Acasă > sănătate

Fuziune nucleară rece într-o celulă vie. Reacții nucleare

REACȚII NUCLARE ÎN NATURĂ – se împart în 2 clase: reacții termonucleare și reacții sub acțiunea particulelor nucleare și fisiune nucleară. Primele necesită o temperatură de ~ câteva milioane de grade pentru implementarea lor și apar numai în interiorul stelelor sau în timpul exploziilor de bombe H. Acestea din urmă apar în atmosferă și litosferă din cauza radiațiilor cosmice și datorită particulelor nuclear-active din învelișul superior al Pământului. Particulele cosmice rapide (energie medie ~2 10 9 eV), care intră în atmosfera Pământului, cauzează adesea scindarea completă a atomilor atmosferici (N, O) în fragmente nucleare mai ușoare, inclusiv neutroni. Rata de formare a acestuia din urmă ajunge la 2,6 neutroni (cm -2 sec -1). Neutronii interacționează predominant cu N atmosferic, oferind o producție constantă de radioactiv izotopi carbon C 14 (T 1/2 = 5568 ani) și tritiu H 3 (T 1/2 = 12,26 ani) conform următoarelor reacții N 14 + P\u003d C14 + H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Formarea anuală a radiocarbonului în atmosfera terestră este de aproximativ 10 kg. S-a remarcat și formarea în atmosferă a Be 7 și Cl 39 radioactiv. Reacțiile nucleare din litosferă apar în principal datorită particulelor α și neutronilor care apar din dezintegrarea elementelor radioactive cu viață lungă (în principal U și Th). Trebuie remarcată acumularea de He 3 în unele ml care conțin Li (vezi. izotopi de heliu în geologie), formarea izotopilor individuali ai neonului în euxenit, monazit și alte m-lah-uri în funcție de reacțiile: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Formarea izotopilor de argon în substanțele radioactive în funcție de reacțiile: Cl 35 + Nu = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. În timpul fisiunii spontane și induse de neutroni a uraniului, se observă formarea izotopilor grei ai criptonului și xenonului. (vezi metoda de determinare a vârstei absolute cu Xenon).În m-lakh-ul litosferei, despicare artificială nuclee atomice determină acumularea unor izotopi în cantitate de 10 -9 -10 -12% din masa m-la.

Dicţionar geologic: în 2 volume. - M.: Nedra. Editat de K. N. Paffengolts et al.. 1978 .

Vezi ce este „REACȚII NUCLARE ÎN NATURĂ” în alte dicționare:

    Fizica nucleară Nucleu atomic Dezintegrare radioactivă Reacție nucleară Termeni de bază Nucleu atomic Izotopi Izobari Timp de înjumătățire Ma ... Wikipedia

    Reacții nucleare între atomi de lumină. nuclee care apar la temperaturi foarte ridicate (=108K și mai sus). Temperaturile ridicate, adică energiile relative suficient de mari ale nucleelor ​​care se ciocnesc, sunt necesare pentru a depăși electrostaticul. bariera, ...... Enciclopedia fizică

    Chim. transformări și procese nucleare, în care apariția unei particule active intermediare (un radical liber, un atom, o moleculă excitată în transformări chimice, un neutron în procese nucleare) determină un lanț de transformări ale celor inițiale în c. Exemple de chimie. C. r... Enciclopedia chimică

    Una dintre noile direcții ale modernului geol. știință, strâns legată de secțiunile adiacente ale fizicii nucleare, geochimiei, radiochimiei, geofizicii, cosmochimiei și cosmogoniei și acoperind probleme dificile evoluția naturală a nucleelor ​​atomice în natură și ...... Enciclopedia Geologică

    Izotopi stabili și radioactivi produși în obiecte naturale sub acțiunea radiației cosmice, de exemplu, după schema: XAz + P → YAZ + an + bp, în care A = A1 + an + (b 1)p; Z \u003d Z1.+ (b 1)p, unde XAz este nucleul original, P este rapid ... ... Enciclopedia Geologică

    Fuziunea termonucleară, reacția de fuziune a nucleelor ​​atomice ușoare în nuclee mai grele, care are loc la temperaturi foarte ridicate și este însoțită de eliberarea de cantități uriașe de energie. Fuziunea nucleară este o reacție care este inversul fisiunii atomilor: în cei din urmă ... ... Enciclopedia Collier

    Procese nucleare Dezintegrare radioactivă Dezintegrare alfa Dezintegrare beta Dezintegrare cluster Dezintegrare beta dublă Captură electronică Captură dublă de electroni Radiație gamma Conversie internă Tranziție izomeră Dezintegrare neutronă Dezintegrare pozitroni ... ... Wikipedia

    94 Neptunium ← Plutoniu → Americiu Sm Pu ... Wikipedia

    Fizică nucleară... Wikipedia

Cărți

  • Obținerea energiei nucleare și a metalelor rare și prețioase ca urmare a transformărilor nucleare. Energia de legare și energia potențială a interacțiunii electrice a sarcinilor electrice în neutroni, deuteron, tritiu, heliu-3 și heliu-4
  • Obținerea energiei nucleare și a metalelor rare și prețioase ca urmare a transformărilor nucleare. Energia de legare și energia potențială a interacțiunii electrice a sarcinilor electrice în neutroni, Deuter, Larin V.I.

Rachek Maria, Yesman Vitalia, Rumyantseva Victoria

Acest proiect de cercetare realizat de elevii clasei a IX-a. Este o sarcină principală în studiul de către școlari a temei "Structurile atomului și nucleul atomic. Utilizarea energiei nucleelor ​​atomice" la cursul de fizică de clasa a IX-a. Scopul proiectului este clarificarea condițiilor de producere a reacțiilor nucleare și a principiilor de funcționare a centralelor nucleare.

Descarca:

Previzualizare:

Instituție de învățământ bugetar municipal

Mediu şcoală cuprinzătoare № 14

Numele eroului Uniunii Sovietice

Anatoly Perfilyev

G . Alexandrov

Lucrări de cercetare în fizică

„Reacții nucleare”

Efectuat

elevilor

Clasa 9B:

Rachek Maria,

Rumyantseva Victoria,

Yesman Vitalia

profesor

Romanova O.G.

2015

Plan de proiect

Introducere

Partea teoretică

  • Energie nucleara.

Concluzie

Bibliografie

Introducere

Relevanță:

Una dintre cele mai importante probleme cu care se confruntă omenirea este problema energetică. Consumul de energie crește atât de rapid încât rezervele de combustibil cunoscute în prezent vor fi epuizate într-un timp relativ scurt. Problema „foamei de energie” nu este rezolvată prin utilizarea energiei din așa-numitele surse regenerabile (energia râurilor, vânt, soare, valurile marii, căldura adâncă a Pământului), deoarece acestea pot furniza cel mai bun caz doar 5-10% din nevoile noastre. În acest sens, la mijlocul secolului XX, a devenit necesară căutarea unor noi surse de energie.

În prezent, contribuția reală la furnizarea de energie este adusă de energie nucleară, și anume, centrale nucleare (abreviat NPP). Prin urmare, am decis să aflăm dacă centralele nucleare sunt utile omenirii.

Obiectivele lucrării:

  1. Aflați condițiile de apariție a reacțiilor nucleare.
  2. Aflați principiile de funcționare a centralelor nucleare, precum și dacă acesta are un efect bun sau rău asupra mediu inconjurator si de persoana.

Pentru a atinge scopul, am stabilit următoarele sarcini:

  1. Aflați structura atomului, compoziția acestuia, ce este radioactivitatea.
  2. Explorează atomul de uraniu. Explorează o reacție nucleară.
  3. Explorați principiul de funcționare al motoarelor nucleare.

Metode de cercetare:

  1. Partea teoretică - citirea literaturii despre reacțiile nucleare.

Partea teoretică.

Istoria atomului și radioactivitatea. Structura atomului.

Presupunerea că toate corpurile sunt formate din particule minuscule a fost făcută de filozofii greci antici Leucip și Democrit acum aproximativ 2500 de mii de ani. Aceste particule sunt numite „atom”, care înseamnă „indivizibile”. Un atom este cea mai mică particulă de materie, cea mai simplă, fără părți constitutive.

