doma > skrb za zdravje

Hladna jedrska fuzija v živi celici. Jedrske reakcije

NUKLEARNE REAKCIJE V NARAVI - delimo na 2 razreda: termonuklearne reakcije in reakcije pod delovanjem jedrskih delcev in jedrska cepitev. Prvi zahtevajo temperaturo ~ nekaj milijonov stopinj za njihovo izvedbo in se pojavljajo le v notranjosti zvezd ali med eksplozijami H-bomb. Slednji se pojavljajo v atmosferi in litosferi zaradi kozmičnega sevanja in zaradi jedrsko aktivnih delcev v zgornjih lupinah Zemlje. Hitri kozmični delci (povprečna energija ~2 10 9 eV), ki vstopijo v zemeljsko atmosfero, pogosto povzročijo popolno razcepitev atmosferskih atomov (N, O) na lažje jedrske fragmente, vključno z nevtroni. Stopnja tvorbe slednjega doseže 2,6 nevtrona (cm -2 s -1). Nevtroni delujejo pretežno z atmosferskim N, kar zagotavlja stalno proizvodnjo radioaktivnih snovi izotopi ogljik C 14 (T 1/2 = 5568 let) in tritij H 3 (T 1/2 = 12,26 let) po naslednjih reakcijah N 14 + P\u003d C 14 + H 1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Letna tvorba radioogljika v zemeljski atmosferi je približno 10 kg. Opazili so tudi nastanek radioaktivnega Be 7 in Cl 39 v ozračju. Jedrske reakcije v litosferi se pojavljajo predvsem zaradi α-delcev in nevtronov, ki nastanejo zaradi razpada dolgoživih radioaktivnih elementov (predvsem U in Th). Opozoriti je treba na kopičenje He 3 v nekaterih ml, ki vsebujejo Li (gl. izotopi helija v geologiji), tvorba posameznih izotopov neona v evksenitu, monazitu in drugih m-lahih glede na reakcije: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Tvorba izotopov argona v radioaktivnih snoveh glede na reakcije: Cl 35 + Ne = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Med spontano in nevtronsko povzročeno cepijo urana opazimo nastanek težkih izotopov kriptona in ksenona. (glejte metodo za določanje absolutne starosti Xenon). V m-lakh litosfere, umetna cepitev atomska jedra povzroči kopičenje nekaterih izotopov v količini 10 -9 -10 -12 % mase m-la.

Geološki slovar: v 2 zvezkih. - M.: Nedra. Uredili K. N. Paffengolts et al.. 1978 .

Poglejte, kaj je "NUKLEARNE REAKCIJE V NARAVI" v drugih slovarjih:

    Jedrska fizika Atomsko jedro Radioaktivni razpad Jedrska reakcija Osnovni izrazi Atomsko jedro Izotopi Izobare Razpolovna doba Ma ... Wikipedia

    Jedrske reakcije med lahkimi atomi. jedra, ki se pojavljajo pri zelo visokih temperaturah (=108K in več). Za premagovanje elektrostatike so potrebne visoke temperature, torej dovolj velike relativne energije trkajočih se jeder. pregrada, ...... Fizična enciklopedija

    Chem. transformacije in jedrski procesi, pri katerih pojav vmesnega aktivnega delca (prosti radikal, atom, vzbujena molekula pri kemijskih transformacijah, nevtron v jedrskih procesih) povzroči verigo transformacij začetnih v c. Primeri kem. C. r ... Kemijska enciklopedija

    Ena od novih smeri moderne geol. znanost, tesno povezana s sosednjimi oddelki jedrske fizike, geokemije, radiokemije, geofizike, kozmokemije in kozmogonije ter pokriva težke težave naravni razvoj atomskih jeder v naravi in ​​... ... Geološka enciklopedija

    Stabilni in radioaktivni izotopi, proizvedeni v naravnih predmetov pod delovanjem kozmičnega sevanja, na primer po shemi: XAz + P → YAZ + an + bp, pri čemer je A = A1 + an + (b 1)p; Z \u003d Z1.+ (b 1)p, kjer je XAz izvirno jedro, P je hiter ... ... Geološka enciklopedija

    Termonuklearna fuzija, reakcija zlivanja lahkih atomskih jeder v težja jedra, ki poteka pri previsokih temperaturah in jo spremlja sproščanje ogromnih količin energije. Jedrska fuzija je reakcija, ki je obratna od cepitve atomov: pri slednjem ... ... Enciklopedija Collier

    Jedrski procesi Radioaktivni razpad Alfa razpad Beta razpad grozd Dvojni beta razpad Elektronski zajem Dvojni zajem elektronov Gama sevanje Notranja pretvorba Izomerni prehod Nevtronski razpad Pozitronski razpad ... ... Wikipedia

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

    Jedrska fizika ... Wikipedia

knjige

  • Pridobivanje jedrske energije ter redkih in plemenitih kovin kot posledica jedrskih transformacij. Vezna energija in potencialna energija električne interakcije električnih nabojev v nevtronih, devtronih, tritiju, heliju-3 in heliju-4
  • Pridobivanje jedrske energije ter redkih in plemenitih kovin kot posledica jedrskih transformacij. Energija veza in potencialna energija električne interakcije električnih nabojev v nevtronih, Deuter, Larin V.I.

Rachek Maria, Yesman Vitalia, Rumyantseva Victoria

tole raziskovalni projekt naredili učenci 9. razreda. Je vodilna naloga šolarjev pri preučevanju teme "Strukture atoma in atomskega jedra. Uporaba energije atomskih jeder" v predmetu fizike 9. razreda. Cilj projekta je razjasniti pogoje za nastanek jedrskih reakcij in načela delovanja jedrskih elektrarn.

Prenesi:

Predogled:

Občinski proračunski izobraževalni zavod

srednje srednja šola № 14

Ime heroja Sovjetske zveze

Anatolij Perfiljev

G. Aleksandrov

Raziskovalno delo v fiziki

"jedrske reakcije"

Dokončano

učenci

9B razred:

Rachek Maria,

Rumyantseva Victoria,

Yesman Vitalia

učitelj

Romanova O.G.

2015

Načrt projekta

Uvod

Teoretični del

  • Jedrska energija.

Zaključek

Bibliografija

Uvod

Relevantnost :

Eden najpomembnejših problemov, s katerimi se sooča človeštvo, je energetski problem. Poraba energije raste tako hitro, da bodo trenutno znane zaloge goriva izčrpane v relativno kratkem času. Problema "energetske lakote" ne rešuje uporaba energije iz tako imenovanih obnovljivih virov (energija rek, vetra, sonca, morski valovi, globoko toploto Zemlje), saj lahko zagotovijo najboljši primer le 5-10 % naših potreb. V zvezi s tem je bilo sredi 20. stoletja potrebno iskati nove vire energije.

Trenutno pravi prispevek k oskrbi z energijo daje Nuklearna energija, in sicer jedrske elektrarne (skrajšano NPP). Zato smo se odločili ugotoviti, ali so jedrske elektrarne koristne za človeštvo.

Cilji dela:

  1. Ugotovite pogoje za nastanek jedrskih reakcij.
  2. Spoznajte principe delovanja jedrskih elektrarn, pa tudi ugotovite, ali dobro ali slabo vpliva na okolje in na osebo.

Za dosego cilja smo si zadali naslednje naloge:

  1. Spoznajte zgradbo atoma, njegovo sestavo, kaj je radioaktivnost.
  2. Raziščite atom urana. Raziščite jedrsko reakcijo.
  3. Raziščite načelo delovanja jedrskih motorjev.

Raziskovalne metode:

  1. Teoretični del - branje literature o jedrskih reakcijah.

Teoretični del.

Zgodovina atoma in radioaktivnosti. Struktura atoma.

Domnevo, da so vsa telesa sestavljena iz drobnih delcev, je postavil starogrški filozofi Levkip in Demokrit pred približno 2500 tisoč leti. Ti delci se imenujejo "atom", kar pomeni "nedeljiv". Atom je najmanjši delec snovi, najpreprostejši, brez sestavnih delov.

