutronów z jądrami atomowymi. W związku z tym wzrasta liczba rozszczepień jądrowych i liczba emitowanych neutronów. Liczba neutronów, które pojawiły się po rozszczepieniu jąder, jest równa liczbie utraconych neutronów, więc reakcja może być kontynuowana długi czas. Aby reakcja nie ustała, musisz wziąć masę uranu pewna wartość- krytyczny. Jeśli masa uranu jest większa niż krytyczna, to w wyniku gwałtownego wzrostu wolnych neutronów reakcja łańcuchowa prowadzi do wybuchu.

Reaktor jądrowy. Reakcja nuklearna. Zamiana energii wewnętrznej jąder atomowych na energia elektryczna.

Reaktor jądrowy - To urządzenie, w którym przeprowadzana jest kontrolowana reakcja łańcuchowa jądrowa, której towarzyszy uwalnianie energii. Pierwszy reaktor jądrowy, nazwany SR-1, zbudowano w grudniu 1942 r. w USA pod kierownictwem E. Fermiego. Obecnie, według MAEA, na świecie jest 441 reaktorów w 30 krajach. W budowie są kolejne 44 reaktory.

W reaktorze jądrowym uran-235 jest używany głównie jako materiał rozszczepialny. Taki reaktor nazywa się wolnym reaktorem neutronowym. moderator Neutrony mogą być różnymi substancjami:

  1. Woda . Zaletami zwykłej wody jako moderatora jest jej dostępność i niski koszt. Wady wody są niska temperatura wrzenia (100 °C pod ciśnieniem 1 atm) i absorpcja neutronów termicznych. Pierwsza wada jest eliminowana poprzez zwiększenie ciśnienia w obwodzie pierwotnym. Absorpcja neutronów termicznych przez wodę jest kompensowana przez zastosowanie paliwa jądrowego na bazie wzbogaconego uranu.
  2. Ciężka woda . Woda ciężka niewiele różni się od zwykłej wody pod względem właściwości chemicznych i termofizycznych. Praktycznie nie pochłania neutronów, co umożliwia wykorzystanie naturalnego uranu jako paliwa jądrowego w reaktorach z moderatorem ciężkiej wody. Wadą ciężkiej wody jest jej wysoki koszt.
  3. Grafit . Grafit reaktorowy otrzymuje się sztucznie z mieszaniny koksu naftowego i smoły węglowej. Najpierw z mieszanki wyciska się bloki, a następnie bloki te poddaje się obróbce termicznej w wysokiej temperaturze. Grafit ma gęstość 1,6-1,8 g/cm3. Sublimuje w temperaturze 3800-3900 °C. Grafit podgrzany w powietrzu do 400 °C zapala się. Dlatego w reaktorach energetycznych znajduje się w atmosferze gazu obojętnego (hel, azot).
  4. Beryl . Jeden z najlepszych opóźniaczy. Ma wysoką temperaturę topnienia (1282°C) i przewodność cieplną, jest kompatybilny z dwutlenkiem węgla, wodą, powietrzem i niektórymi ciekłymi metalami. Jednak hel pojawia się w reakcji progowej, dlatego pod intensywnym napromieniowaniem prędkimi neutronami gaz gromadzi się wewnątrz berylu, pod ciśnieniem którego beryl pęcznieje. Stosowanie berylu jest również ograniczone jego wysokim kosztem. Ponadto beryl i jego związki są silnie toksyczne. Beryl służy do wytwarzania reflektorów i wypieraczy wody w rdzeniu reaktorów badawczych.

Części wolnego reaktora neutronowego: w rdzeniu znajduje się paliwo jądrowe w postaci prętów uranowych i moderatora neutronów (na przykład woda), reflektor (warstwa materii otaczająca rdzeń) i powłoka ochronna wykonana z betonu. Reakcja jest kontrolowana przez pręty kontrolne, które skutecznie pochłaniają neutrony. Aby uruchomić reaktor, są one stopniowo usuwane z rdzenia. Powstające w tej reakcji neutrony i fragmenty jąder, rozlatujące się z dużą prędkością, wpadają do wody, zderzają się z jądrami atomów wodoru i tlenu i oddają im część swojej energii kinetycznej. W tym samym czasie woda się nagrzewa, a po pewnym czasie spowolnione neutrony ponownie wpadają do prętów uranowych i uczestniczą w rozszczepieniu jądra. Strefa aktywna jest połączona z wymiennikiem ciepła za pomocą rur, tworząc pierwszy obieg zamknięty. Pompy zapewniają w nim cyrkulację wody. Podgrzana woda przepływa przez wymiennik ciepła, podgrzewa wodę w wężownicy wtórnej i zamienia ją w parę. Tak więc woda w rdzeniu służy nie tylko jako moderator neutronów, ale także jako chłodziwo, które odprowadza ciepło. Po tym, jak energia pary w cewce zostaje zamieniona na energię elektryczną. Para obraca turbinę, która napędza wirnik generatora. prąd elektryczny. Para odlotowa dostaje się do skraplacza i zamienia się w wodę. Następnie cały cykl się powtarza.

silnik jądrowywykorzystuje energię rozszczepienia jądrowego lub syntezy jądrowej do wytworzenia ciągu odrzutowego. Tradycyjny silnik jądrowy jako całość jest projektem reaktora jądrowego i samego silnika. Płyn roboczy (częściej amoniak lub wodór) podawany jest ze zbiornika do rdzenia reaktora, gdzie przechodząc przez kanały nagrzane reakcją rozpadu jądrowego jest podgrzewany do wysokich temperatur, a następnie wyrzucany przez dyszę, tworząc ciąg strumieniowy .

Energia atomowa.

Energia atomowa- dziedzina technologii oparta na wykorzystaniu reakcji rozszczepienia jąder atomowych do wytwarzania ciepła i wytwarzania energii elektrycznej. Sektor energetyki jądrowej ma największe znaczenie we Francji, Belgii, Finlandii, Szwecji, Bułgarii i Szwajcarii, tj. w krajach uprzemysłowionych, w których nie ma wystarczających zasobów energii naturalnej. Kraje te wytwarzają od jednej czwartej do połowy energii elektrycznej z elektrowni jądrowych.