Dar pe la mijlocul secolului al XIX-lea, au început să apară fapte experimentale care pun la îndoială ideea indivizibilității atomilor. Rezultatele acestor experimente au sugerat că atomii au o structură complexă și că conțin particule încărcate electric.

Cea mai frapantă dovadă structura complexa atom a fost descoperirea fenomenuluiradioactivitateluată de fizicianul francez Henri Becquerel în 1896. El a descoperit că elementul chimic uraniu emite spontan (adică fără interacțiuni externe) raze invizibile necunoscute anterior, care au fost denumite mai târziu.radiatii radioactive. Deoarece radiaţiile radioactive au proprietăți neobișnuite, mulți oameni de știință au început să-l studieze. S-a dovedit că nu numai uraniul, ci și alte elemente chimice (de exemplu, radiul) emit spontan raze radioactive. Capacitatea atomilor unor elemente chimice la radiații spontane a început să fie numită radioactivitate (din latină radio - iradiez și activus - eficient).

Becquerel a venit cu ideea: nu este nicio luminescență însoțită de raze X? Pentru a-și testa presupunerea, a luat mai mulți compuși, inclusiv una dintre sărurile de uraniu, care fosforescentă lumina galben-verde. După ce a iluminat-o cu lumina soarelui, a împachetat sarea în hârtie neagră și a așezat-o într-un dulap întunecat pe o farfurie fotografică, învelită tot în hârtie neagră. Un timp mai târziu, după ce a arătat farfuria, Becquerel a văzut într-adevăr imaginea unei bucăți de sare. Dar radiații luminiscente nu putea trece prin hârtie neagră și doar razele X puteau ilumina placa în aceste condiții. Becquerel a repetat experimentul de mai multe ori cu succes egal. La sfârșitul lunii februarie 1896, la o ședință a Academiei Franceze de Științe, a făcut un raport despre raze X substanțe fosforescente. După ceva timp, în laboratorul lui Becquerel a fost dezvoltată accidental o placă pe care s-a așezat sare de uraniu, neiradiată de lumina soarelui. Ea, desigur, nu a fosforescat, dar amprenta de pe farfurie s-a dovedit. Apoi Becquerel a început să experimenteze conexiuni diferiteși minerale de uraniu (inclusiv cele care nu prezintă fosforescență), precum și uraniu metalic. Farfuria era mereu luminată. Prin plasarea unei cruci metalice între sare și farfurie, Becquerel a obținut contururile slabe ale crucii de pe farfurie. Apoi a devenit clar că au fost descoperite noi raze care trec prin obiecte opace, dar nu sunt raze X.

Becquerel împărtășește descoperirea sa cu oamenii de știință cu care a colaborat. În 1898, Marie Curie și Pierre Curie au descoperit radioactivitatea toriului, iar mai târziu au descoperit elementele radioactive poloniu și radiu. Ei au descoperit că toți compușii uraniului și, în cea mai mare măsură, uraniul însuși au proprietatea radioactivității naturale. Becquerel s-a întors la luminoforii care îl interesau. Adevărat, el a făcut o altă descoperire majoră legată de radioactivitate. Odată, pentru o prelegere publică, Becquerel avea nevoie de o substanță radioactivă, a luat-o de la Curies și a băgat eprubeta în buzunarul vestei. După ce a ținut o prelegere, a returnat proprietarilor preparatul radioactiv, iar a doua zi a găsit roșeață a pielii sub formă de eprubetă pe corp sub buzunarul vestei. Becquerel i-a spus despre asta lui Pierre Curie și a pus la cale un experiment: timp de zece ore a purtat o eprubetă cu radiu legat de antebraț. Câteva zile mai târziu a făcut și roșeață, care s-a transformat apoi într-un ulcer sever, de care a suferit timp de două luni. Astfel, efectul biologic al radioactivității a fost descoperit pentru prima dată.

În 1899, în urma unui experiment efectuat sub îndrumarea fizicianului englez Ernest Rutherford, s-a constatat că radiația radioactivă a radiului este neomogenă, adică. are o compoziție complexă. În mijloc există un flux (radiație) care nu are sarcină electrică și 2 fluxuri de particule încărcate aliniate pe laterale. Particulele încărcate pozitiv se numesc particule alfa, care sunt atomi de heliu complet ionizați, iar particulele încărcate negativ, particule beta, care sunt electroni. Neutrele sunt numite particule gamma sau cuante gamma. Radiația gamma, așa cum sa dovedit mai târziu, este una dintre intervalele de radiații electromagnetice.

Din moment ce se știa că atomul în ansamblu este neutru, fenomenul radioactivității a permis oamenilor de știință să creeze un model aproximativ al atomului. Prima persoană care a făcut acest lucru a fost fizicianul englez Joseph John Thomson, care a creat unul dintre primele modele ale atomului în 1903. Modelul era o sferă, în volumul căreia o sarcină pozitivă era distribuită uniform. În interiorul mingii se aflau electroni, dintre care fiecare putea produce mișcări oscilatoriiîn jurul poziţiei sale de echilibru. Modelul semăna cu un tort cu stafide ca formă și structură. Sarcina pozitivă este egală în valoare absolută cu sarcina negativă totală a electronilor, deci sarcina atomului în ansamblu este zero.

Modelul lui Thomson al structurii atomului necesita o verificare experimentală, care a fost preluată în 1911 de Rutherford. A efectuat experimente și a ajuns la concluzia că modelul atomului este o minge, în centrul căreia se află un nucleu încărcat pozitiv, care ocupă un volum mic din întregul atom. Electronii se mișcă în jurul nucleului, a cărui masă este mult mai mică. Un atom este neutru din punct de vedere electric deoarece sarcina nucleului este egală cu modulul sarcinii totale a electronilor. Rutherford a mai descoperit că nucleul unui atom are un diametru de aproximativ 10-14 – 10 -15 m, adică este de sute de mii de ori mai mic decât un atom. Este nucleul care suferă o schimbare în timpul transformărilor radioactive, adică. radioactivitatea este capacitatea unor nuclee atomice de a se transforma spontan în alte nuclee cu emisia de particule. Pentru a înregistra (a se vedea) particulele, în 1908, fizicianul german Hans Geiger a inventat așa-numitul contor Geiger.

Mai târziu, particulele încărcate pozitiv dintr-un atom au fost numite protoni, iar cele negative - neutroni. Protonii și neutronii sunt cunoscuți în mod colectiv ca nucleoni.

fisiunea uraniului. Reacție în lanț.

Fisiunea nucleelor ​​de uraniu în timpul bombardamentului cu neutroni a fost descoperită în 1939 de oamenii de știință germani Otto Hahn și Fritz Strassmann.

Să luăm în considerare mecanismul acestui fenomen. După ce a absorbit un neutron în plus, nucleul intră în acțiune și se deformează, dobândind o formă alungită.