Toda okoli sredine 19. stoletja so se začela pojavljati eksperimentalna dejstva, ki vzbujajo dvom o ideji o nedeljivosti atomov. Rezultati teh poskusov so pokazali, da imajo atomi kompleksno strukturo in da vsebujejo električno nabite delce.

Najbolj osupljiv dokaz kompleksna struktura atom je bil odkritje pojavaradioaktivnostLeta 1896 je posnel francoski fizik Henri Becquerel. Odkril je, da kemični element uran spontano (tj. brez zunanjih interakcij) oddaja doslej neznane nevidne žarke, ki so jih kasneje poimenovaliradioaktivno sevanje. Ker je radioaktivno sevanje nenavadne lastnosti, so ga začeli preučevati številni znanstveniki. Izkazalo se je, da ne samo uran, ampak tudi nekateri drugi kemični elementi (na primer radij) tudi spontano oddajajo radioaktivne žarke. Sposobnost atomov nekaterih kemičnih elementov za spontano sevanje so začeli imenovati radioaktivnost (iz latinskega radio - sevam in activus - učinkovit).

Becquerel je prišel na idejo: ali nobeno luminiscenco ne spremljajo rentgenski žarki? Da bi preveril svoje ugibanje, je vzel več spojin, vključno z eno od uranovih soli, ki fosforescira rumeno-zeleno svetlobo. Potem ko jo je osvetlil s sončno svetlobo, je sol zavil v črn papir in jo postavil v temno omaro na fotografsko ploščo, prav tako zavito v črn papir. Nekaj ​​časa pozneje, ko je pokazal ploščo, je Becquerel res videl podobo kosa soli. Ampak luminiscenčno sevanje niso mogli skozi črn papir in le rentgenski žarki so lahko osvetlili ploščo v teh pogojih. Becquerel je poskus ponovil večkrat z enakim uspehom. Konec februarja 1896 je na zasedanju Francoske akademije znanosti podal poročilo o rentgenski žarki fosforescentne snovi. Čez nekaj časa se je v Becquerelovem laboratoriju po naključju razvila plošča, na kateri je ležala uranova sol, ki ni bila obsevana s sončno svetlobo. Seveda ni fosforescirala, vendar se je izkazal odtis na plošči. Potem je Becquerel začel doživljati različne povezave in minerali urana (vključno s tistimi, ki ne kažejo fosforescence), kot tudi kovinski uran. Plošča je bila nenehno prižgana. S postavitvijo kovinskega križa med soljo in ploščo je Becquerel dobil šibke obrise križa na plošči. Nato je postalo jasno, da so bili odkriti novi žarki, ki prehajajo skozi neprozorne predmete, vendar niso rentgenski žarki.

Becquerel svoje odkritje deli z znanstveniki, s katerimi je sodeloval. Leta 1898 sta Marie Curie in Pierre Curie odkrila radioaktivnost torija, kasneje pa sta odkrila radioaktivna elementa polonij in radij. Ugotovili so, da imajo vse uranove spojine in v največji meri tudi sam uran lastnost naravne radioaktivnosti. Becquerel se je vrnil k luminoforjem, ki so ga zanimale. Res je, naredil je še eno veliko odkritje, povezano z radioaktivnostjo. Nekoč je Becquerel za javno predavanje potreboval radioaktivno snov, vzel jo je od Curijevih in epruveto dal v žep brezrokavnika. Po predavanju je radioaktivni pripravek vrnil lastnikom, naslednji dan pa je na telesu pod žepom telovnika ugotovil rdečico kože v obliki epruvete. Becquerel je o tem povedal Pierru Curieju, ki je postavil poskus: deset ur je nosil epruveto z radijem, privezano na podlaket. Nekaj ​​dni pozneje se je pojavila tudi rdečica, ki je nato prerasla v hudo razjedo, za katero je trpel dva meseca. Tako je bil prvič odkrit biološki učinek radioaktivnosti.

Leta 1899 je bilo kot rezultat poskusa, opravljenega pod vodstvom angleškega fizika Ernesta Rutherforda, ugotovljeno, da je radioaktivno sevanje radija nehomogeno, t.j. ima kompleksno sestavo. V sredini je tok (sevanje), ki nima električnega naboja, ob straneh pa sta postavljena 2 toka nabitih delcev. Pozitivno nabitim delcem pravimo alfa delci, ki so popolnoma ionizirani atomi helija, in negativno nabitimi delci, beta delci, ki so elektroni. Nevtralni se imenujejo gama delci ali gama kvanti. Gama sevanje, kot se je kasneje izkazalo, je eden od razponov elektromagnetnega sevanja.

Ker je bilo znano, da je atom kot celota nevtralen, je pojav radioaktivnosti omogočil znanstvenikom, da ustvarijo grob model atoma. Prvi, ki je to storil, je bil angleški fizik Joseph John Thomson, ki je leta 1903 ustvaril enega prvih modelov atoma. Model je bil krogla, katere pozitiven naboj je bil enakomerno porazdeljen po celotnem volumnu. V notranjosti kroglice so bili elektroni, od katerih je lahko vsak ustvaril oscilatorna gibanja okoli svojega ravnotežnega položaja. Model je po obliki in strukturi spominjal na torto z rozinami. Pozitivni naboj je po absolutni vrednosti enak celotnemu negativnemu naboju elektronov, zato je naboj atoma kot celote enak nič.

Thomsonov model strukture atoma je potreboval eksperimentalno preverjanje, ki ga je leta 1911 prevzel Rutherford. Izvajal je poskuse in prišel do zaključka, da je model atoma krogla, v središču katere je pozitivno nabito jedro, ki zaseda majhen volumen celotnega atoma. Okoli jedra se gibljejo elektroni, katerih masa je veliko manjša. Atom je električno nevtralen, ker je naboj jedra enak modulu celotnega naboja elektronov. Rutherford je tudi ugotovil, da ima jedro atoma premer približno 10-14 – 10 -15 m, tj. je sto tisočkrat manjši od atoma. Jedro je tisto, ki se med radioaktivnimi transformacijami spremeni, t.j. radioaktivnost je sposobnost nekaterih atomskih jeder, da se spontano preoblikujejo v druga jedra z emisijo delcev. Da bi registriral (glej) delce, je leta 1908 nemški fizik Hans Geiger izumil tako imenovani Geigerjev števec.

Pozneje so pozitivno nabite delce v atomu imenovali protoni, negativne pa nevtrone. Protoni in nevtroni so skupaj znani kot nukleoni.

cepitev urana. Verižna reakcija.

Fisijo uranovih jeder med bombardiranjem z nevtroni sta leta 1939 odkrila nemška znanstvenika Otto Hahn in Fritz Strassmann.

Razmislimo o mehanizmu tega pojava. Ko absorbira dodaten nevtron, jedro začne delovati in se deformira ter pridobi podolgovato obliko.