Pierwszy europejski reaktor powstał w 1946 roku w Związku Radzieckim pod kierownictwem Igora Wasiljewicza Kurczatowa. W 1954 roku w Obnińsku uruchomiono pierwszą elektrownię atomową. Zalety elektrowni jądrowych:

  1. Główną zaletą jest praktyczna niezależność od źródeł paliwa ze względu na niewielką ilość zużywanego paliwa. W Rosji jest to szczególnie ważne w części europejskiej, ponieważ dostawa węgla z Syberii jest zbyt droga. Eksploatacja elektrowni jądrowej jest znacznie tańsza niż elektrowni cieplnej. To prawda, że ​​budowa elektrowni cieplnej jest tańsza niż budowa elektrowni jądrowej.
  2. Ogromną zaletą elektrowni jądrowej jest jej względna czystość środowiska. W TPP całkowita roczna emisja szkodliwych substancji wynosi około 13 000 ton rocznie dla gazu i 165 000 ton dla TPP pyłowego węgla. W elektrowniach jądrowych takich emisji nie ma. Elektrownie cieplne zużywają 8 milionów ton tlenu rocznie do utleniania paliwa, podczas gdy elektrownie jądrowe w ogóle nie zużywają tlenu. Ponadto elektrownia węglowa zapewnia wyższe specyficzne uwalnianie substancji radioaktywnych. Węgiel zawsze zawiera naturalne substancje promieniotwórcze, podczas spalania węgla prawie całkowicie przedostają się do środowiska zewnętrznego. Większość radionuklidów z elektrowni cieplnych ma długą żywotność. Większość radionuklidów z elektrowni jądrowych szybko się rozpada, zamieniając się w nieradioaktywne.
  3. W większości krajów, w tym w Rosji, produkcja energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych nie jest droższa niż w elektrowniach pyłowych, a tym bardziej w elektrociepłowniach gazowo-olejowych. Przewaga elektrowni jądrowych w kosztach wytwarzanej energii elektrycznej jest szczególnie widoczna podczas tzw. kryzysów energetycznych, które rozpoczęły się na początku lat 70. XX wieku. Spadające ceny ropy automatycznie obniżają konkurencyjność elektrowni jądrowych.

Zastosowanie silników jądrowych w czasach współczesnych.

Jako Fizyka nuklearna coraz wyraźniej rysowała się perspektywa budowy elektrowni jądrowych. Pierwszy praktyczny krok w tym kierunku wykonał: związek Radziecki gdzie w 1954 wybudowano elektrownię jądrową.

W 1959 Pod banderą ZSRR uruchomiono pierwszy na świecie statek o napędzie atomowym, lodołamacz Lenina.

W ostatnie lata W XIX wieku potężne radzieckie lodołamacze o napędzie atomowym Arktika i Sibir weszły na zegarek Arktyki...

Energetyka jądrowa otworzyła szczególnie duże możliwości dla okrętów podwodnych, umożliwiając rozwiązanie dwóch z najbardziej rzeczywiste problemy- zwiększ prędkość pod wodą i wydłuż czas pływania pod wodą bez wychodzenia na powierzchnię. Przecież najbardziej zaawansowane dieslowo-elektryczne okręty podwodne nie mogą rozwinąć więcej niż 18-20 węzłów pod wodą, a nawet ta prędkość jest utrzymywana tylko przez około godzinę, po czym zmuszone są wynurzyć się, aby naładować akumulatory.

W takich warunkach, na polecenie KC KPZR i rządu sowieckiego, w naszym kraju w możliwie najkrótszym czasie powstała flota atomowych okrętów podwodnych. Radzieckie okręty podwodne o napędzie atomowym wielokrotnie przekraczały Ocean Arktyczny pod lodem, wynurzając się w rejonie bieguna północnego. W przeddzień XXIII Kongresu KPZR grupa atomowych okrętów podwodnych opłynęła świat, pokonując około 22 tysięcy mil pod wodą, nie wynurzając się ...

Główną różnicą między atomowym okrętem podwodnym a parowym jest zastąpienie kotła parowego reaktorem, w którym zachodzi kontrolowana reakcja łańcuchowa rozszczepienia atomów paliwa jądrowego z wydzieleniem ciepła wykorzystywanego do wytwarzania pary w parze generator.

Elektrownia jądrowa stworzona dla okrętów podwodnych prawdziwa perspektywa nie tylko po to, by dogonić statki nawodne, ale także je prześcignąć. Jak wiemy, w stanie zanurzonym okręt podwodny nie doświadcza oporu falowego, aby pokonać to, które statki o dużej prędkości wyporności powierzchniowej zużywają większość mocy elektrowni.

Biologiczny wpływ promieniowania.

Promieniowanie ze swej natury jest szkodliwe dla życia. Małe dawki promieniowania mogą „rozpocząć” nie do końca poznany łańcuch zdarzeń prowadzących do raka lub uszkodzeń genetycznych. W wysokich dawkach promieniowanie może niszczyć komórki, uszkadzać tkanki narządów i powodować śmierć organizmu. Uszkodzenia spowodowane wysokimi dawkami promieniowania zwykle pojawiają się w ciągu kilku godzin lub dni. Jednak nowotwory pojawiają się wiele lat po ekspozycji, zwykle nie wcześniej niż jedną do dwóch dekad. A wady wrodzone i inne choroby dziedziczne spowodowane uszkodzeniem aparatu genetycznego z definicji pojawiają się dopiero w kolejnych lub kolejnych pokoleniach: są to dzieci, wnuki i bardziej odlegli potomkowie osobnika, który został napromieniowany.

W zależności od rodzaju promieniowania, dawki promieniowania i jego warunków, Różne rodzaje uraz popromienny. Są to ostra choroba popromienna (ARS) - z narażenia zewnętrznego, ARS - z narażenia wewnętrznego, przewlekła choroba popromienna, różne postacie kliniczne z przewagą miejscowych zmian chorobowych poszczególnych narządów, które mogą charakteryzować się ostrym, podostrym lub przewlekłym przebiegiem; są to konsekwencje długoterminowe, wśród których najistotniejsze jest występowanie nowotworów złośliwych; procesy zwyrodnieniowe i dystroficzne (zaćma, bezpłodność, zmiany miażdżycowe). Obejmuje to również konsekwencje genetyczne obserwowane u potomstwa narażonych rodziców. Promieniowanie jonizujące powodujące ich rozwój, ze względu na ich wysoką zdolność penetracji, oddziałuje na tkanki, komórki, struktury wewnątrzkomórkowe, cząsteczki i atomy w dowolnym miejscu organizmu.