Există 2 tipuri de forțe în nucleu: forțe electrostatice de respingere între protoni, care au tendința de a rupe nucleul, și forțe nucleare de atracție între toți nucleonii, datorită cărora nucleul nu se descompune. Dar forțele nucleare sunt cu rază scurtă de acțiune, așa că într-un nucleu alungit nu mai pot ține părțile nucleului care sunt foarte îndepărtate unele de altele. Sub acțiunea forțelor electrostatice, nucleul este rupt în două părți, care se împrăștie în direcții diferite cu mare viteză și emit 2-3 neutroni. Parte energie interna intră în cinetică. Fragmentele nucleului încetinesc rapid în mediu, drept urmare energia lor cinetică este convertită în energia internă a mediului. Odată cu fisiunea simultană a unui număr mare de nuclee de uraniu, energia internă a mediului care înconjoară uraniul și, în consecință, temperatura acestuia crește. Astfel, reacția de fisiune a nucleelor ​​de uraniu merge cu eliberarea de energie în mediu. Energia este colosală. Odată cu fisiunea completă a tuturor nucleelor ​​prezente în 1 g de uraniu, se eliberează atâta energie cât se eliberează în timpul arderii a 2,5 tone de petrol. Pentru a transforma energia internă a nucleelor ​​atomice în energie electrică, reacții în lanț fisiunea nucleară, pe baza faptului că 2-3 neutroni eliberați în timpul fisiunii primului nucleu pot lua parte la fisiunea altor nuclee care îi captează. Pentru a menține continuitatea reacției în lanț, este important să se țină cont de masa de uraniu. Dacă masa de uraniu este prea mică, atunci neutronii zboară din el fără a întâlni nucleul pe drum. Reacția în lanț se oprește. Cu cât masa unei bucăți de uraniu este mai mare, cu atât este mai mare dimensiunile acesteia și cu atât calea pe care neutronii o parcurg este mai lungă. Probabilitatea ca neutronii să se întâlnească cu nucleele atomice crește. În consecință, numărul de fisiuni nucleare și numărul de neutroni emiși crește. Numărul de neutroni care au apărut după fisiunea nucleelor ​​este egal cu numărul de neutroni pierduți, deci reacția poate continua perioadă lungă de timp. Pentru ca reacția să nu se oprească, trebuie să luați o masă de uraniu o anumită valoare- critică. Dacă masa uraniului este mai mult decât critică, atunci, ca urmare a creșterii puternice a neutronilor liberi, reacția în lanț duce la o explozie.

Reactor nuclear. Reacție nucleară. Conversia energiei interne a nucleelor ​​atomice în energie electrica.

Reactor nuclear - Acesta este un dispozitiv în care se realizează o reacție nucleară controlată în lanț, însoțită de eliberarea de energie. Primul reactor nuclear, numit SR-1, a fost construit în decembrie 1942 în SUA sub conducerea lui E. Fermi. În prezent, conform AIEA, există 441 de reactoare în lume în 30 de țări. Alte 44 de reactoare sunt în construcție.

Într-un reactor nuclear, uraniul-235 este folosit în principal ca material fisionabil. Un astfel de reactor se numește reactor cu neutroni lent. moderator Neutronii pot fi substanțe diferite:

  1. Apă . Avantajele apei obișnuite ca moderator sunt disponibilitatea ei și costul redus. Dezavantajele apei sunt temperatura scazuta fierbere (100 °C la o presiune de 1 atm) și absorbția neutronilor termici. Primul dezavantaj este eliminat prin creșterea presiunii în circuitul primar. Absorbția neutronilor termici de către apă este compensată prin utilizarea combustibilului nuclear pe bază de uraniu îmbogățit.
  2. Apa grea . Apa grea diferă puțin de apa obișnuită prin proprietățile sale chimice și termofizice. Practic nu absoarbe neutronii, ceea ce face posibilă utilizarea uraniului natural ca combustibil nuclear în reactoare cu un moderator de apă grea. Dezavantajul apei grele este costul ei ridicat.
  3. Grafit . Grafitul din reactor este obținut artificial dintr-un amestec de cocs de petrol și gudron de cărbune. Mai întâi, blocurile sunt presate din amestec, iar apoi aceste blocuri sunt tratate termic la o temperatură ridicată. Grafitul are o densitate de 1,6-1,8 g/cm3. Se sublimeaza la o temperatura de 3800-3900 °C. Grafitul încălzit în aer la 400 °C se aprinde. Prin urmare, în reactoarele de putere, este conținut într-o atmosferă de gaz inert (heliu, azot).
  4. Beriliu . Unul dintre cei mai buni retardatori. Are un punct de topire ridicat (1282°C) și conductivitate termică și este compatibil cu dioxid de carbon, apă, aer și unele metale lichide. Cu toate acestea, heliul apare în reacția de prag, prin urmare, sub iradiere intensă cu neutroni rapizi, în interiorul beriliului se acumulează gaz, sub presiunea căruia beriliul se umflă. Utilizarea beriliului este, de asemenea, limitată de costul ridicat. În plus, beriliul și compușii săi sunt foarte toxici. Beriliul este folosit pentru a face reflectoare și dispozitive de deplasare a apei în miezul reactoarelor de cercetare.

Părți ale unui reactor cu neutroni lent: în miez există combustibil nuclear sub formă de tije de uraniu și un moderator de neutroni (de exemplu, apă), un reflector (un strat de materie care înconjoară miezul) și o carcasă de protecție din beton. Reacția este controlată de tije de control care absorb efectiv neutronii. Pentru a porni reactorul, acestea sunt îndepărtate treptat din miez. Neutronii și fragmentele de nuclee formate în timpul acestei reacții, care se despart cu viteză mare, cad în apă, se ciocnesc cu nucleele atomilor de hidrogen și oxigen și le conferă o parte din energia lor cinetică. În același timp, apa se încălzește și, după un timp, neutronii încetiniți cad din nou în tijele de uraniu și participă la fisiunea nucleară. Zona activă este conectată la schimbătorul de căldură prin intermediul unor conducte, formând primul circuit închis. Pompele asigură circulația apei în el. Apa încălzită trece prin schimbătorul de căldură, încălzește apa din serpentina secundară și o transformă în abur. Astfel, apa din miez servește nu numai ca moderator de neutroni, ci și ca lichid de răcire care elimină căldura. După ce energia aburului din bobină este transformată în energie electrică. Aburul întoarce turbina, care antrenează rotorul generatorului. curent electric. Aburul evacuat intră în condensator și se transformă în apă. Apoi se repetă întregul ciclu.

motor nuclearfolosește energia fisiunii nucleare sau a fuziunii pentru a crea tracțiunea jetului. Motorul nuclear tradițional în ansamblu este un proiect al unui reactor nuclear și al motorului în sine. Fluidul de lucru (mai des - amoniac sau hidrogen) este furnizat din rezervor la miezul reactorului, unde, trecând prin canalele încălzite prin reacția de descompunere nucleară, este încălzit la temperaturi ridicate și apoi aruncat prin duză, creând tracțiunea jetului. .

Energie nucleara.

Energie nucleara- un domeniu de tehnologie bazat pe utilizarea reacției de fisiune a nucleelor ​​atomice pentru a genera căldură și a genera electricitate. Sectorul energiei nucleare este cel mai important în Franța, Belgia, Finlanda, Suedia, Bulgaria și Elveția, de exemplu. în acele ţări industrializate în care nu există suficiente resurse naturale de energie. Aceste țări generează între un sfert și jumătate din electricitatea lor din centralele nucleare.

Primul reactor european a fost creat în 1946 în Uniunea Sovietică sub conducerea lui Igor Vasilyevich Kurchatov. În 1954, prima centrală nucleară a fost pusă în funcțiune la Obninsk. Avantajele NPP:

  1. Principalul avantaj este independența practică față de sursele de combustibil datorită cantității mici de combustibil utilizat. În Rusia, acest lucru este deosebit de important în partea europeană, deoarece livrarea cărbunelui din Siberia este prea scumpă. Funcționarea unei centrale nucleare este mult mai ieftină decât a unei centrale termice. Adevărat, construcția unei centrale termice este mai ieftină decât construcția unei centrale nucleare.
  2. Un avantaj uriaș al unei centrale nucleare este curățenia relativă a mediului. La TPP-urile, emisiile totale anuale de substanțe nocive sunt de aproximativ 13.000 de tone pe an pentru gaze și 165.000 de tone pentru TPP-urile pe cărbune pulverizat. Nu există astfel de emisii la centralele nucleare. Centralele termice consumă 8 milioane de tone de oxigen pe an pentru oxidarea combustibilului, în timp ce centralele nucleare nu consumă oxigen deloc. În plus, o centrală pe cărbune dă o eliberare specifică mai mare de substanțe radioactive. Cărbunele conține întotdeauna substanțe radioactive naturale; atunci când cărbunele este ars, acestea intră aproape complet în mediul extern. Majoritatea radionuclizilor din centralele termice sunt de lungă durată. Majoritatea radionuclizilor din centralele nucleare se degradează rapid, transformându-se în neradioactivi.
  3. Pentru majoritatea țărilor, inclusiv Rusia, producția de energie electrică la centralele nucleare nu este mai scumpă decât la centralele termice pe cărbune pulverizat și, cu atât mai mult, la centralele termice cu motorină. Avantajul centralelor nucleare în ceea ce privește costul energiei electrice produse este remarcat mai ales în timpul așa-numitelor crize energetice care au început la începutul anilor 1970. Scăderea prețului petrolului reduce automat competitivitatea centralelor nucleare.