V jedru obstajata 2 vrsti sil: elektrostatične odbojne sile med protoni, ki težijo k zlomu jedra, in jedrske privlačne sile med vsemi nukleoni, zaradi katerih jedro ne razpade. Toda jedrske sile so kratkega dosega, zato v podolgovatem jedru ne morejo več zadržati delov jedra, ki so zelo oddaljeni drug od drugega. Pod delovanjem elektrostatičnih sil se jedro raztrga na dva dela, ki se z veliko hitrostjo razpršita v različne smeri in oddata 2-3 nevtrone. del notranja energija gre v kinetično. Fragmenti jedra se v okolju hitro upočasnijo, zaradi česar se njihova kinetična energija pretvori v notranjo energijo okolja. Ob hkratni cepitvi velikega števila uranovih jeder se poveča notranja energija medija, ki obdaja uran, in s tem tudi njegova temperatura. Tako poteka reakcija cepitve uranovih jeder s sproščanjem energije v okolje. Energija je ogromna. S popolnim cepljenjem vseh jeder, ki so prisotna v 1 g urana, se sprosti toliko energije, kot se sprosti pri zgorevanju 2,5 tone nafte. Za pretvorbo notranje energije atomskih jeder v električno energijo, verižne reakcije jedrska cepitev, ki temelji na dejstvu, da lahko 2-3 nevtroni, ki se sprostijo med cepljenjem prvega jedra, sodelujejo pri cepitvi drugih jeder, ki jih zajamejo. Za ohranjanje kontinuitete verižne reakcije je pomembno upoštevati maso urana. Če je masa urana premajhna, potem nevtroni letijo iz njega, ne da bi na svoji poti srečali jedro. Verižna reakcija se ustavi. Večja kot je masa kosa urana, večje so njegove dimenzije in daljša je pot, ki jo v njem potujejo nevtroni. Poveča se verjetnost, da se nevtroni srečajo z atomskimi jedri. V skladu s tem se poveča število jedrskih cepitev in število oddanih nevtronov. Število nevtronov, ki so se pojavili po cepljenju jeder, je enako številu izgubljenih nevtronov, tako da se reakcija lahko nadaljuje dolgo časa. Da se reakcija ne ustavi, morate vzeti maso urana določeno vrednost- kritično. Če je masa urana več kot kritična, potem zaradi močnega povečanja prostih nevtronov verižna reakcija povzroči eksplozijo.

Jedrski reaktor. Jedrska reakcija. Pretvorba notranje energije atomskih jeder v električna energija.

Jedrski reaktor - naprava, v kateri se izvaja nadzorovana jedrska verižna reakcija, ki jo spremlja sproščanje energije. Prvi jedrski reaktor, imenovan SR-1, je bil zgrajen decembra 1942 v ZDA pod vodstvom E. Fermija. Trenutno je po podatkih IAEA na svetu 441 reaktorjev v 30 državah. V gradnji je še 44 reaktorjev.

V jedrskem reaktorju se uran-235 uporablja predvsem kot cepljivi material. Tak reaktor imenujemo reaktor s počasnimi nevtroni. moderator Nevtroni so lahko različne snovi:

  1. Voda . Prednosti navadne vode kot moderatorja so njena razpoložljivost in nizki stroški. Slabosti vode so nizka temperatura vrelišče (100 °C pri tlaku 1 atm) in absorpcija toplotnih nevtronov. Prva pomanjkljivost se odpravi s povečanjem tlaka v primarnem krogu. Absorpcija toplotnih nevtronov z vodo se kompenzira z uporabo jedrskega goriva na osnovi obogatenega urana.
  2. Težka voda . Težka voda se po svojih kemičnih in termofizikalnih lastnostih malo razlikuje od navadne vode. Praktično ne absorbira nevtronov, kar omogoča uporabo naravnega urana kot jedrskega goriva v reaktorjih s težkim vodnim moderatorjem. Pomanjkljivost težke vode je njena visoka cena.
  3. Grafit . Reaktorski grafit je umetno pridobljen iz mešanice naftnega koksa in premogovega katrana. Najprej se iz mešanice stisnejo bloki, nato pa se ti bloki toplotno obdelajo pri visoki temperaturi. Grafit ima gostoto 1,6-1,8 g/cm3. Sublimira pri temperaturi 3800-3900 °C. Grafit, segret na zraku na 400 °C, se vžge. Zato je v energetskih reaktorjih vsebovan v atmosferi inertnega plina (helij, dušik).
  4. berilij . Eden najboljših retarderjev. Ima visoko tališče (1282°C) in toplotno prevodnost ter je združljiv z ogljikovim dioksidom, vodo, zrakom in nekaterimi tekočimi kovinami. Vendar se v mejni reakciji pojavi helij, zato se ob intenzivnem obsevanju s hitrimi nevtroni v beriliju nabira plin, pod pritiskom katerega berilij nabrekne. Uporaba berilija je omejena tudi zaradi visokih stroškov. Poleg tega so berilij in njegove spojine zelo strupene. Berilij se uporablja za izdelavo reflektorjev in izpodrivalcev vode v jedru raziskovalnih reaktorjev.

Deli reaktorja s počasnimi nevtroni: v jedru je jedrsko gorivo v obliki uranovih palic in moderatorja nevtronov (na primer voda), reflektorja (plast snovi, ki obdaja jedro) in zaščitne lupine iz betona. Reakcijo nadzirajo krmilne palice, ki učinkovito absorbirajo nevtrone. Za zagon reaktorja se postopoma odstranijo iz sredice. Med to reakcijo nastali nevtroni in drobci jeder, ki se razletijo z veliko hitrostjo, padejo v vodo, trčijo z jedri vodikovih in kisikovih atomov in jim dajo del svoje kinetične energije. Hkrati se voda segreje in čez nekaj časa upočasnjeni nevtroni spet padejo v uranove palice in sodelujejo pri jedrski cepitvi. Aktivna cona je s cevmi povezana s toplotnim izmenjevalnikom, ki tvori prvi zaprt krog. Črpalke zagotavljajo kroženje vode v njej. Ogreta voda prehaja skozi toplotni izmenjevalnik, segreje vodo v sekundarni tuljavi in ​​jo spremeni v paro. Tako voda v jedru ne služi le kot moderator nevtronov, ampak tudi kot hladilno sredstvo, ki odstranjuje toploto. Po tem, ko se energija pare v tuljavi pretvori v električno energijo. Para vrti turbino, ki poganja rotor generatorja. električni tok. Izpušna para vstopi v kondenzator in se spremeni v vodo. Nato se celoten cikel ponovi.

jedrski motoruporablja energijo jedrske cepitve ali fuzije za ustvarjanje reaktivnega potiska. Tradicionalni jedrski motor kot celota je zasnova jedrskega reaktorja in samega motorja. Delovna tekočina (pogosteje - amoniak ali vodik) se dovaja iz rezervoarja v jedro reaktorja, kjer se skozi kanale, segrete z reakcijo jedrskega razpada, segreje na visoke temperature in se nato izvrže skozi šobo, kar ustvarja potisk curka. .

Jedrska energija.

Jedrska energija- področje tehnologije, ki temelji na uporabi reakcije cepitve atomskih jeder za pridobivanje toplote in električne energije. Sektor jedrske energije je najpomembnejši v Franciji, Belgiji, na Finskem, Švedskem, v Bolgariji in Švici, tj. v tistih industrializiranih državah, kjer ni dovolj naravnih energetskih virov. Te države proizvedejo med četrtino in polovico svoje električne energije iz jedrskih elektrarn.

Prvi evropski reaktor je bil ustanovljen leta 1946 v Sovjetski zvezi pod vodstvom Igorja Vasiljeviča Kurčatova. Leta 1954 je bila v Obninsku začela obratovati prva jedrska elektrarna. Prednosti NPP:

  1. Glavna prednost je praktična neodvisnost od virov goriva zaradi majhne količine porabljenega goriva. V Rusiji je to še posebej pomembno v evropskem delu, saj je dostava premoga iz Sibirije predraga. Delovanje jedrske elektrarne je veliko cenejše od termoelektrarne. Res je, gradnja termoelektrarne je cenejša od gradnje jedrske elektrarne.
  2. Velika prednost jedrske elektrarne je njena relativna okoljska čistost. V TE so skupne letne emisije škodljivih snovi približno 13.000 ton letno za plin in 165.000 ton za TE na prah. V jedrskih elektrarnah takšnih izpustov ni. Termoelektrarne porabijo 8 milijonov ton kisika na leto za oksidacijo goriva, medtem ko jedrske elektrarne kisika sploh ne porabljajo. Poleg tega elektrarna na premog daje večje specifično sproščanje radioaktivnih snovi. Premog vedno vsebuje naravne radioaktivne snovi, ki pri zgorevanju skoraj v celoti vstopijo v zunanje okolje. Večina radionuklidov iz termoelektrarn je dolgoživih. Večina radionuklidov iz jedrskih elektrarn hitro razpade in postane neradioaktivna.
  3. Za večino držav, vključno z Rusijo, proizvodnja električne energije v jedrskih elektrarnah ni dražja kot v termoelektrarnah na premog v prahu in še bolj v termoelektrarnah na plinsko olje. Prednost jedrskih elektrarn v ceni proizvedene električne energije je še posebej opazna v tako imenovanih energetskih krizah, ki so se začele v zgodnjih sedemdesetih letih. Padajoče cene nafte samodejno zmanjšujejo konkurenčnost jedrskih elektrarn.