Żywe istoty różnie reagują na skutki promieniowania, a rozwój reakcji popromiennych w dużej mierze zależy od dawki promieniowania. Dlatego wskazane jest rozróżnienie między: 1) wpływem małych dawek, do około 10 rad; 2) narażenie na średnie dawki powszechnie stosowane z cele terapeutyczne, które ograniczają ich górną granicę narażenia na wysokie dawki. Pod wpływem promieniowania pojawiają się reakcje, które pojawiają się natychmiast, wczesne reakcje, a także późne (odległe) objawy. Efekt końcowy napromieniania często zależy w dużej mierze od mocy dawki, różne warunki napromienianie, a zwłaszcza na charakter promieniowania. Dotyczy to również dziedziny zastosowania promieniowania w praktyce klinicznej do celów terapeutycznych.

Promieniowanie wpływa na ludzi w różny sposób w zależności od płci i wieku, stanu organizmu, układu odpornościowego itp., ale jest szczególnie silne u niemowląt, dzieci i młodzieży.

Rak jest najpoważniejszym ze wszystkich skutków narażenia ludzi na niskie dawki. Obszerne ankiety obejmujące 100 000 ocalałych bombardowania atomowe Hiroszima i Nagasaki wykazali, że jak dotąd rak jest jedyną przyczyną nadmiernej śmiertelności w tej grupie populacji.

Wniosek.

Po przeprowadzeniu badań odkryliśmy, że paliwo jądrowe i silniki jądrowe przynoszą ludziom ogromne korzyści. Dzięki nim osoba, która znalazła tanie źródła ciepła i energii (jedna elektrownia atomowa zastępuje na osobę kilkadziesiąt, a nawet setki konwencjonalnych elektrowni cieplnych), była w stanie przedostać się przez lód na biegun północny i opaść na dno oceanu. Ale wszystko to działa tylko wtedy, gdy jest stosowane poprawnie, tj. w odpowiedniej ilości i tylko w celach pokojowych. Było wiele przypadków wybuchów elektrowni jądrowych (Czarnobyl, Fukushima) oraz wybuchów bomb atomowych (Hiroshima i Nagasaki).

Ale nikt nie jest chroniony przed skutkami odpadów radioaktywnych. Wiele osób cierpi na chorobę popromienną i raka spowodowane promieniowaniem. Sądzimy jednak, że za kilka lat naukowcy wymyślą metody usuwania odpadów radioaktywnych bez szkody dla zdrowia i wynajdą leki na wszystkie te choroby.

Bibliografia.

  1. A.V.Pyoryshkin, E.M. Gutnik. „Podręcznik fizyki do klasy 9”.
  2. G. Kesslera. "Energia nuklearna".
  3. RG Perelmana. „Silniki jądrowe”.
  4. E. Rutherforda. Wybrane prace naukowe. Budowa atomu i sztuczne przekształcenie.
  5. https://en.wikipedia.org
Zapowiedź:

Aby skorzystać z podglądu prezentacji, utwórz dla siebie konto ( rachunek) Google i zaloguj się:

A możliwość wykorzystania energii jądrowej zarówno do celów konstruktywnych (energia atomowa), jak i niszczycielskich (bomba atomowa) stała się być może jednym z najważniejszych wynalazków ostatniego dwudziestego wieku. Cóż, sednem całej tej potężnej siły, która czai się w trzewiach maleńkiego atomu, są reakcje jądrowe.

Czym są reakcje jądrowe?

W fizyce reakcje jądrowe rozumiane są jako proces interakcji jądra atomowego z innym podobnym do niego jądrem lub z różnymi cząstkami elementarnymi, w wyniku którego zmienia się skład i struktura jądra.

Mała historia reakcji jądrowych

Pierwsza w historii reakcja jądrowa została przeprowadzona przez wielkiego naukowca Rutherforda w 1919 roku podczas eksperymentów wykrywających protony w produktach rozpadu jąder. Naukowiec bombardował atomy azotu cząstkami alfa, a gdy cząstki zderzyły się, nastąpiła reakcja jądrowa.

I tak wyglądało równanie tej reakcji jądrowej. Rutherfordowi przypisuje się odkrycie reakcji jądrowych.

Po tym nastąpiły liczne eksperymenty naukowców nad wdrożeniem różne rodzaje reakcje jądrowe, na przykład reakcja jądrowa wywołana bombardowaniem jąder atomowych przez neutrony, którą przeprowadził wybitny włoski fizyk E. Fermi, była bardzo interesująca i znacząca dla nauki. W szczególności Fermi odkrył, że przemiany jądrowe mogą być spowodowane nie tylko szybkimi neutronami, ale także wolnymi, poruszającymi się z prędkościami termicznymi. Nawiasem mówiąc, reakcje jądrowe wywołane ekspozycją na temperaturę nazywane są termojądrowymi. Jeśli chodzi o reakcje jądrowe pod wpływem neutronów, bardzo szybko otrzymały one swój rozwój w nauce, a co więcej, czytaj o tym dalej.

Typowy wzór reakcji jądrowej.

Jakie reakcje jądrowe są w fizyce?

Ogólnie znane obecnie reakcje jądrowe można podzielić na:

  • rozszczepienia jądrowego
  • reakcje termojądrowe

Poniżej szczegółowo opisujemy każdy z nich.

rozszczepienie jąder atomowych

Reakcja rozszczepienia jąder atomowych obejmuje rozpad rzeczywistego jądra atomu na dwie części. W 1939 roku niemieccy naukowcy O. Hahn i F. Strassmann odkryli rozszczepienie atomów, kontynuując badania swoich naukowych poprzedników, odkryli, że kiedy uran jest bombardowany neutronami, powstają elementy środkowej części układu okresowego Mendelejewa, a mianowicie radioaktywne izotopy bar, krypton i kilka innych pierwiastków. Niestety ta wiedza była początkowo wykorzystywana do przerażających, destrukcyjnych celów, ponieważ druga Wojna światowa i niemieccy, az drugiej strony amerykańscy i radzieccy naukowcy ścigali się w celu opracowania broni jądrowej (opartej na reakcji nuklearnej uranu), co zakończyło się niesławnymi „grzybami nuklearnymi” nad japońskimi miastami Hiroszima i Nagasaki.