Utilizarea motoarelor nucleare în timpurile moderne.

Dupa cum fizica nucleara perspectiva creării centralelor nucleare se profila din ce în ce mai clar. Primul pas practic în această direcție a fost făcut de Uniunea Sovietică unde în 1954 a fost construită o centrală nucleară.

În 1959 Prima navă cu propulsie nucleară din lume, spărgătorul de gheață Lenin, a fost pus în funcțiune sub pavilionul URSS.

ÎN anul trecutÎn secolul al XIX-lea, puternicele spărgătoare de gheață sovietice cu propulsie nucleară Arktika și Sibir au intrat în ceasul arctic...

Energia nucleară a deschis oportunități deosebit de mari pentru submarine, făcând posibilă rezolvarea a două dintre cele mai multe probleme reale- crește viteza subacvatică și crește durata înotului sub apă fără a ieși la suprafață. Până la urmă, cele mai avansate submarine diesel-electrice nu pot dezvolta mai mult de 18-20 de noduri sub apă și chiar și această viteză se menține doar aproximativ o oră, după care sunt nevoite să iasă la suprafață pentru a încărca bateriile.

În asemenea condiții, la conducerea Comitetului Central al PCUS și a guvernului sovietic, în țara noastră a fost creată o flotă de submarine atomice în cel mai scurt timp posibil. Submarinele sovietice cu propulsie nucleară au traversat în mod repetat Oceanul Arctic sub gheață, au ieșit la suprafață în regiunea Polului Nord. În ajunul celui de-al XXIII-lea Congres al PCUS, un grup de submarine nucleare a înconjurat lumea, trecând aproximativ 22 de mii de mile sub apă fără a ieși la suprafață ...

Principala diferență dintre un submarin nuclear și unul alimentat cu abur este înlocuirea unui cazan cu abur cu un reactor în care se realizează o reacție controlată în lanț de fisiune a atomilor de combustibil nuclear cu eliberarea de căldură utilizată pentru a produce abur într-un abur. generator.

Centrală nucleară creată pentru submarine perspectiva reala nu numai pentru a ajunge din urmă în viteză cu navele de suprafață, ci și pentru a le depăși. După cum știm, într-o stare scufundată, un submarin nu se confruntă cu rezistența la valuri, pentru a depăși navele cu deplasare de suprafață de mare viteză cheltuiesc cea mai mare parte a puterii centralei electrice.

Efectul biologic al radiațiilor.

Radiațiile, prin însăși natura lor, sunt dăunătoare vieții. Dozele mici de radiații pot „începe” un lanț de evenimente încă neînțeles pe deplin care duc la cancer sau leziuni genetice. La doze mari, radiațiile pot distruge celulele, pot deteriora țesuturile organelor și pot provoca moartea unui organism. Daunele cauzate de doze mari de radiații apar de obicei în câteva ore sau zile. Cu toate acestea, cancerele apar la mulți ani după expunere, de obicei nu mai devreme de una până la două decenii. Iar malformațiile congenitale și alte boli ereditare cauzate de deteriorarea aparatului genetic, prin definiție, apar doar în generațiile următoare sau ulterioare: este vorba despre copii, nepoți și descendenți mai îndepărtați ai unui individ care a fost expus la radiații.

În funcție de tipul de radiație, doza de radiație și condițiile acesteia, tipuri diferite leziuni prin radiații. Acestea sunt boala acută de radiații (ARS) - de la expunere externă, ARS - de la expunere internă, boala cronică de radiații, diverse forme clinice cu leziuni predominant locale ale organelor individuale, care pot fi caracterizate prin evoluție acută, subacută sau cronică; acestea sunt consecințe pe termen lung, dintre care cea mai semnificativă este apariția tumorilor maligne; procese degenerative și distrofice (cataractă, sterilitate, modificări sclerotice). Aceasta include și consecințele genetice observate la descendenții părinților expuși. Radiațiile ionizante care provoacă dezvoltarea lor, datorită capacității lor mari de penetrare, afectează țesuturile, celulele, structurile intracelulare, moleculele și atomii de oriunde în organism.

Ființele vii reacționează diferit la efectele radiațiilor, iar dezvoltarea reacțiilor de radiație depinde în mare măsură de doza de radiație. Prin urmare, este indicat să distingem între: 1) impactul dozelor mici, până la aproximativ 10 rad; 2) expunerea la doze medii utilizate în mod obișnuit cu scopuri terapeutice, care limitează limita lor superioară de expunere la doze mari. Când sunt expuse la radiații, există reacții care apar imediat, reacții precoce, precum și manifestări tardive (la distanță). Rezultatul final al iradierii depinde adesea în mare măsură de rata dozei, diverse conditii iradierea şi mai ales asupra naturii radiaţiilor. Acest lucru se aplică și domeniului de aplicare a radiațiilor în practica clinică în scop terapeutic.

Radiațiile afectează oamenii în mod diferit în funcție de sex și vârstă, starea organismului, sistemul imunitar etc., dar sunt deosebit de puternice asupra sugarilor, copiilor și adolescenților.

Cancerul este cea mai gravă dintre toate consecințele expunerii umane la doze mici. Sondaje ample care acoperă 100.000 de supraviețuitori bombardamentele atomice Hiroshima și Nagasaki au arătat că până acum cancerul este singura cauză a mortalității excesive în acest grup de populație.

Concluzie.

După ce am efectuat cercetări, am aflat că combustibilul nuclear și motoarele nucleare aduc mari beneficii oamenilor. Datorită lor, o persoană a găsit surse ieftine de căldură și energie (o centrală nucleară înlocuiește câteva zeci sau chiar sute de centrale termice convenționale pentru o persoană), a reușit să treacă prin gheață până la Polul Nord și să se scufunde în fund. al oceanului. Dar toate acestea funcționează numai atunci când sunt aplicate corect, adică. în cantitate potrivită și numai în scopuri pașnice. Au fost multe cazuri de explozii de centrale nucleare (Cernobîl, Fukushima) și explozii de bombe atomice (Hiroshima și Nagasaki).

Dar nimeni nu este protejat de consecințele deșeurilor radioactive. Mulți oameni suferă de radiații și cancer cauzat de radiații. Dar credem că în câțiva ani, oamenii de știință vor veni cu metode de eliminare a deșeurilor radioactive fără a dăuna sănătății și vor inventa remedii pentru toate aceste boli.

Bibliografie.

  1. A. V. Pyoryshkin, E. M. Gutnik. „Manual de fizică pentru clasa a 9-a”.
  2. G. Kessler. "Energie nucleară".
  3. R. G. Perelman. „Motoare nucleare”.
  4. E. Rutherford. Lucrări științifice alese. Structura atomului și transformarea artificială.
  5. https://en.wikipedia.org
Previzualizare:

Pentru a utiliza previzualizarea prezentărilor, creați-vă un cont ( cont) Google și conectați-vă:

Iar capacitatea de a folosi energia nucleară atât în ​​scopuri constructive (energie atomică), cât și în scopuri distructive (bombă atomică) a devenit, poate, una dintre cele mai semnificative invenții ale ultimului secol XX. Ei bine, în centrul acestei forțe formidabile care pândește în intestinele unui atom minuscul se află reacțiile nucleare.

Ce sunt reacțiile nucleare

În fizică, reacțiile nucleare sunt înțelese ca procesul de interacțiune a unui nucleu atomic cu un alt nucleu asemănător acestuia sau cu diferite particule elementare, în urma căruia se modifică compoziția și structura nucleului.