Uporaba jedrskih motorjev v sodobnem času.

Kot jedrska fizika vse bolj jasno se je kazala možnost za nastanek jedrskih elektrarn. Prvi praktični korak v tej smeri je naredil Sovjetska zveza kjer je leta 1954 je bila zgrajena jedrska elektrarna.

Leta 1959 Prvo plovilo na jedrski pogon na svetu, ledolomilec Lenin, je začel delovati pod zastavo ZSSR, ki je uspešno vodil trgovske ladje v težkih razmerah na Arktiki.

AT Zadnja leta V 19. stoletju sta na arktično stražo vstopila močna sovjetska ledolomila na jedrski pogon Arktika in Sibir ...

Jedrska energija je podmornicam odprla še posebej velike možnosti in omogočila reševanje dveh najbolj dejanske težave- povečati podvodno hitrost in podaljšati trajanje plavanja pod vodo brez izpiranja. Navsezadnje najnaprednejše dizelsko-električne podmornice ne morejo razviti več kot 18-20 vozlov pod vodo in tudi ta hitrost se vzdržuje le približno eno uro, nato pa so prisiljene na površje, da napolnijo baterije.

V takih razmerah je bila po navodilih Centralnega komiteja CPSU in sovjetske vlade v naši državi v najkrajšem možnem času ustvarjena atomska podmorniška flota. Sovjetske podmornice na jedrski pogon so večkrat prečkale Arktični ocean pod ledom in so se pojavile na območju Severnega tečaja. Na predvečer XXIII kongresa CPSU je skupina jedrskih podmornic obkrožila svet in prešla približno 22 tisoč milj pod vodo, ne da bi pristala ...

Glavna razlika med jedrsko podmornico in podmornico na parni pogon je zamenjava parnega kotla z reaktorjem, v katerem se izvaja nadzorovana verižna reakcija cepitve atomov jedrskega goriva s sproščanjem toplote, ki se uporablja za proizvodnjo pare v pari. generator.

Jedrska elektrarna, ustvarjena za podmornice realna perspektiva ne le za dohitevanje površinskih ladij v hitrosti, ampak tudi za njihovo preseganje. Kot vemo, v potopljenem stanju podmornica ne doživlja valovne odpornosti, za premagovanje katere hitre površinske izpodrivne ladje porabijo večino moči elektrarne.

Biološki učinek sevanja.

Sevanje je po svoji naravi škodljivo za življenje. Majhni odmerki sevanja lahko "zaženejo" še ne povsem razumljeno verigo dogodkov, ki vodijo do raka ali genetskih poškodb. Pri velikih odmerkih lahko sevanje uniči celice, poškoduje organska tkiva in povzroči smrt organizma. Poškodbe, ki jih povzročijo visoki odmerki sevanja, se običajno pokažejo v urah ali dneh. Rak pa se pojavi več let po izpostavljenosti, običajno ne prej kot eno do dve desetletji. In prirojene malformacije in druge dedne bolezni, ki jih povzročajo poškodbe genetskega aparata, se po definiciji pojavijo šele v naslednjih ali naslednjih generacijah: to so otroci, vnuki in bolj oddaljeni potomci posameznika, ki je bil izpostavljen sevanju.

Odvisno od vrste sevanja, doze sevanja in njegovih pogojev, različne vrste sevalna poškodba. To so akutna sevalna bolezen (ARS) - zaradi zunanje izpostavljenosti, ARS - zaradi notranje izpostavljenosti, kronična sevalna bolezen, različne klinične oblike s pretežno lokalnimi poškodbami posameznih organov, za katere je lahko značilen akutni, subakutni ali kronični potek; gre za dolgotrajne posledice, med katerimi je najpomembnejši pojav malignih tumorjev; degenerativni in distrofični procesi (katarakta, sterilnost, sklerotične spremembe). To vključuje tudi genetske posledice, opažene pri potomcih izpostavljenih staršev. Ionizirajoča sevanja, ki povzročajo njihov razvoj, zaradi svoje visoke prodorne sposobnosti vplivajo na tkiva, celice, znotrajcelične strukture, molekule in atome kjer koli v telesu.

Živa bitja različno reagirajo na učinke sevanja, razvoj sevalnih reakcij pa je v veliki meri odvisen od doze sevanja. Zato je priporočljivo razlikovati med: 1) vplivom majhnih odmerkov, do približno 10 rad; 2) izpostavljenost srednjim odmerkom, ki se običajno uporabljajo pri terapevtske namene, ki mejijo na njihovo zgornjo mejo pri izpostavljenosti visokim odmerkom. Pri izpostavljenosti sevanju se pojavijo reakcije, ki se pojavijo takoj, zgodnje reakcije, pa tudi pozne (oddaljene) manifestacije. Končni rezultat obsevanja je pogosto v veliki meri odvisen od stopnje doze, različni pogoji obsevanja in predvsem o naravi sevanja. To velja tudi za področje uporabe sevanja v klinični praksi v terapevtske namene.

Sevanje različno vpliva na ljudi, odvisno od spola in starosti, stanja telesa, njegovega imunskega sistema itd., še posebej močno pa je pri dojenčkih, otrocih in mladostnikih.

Rak je najresnejša od vseh posledic izpostavljenosti ljudi majhnim odmerkom. Obsežne raziskave, ki zajemajo 100.000 preživelih atomska bombardiranja Hirošima in Nagasaki sta dokazala, da je doslej rak edini vzrok presežne umrljivosti v tej populacijski skupini.

Zaključek.

Po opravljenih raziskavah smo ugotovili, da jedrsko gorivo in jedrski motorji prinašajo velike koristi človeku. Zahvaljujoč njih je človek našel poceni vire toplote in energije (ena jedrska elektrarna nadomešča več deset ali celo sto običajnih termoelektrarn za osebo), uspel je skozi led priti do severnega tečaja in se potopiti na dno oceana. A vse to deluje le, če je pravilno uporabljeno, tj. v pravi količini in samo v miroljubne namene. Bilo je veliko primerov eksplozij jedrskih elektrarn (Černobil, Fukušima) in eksplozij atomskih bomb (Hirošima in Nagasaki).

Toda nihče ni zaščiten pred posledicami radioaktivnih odpadkov. Mnogi ljudje trpijo za radiacijsko boleznijo in rakom, ki jih povzroča sevanje. Mislimo pa, da bodo znanstveniki v nekaj letih izumili metode za odlaganje radioaktivnih odpadkov brez škode za zdravje in izumili zdravila za vse te bolezni.

Bibliografija.

  1. A. V. Pyoryshkin, E. M. Gutnik. "Učbenik fizike za 9. razred".
  2. G. Kessler. "Nuklearna energija".
  3. R. G. Perelman. "Jedrski motorji".
  4. E. Rutherford. Izbrana znanstvena dela. Struktura atoma in umetna preobrazba.
  5. https://en.wikipedia.org
Predogled:

Če želite uporabiti predogled predstavitev, si ustvarite račun ( račun) Google in se prijavi:

In sposobnost uporabe jedrske energije za konstruktivne (atomska energija) in destruktivne (atomska bomba) namene je postala morda eden najpomembnejših izumov zadnjega dvajsetega stoletja. No, v središču vse te strašne sile, ki se skriva v črevesju drobnega atoma, so jedrske reakcije.