Ale wracając do fizyki, reakcja jądrowa uranu podczas rozszczepiania jądra ma taką samą kolosalną energię, jaką nauka była w stanie jej wykorzystać. Jak przebiega taka reakcja jądrowa? Jak pisaliśmy powyżej, następuje to na skutek bombardowania jądra atomu uranu przez neutrony, z których jądro się rozszczepia i powstaje ogromna energia kinetyczna, rzędu 200 MeV. Ale co najciekawsze, jako produkt reakcji rozszczepienia jądra uranu w wyniku zderzenia z neutronem, istnieje kilka nowych wolnych neutronów, które z kolei zderzają się z nowymi jądrami, rozszczepiają je i tak dalej. W rezultacie jest jeszcze więcej neutronów i jeszcze więcej jąder uranu rozszczepionych w wyniku zderzeń z nimi - zachodzi prawdziwa reakcja łańcuchowa jądra.

Tak to wygląda na schemacie.

W tym przypadku mnożnik neutronów musi być większy od jedności, jest to warunek konieczny dla tego rodzaju reakcji jądrowej. Innymi słowy, w każdej kolejnej generacji neutronów powstałych po rozpadzie jąder powinno być ich więcej niż w poprzedniej.

Warto zauważyć, że zgodnie z podobną zasadą reakcje jądrowe podczas bombardowania mogą zachodzić również podczas rozszczepiania jąder atomów niektórych innych pierwiastków, z niuansem, że jądra mogą być bombardowane przez różne cząstki elementarne, oraz produkty takich reakcji jądrowych będą się różnić, aby je dokładniej opisać. Potrzebujemy całej monografii naukowej

reakcje termojądrowe

Reakcje termojądrowe opierają się na reakcjach syntezy jądrowej, to znaczy w rzeczywistości zachodzi odwrotny proces rozszczepienia, jądra atomów nie dzielą się na części, ale raczej łączą się ze sobą. Uwalnia też dużo energii.

Reakcje termojądrowe, jak sama nazwa wskazuje (termo - temperatura) mogą zachodzić tylko w bardzo wysokich temperaturach. Wszakże, aby dwa jądra atomów się połączyły, muszą zbliżyć się do siebie na bardzo bliską odległość, pokonując jednocześnie elektryczne odpychanie ich dodatnich ładunków, jest to możliwe, gdy istnieje duża energia kinetyczna, która z kolei jest możliwe w wysokich temperaturach. Należy zauważyć, że reakcje termojądrowe wodoru nie zachodzą jednak nie tylko na nim, ale także na innych gwiazdach, można nawet powiedzieć, że właśnie to leży u podstaw ich natury każdej gwiazdy.

Film o reakcjach jądrowych

I wreszcie film edukacyjny na temat naszego artykułu, reakcje jądrowe.

Są one podzielone na 2 klasy: reakcje termojądrowe i reakcje pod wpływem cząstek jądrowych i rozszczepienia jądrowego. Te pierwsze wymagają do ich wykonania temperatury ~kilka milionów stopni i występują tylko we wnętrzach gwiazd lub podczas wybuchów bomb wodorowych. Te ostatnie występują w atmosferze i litosferze z powodu promieniowania kosmicznego oraz z powodu cząstek aktywnych jądrowo w górnych powłokach Ziemi. Szybkie cząstki kosmiczne (średnia energia ~2 10 9 eV), wchodzące w ziemską atmosferę, często powodują całkowity rozpad atomów atmosferycznych (N, O) na lżejsze fragmenty jądrowe, w tym neutrony. Szybkość tworzenia tego ostatniego sięga 2,6 neutronów (cm -2 s -1). Neutrony oddziałują głównie z atmosferycznym N, zapewniając stałą produkcję radioaktywności izotopy węgiel C 14 (T 1/2 = 5568 lat) i tryt H 3 (T 1/2 = 12,26 lat) zgodnie z reakcjami N 14 + P\u003d C14 + H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Roczne tworzenie się radiowęgla w atmosferze ziemskiej wynosi około 10 kg. Odnotowano również powstawanie radioaktywnego Be 7 i Cl 39 w atmosferze. Reakcje jądrowe w litosferze zachodzą głównie za sprawą cząstek α ​​i neutronów, które powstają w wyniku rozpadu długożyciowych pierwiastków promieniotwórczych (głównie U i Th). Należy zauważyć akumulację He 3 w kilku ml zawierających Li (zob. izotopy helu w geologii), powstawanie poszczególnych izotopów neonu w euxenicie, monazycie i innych m-lahach zgodnie z reakcjami: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + On \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Powstawanie izotopów argonu w substancjach promieniotwórczych według reakcji: Cl 35 + Nie = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Podczas spontanicznego i neutronowego rozszczepienia uranu obserwuje się powstawanie ciężkich izotopów kryptonu i ksenonu (patrz metoda określania wieku bezwzględnego ksenonu). W m-lakh litosfery sztuczne rozszczepienie jąder atomowych powoduje akumulację pewnych izotopów w ilości 10 -9 -10 -12% masy m-la.

  • - transformacje jąder atomowych w wyniku ich interakcji z cząstki elementarne lub ze sobą...
  • - rozgałęzione reakcje łańcuchowe rozszczepienia ciężkich jąder przez neutrony, w wyniku których liczba neutronów gwałtownie wzrasta i może wystąpić samopodtrzymujący się proces rozszczepienia ...

    Początki współczesnych nauk przyrodniczych

  • - amunicja, której niszczący efekt opiera się na wykorzystaniu energii wybuchu jądrowego. Należą do nich głowice nuklearne pocisków i torped, bomby atomowe, pociski artyleryjskie, bomby głębinowe, miny ...

    Słownik terminów wojskowych

  • Słowniczek terminów prawnych

  • - ....

    Encyklopedyczny słownik ekonomii i prawa

  • - zgodnie z definicją ustawy federalnej „O wykorzystaniu energii atomowej” z dnia 20 października 1995 r. „Materiały zawierające lub zdolne do odtwarzania rozszczepialnych substancji jądrowych” ...

    Wielki słownik prawniczy

  • - snurps, małe jądrowe RNA mały rozmiar związane z heterogenicznym jądrowym RNA , są częścią małych granulek rybonukleoproteinowych jądra ...
  • - Zobacz mały atomowy...

    Biologia molekularna i genetyka. Słownik

  • - reakcje jądrowe, w których padająca cząstka przenosi energię nie na całe jądro docelowe, ale na oddzielne. nukleon lub grupa nukleonów w tym jądrze. W P.I. R. nie tworzy się jądro złożone.