O mică istorie a reacțiilor nucleare

Prima reacție nucleară din istorie a fost făcută de marele om de știință Rutherford în 1919, în timpul experimentelor de detectare a protonilor în produsele de descompunere a nucleelor. Omul de știință a bombardat atomii de azot cu particule alfa și, atunci când particulele s-au ciocnit, a avut loc o reacție nucleară.

Și așa arăta ecuația acestei reacții nucleare. Rutherford este creditat cu descoperirea reacțiilor nucleare.

Aceasta a fost urmată de numeroase experimente ale oamenilor de știință privind implementarea tipuri variate reacțiile nucleare, de exemplu, reacția nucleară cauzată de bombardarea nucleelor ​​atomice de către neutroni, care a fost efectuată de remarcabilul fizician italian E. Fermi, a fost foarte interesantă și semnificativă pentru știință. În special, Fermi a descoperit că transformările nucleare pot fi cauzate nu numai de neutroni rapizi, ci și de cei lente, care se mișcă cu viteze termice. Apropo, reacțiile nucleare cauzate de expunerea la temperatură se numesc termonucleare. În ceea ce privește reacțiile nucleare sub influența neutronilor, acestea și-au primit foarte repede dezvoltarea în știință și, ce altceva, citiți mai departe despre asta.

Formula tipică pentru o reacție nucleară.

Ce reacții nucleare există în fizică

În general, reacțiile nucleare cunoscute în prezent pot fi împărțite în:

  • Fisiune nucleara
  • reactii termonucleare

Mai jos scriem în detaliu despre fiecare dintre ele.

fisiunea nucleelor ​​atomice

Reacția de fisiune a nucleelor ​​atomice implică dezintegrarea nucleului propriu-zis al unui atom în două părți. În 1939, oamenii de știință germani O. Hahn și F. Strassmann au descoperit fisiunea atomică, continuând cercetările predecesorilor lor științifici, au descoperit că atunci când uraniul este bombardat cu neutroni, apar elemente din partea de mijloc a tabelului periodic al lui Mendeleev, și anume izotopi radioactivi ai bariu, cripton și alte elemente. Din păcate, aceste cunoștințe au fost folosite inițial în scopuri terifiante, distructive, deoarece a doua Razboi mondialși germani, iar pe de altă parte, oamenii de știință americani și sovietici se întreceau pentru a dezvolta arme nucleare (bazate pe reacția nucleară a uraniului), care s-au încheiat cu infamele „ciuperci nucleare” peste orașele japoneze Hiroshima și Nagasaki.

Dar, revenind la fizică, reacția nucleară a uraniului în timpul divizării nucleului său are aceeași energie colosală pe care știința a fost capabilă să o pună în serviciu. Cum are loc o astfel de reacție nucleară? După cum am scris mai sus, apare din cauza bombardării nucleului atomului de uraniu de către neutroni, din care nucleul se desparte și ia naștere o energie cinetică uriașă, de ordinul a 200 MeV. Dar ceea ce este cel mai interesant, ca produs al reacției de fisiune nucleară a nucleului de uraniu dintr-o coliziune cu un neutron, există mai mulți neutroni noi liberi, care, la rândul lor, se ciocnesc cu nuclee noi, le despart și așa mai departe. Ca urmare, există și mai mulți neutroni și chiar mai multe nuclee de uraniu divizate în urma coliziunilor cu ei - are loc o adevărată reacție nucleară în lanț.

Așa arată pe diagramă.

În acest caz, factorul de multiplicare a neutronilor trebuie să fie mai mare decât unitatea, aceasta fiind o condiție necesară pentru o reacție nucleară de acest fel. Cu alte cuvinte, în fiecare generație ulterioară de neutroni formată după dezintegrarea nucleelor, ar trebui să existe mai mulți dintre ei decât în ​​cea anterioară.

Este de remarcat faptul că, conform unui principiu similar, reacțiile nucleare în timpul bombardamentului pot avea loc și în timpul fisiunii nucleelor ​​atomilor unor alte elemente, cu nuanțe că nucleele pot fi bombardate de o varietate de particule elementare și produsele unor astfel de reacții nucleare vor diferi pentru a le descrie mai detaliat. , avem nevoie de o întreagă monografie științifică

reactii termonucleare

Reacțiile termonucleare se bazează pe reacții de fuziune, adică, de fapt, procesul este inversul fisiunii, nucleele atomilor nu se împart în părți, ci mai degrabă se contopesc între ele. De asemenea, eliberează multă energie.

Reacțiile termonucleare, după cum sugerează și numele (termo - temperatură) pot avea loc numai la temperaturi foarte ridicate. La urma urmei, pentru ca două nuclee de atomi să se fuzioneze, trebuie să se apropie unul de celălalt la o distanță foarte apropiată, depășind în același timp respingerea electrică a sarcinilor lor pozitive, acest lucru este posibil atunci când există o energie cinetică mare, care, la rândul său, este posibil la temperaturi ridicate. Trebuie remarcat faptul că reacțiile termonucleare ale hidrogenului nu au loc, totuși, nu numai pe ea, ci și pe alte stele, se poate chiar spune că tocmai aceasta stă la baza naturii oricărei stele.

Video reacții nucleare

Și, în sfârșit, un videoclip educațional pe tema articolului nostru, reacții nucleare.

Ele sunt împărțite în 2 clase: reacții termonucleare și reacții sub acțiunea particulelor nucleare și fisiunea nucleară. Primele necesită o temperatură de ~ câteva milioane de grade pentru implementarea lor și apar numai în interiorul stelelor sau în timpul exploziilor de bombe H. Acestea din urmă apar în atmosferă și litosferă din cauza radiațiilor cosmice și datorită particulelor nuclear-active din învelișul superior al Pământului. Particulele cosmice rapide (energie medie ~2 10 9 eV), care intră în atmosfera Pământului, cauzează adesea scindarea completă a atomilor atmosferici (N, O) în fragmente nucleare mai ușoare, inclusiv neutroni. Rata de formare a acestuia din urmă ajunge la 2,6 neutroni (cm -2 sec -1). Neutronii interacționează predominant cu N atmosferic, oferind o producție constantă de radioactiv izotopi carbon C 14 (T 1/2 = 5568 ani) și tritiu H 3 (T 1/2 = 12,26 ani) conform următoarelor reacții N 14 + P\u003d C14 + H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Formarea anuală a radiocarbonului în atmosfera terestră este de aproximativ 10 kg. S-a remarcat și formarea în atmosferă a Be 7 și Cl 39 radioactiv. Reacțiile nucleare din litosferă apar în principal datorită particulelor α și neutronilor care apar din dezintegrarea elementelor radioactive cu viață lungă (în principal U și Th). Trebuie remarcată acumularea de He 3 în unele ml care conțin Li (vezi. izotopi de heliu în geologie), formarea izotopilor individuali ai neonului în euxenit, monazit și alte m-lah-uri în funcție de reacțiile: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Formarea izotopilor de argon în substanțele radioactive în funcție de reacțiile: Cl 35 + Nu = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. În timpul fisiunii spontane și induse de neutroni a uraniului, se observă formarea izotopilor grei ai criptonului și xenonului. (vezi metoda de determinare a vârstei absolute cu Xenon).În m-lakh-ul litosferei, fisiunea artificială a nucleelor ​​atomice determină acumularea anumitor izotopi în cantitate de 10 -9 -10 -12% din masa m-la.

  • - transformări ale nucleelor ​​atomice datorită interacţiunilor lor cu particule elementare sau unul cu altul...
  • - reacții în lanț ramificate de fisiune a nucleelor ​​grele de către neutroni, în urma cărora numărul de neutroni crește brusc și poate avea loc un proces de fisiune auto-susținut...

    Începuturile științelor naturale moderne

  • - muniție, al cărei efect dăunător se bazează pe utilizarea energiei unei explozii nucleare. Acestea includ focoase nucleare de rachete și torpile, bombe nucleare, obuze de artilerie, încărcături de adâncime, mine ...

    Dicţionar de termeni militari

  • Glosar de termeni juridici

  • - ....