Kaj so jedrske reakcije

V fiziki razumemo jedrske reakcije kot proces interakcije atomskega jedra z drugim podobnim jedrom ali z različnimi elementarnimi delci, zaradi česar se spremeni sestava in struktura jedra.

Malo zgodovine jedrskih reakcij

Prvo jedrsko reakcijo v zgodovini je izvedel veliki znanstvenik Rutherford že leta 1919 med poskusi za odkrivanje protonov v produktih razpada jeder. Znanstvenik je atome dušika bombardiral z alfa delci in ko so delci trčili, je prišlo do jedrske reakcije.

In tako je izgledala enačba te jedrske reakcije. Rutherford je zaslužen za odkritje jedrskih reakcij.

Sledili so številni poskusi znanstvenikov o izvajanju različne vrste jedrske reakcije, na primer jedrska reakcija, ki je nastala zaradi bombardiranja atomskih jeder z nevtroni, ki jo je izvedel izjemni italijanski fizik E. Fermi, je bila zelo zanimiva in pomembna za znanost. Fermi je zlasti odkril, da lahko jedrske transformacije ne povzročajo le hitri nevtroni, ampak tudi počasni, ki se gibljejo s toplotnimi hitrostmi. Mimogrede, jedrske reakcije, ki jih povzroči izpostavljenost temperaturi, imenujemo termonuklearne. Kar zadeva jedrske reakcije pod vplivom nevtronov, so se zelo hitro razvile v znanosti in kaj drugega, o tem preberite naprej.

Tipična formula za jedrsko reakcijo.

Kakšne jedrske reakcije obstajajo v fiziki

Na splošno lahko trenutno znane jedrske reakcije razdelimo na:

  • jedrska fisija
  • termonuklearne reakcije

V nadaljevanju podrobno pišemo o vsakem od njih.

cepitev atomskih jeder

Reakcija cepitve atomskih jeder vključuje razpad dejanskega jedra atoma na dva dela. Leta 1939 sta nemška znanstvenika O. Hahn in F. Strassmann odkrila atomsko cepitev, pri čemer sta nadaljevala raziskave svojih znanstvenih predhodnikov in ugotovila, da ob bombardiranju urana z nevtroni nastanejo elementi srednjega dela Mendelejevega periodnega sistema, in sicer radioaktivni izotopi barij, kripton in nekateri drugi elementi. Žal je bilo to znanje sprva uporabljeno v grozljive, uničujoče namene, ker drugo Svetovna vojna in nemški, na drugi strani pa so ameriški in sovjetski znanstveniki dirkali z razvojem jedrskega orožja (na osnovi jedrske reakcije urana), kar se je končalo z zloglasnimi »jedrskimi gobami« nad japonskima mestoma Hirošimo in Nagasaki.

Toda nazaj k fiziki ima jedrska reakcija urana med cepljenjem njegovega jedra prav tako kolosalno energijo, kot jo je znanost lahko uporabila. Kako poteka takšna jedrska reakcija? Kot smo zapisali zgoraj, nastane zaradi bombardiranja jedra atoma urana z nevtroni, iz katerih se jedro razcepi in nastane ogromna kinetična energija reda 200 MeV. Najbolj zanimivo pa je, da kot produkt jedrske cepitvene reakcije uranovega jedra pri trku z nevtronom obstaja več prostih novih nevtronov, ki pa trčijo v nova jedra, jih razcepijo itd. Posledično je zaradi trkov z njimi še več nevtronov in še več uranovih jeder - pride do prave jedrske verižne reakcije.

Takole je videti na diagramu.

V tem primeru mora biti faktor razmnoževanja nevtronov večji od enote, to je nujen pogoj za tovrstno jedrsko reakcijo. Z drugimi besedami, v vsaki naslednji generaciji nevtronov, ki nastanejo po razpadu jeder, bi jih moralo biti več kot v prejšnji.

Omeniti velja, da po podobnem principu lahko jedrske reakcije med bombardiranjem potekajo tudi med cepljenjem jeder atomov nekaterih drugih elementov, z niansami, da lahko jedra bombardirajo različni elementarni delci in produkti takšnih jedrskih reakcij se bodo razlikovali, da bi jih podrobneje opisali, potrebujemo celotno znanstveno monografijo

termonuklearne reakcije

Termonuklearne reakcije temeljijo na fuzijskih reakcijah, to je v resnici, pride do obratnega procesa cepitve, jedra atomov se ne razdelijo na dele, temveč se zlijejo med seboj. Prav tako sprošča veliko energije.

Termonuklearne reakcije, kot pove že ime (termo - temperatura) se lahko pojavijo le pri zelo visokih temperaturah. Konec koncev, da bi se dve jedri atomov združili, se morata približati zelo blizu drug drugemu, medtem ko premagata električni odboj svojih pozitivnih nabojev, to je mogoče, ko obstaja velika kinetična energija, ki pa je je možno pri visokih temperaturah. Treba je opozoriti, da se termonuklearne reakcije vodika ne pojavljajo, vendar ne samo na njej, ampak tudi na drugih zvezdah, lahko celo rečemo, da je ravno to tisto, kar leži v sami osnovi njihove narave katere koli zvezde.

Video o jedrskih reakcijah

In končno, izobraževalni video na temo našega članka, jedrske reakcije.

Razdeljeni so v 2 razreda: termonuklearne reakcije in reakcije pod delovanjem jedrskih delcev in jedrska cepitev. Prvi zahtevajo temperaturo ~ nekaj milijonov stopinj za njihovo izvedbo in se pojavljajo le v notranjosti zvezd ali med eksplozijami H-bomb. Slednji se pojavljajo v atmosferi in litosferi zaradi kozmičnega sevanja in zaradi jedrsko aktivnih delcev v zgornjih lupinah Zemlje. Hitri kozmični delci (povprečna energija ~2 10 9 eV), ki vstopijo v zemeljsko atmosfero, pogosto povzročijo popolno razcepitev atmosferskih atomov (N, O) na lažje jedrske fragmente, vključno z nevtroni. Stopnja tvorbe slednjega doseže 2,6 nevtrona (cm -2 s -1). Nevtroni delujejo pretežno z atmosferskim N, kar zagotavlja stalno proizvodnjo radioaktivnih snovi izotopi ogljik C 14 (T 1/2 = 5568 let) in tritij H 3 (T 1/2 = 12,26 let) po naslednjih reakcijah N 14 + P\u003d C 14 + H 1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Letna tvorba radioogljika v zemeljski atmosferi je približno 10 kg. Opazili so tudi nastanek radioaktivnega Be 7 in Cl 39 v ozračju. Jedrske reakcije v litosferi se pojavljajo predvsem zaradi α-delcev in nevtronov, ki nastanejo zaradi razpada dolgoživih radioaktivnih elementov (predvsem U in Th). Opozoriti je treba na kopičenje He 3 v nekaterih ml, ki vsebujejo Li (gl. izotopi helija v geologiji), tvorba posameznih izotopov neona v evksenitu, monazitu in drugih m-lahih glede na reakcije: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Tvorba izotopov argona v radioaktivnih snoveh glede na reakcije: Cl 35 + Ne = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Med spontano in nevtronsko povzročeno cepijo urana opazimo nastanek težkih izotopov kriptona in ksenona. (glejte metodo za določanje absolutne starosti Xenon). V m-lakh litosfere umetna cepitev atomskih jeder povzroči kopičenje določenih izotopov v količini 10 -9 -10 -12 % mase m-la.

  • - transformacije atomskih jeder zaradi njihove interakcije z elementarni delci ali drug z drugim...
  • - razvejane verižne reakcije cepitve težkih jeder z nevtroni, zaradi katerih se število nevtronov močno poveča in lahko pride do samovzdrževalnega procesa cepitve ...

    Začetki sodobnega naravoslovja

  • - strelivo, katerega škodljiv učinek temelji na uporabi energije jedrske eksplozije. Sem spadajo jedrske bojne glave raket in torpedov, jedrske bombe, topniške granate, globinske bombe, mine ...