    Naturalna nauka. słownik encyklopedyczny

  • - awarie występujące w elektrowniach jądrowych. Podczas awarii jądrowej gwałtownie wzrasta skażenie radioaktywne środowiska ...

    Słownik ekologiczny

  • - transformacja atomów jąder po zderzeniu z innymi jądrami, cząstkami elementarnymi lub kwantami gamma. Kiedy ciężkie jądra są bombardowane lżejszymi, uzyskuje się wszystkie pierwiastki transuranowe ...

    Encyklopedyczny słownik metalurgiczny

  • - procesy jądrowe, w których energia wprowadzona do jądra atomowego przenoszona jest głównie na jeden lub niewielką grupę nukleonów...

    Wielka radziecka encyklopedia

  • - BEZPOŚREDNIE reakcje jądrowe - reakcje jądrowe, w których padająca cząstka przenosi energię nie na całe jądro docelowe, ale na pojedynczy nukleon lub grupę nukleonów w tym jądrze. W bezpośrednich reakcjach jądrowych nie powstaje żaden związek ...
  • - patrz jądrowe reakcje łańcuchowe ...

    Duży słownik encyklopedyczny

  • - reakcje transformacji jąder atomowych podczas interakcji z cząstkami elementarnymi, kwantami y lub ze sobą. Po raz pierwszy badany przez Ernesta Rutherforda w 1919 roku...

    Duży słownik encyklopedyczny

  • - REAKCJE ŁAŃCUCHÓW JĄDROWYCH - samopodtrzymujące się reakcje rozszczepienia jąder atomowych pod działaniem neutronów w warunkach, w których każdemu zdarzeniu rozszczepienia towarzyszy emisja co najmniej 1 neutronu, co zapewnia utrzymanie ...

    Duży słownik encyklopedyczny

„REAKCJE JĄDROWE W PRZYRODZIE” w książkach

Europociski jądrowe

Z książki Purely Confidential [Ambasador w Waszyngtonie za sześciu prezydentów USA (1962-1986)] autor Dobrynin Anatolij Fiodorowicz

Rozdział 6 Oddawanie czci Naturze. Mity o naturze

Z książki Mity o Armenii autor Ananikyan Martiros A

Rozdział 6 Oddawanie czci Naturze. Mity o naturze

nuklearne Robinsony

Z książki Bomba. Sekrety i pasje atomowego podziemia autor Pestow Stanisław Wasiliewicz

Nuklearni Robinsonowie Pod koniec lat 50. Chruszczow był bardzo zainteresowany jednym projektem zaproponowanym przez inżynierów wojskowych. Jego istotą było stworzenie sztucznych wysp u wybrzeży atlantyckich Stanów Zjednoczonych. Pomyślano tak: w ciemną noc złodziei, potężne statki do przewozu ładunków suchych udają się do

Ambicja nuklearna

Z książki Obudź się! Przetrwaj i rozwijaj się w nadchodzącym chaosie gospodarczym autor Chalabi El

Ambicje nuklearne W drugiej połowie 2003 roku świat dowiedział się, że irański program wzbogacania uranu jest bardziej zaawansowany niż wcześniej sądzono i że za kilka lat Iran stanie się bronią nuklearną. Zacytujmy słowa Amerykanina urzędnik, zaangażowany

Sprzedaż jądrowa

Z książki Infobiznes na pełnych obrotach [Podwojenie sprzedaży] autor Parabellum Andriej Aleksiejewicz

Nuclear Sales Japan testuje obecnie ciekawy model. Jedna firma, która przeprowadziła badania klientów, podpisała wiele umów z różnymi firmami, które tego potrzebują Opinia od ich docelowi odbiorcy. Otworzyli sklep z darmowymi rzeczami -

„WALIZKI NUKLEARNE”

Z książki Nieznane, odrzucone lub ukryte autor Tsareva Irina Borisovna

„Walizki nuklearne" To fajniejsze niż słynne „walizki z kompromitującym dowodem"! Niespieszny, długotrwały skandal rozgrywa się wokół tak zwanych „walizek nuklearnych". Wszystko zaczęło się od sensacyjnego oświadczenia byłego sekretarza bezpieczeństwa Rada Federacji Rosyjskiej.

O naturze, prawach i naturze praw

Z książki Jasne słowa autor Ozornin Prokhor

O naturze, prawach i naturze praw To, co wczoraj było absurdem, dziś stało się prawem natury. Prawo się zmienia - natura pozostaje taka sama

Reakcje jądrowe i ładunek elektryczny

Z książki Neutrino - upiorna cząsteczka atomu autor Asimov Isaac

Reakcje jądrowe i ładunek elektryczny Kiedy w latach 90. fizycy zaczęli lepiej rozumieć strukturę atomu, odkryli, że przynajmniej niektóre jego części przenoszą ładunek elektryczny. Na przykład elektrony wypełniające zewnętrzne obszary atomu

REAKCJE JĄDROWE

Z książki Energia atomowa do celów wojskowych autor Smith Henry Dewolf

REAKCJE JĄDROWE METODY BOMBOWANIA JĄDROWEGO 1.40. Cockcroft i Walton wyprodukowali protony o wystarczająco wysokiej energii poprzez jonizację gazowego wodoru, a następnie przyspieszenie jonów za pomocą instalacji wysokiego napięcia z transformatorem i prostownikiem. Podobna metoda może:

WYPADKI JĄDROWE

Z książki nagły wypadek we flocie sowieckiej autor Czerkaszyn Nikołaj Andriejewicz Reakcje łańcuchów jądrowych Z książki Wielka radziecka encyklopedia (YD) autora TSB

§ 3.13 Reakcje jądrowe i defekt masy

Z książki Ritz Ballistic Theory and the Picture of the Universe autor Semikow Siergiej Aleksandrowicz

§ 3.13 Reakcje jądrowe i defekt masy Wszelkie zmiany w przyrodzie, które zachodzą, są takie, że ile zabierze się jednemu organizmowi, tyle zostanie dodanemu drugiemu. Czyli jak jakaś materia gdzieś się zmniejszy, to się rozmnoży w innym miejscu... Ta uniwersalna naturalna

Plan:

    Wstęp
  • 1 rdzeń kompozytowy
    • 1.1 Energia wzbudzenia
    • 1.2 Kanały reakcji
  • 2 Przekrój reakcji jądrowej
    • 2.1 Wydajność reakcji
  • 3 Bezpośrednie reakcje jądrowe
  • 4 Prawa zachowania w reakcjach jądrowych
    • 4.1 Prawo zachowania energii
    • 4.2 Prawo zachowania pędu
    • 4.3 Prawo zachowania momentu pędu
    • 4.4 Inne prawa ochrony
  • 5 Rodzaje reakcji jądrowych
    • 5.1 Rozszczepienie jądrowe
    • 5.2 Fuzja termojądrowa
    • 5.3 reakcja fotojądrowa
    • 5.4 Inne
  • 6 Rejestrowanie reakcji jądrowych
    • Uwagi

Wstęp

Reakcja jądrowa litu-6 z deuterem 6 Li(d,α)α

reakcja nuklearna- proces powstawania nowych jąder lub cząstek podczas zderzeń jąder lub cząstek. Po raz pierwszy Rutherford zaobserwował reakcję jądrową w 1919 roku, bombardując jądra atomów azotu cząstkami α, zarejestrowano ją przez pojawienie się wtórnych cząstek jonizujących, których zasięg w gazie jest większy niż zasięg cząstek α ​​i zidentyfikowane jako protony. Następnie za pomocą komory mgłowej uzyskano zdjęcia tego procesu.

Zgodnie z mechanizmem interakcji reakcje jądrowe dzielą się na dwa typy:

  • reakcje z utworzeniem jądra złożonego, jest to proces dwuetapowy, który zachodzi przy niezbyt dużej energii kinetycznej zderzających się cząstek (do ok. 10 MeV).
  • bezpośrednie reakcje jądrowe czas jądrowy wymagane, aby cząstka przeszła przez jądro. Mechanizm ten przejawia się głównie przy bardzo wysokich energiach bombardujących cząstek.

Jeżeli po zderzeniu pierwotne jądra i cząstki zostają zachowane i nie narodzą się żadne nowe, to reakcją jest elastyczne rozpraszanie w polu sił jądrowych, któremu towarzyszy jedynie redystrybucja energii kinetycznej i pędu cząstki i tarczy jądra i nazywa się potencjalne rozproszenie .


1. Jądro złożone

Teoria mechanizmu reakcji z utworzeniem jądra złożonego została opracowana przez Nielsa Bohra w 1936 r. wraz z teorią modelu kropli jądra i stanowi podstawę współczesnych idei dotyczących dużej części reakcji jądrowych.

Zgodnie z tą teorią reakcja jądrowa przebiega dwuetapowo. Na początku początkowe cząstki tworzą pośrednie (kompozytowe) jądro dla czas jądrowy, czyli czas potrzebny do przejścia cząstki przez jądro, w przybliżeniu równy 10 −23 - 10 −21 s. W tym przypadku jądro złożone powstaje zawsze w stanie wzbudzonym, ponieważ posiada nadmiar energii wnoszony przez cząstkę do jądra w postaci energii wiązania nukleonu w jądrze złożonym oraz część jego energii kinetycznej, która jest równa sumie energii kinetycznej jądra docelowego z Liczba masowa i cząstki w centrum układu bezwładności.


1.1. Energia wzbudzenia

Energia wzbudzenia jądra złożonego powstałego w wyniku absorpcji wolnego nukleonu jest równa sumie energii wiązania nukleonu i części jego energii kinetycznej:

Najczęściej, ze względu na dużą różnicę mas jądra i nukleonu, jest ona w przybliżeniu równa energii kinetycznej nukleonu bombardującego jądro.

Średnia energia wiązania wynosi 8 MeV, zmieniając się w zależności od charakterystyki powstałego jądra złożonego, jednak dla danych jąder docelowych i nukleonów wartość ta jest stała. Energia kinetyczna bombardującej cząstki może być dowolna, na przykład, gdy reakcje jądrowe są wzbudzane przez neutrony, których potencjał nie ma bariery kulombowskiej, wartość może być bliska zeru. Zatem energia wiązania jest minimalną energią wzbudzenia jądra złożonego.


1.2. Kanały reakcji

Przejście do stanu niewzbudzonego można przeprowadzić na różne sposoby, zwane kanały reakcji. Rodzaje i stan kwantowy padających cząstek i jąder przed rozpoczęciem reakcji określają kanał wejściowy reakcje. Po zakończeniu reakcji powstał zestaw produkty reakcji a ich stany kwantowe określają kanał wyjściowy reakcje. Reakcja jest w pełni scharakteryzowana przez kanały wejściowe i wyjściowe.

Kanały reakcji nie zależą od sposobu tworzenia jądra złożonego, co można tłumaczyć długim czasem życia jądra złożonego, wydaje się, że „zapomina się” jak powstało, dlatego powstawanie i rozpad jądra złożonego może być traktowane jako niezależne wydarzenia. Na przykład może powstać jako jądro złożone w stanie wzbudzonym w jednej z następujących reakcji:

Następnie, w warunkach tej samej energii wzbudzenia, to jądro złożone może z pewnym prawdopodobieństwem, niezależnie od historii powstania tego jądra, rozpadać się w odwrotny sposób do którejkolwiek z tych reakcji. Prawdopodobieństwo powstania jądra złożonego zależy od energii i rodzaju jądra docelowego.


2. Przekrój reakcji jądrowej

Prawdopodobieństwo reakcji jest określone przez tak zwany przekrój jądrowy reakcji. W laboratoryjnym układzie odniesienia (gdzie jądro docelowe znajduje się w spoczynku) prawdopodobieństwo interakcji w jednostce czasu jest równe iloczynowi przekroju poprzecznego (wyrażonego w jednostkach powierzchni) i strumienia padających cząstek (wyrażonego w liczbie cząstki przechodzące przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu). Jeżeli dla jednego kanału wejściowego można zaimplementować kilka kanałów wyjściowych, to stosunek prawdopodobieństw wyjściowych kanałów reakcji jest równy stosunkowi ich przekrojów. W fizyce jądrowej przekroje poprzeczne reakcji są zwykle wyrażane w jednostkach specjalnych - stodołach, równych 10-24 cm².


2.1. Wydajność reakcji

Liczbę przypadków reakcji związanych z liczbą cząstek bombardujących cel nazywamy reakcja nuklearna. Wartość ta jest wyznaczana eksperymentalnie w pomiarach ilościowych. Ponieważ wydajność jest bezpośrednio związana z przekrojem reakcji, pomiar wydajności jest zasadniczo pomiarem przekroju reakcji.