    Dicţionar enciclopedic de economie şi drept

  • - conform definiției Legii federale „Cu privire la utilizarea energiei atomice” din 20 octombrie 1995, „materiale care conțin sau sunt capabile să reproducă substanțe nucleare fisionabile”...

    Big Law Dictionary

  • - snurps, ARN nuclear mic mărime mică asociat cu ARN nuclear heterogen , fac parte din granulele mici de ribonucleoproteine ​​ale nucleului...
  • - Vezi nucleare mici...

    Biologie moleculară și genetică. Dicţionar

  • - reacții nucleare, în care particula incidentă transferă energie nu întregului nucleu țintă, ci unuia separat. nucleon sau grup de nucleoni din acest nucleu. În P.I. R. nu se formează un nucleu compus.

    Științele naturii. Dicţionar enciclopedic

  • - accidente care au loc la centralele nucleare. În timpul unui accident nuclear, contaminarea radioactivă a mediului crește brusc...

    Dicționar ecologic

  • - transformarea atomilor nucleelor ​​la ciocnirea cu alte nuclee, particule elementare sau cuante gamma. Când nucleele grele sunt bombardate cu altele mai ușoare, se obțin toate elementele transuraniu...

    Dicţionar Enciclopedic de Metalurgie

  • - procese nucleare în care energia introdusă în nucleul atomic este transferată în principal unuia sau unui grup mic de nucleoni...

    Marea Enciclopedie Sovietică

  • - Reacții nucleare DIRECTE - reacții nucleare în care particula incidentă transferă energie nu întregului nucleu țintă, ci unui nucleon individual sau unui grup de nucleoni din acest nucleu. În reacțiile nucleare directe, nu se formează niciun compus...
  • - vezi Reacții nucleare în lanț...

    Dicționar enciclopedic mare

  • - reacții de transformare a nucleelor ​​atomice la interacțiunea cu particulele elementare, p-quanta sau între ele. Studiat pentru prima dată de Ernest Rutherford în 1919...

    Dicționar enciclopedic mare

  • - REACȚII NUCLARE ÎN LANȚ - reacții auto-susținute de fisiune a nucleelor ​​atomice sub acțiunea neutronilor în condițiile în care fiecare eveniment de fisiune este însoțit de emisia a cel puțin 1 neutron, care asigură menținerea...

    Dicționar enciclopedic mare

„REACȚII NUCLARE ÎN NATURĂ” în cărți

Eurorachete nucleare

Din cartea Purely Confidential [Ambasador la Washington sub șase președinți americani (1962-1986)] autor Dobrynin Anatoly Fedorovich

Capitolul 6 Închinarea naturii. Mituri despre natură

Din cartea Miturile Armeniei autor Ananikyan Martiros A

Capitolul 6 Închinarea naturii. Mituri despre natură

Robinsons nucleari

Din cartea Bomb. Secretele și pasiunile lumii interlope atomice autor Pestov Stanislav Vasilievici

Robinsons nucleari La sfârșitul anilor 50, Hrușciov era foarte interesat de un proiect propus de inginerii militari. Esența sa a fost crearea de insule artificiale în largul coastei atlantice a Statelor Unite. S-a gândit așa: într-o noapte întunecată de hoți, nave puternice de marfă uscată își fac drum spre

Ambiția nucleară

Din cartea Treziți-vă! Supraviețuiește și prosperă în viitorul haos economic autorul Chalabi El

Ambiții nucleare În a doua jumătate a anului 2003, lumea a aflat că programul de îmbogățire a uraniului al Iranului era mai avansat decât se credea anterior și că în câțiva ani Iranul va deveni o armă nucleară. Să cităm cuvintele americanului oficial, implicat

Vânzări nucleare

Din cartea Infobusiness la capacitate maximă [Dublarea vânzărilor] autor Parabellum Andrei Alekseevici

Nuclear Sales Japan testează în prezent un model interesant. O companie care a făcut cercetări despre clienți a semnat o mulțime de contracte cu diverse firme care au nevoie Părere de la Al lor public-țintă. Au deschis un magazin pentru lucruri gratuite -

„VALIZE NUCLARE”

Din cartea Necunoscut, respins sau ascuns autor Țareva Irina Borisovna

„VALIZE NUCLARE” Este mai tare decât celebrele „valize cu dovezi compromițătoare”! În jurul așa-ziselor „valize nucleare” se desfășoară un scandal fără grabă, de lungă durată. Totul a început cu o declarație senzațională făcută de fostul secretar al Securității. Consiliul Federației Ruse.

Despre natura, legile și natura legilor

Din cartea Cuvinte clare autorul Ozornin Prokhor

Despre natură, legi și natura legilor Ceea ce era absurd ieri a devenit legea naturii astăzi. Legile se schimbă - natura rămâne aceeași

Reacții nucleare și sarcină electrică

Din cartea Neutrino - particula fantomatică a atomului autorul Asimov Isaac

Reacții nucleare și sarcină electrică Când fizicienii au început să înțeleagă mai clar structura atomului în anii 1990, au descoperit că cel puțin unele dintre părțile sale poartă o sarcină electrică. De exemplu, electronii care umplu regiunile exterioare ale unui atom

REACȚII NUCLARE

Din carte Energie Atomicăîn scopuri militare autor Smith Henry Dewolf

REACȚII NUCLARE METODE DE BOMBARDARE NUCLARE1.40. Cockcroft și Walton au produs protoni de energie suficient de mare prin ionizarea gazului de hidrogen și apoi accelerarea ionilor într-o instalație de înaltă tensiune cu un transformator și un redresor. O metodă similară poate

ACCIDENTE NUCLARE

Din carte de urgențăîn flota sovietică autor Cherkashin Nikolai Andreevich Reacții nucleare în lanț Din cartea Great Soviet Encyclopedia (YD) a autorului TSB

§ 3.13 Reacții nucleare și defect de masă

Din cartea Ritz Ballistic Theory and the Picture of the Universe autor Semikov Serghei Alexandrovici

§ 3.13 Reacții nucleare și defect de masă Toate modificările naturii care apar sunt astfel de stări încât cât de mult se ia dintr-un corp, atât de mult se va adăuga altuia. Deci, dacă o materie scade undeva, se va înmulți în alt loc... Acest natural universal

Plan:

    Introducere
  • 1 Miez compozit
    • 1.1 Energia de excitare
    • 1.2 Canale de reacție
  • 2 Secțiune transversală de reacție nucleară
    • 2.1 Randamentul de reacție
  • 3 Reacții nucleare directe
  • 4 Legile de conservare în reacțiile nucleare
    • 4.1 Legea conservării energiei
    • 4.2 Legea conservării impulsului
    • 4.3 Legea conservării momentului unghiular
    • 4.4 Alte legi de conservare
  • 5 Tipuri de reacții nucleare
    • 5.1 Fisiunea nucleară
    • 5.2 Fuziunea termonucleară
    • 5.3 reacție fotonucleară
    • 5.4 Altele
  • 6 Înregistrarea reacțiilor nucleare
    • Note

Introducere

Reacția nucleară a litiului-6 cu deuteriu 6 Li(d,α)α

reacție nucleară- procesul de formare de noi nuclee sau particule în timpul ciocnirilor de nuclee sau particule. Pentru prima dată, Rutherford a observat o reacție nucleară în 1919, bombardând nucleele atomilor de azot cu particule α, aceasta a fost înregistrată prin apariția particulelor ionizante secundare care au o gamă în gaz mai mare decât domeniul particulelor α și identificați ca protoni. Ulterior, fotografiile acestui proces au fost obținute folosind o cameră cu nori.

În funcție de mecanismul de interacțiune, reacțiile nucleare sunt împărțite în două tipuri:

  • reacții cu formarea unui nucleu compus, acesta este un proces în două etape care are loc la o energie cinetică nu foarte mare a particulelor care se ciocnesc (până la aproximativ 10 MeV).
  • reacții nucleare directe timp nuclear necesare pentru ca particula să traverseze nucleul. Acest mecanism se manifestă în principal la energii foarte mari ale particulelor de bombardare.