    Slovar vojaških izrazov

  • Slovar pravnih izrazov

  • - ....

    Enciklopedični slovar ekonomije in prava

  • - v skladu z opredelitvijo zveznega zakona "O uporabi atomske energije" z dne 20. oktobra 1995 "materiali, ki vsebujejo ali so sposobni reproducirati cepljive jedrske snovi" ...

    Veliki pravni slovar

  • - snurps, majhna jedrska RNA majhna velikost povezana s heterogeno jedrsko RNA , so del majhnih ribonukleoproteinskih zrnc jedra ...
  • - Glej majhno jedrsko ...

    Molekularna biologija in genetika. Slovar

  • - jedrske reakcije, pri katerih vpadni delec ne prenaša energije na celotno ciljno jedro, temveč na ločeno. nukleon ali skupina nukleonov v tem jedru. V P. I. R. ne nastane sestavljeno jedro.

    Naravoslovje. enciklopedični slovar

  • - nesreče v jedrskih elektrarnah. Med jedrsko nesrečo se radioaktivna onesnaženost okolja močno poveča ...

    Ekološki slovar

  • - transformacija atomov jeder ob trku z drugimi jedri, elementarnimi delci ali gama kvanti. Ko se težka jedra bombardirajo z lažjimi, dobimo vse transuranove elemente ...

    Enciklopedični slovar metalurgije

  • - jedrski procesi, pri katerih se energija, vnesena v atomsko jedro, prenaša predvsem na enega ali manjšo skupino nukleonov ...

    Velika sovjetska enciklopedija

  • - NEPOSREDNE jedrske reakcije - jedrske reakcije, pri katerih vpadni delec ne prenaša energije na celotno tarčno jedro, temveč na posamezen nukleon ali skupino nukleonov v tem jedru. Pri neposrednih jedrskih reakcijah ne nastane nobena spojina ...
  • - glej Jedrske verižne reakcije ...

    Velik enciklopedični slovar

  • - reakcije transformacije atomskih jeder pri interakciji z elementarnimi delci, ?-kvantami ali med seboj. Prvič je proučeval Ernest Rutherford leta 1919 ...

    Velik enciklopedični slovar

  • - NUKLEARNE VERIŽNE REAKCIJE - samovzdržne reakcije cepitve atomskih jeder pod delovanjem nevtronov pod pogoji, ko vsak dogodek cepitve spremlja emisija vsaj 1 nevtrona, kar zagotavlja vzdrževanje ...

    Velik enciklopedični slovar

"NUKLEARNE REAKCIJE V NARAVI" v knjigah

Jedrski evroprojektili

Iz knjige Čisto zaupno [ambasador v Washingtonu pod šestimi predsedniki ZDA (1962-1986)] avtor Dobrinin Anatolij Fedorovič

Poglavje 6 Čaščenje narave. Miti o naravi

Iz knjige Miti Armenije avtor Ananikyan Martiros A

Poglavje 6 Čaščenje narave. Miti o naravi

Jedrski Robinsoni

Iz knjige Bomba. Skrivnosti in strasti atomskega podzemlja avtor Pestov Stanislav Vasilijevič

Jedrski robinsoni V poznih 50. letih se je Hruščov zelo zanimal za en projekt, ki so ga predlagali vojaški inženirji. Njegovo bistvo je bilo ustvariti umetne otoke ob atlantski obali Združenih držav. Razmišljalo se je takole: v temni noči tatov se močne ladje za suhi tovor prebijejo v

Jedrska ambicija

Iz knjige Zbudi se! Preživeti in uspeti v prihajajočem gospodarskem kaosu avtor Chalabi El

Jedrske ambicije V drugi polovici leta 2003 je svet izvedel, da je iranski program obogatitve urana naprednejši, kot se je prej mislilo, in da bo Iran čez nekaj let postal jedrsko orožje. Navedimo besede Američana uradno, vključeni

Jedrska prodaja

Iz knjige Infobusiness s polno zmogljivostjo [Podvojitev prodaje] avtor Parabelum Andrej Aleksejevič

Nuclear Sales Japan trenutno preizkuša zanimiv model. Eno podjetje, ki je opravilo raziskavo strank, je podpisalo veliko pogodb z različnimi podjetji, ki potrebujejo Povratne informacije od njihovih ciljno občinstvo. Odprli so trgovino za brezplačne stvari -

"NUKLEARNI kovčki"

Iz knjige Neznano, zavrnjeno ali skrito avtor Careva Irina Borisovna

"NUKLEARNI KOVČKI" To je bolj kul od slavnih "kovčkov z kompromitujočimi dokazi"! Nenagljen, dolgotrajen škandal se odvija okoli tako imenovanih "jedrskih kovčkov." Vse se je začelo s senzacionalno izjavo nekdanjega varnostnega sekretarja. Svet Ruske federacije.

O naravi, zakonih in naravi zakonov

Iz knjige Jasne besede avtor Ozornin Prokhor

O naravi, zakonih in naravi zakonov Kar je bilo včeraj absurdno, je danes postalo zakon narave. Zakoni se spreminjajo - narava ostaja enaka

Jedrske reakcije in električni naboj

Iz knjige Nevtrino - duhoviti delec atoma avtor Asimov Isaac

Jedrske reakcije in električni naboj Ko so fiziki v devetdesetih letih prejšnjega stoletja začeli jasneje razumeti strukturo atoma, so odkrili, da vsaj nekateri njegovi deli nosijo električni naboj. Na primer, elektroni, ki zapolnjujejo zunanje predele atoma

NUKLEARNE REAKCIJE

Iz knjige Atomska energija za vojaške namene avtor Smith Henry Dewolf

JEDRSKE REAKCIJE METODE JEDRSKOGA BOMBARSTVA1.40. Cockcroft in Walton sta proizvedla protone dovolj visoke energije z ioniziranjem vodikovega plina in nato pospeševanjem ionov v visokonapetostni napravi s transformatorjem in usmernikom. Podobna metoda lahko

NUKLEARNE NESREČE

Iz knjige nujne primere v sovjetski floti avtor Čerkašin Nikolaj Andrejevič Jedrske verižne reakcije Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (YD) avtorja TSB

§ 3.13 Jedrske reakcije in napaka mase

Iz knjige Ritzova balistična teorija in slika vesolja avtor Semikov Sergej Aleksandrovič

§ 3.13 Jedrske reakcije in napaka mase Vse spremembe v naravi, ki nastanejo, so taka stanja, da kolikor se odvzame enemu telesu, toliko se doda drugemu. Torej, če se neka snov nekje zmanjša, se bo na drugem mestu namnožila ... Ta univerzalna naravna

Načrt:

    Uvod
  • 1 sestavljeno jedro
    • 1.1 Energija vzbujanja
    • 1.2 Reakcijski kanali
  • 2 Prerez jedrske reakcije
    • 2.1 Reakcijski izkoristek
  • 3 Neposredne jedrske reakcije
  • 4 Ohranjevalni zakoni pri jedrskih reakcijah
    • 4.1 Zakon o ohranjanju energije
    • 4.2 Zakon o ohranitvi gibalne količine
    • 4.3 Zakon o ohranitvi kotne količine
    • 4.4 Drugi zakoni o ohranjanju
  • 5 Vrste jedrskih reakcij
    • 5.1 Jedrska cepitev
    • 5.2 Termonuklearna fuzija
    • 5.3 fotonuklearna reakcija
    • 5.4 Drugi
  • 6 Snemanje jedrskih reakcij
    • Opombe

Uvod

Jedrska reakcija litija-6 z devterijem 6 Li(d,α)α

jedrska reakcija- proces nastajanja novih jeder ali delcev pri trkih jeder ali delcev. Rutherford je prvič opazil jedrsko reakcijo leta 1919, ko je jedra dušikovih atomov bombardiral z α-delci, zabeležili pa so jo s pojavom sekundarnih ionizirajočih delcev, ki imajo razpon v plinu večji od razpona α-delcev in identificirani kot protoni. Kasneje so bile fotografije tega procesa pridobljene z uporabo oblačne komore.