3. Bezpośrednie reakcje jądrowe

Przebieg reakcji jądrowych możliwy jest także poprzez mechanizm bezpośredniego oddziaływania, głównie taki mechanizm przejawia się przy bardzo wysokich energiach bombardujących cząstek, kiedy nukleony jądra można uznać za wolne. Reakcje bezpośrednie różnią się od mechanizmu jądra złożonego przede wszystkim rozkładem wektorów pędu cząstek produktu względem pędu cząstek bombardujących. W przeciwieństwie do sferycznej symetrii mechanizmu jądra złożonego, oddziaływanie bezpośrednie charakteryzuje się dominującym kierunkiem lotu produktów reakcji do przodu względem kierunku ruchu padających cząstek. W tych przypadkach rozkłady energii cząstek produktu są również różne. Oddziaływanie bezpośrednie charakteryzuje się nadmiarem cząstek wysokoenergetycznych. W zderzeniach z jądrami cząstek złożonych (czyli innymi jądrami) możliwe są procesy przenoszenia nukleonów z jądra do jądra lub wymiany nukleonów. Takie reakcje zachodzą bez tworzenia się jądra złożonego i są w nich nieodłączne wszystkie cechy bezpośredniego oddziaływania.


4. Prawa zachowania w reakcjach jądrowych

W reakcjach jądrowych spełnione są wszystkie prawa zachowania fizyki klasycznej. Prawa te nakładają ograniczenia na możliwość wystąpienia reakcji jądrowej. Nawet korzystny energetycznie proces zawsze okazuje się niemożliwy, jeśli towarzyszy mu naruszenie jakiegoś prawa konserwatorskiego. Ponadto istnieją prawa zachowania specyficzne dla mikroświata; niektóre z nich są zawsze spełnione, o ile wiadomo (prawo zachowania liczby barionowej, liczby leptonowej); inne prawa zachowania (izospin, parzystość, obcość) tłumią tylko pewne reakcje, ponieważ nie są spełnione w przypadku niektórych podstawowych interakcji. Konsekwencją praw konserwatorskich są tzw. reguły selekcji, wskazujące na możliwość lub zakaz pewnych reakcji.


4.1. Prawo zachowania energii

Jeżeli , , , są sumarycznymi energiami dwóch cząstek przed i po reakcji, to na podstawie prawa zachowania energii:

Gdy tworzą się więcej niż dwie cząstki, liczba terminów po prawej stronie tego wyrażenia powinna być odpowiednio większa. Całkowita energia cząstki jest równa jej energii spoczynkowej Mc 2 i energia kinetyczna mi, dlatego:

Różnica między całkowitymi energiami kinetycznymi cząstek na „wyjściu” i „wejściu” reakcji Q = (mi 3 + mi 4) − (mi 1 + mi 2) nazywa się energia reakcji(lub wydajność energetyczna reakcji). Spełnia warunek:

Mnożnik 1/ C 2 jest zwykle pomijane podczas obliczania bilansu energetycznego, wyrażającego masy cząstek w jednostkach energii (lub czasami energię w jednostkach masy).

Jeśli Q> 0, to reakcji towarzyszy uwolnienie energii swobodnej i nazywa się egzoenergetyczny , Jeśli Q < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoenergetyczny .

Łatwo to zauważyć Q> 0, gdy suma mas cząstek-produktów jest mniejsza niż suma mas cząstek początkowych, to znaczy uwolnienie energii swobodnej jest możliwe tylko poprzez zmniejszenie mas reagujących cząstek. I odwrotnie, jeśli suma mas cząstek wtórnych przekracza sumę mas początkowych, to taka reakcja jest możliwa tylko wtedy, gdy pewna ilość energii kinetycznej zostanie wydana na zwiększenie energii spoczynkowej, to znaczy masy nowych cząstek. Minimalna wartość energii kinetycznej padającej cząstki, przy której możliwa jest reakcja endoenergetyczna, nazywa się energia reakcji progowej. Reakcje endoenergetyczne są również nazywane reakcje progowe, ponieważ nie występują one przy energiach cząstek poniżej progu.


4.2. Prawo zachowania pędu

Całkowity pęd cząstek przed reakcją jest równy całkowitemu pędowi cząstek-produktów reakcji. Jeśli , , , są wektorami pędu dwóch cząstek przed i po reakcji, to

Każdy z wektorów można niezależnie zmierzyć doświadczalnie, np. spektrometrem magnetycznym. Dane doświadczalne wskazują, że prawo zachowania pędu obowiązuje zarówno w reakcjach jądrowych, jak iw procesach rozpraszania mikrocząstek.


4.3. Prawo zachowania momentu pędu

W reakcjach jądrowych zachowany jest również moment pędu. W wyniku zderzenia mikrocząstek powstają tylko takie jądra złożone, których moment pędu jest równy jednej z możliwych wartości momentu uzyskanego przez dodanie własnych momentów mechanicznych (spinów) cząstek i momentu ich względnego ruchu (momentu orbitalnego). Kanały rozpadu jądra złożonego mogą być również takie, że zachowany jest całkowity moment pędu (suma momentów spinowych i orbitalnych).


4.4. Inne prawa ochrony

  • w reakcjach jądrowych zachowany jest ładunek elektryczny - suma algebraiczna ładunków elementarnych przed reakcją jest równa sumie algebraicznej ładunków po reakcji.
  • w reakcjach jądrowych liczba nukleonów jest zachowana, co w najogólniejszych przypadkach jest interpretowane jako zachowanie liczby barionowej. Jeżeli energie kinetyczne zderzających się nukleonów są bardzo wysokie, to możliwe są reakcje produkcji par nukleonów. Ponieważ nukleonom i antynukleonom są przyporządkowane przeciwne znaki, suma algebraiczna liczb barionowych zawsze pozostaje niezmieniona w każdym procesie.
  • w reakcjach jądrowych liczba leptonów jest zachowana (dokładniej różnica między liczbą leptonów a liczbą antyleptonów, patrz liczba leptonów).
  • w reakcjach jądrowych zachodzących pod wpływem sił jądrowych lub elektromagnetycznych zachowana jest parzystość funkcji falowej, która opisuje stan cząstek przed i po reakcji. Parzystość funkcji falowej nie jest zachowana w przekształceniach z powodu oddziaływań słabych.
  • w reakcjach jądrowych na skutek oddziaływań silnych spin izotopowy jest zachowany. Oddziaływania słabe i elektromagnetyczne nie zachowują izospinów.