Dacă, după o coliziune, nucleele și particulele originale sunt păstrate și nu se nasc altele noi, atunci reacția este o împrăștiere elastică în câmpul forțelor nucleare, însoțită doar de o redistribuire a energiei cinetice și a impulsului particulei și țintei. nucleu și se numește împrăștiere potențială .


1. Nucleu compus

Teoria mecanismului de reacție cu formarea unui nucleu compus a fost dezvoltată de Niels Bohr în 1936 împreună cu teoria modelului de picătură a nucleului și stă la baza ideilor moderne despre o mare parte a reacțiilor nucleare.

Conform acestei teorii, o reacție nucleară se desfășoară în două etape. La început, particulele inițiale formează un nucleu intermediar (compozit) pentru timp nuclear, adică timpul necesar pentru ca particulele să traverseze nucleul, aproximativ egal cu 10 −23 - 10 −21 s. În acest caz, nucleul compus este întotdeauna format într-o stare excitată, deoarece are energie în exces adusă de particulă la nucleu sub forma energiei de legare a nucleonului din nucleul compus și o parte din energia sa cinetică, care este egală cu suma energiei cinetice a nucleului țintă cu numar de masași particulele din centrul sistemului de inerție.


1.1. Energia de excitare

Energia de excitație a unui nucleon compus format prin absorbția unui nucleon liber este egală cu suma energiei de legare a nucleonului și a unei părți a energiei sale cinetice:

Cel mai adesea, din cauza diferenței mari dintre masele nucleului și nucleonului, este aproximativ egală cu energia cinetică a nucleonului care bombardează nucleul.

În medie, energia de legare este de 8 MeV, variind în funcție de caracteristicile nucleului compus rezultat, totuși, pentru nuclei și nucleoni țintă date, această valoare este o constantă. Energia cinetică a particulei care bombardează poate fi orice, de exemplu, atunci când reacțiile nucleare sunt excitate de neutroni, al căror potențial nu are o barieră Coulomb, valoarea poate fi aproape de zero. Astfel, energia de legare este energia de excitație minimă a nucleului compus.


1.2. Canale de reacție

Trecerea la starea neexcitată poate fi efectuată în diferite moduri, numite canale de reacție. Determină tipurile și starea cuantică a particulelor și nucleelor ​​incidente înainte de începerea reacției canal de intrare reactii. După terminarea reacției, s-a format setul de produși de reacție iar stările lor cuantice determină canal de ieșire reactii. Reacția este pe deplin caracterizată de canalele de intrare și de ieșire.

Canalele de reacție nu depind de metoda de formare a nucleului compus, care poate fi explicată prin durata lungă de viață a nucleului compus, se pare că „uită” cum s-a format, prin urmare formarea și degradarea nucleului compus pot să fie considerate evenimente independente. De exemplu, poate fi format ca un nucleu compus într-o stare excitată în una dintre următoarele reacții:

Ulterior, în condiția aceleiași energii de excitație, acest nucleu compus se poate descompune prin reversul oricăreia dintre aceste reacții cu o anumită probabilitate, independent de istoria originii acestui nucleu. Probabilitatea formării unui nucleu compus depinde de energie și de tipul nucleului țintă.


2. Secțiune transversală de reacție nucleară

Probabilitatea unei reacții este determinată de așa-numita secțiune transversală nucleară a reacției. În cadrul de referință de laborator (unde nucleul țintă este în repaus), probabilitatea de interacțiune pe unitatea de timp este egală cu produsul secțiunii transversale (exprimat în unități de suprafață) și fluxul de particule incidente (exprimat în numărul de particule care traversează o unitate de suprafață pe unitatea de timp). Dacă pot fi implementate mai multe canale de ieșire pentru un canal de intrare, atunci raportul dintre probabilitățile canalelor de ieșire de reacție este egal cu raportul secțiunilor lor transversale. În fizica nucleară, secțiunile transversale ale reacțiilor sunt de obicei exprimate în unități speciale - hambare, egale cu 10 -24 cm².


2.1. Randamentul reactiei

Se numește numărul de cazuri de reacție legate de numărul de particule care bombardează ținta reacție nucleară. Această valoare este determinată experimental în măsurători cantitative. Deoarece randamentul este direct legat de secțiunea transversală de reacție, măsurarea randamentului este în esență o măsurare a secțiunii transversale de reacție.

3. Reacții nucleare directe

Cursul reacțiilor nucleare este posibil și prin mecanismul interacțiunii directe, în principal un astfel de mecanism se manifestă la energii foarte mari ale particulelor de bombardare, când nucleonii nucleului pot fi considerați liberi. Reacțiile directe diferă de mecanismul nucleului compus în primul rând în distribuția vectorilor de impuls ai particulelor de produs în raport cu impulsul particulelor de bombardare. Spre deosebire de simetria sferică a mecanismului nucleului compus, interacțiunea directă este caracterizată prin direcția predominantă de zbor înainte a produselor de reacție în raport cu direcția de mișcare a particulelor incidente. Distribuțiile de energie ale particulelor de produs în aceste cazuri sunt, de asemenea, diferite. Interacțiunea directă este caracterizată printr-un exces de particule de înaltă energie. În ciocnirile cu nuclee de particule complexe (adică alte nuclee), sunt posibile procesele de transfer de nucleoni de la nucleu la nucleu sau schimbul de nucleoni. Astfel de reacții apar fără formarea unui nucleu compus și toate caracteristicile interacțiunii directe sunt inerente acestora.


4. Legile de conservare în reacțiile nucleare

În reacțiile nucleare sunt îndeplinite toate legile de conservare ale fizicii clasice. Aceste legi impun restricții cu privire la posibilitatea unei reacții nucleare. Chiar și un proces favorabil din punct de vedere energetic se dovedește întotdeauna imposibil dacă este însoțit de o încălcare a unei legi de conservare. În plus, există legi de conservare specifice microlumii; unele dintre ele sunt întotdeauna îndeplinite, din câte se știe (legea conservării numărului barion, număr lepton); alte legi de conservare (izospin, paritate, ciudățenie) suprimă doar anumite reacții, deoarece nu sunt satisfăcute pentru unele dintre interacțiunile fundamentale. Consecințele legilor de conservare sunt așa-numitele reguli de selecție, indicând posibilitatea sau interzicerea anumitor reacții.


4.1. Legea conservării energiei

Dacă , , , sunt energiile totale a două particule înainte și după reacție, atunci pe baza legii conservării energiei:

Când se formează mai mult de două particule, numărul de termeni din partea dreaptă a acestei expresii ar trebui să fie, respectiv, mai mare. Energia totală a unei particule este egală cu energia ei de repaus Mc 2 și energia cinetică E, de aceea:

Diferența dintre energiile cinetice totale ale particulelor la „ieșire” și „intrare” reacției Q = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) numit energie de reactie(sau randamentul energetic al reacției). Îndeplinește condiția:

Multiplicatorul 1/ c 2 este de obicei omis la calcularea bilanțului energetic, exprimând masele particulelor în unități de energie (sau uneori energia în unități de masă).

Dacă Q> 0, atunci reacția este însoțită de eliberarea de energie liberă și se numește exoenergetice , dacă Q < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoenergetice .

Este ușor să vezi asta Q> 0 când suma maselor particulelor-produs este mai mică decât suma maselor particulelor inițiale, adică eliberarea de energie liberă este posibilă numai prin reducerea maselor particulelor care reacţionează. Și invers, dacă suma maselor particulelor secundare depășește suma maselor celor inițiale, atunci o astfel de reacție este posibilă numai dacă o anumită cantitate de energie cinetică este cheltuită pentru a crește energia de repaus, adică, masele de noi particule. Valoarea minimă a energiei cinetice a unei particule incidente la care este posibilă o reacție endoenergetică se numește energia de reacție de prag. Se mai numesc si reactii endoenergetice reacții de prag, deoarece nu apar la energii ale particulelor sub prag.


4.2. Legea conservării impulsului

Momentul total al particulelor înainte de reacție este egal cu impulsul total al particulelor-produși de reacție. Dacă , , , sunt vectorii de impuls a două particule înainte și după reacție, atunci

Fiecare dintre vectori poate fi măsurat independent experimental, de exemplu cu un spectrometru magnetic. Datele experimentale indică faptul că legea conservării impulsului este valabilă atât în ​​reacțiile nucleare, cât și în procesele de împrăștiere a microparticulelor.


4.3. Legea conservării momentului unghiular

Momentul unghiular este, de asemenea, conservat în reacțiile nucleare. Ca urmare a ciocnirii microparticulelor, se formează numai astfel de nuclee compuși, al căror moment unghiular este egal cu una dintre valorile posibile ale momentului obținut prin adăugarea momentelor mecanice intrinseci (spinuri) ale particulelor și a momentului. a mișcării lor relative (momentul orbital). Canalele de dezintegrare ale unui nucleu compus pot fi, de asemenea, doar astfel încât momentul unghiular total (suma momentelor de spin și orbitale) să fie păstrat.


4.4. Alte legi de conservare

  • în reacțiile nucleare se conservă o sarcină electrică - suma algebrică a sarcinilor elementare înainte de reacție este egală cu suma algebrică a sarcinilor după reacție.
  • în reacţiile nucleare se păstrează numărul de nucleoni, ceea ce în cele mai generale cazuri este interpretat ca conservarea numărului barionic. Dacă energiile cinetice ale nucleonilor care se ciocnesc sunt foarte mari, atunci sunt posibile reacții de producere a perechilor de nucleoni. Deoarece semnele opuse sunt atribuite nucleonilor și antinucleonilor, suma algebrică a numerelor barionice rămâne întotdeauna neschimbată în orice proces.
  • în reacțiile nucleare se păstrează numărul de leptoni (mai precis, diferența dintre numărul de leptoni și numărul de antileptoni, vezi numărul de leptoni).
  • în reacțiile nucleare care au loc sub influența forțelor nucleare sau electromagnetice, se păstrează paritatea funcției de undă, care descrie starea particulelor înainte și după reacție. Paritatea funcției de undă nu este păstrată în transformări din cauza interacțiunilor slabe.
  • în reacțiile nucleare datorate interacțiunilor puternice, spinul izotopic este conservat. Interacțiunile slabe și electromagnetice nu conservă isospinurile.

5. Tipuri de reacții nucleare

Interacțiunile nucleare cu particulele sunt de natură foarte diversă, tipurile lor și probabilitățile unei anumite reacții depind de tipul de particule de bombardare, nucleele țintă, energiile particulelor și nucleelor ​​care interacționează și de mulți alți factori.

5.1. Fisiune nucleara

Fisiune nucleara- procesul de scindare a unui nucleu atomic în două (rar trei) nuclee cu mase apropiate, numite fragmente de fisiune. Ca urmare a fisiunii, pot apărea și alți produși de reacție: nuclee ușoare (în principal particule alfa), neutroni și cuante gamma. Fisiunea poate fi spontană (spontană) și forțată (ca rezultat al interacțiunii cu alte particule, în primul rând cu neutronii). Fisiunea nucleelor ​​grele este un proces exotermic care eliberează un numar mare de energie sub formă de energie cinetică a produselor de reacție, precum și radiație.

Fisiunea nucleară este sursa de energie în reactoare nucleareși arme nucleare.


5.2. Fuziunea termonucleară

La temperaturi normale, fuziunea nucleelor ​​este imposibilă, deoarece nucleele încărcate pozitiv experimentează forțe de repulsie Coulomb enorme. Pentru sinteza nucleelor ​​ușoare este necesară apropierea acestora de o distanță de aproximativ 10 −15 m, la care acțiunea forțelor nucleare atractive va depăși forțele de respingere coulomb. Pentru ca fuziunea nucleelor ​​să aibă loc, este necesară creșterea mobilității acestora, adică creșterea energiei cinetice. Acest lucru se realizează prin creșterea temperaturii. Datorită energiei termice primite, mobilitatea nucleelor ​​crește, iar ele se pot apropia unul de celălalt la distanțe atât de apropiate încât, sub acțiunea forțelor de coeziune nucleară, se vor contopi într-un nucleu nou, mai complex. Ca rezultat al fuziunii nucleelor ​​ușoare, se eliberează multă energie, deoarece noul nucleu rezultat are o mare energie specifică legături decât nucleele originare. reactie termonucleara- aceasta este o reacție de fuziune exoenergetică a nucleelor ​​ușoare la o temperatură foarte ridicată (10 7 K).

În primul rând, printre aceștia trebuie remarcată reacția dintre doi izotopi (deuteriu și tritiu) ai hidrogenului, care este foarte comună pe Pământ, în urma căreia se formează heliu și se eliberează un neutron. Reacția poate fi scrisă ca

+ energie (17,6 MeV).

Energia eliberată (care decurge din faptul că heliul-4 are legături nucleare foarte puternice) este convertită în energie cinetică, cea mai mare parte, 14,1 MeV, poartă neutronul cu ea ca o particulă mai ușoară. Nucleul rezultat este strâns legat, motiv pentru care reacția este atât de puternic exoenergetică. Această reacție este caracterizată de cea mai scăzută barieră Coulomb și de randament ridicat, deci este de interes deosebit pentru fuziunea termonucleară.

Reacția termonucleară este utilizată în armele termonucleare și este în cercetare pentru posibile aplicații în sectorul energetic, dacă se rezolvă problema controlului fuziunii termonucleare.


5.3. reacție fotonucleară

Când un quantum gamma este absorbit, nucleul primește un exces de energie fără a-și modifica compoziția nucleonului, iar un nucleu cu un exces de energie este un nucleu compus. Ca și alte reacții nucleare, absorbția unui cuantic gamma de către nucleu este posibilă numai dacă sunt îndeplinite rapoartele necesare de energie și spin. Dacă energia transferată către nucleu depășește energia de legare a nucleonului din nucleu, atunci dezintegrarea nucleului compus rezultat are loc cel mai adesea cu emisia de nucleoni, în principal neutroni. O astfel de dezintegrare duce la reacții nucleare și , care se numesc fotonuclear, iar fenomenul de emisie de nucleoni în aceste reacții este efect fotoelectric nuclear.


5.4. Alte

6. Înregistrarea reacțiilor nucleare

Reacțiile nucleare sunt scrise sub formă de formule speciale în care apar denumirile nucleelor ​​atomice și ale particulelor elementare.

Prima cale scrierea formulelor pentru reacțiile nucleare este similară cu scrierea formulelor pentru reacțiile chimice, adică suma particulelor inițiale este scrisă în stânga, suma particulelor rezultate (produșii de reacție) este scrisă în dreapta și este plasată o săgeată. între ele.

Astfel, reacția de captare radiativă a unui neutron de către un nucleu de cadmiu-113 se scrie după cum urmează:

Vedem că numărul de protoni și neutroni din dreapta și din stânga rămâne același (se păstrează numărul barionului). Același lucru este valabil și pentru sarcini electrice, numere de leptoni și alte cantități (energie, moment, moment unghiular, ...). În unele reacții în care este implicată interacțiunea slabă, protonii se pot transforma în neutroni și invers, dar numărul lor total nu se modifică.

A doua cale notația, mai convenabilă pentru fizica nucleară, are forma A (a, bcd...) B, Unde DAR- miezul țintă dar- particule de bombardare (inclusiv nucleul), b, c, d,...- particule emise (inclusiv nuclee), ÎN- nucleu rezidual. Produșii mai ușori ai reacției sunt înscriși între paranteze, produsele mai grele sunt înscrise în exterior. Deci, reacția de captare a neutronilor de mai sus poate fi scrisă după cum urmează:

Reacțiile sunt adesea numite după combinația de particule incidente și emise între paranteze; da, mai sus exemplu tipic (n, γ)-reacţii.

Prima conversie nucleară forțată a azotului în oxigen, care a fost efectuată de Rutherford prin bombardarea azotului cu particule alfa, este scrisă ca formula

Unde este nucleul unui atom de hidrogen, un proton.

În notația „chimică”, această reacție arată ca

Descarca .

Recomandăm și noi

Se încarcă...Se încarcă...