5. Rodzaje reakcji jądrowych

Oddziaływania jądrowe z cząstkami mają bardzo różnorodny charakter, ich rodzaje i prawdopodobieństwa zajścia danej reakcji zależą od rodzaju bombardujących cząstek, jąder docelowych, energii oddziałujących cząstek i jąder oraz wielu innych czynników.

5.1. Rozszczepienia jądrowego

Rozszczepienia jądrowego- proces rozszczepiania jądra atomowego na dwa (rzadko trzy) jądra o podobnych masach, zwane fragmentami rozszczepienia. W wyniku rozszczepienia mogą pojawić się również inne produkty reakcji: lekkie jądra (głównie cząstki alfa), neutrony i kwanty gamma. Rozszczepienie może być spontaniczne (spontaniczne) i wymuszone (w wyniku oddziaływania z innymi cząstkami, przede wszystkim z neutronami). Rozszczepienie ciężkich jąder to egzotermiczny proces, który uwalnia duża liczba energia w postaci energii kinetycznej produktów reakcji oraz promieniowania.

Rozszczepienie jądrowe jest źródłem energii w reaktor nuklearny i broń nuklearna.


5.2. Fuzja termojądrowa

W normalnych temperaturach fuzja jąder jest niemożliwa, ponieważ jądra naładowane dodatnio doświadczają ogromnych kulombowskich sił odpychania. Do syntezy lekkich jąder konieczne jest zbliżenie ich na odległość około 10-15 m, przy której działanie przyciągających sił jądrowych przekroczy kulombowskie siły odpychania. Aby doszło do fuzji jąder, konieczne jest zwiększenie ich ruchliwości, czyli zwiększenie ich energii kinetycznej. Osiąga się to poprzez podniesienie temperatury. Dzięki otrzymanej energii cieplnej wzrasta mobilność jąder i mogą one zbliżać się do siebie na tak bliskie odległości, że pod działaniem jądrowych sił kohezyjnych połączą się w nowe, bardziej złożone jądro. W wyniku fuzji lekkich jąder uwalnia się dużo energii, ponieważ powstałe nowe jądro ma dużą specyficzna energia wiązania niż oryginalne jądra. reakcja termojądrowa- jest to egzoenergetyczna reakcja fuzji lekkich jąder w bardzo wysokiej temperaturze (10 7 K).

Przede wszystkim wśród nich należy zwrócić uwagę na bardzo powszechną na Ziemi reakcję między dwoma izotopami (deuterem i trytem) wodoru, w wyniku której powstaje hel i uwalniany jest neutron. Reakcję można zapisać jako

+ energia (17,6 MeV).

Uwolniona energia (wynikająca z faktu, że hel-4 ma bardzo silne wiązania jądrowe) jest przekształcana w energię kinetyczną, z której większość, 14,1 MeV, przenosi ze sobą neutron jako lżejszą cząsteczkę. Powstałe jądro jest ściśle związane, dlatego reakcja jest tak silnie egzoenergetyczna. Reakcja ta charakteryzuje się najniższą barierą kulombowska i wysoką wydajnością, jest więc szczególnie interesująca dla fuzji termojądrowej.

Reakcja termojądrowa jest wykorzystywana w broni termojądrowej i jest badana pod kątem możliwych zastosowań w sektorze energetycznym, jeśli problem kontroli syntezy termojądrowej zostanie rozwiązany.


5.3. reakcja fotojądrowa

Gdy kwant gamma zostaje zaabsorbowany, jądro otrzymuje nadmiar energii bez zmiany swojego składu nukleonowego, a jądro z nadmiarem energii jest jądrem złożonym. Podobnie jak inne reakcje jądrowe, absorpcja kwantu gamma przez jądro jest możliwa tylko wtedy, gdy spełnione są niezbędne stosunki energii i spinu. Jeżeli energia przekazywana do jądra przekracza energię wiązania nukleonu w jądrze, to rozpad powstałego jądra złożonego następuje najczęściej z emisją nukleonów, głównie neutronów. Taki rozpad prowadzi do reakcji jądrowych i , które nazywane są fotojądrowy oraz zjawisko emisji nukleonu w tych reakcjach - jądrowy efekt fotoelektryczny.


5.4. Inny

6. Rejestrowanie reakcji jądrowych

Reakcje jądrowe są zapisywane w postaci specjalnych formuł, w których występują oznaczenia jąder atomowych i cząstek elementarnych.

Pierwszy sposób pisanie formuł reakcji jądrowych jest podobne do pisania formuł reakcji chemicznych, to znaczy suma cząstek początkowych jest zapisywana po lewej stronie, suma powstałych cząstek (produktów reakcji) jest zapisywana po prawej, a strzałka jest umieszczona między nimi.

Tak więc reakcja radiacyjnego wychwytywania neutronu przez jądro kadmu-113 jest zapisana w następujący sposób:

Widzimy, że liczba protonów i neutronów po prawej i lewej stronie pozostaje taka sama (liczba barionowa jest zachowana). To samo dotyczy ładunki elektryczne, liczby leptonowe i inne wielkości (energia, pęd, moment pędu, ...). W niektórych reakcjach, w których zaangażowane jest oddziaływanie słabe, protony mogą zamieniać się w neutrony i odwrotnie, ale ich całkowita liczba się nie zmienia.

Drugi sposób notacja, wygodniejsza dla fizyki jądrowej, ma postać A (a, bcd…) B, gdzie ALE- rdzeń docelowy ale- bombardowanie cząstki (w tym jądra), b, c, d, ...- emitowane cząstki (w tym jądra), W- jądro resztkowe. Lżejsze produkty reakcji są zapisane w nawiasach, cięższe produkty są zapisane na zewnątrz. Tak więc powyższą reakcję wychwytywania neutronów można zapisać w następujący sposób:

Reakcje są często nazywane po kombinacji cząstek padających i emitowanych w nawiasach; tak, powyżej typowy przykład (n, γ)-reakcje.

Pierwsza wymuszona konwersja jądrowa azotu w tlen, którą Rutherford przeprowadził przez bombardowanie azotu cząstkami alfa, jest zapisana jako wzór

Gdzie jest jądro atomu wodoru, proton.

W notacji „chemicznej” ta reakcja wygląda tak:

Pobieranie .

Polecamy również

Ładowanie...Ładowanie...