Glede na mehanizem interakcije so jedrske reakcije razdeljene na dve vrsti:

  • reakcije s tvorbo sestavljenega jedra, je to dvostopenjski proces, ki poteka pri ne zelo visoki kinetični energiji trkajočih se delcev (do približno 10 MeV).
  • neposredne jedrske reakcije jedrski čas potrebno, da delec prečka jedro. Ta mehanizem se kaže predvsem pri zelo visokih energijah bombardirajočih delcev.

Če se po trku ohranijo prvotna jedra in delci in se ne rodijo novi, je reakcija elastično sipanje v polju jedrskih sil, ki jo spremlja le prerazporeditev kinetične energije in gibalne količine delca in tarče. jedro in se imenuje potencialno razprševanje .


1. Sestavljeno jedro

Teorijo reakcijskega mehanizma s tvorbo sestavljenega jedra je leta 1936 skupaj s teorijo kapljičnega modela jedra razvil Niels Bohr in je osnova sodobnih predstav o velikem delu jedrskih reakcij.

Po tej teoriji jedrska reakcija poteka v dveh stopnjah. Na začetku začetni delci tvorijo vmesno (kompozitno) jedro za jedrski čas, to je čas, potreben, da delec prečka jedro, približno enak 10 −23-10 −21 s. V tem primeru sestavljeno jedro vedno nastane v vzbujenem stanju, saj ima presežek energije, ki jo delec prinese jedru v obliki vezne energije nukleona v sestavljenem jedru in dela njegove kinetične energije, ki je enaka vsoti kinetične energije ciljnega jedra s masno število in delci v sistemu vztrajnosti.


1.1. Energija vzbujanja

Energija vzbujanja sestavljenega jedra, ki nastane z absorpcijo prostega nukleona, je enaka vsoti vezne energije nukleona in dela njegove kinetične energije:

Najpogosteje je zaradi velike razlike v masi jedra in nukleona približno enaka kinetični energiji nukleona, ki bombardira jedro.

V povprečju je vezna energija 8 MeV in se spreminja glede na značilnosti nastalega sestavljenega jedra, vendar je za dana ciljna jedra in nukleone ta vrednost konstantna. Kinetična energija bombardirajočega delca je lahko karkoli, na primer, ko jedrske reakcije vzbujajo nevtroni, katerih potencial nima Coulombove pregrade, je lahko vrednost blizu nič. Tako je energija vezave najmanjša energija vzbujanja sestavljenega jedra.


1.2. Reakcijski kanali

Prehod v nevzbujeno stanje se lahko izvede na različne načine, imenovane reakcijski kanali. Določijo vrste in kvantno stanje vpadnih delcev in jeder pred začetkom reakcije vhodni kanal reakcije. Po zaključku reakcije nastane niz reakcijski produkti in njihova kvantna stanja določajo izhodni kanal reakcije. Za reakcijo so v celoti značilni vhodni in izhodni kanali.

Reakcijski kanali niso odvisni od načina nastajanja sestavljenega jedra, kar je mogoče razložiti z dolgo življenjsko dobo sestavljenega jedra, zdi se, da »pozablja«, kako je nastalo, zato lahko nastanek in razpad sestavljenega jedra obravnavati kot samostojne dogodke. Na primer, lahko nastane kot sestavljeno jedro v vzbujenem stanju v eni od naslednjih reakcij:

Nato lahko pod pogojem enake energije vzbujanja to sestavljeno jedro z določeno verjetnostjo, neodvisno od zgodovine nastanka tega jedra, razpade zaradi obrata katere koli od teh reakcij. Verjetnost nastanka sestavljenega jedra je odvisna od energije in od vrste ciljnega jedra.


2. Prerez jedrske reakcije

Verjetnost reakcije je določena s tako imenovanim jedrskim presekom reakcije. V laboratorijskem referenčnem okviru (kjer ciljno jedro miruje) je verjetnost interakcije na enoto časa enaka zmnožku preseka (izraženega v enotah površine) in pretoka vpadnih delcev (izraženega v številu delci, ki prečkajo enoto površine na enoto časa). Če je za en vhodni kanal mogoče implementirati več izhodnih kanalov, je razmerje verjetnosti reakcijskih izhodnih kanalov enako razmerju njihovih presekov. V jedrski fiziki so reakcijski preseki običajno izraženi v posebnih enotah - skednjih, enakih 10 −24 cm².


2.1. Reakcijski izkoristek

Imenuje se število primerov reakcije, povezanih s številom delcev, ki bombardirajo tarčo jedrska reakcija. To vrednost določimo eksperimentalno s kvantitativnimi meritvami. Ker je izkoristek neposredno povezan z reakcijskim presekom, je merjenje izkoristka v bistvu merjenje reakcijskega preseka.

3. Neposredne jedrske reakcije

Potek jedrskih reakcij je možen tudi preko mehanizma neposredne interakcije, v glavnem se tak mehanizem kaže pri zelo visokih energijah bombardirajočih delcev, ko lahko nukleone jedra štejemo za proste. Neposredne reakcije se od mehanizma sestavljenega jedra razlikujejo predvsem po porazdelitvi vektorjev zagona delcev produkta glede na zagon bombardirajočih delcev. V nasprotju s sferično simetrijo mehanizma sestavljenega jedra je za neposredno interakcijo značilna prevladujoča smer letenja reakcijskih produktov naprej glede na smer gibanja vpadnih delcev. Tudi energijske porazdelitve delcev produkta so v teh primerih drugačne. Za neposredno interakcijo je značilen presežek visokoenergetskih delcev. Pri trkih z jedri kompleksnih delcev (torej drugimi jedri) so možni procesi prenosa nukleonov iz jedra v jedro ali izmenjava nukleonov. Takšne reakcije potekajo brez tvorbe sestavljenega jedra in so jim prisotne vse značilnosti neposredne interakcije.


4. Ohranjevalni zakoni pri jedrskih reakcijah

Pri jedrskih reakcijah so izpolnjeni vsi zakoni ohranjanja klasične fizike. Ti zakoni nalagajo omejitve možnosti jedrske reakcije. Tudi energetsko ugoden proces se vedno izkaže za nemogoč, če ga spremlja kršitev nekega zakona o ohranjanju. Poleg tega obstajajo zakoni o ohranjanju, značilni za mikrosvet; nekateri od njih so vedno izpolnjeni, kolikor je znano (zakon o ohranitvi barionskega števila, leptonskega števila); drugi zakoni ohranjanja (izospin, parnost, nenavadnost) le zavirajo določene reakcije, saj za nekatere temeljne interakcije niso izpolnjene. Posledice ohranitvenih zakonov so tako imenovana pravila selekcije, ki nakazujejo možnost ali prepoved določenih reakcij.


4.1. Zakon o ohranjanju energije

Če so , , , skupne energije dveh delcev pred in po reakciji, potem na podlagi zakona o ohranjanju energije:

Ko nastaneta več kot dva delca, mora biti število izrazov na desni strani tega izraza večje. Celotna energija delca je enaka njegovi energiji mirovanja Mc 2 in kinetična energija E, Zato:

Razlika med skupno kinetično energijo delcev na "izhodu" in "vhodu" reakcije Q = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) poklical reakcijsko energijo(oz energijski donos reakcije). Zadovoljuje pogoj:

Množitelj 1/ c 2 se običajno izpusti pri izračunu energijske bilance, ki izraža mase delcev v energijskih enotah (ali včasih energijo v masnih enotah).

Če Q> 0, potem reakcijo spremlja sproščanje proste energije in se imenuje eksoenergetski , če Q < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoenergetski .

To je enostavno videti Q> 0, ko je vsota mas produktnih delcev manjša od vsote mas začetnih delcev, to pomeni, da je sproščanje proste energije možno le z zmanjšanjem mas reagirajočih delcev. In obratno, če vsota mas sekundarnih delcev presega vsoto mas začetnih, je taka reakcija možna le, če se določena količina kinetične energije porabi za povečanje energije počitka, tj. mase novih delcev. Najmanjša vrednost kinetične energije vpadnega delca, pri kateri je možna endoenergetska reakcija, se imenuje prag reakcijske energije. Imenuje se tudi endoenergetske reakcije mejne reakcije, saj se ne pojavijo pri energijah delcev pod pragom.


4.2. Zakon o ohranitvi gibalne količine

Skupna gibalna količina delcev pred reakcijo je enaka skupni gibalni količini delcev-reakcijskih produktov. Če so , , , vektorji zagona dveh delcev pred in po reakciji, potem

Vsak od vektorjev je mogoče neodvisno eksperimentalno izmeriti, na primer z magnetnim spektrometrom. Eksperimentalni podatki kažejo, da zakon ohranjanja gibalne količine velja tako pri jedrskih reakcijah kot pri procesih sipanja mikrodelcev.


4.3. Zakon o ohranitvi kotne količine

Kotni moment je ohranjen tudi pri jedrskih reakcijah. Kot posledica trka mikrodelcev nastanejo le taka sestavljena jedra, katerih kotni moment je enak eni od možnih vrednosti momenta, pridobljenega s seštevanjem lastnih mehanskih momentov (spinov) delcev in momenta njihovega relativnega gibanja (orbitalni moment). Razpadni kanali sestavljenega jedra so lahko tudi samo takšni, da se ohrani skupni kotni moment (vsota spinskega in orbitalnega momenta).


4.4. Drugi zakoni o ohranjanju

  • pri jedrskih reakcijah je ohranjen električni naboj – algebraična vsota elementarnih nabojev pred reakcijo je enaka algebraični vsoti nabojev po reakciji.
  • pri jedrskih reakcijah je število nukleonov ohranjeno, kar se v najbolj splošnih primerih interpretira kot ohranitev barionskega števila. Če so kinetične energije trkajočih se nukleonov zelo visoke, so možne reakcije nastajanja nukleonskih parov. Ker so nukleonom in antinukleonom pripisana nasprotna predznaka, ostane algebraična vsota barionskih števil v vsakem procesu vedno nespremenjena.
  • pri jedrskih reakcijah je število leptonov ohranjeno (natančneje, razlika med številom leptonov in številom antileptonov, glej Leptonsko število).
  • pri jedrskih reakcijah, ki potekajo pod vplivom jedrskih ali elektromagnetnih sil, je ohranjena parnost valovne funkcije, ki opisuje stanje delcev pred in po reakciji. Parnost valovne funkcije se pri transformacijah zaradi šibkih interakcij ne ohranja.
  • pri jedrskih reakcijah zaradi močnih interakcij je izotopski spin ohranjen. Šibke in elektromagnetne interakcije ne ohranjajo izospinov.

5. Vrste jedrskih reakcij

Jedrske interakcije z delci so zelo raznolike, njihove vrste in verjetnost posamezne reakcije so odvisne od vrste bombardirajočih delcev, ciljnih jeder, energij medsebojno delujočih delcev in jeder ter mnogih drugih dejavnikov.

5.1. Jedrska fisija

Jedrska fisija- proces cepitve atomskega jedra na dve (redko tri) jedra s podobno maso, imenovani fisijski fragmenti. Kot posledica cepitve se lahko pojavijo tudi drugi reakcijski produkti: svetlobna jedra (predvsem alfa delci), nevtroni in gama kvanti. Fisija je lahko spontana (spontana) in prisilna (kot posledica interakcije z drugimi delci, predvsem z nevtroni). Fisija težkih jeder je eksotermni proces, ki sprošča veliko število energije v obliki kinetične energije reakcijskih produktov, pa tudi sevanja.

Jedrska cepitev je vir energije v jedrski reaktorji in jedrskega orožja.


5.2. Termonuklearna fuzija

Pri normalnih temperaturah je zlitje jeder nemogoče, saj pozitivno nabita jedra doživljajo ogromne Coulombove odbojne sile. Za sintezo lahkih jeder jih je potrebno približati na razdaljo približno 10 −15 m, na kateri bo delovanje privlačnih jedrskih sil preseglo Coulombove odbojne sile. Da bi prišlo do fuzije jeder, je treba povečati njihovo gibljivost, torej povečati njihovo kinetično energijo. To dosežemo z dvigom temperature. Zaradi prejete toplotne energije se poveča mobilnost jeder, ki se lahko približajo drug drugemu na tako blizu razdalje, da se pod delovanjem jedrskih kohezijskih sil zlijejo v novo, bolj kompleksno jedro. Zaradi fuzije lahkih jeder se sprosti veliko energije, saj ima novo nastalo jedro veliko specifično energijo vezi kot prvotna jedra. termonuklearna reakcija- to je eksoenergetska fuzijska reakcija lahkih jeder pri zelo visoki temperaturi (10 7 K).

Najprej je treba med njimi omeniti reakcijo med dvema izotopoma (devterijem in tritijem) vodika, ki je zelo pogosta na Zemlji, zaradi katere nastane helij in se sprosti nevtron. Reakcijo lahko zapišemo kot

+ energija (17,6 MeV).

Sproščena energija (ki izhaja iz dejstva, da ima helij-4 zelo močne jedrske vezi) se pretvori v kinetično energijo, katere večina, 14,1 MeV, nosi nevtron s seboj kot lažji delec. Nastalo jedro je tesno vezano, zato je reakcija tako močno eksoenergetska. Za to reakcijo je značilna najnižja Coulombova pregrada in visok izkoristek, zato je še posebej zanimiva za termonuklearno fuzijo.

Termonuklearna reakcija se uporablja v termonuklearnem orožju in se raziskuje za možne aplikacije v energetskem sektorju, če bo rešen problem nadzora termonuklearne fuzije.


5.3. fotonuklearna reakcija

Ko se gama kvant absorbira, jedro prejme presežek energije, ne da bi spremenilo svojo nukleonsko sestavo, jedro s presežkom energije pa je sestavljeno jedro. Tako kot druge jedrske reakcije je tudi absorpcija gama-kvanta s strani jedra možna le, če so izpolnjena potrebna energijska in spinska razmerja. Če energija, ki se prenese na jedro, presega energijo vezave nukleona v jedru, potem do razpada nastalega sestavljenega jedra največkrat pride z emisijo nukleonov, predvsem nevtronov. Takšen razpad vodi do jedrskih reakcij in , ki se imenujejo fotonuklearna in pojav emisije nukleonov v teh reakcijah - jedrski fotoelektrični učinek.


5.4. Drugo

6. Snemanje jedrskih reakcij

Jedrske reakcije so zapisane v obliki posebnih formul, v katerih se pojavljajo oznake atomskih jeder in elementarnih delcev.

Prvi način pisanje formul za jedrske reakcije je podobno pisanju formul za kemijske reakcije, to pomeni, da je na levi napisana vsota začetnih delcev, na desni je napisana vsota nastalih delcev (reakcijskih produktov), ​​na desni pa je postavljena puščica. med njimi.

Tako je reakcija sevalnega zajema nevtrona z jedrom kadmija-113 zapisana takole:

Vidimo, da število protonov in nevtronov na desni in levi ostane enako (barionsko število je ohranjeno). Enako velja za električni naboji, leptonska števila in druge količine (energija, gibalna količina, kotna količina, ...). V nekaterih reakcijah, kjer je vključena šibka interakcija, se lahko protoni spremenijo v nevtrone in obratno, vendar se njihovo skupno število ne spremeni.

Drugi način zapis, ki je bolj primeren za jedrsko fiziko, ima obliko A (a, bcd…) B, kje AMPAK- ciljno jedro a- bombardirajoči delec (vključno z jedrom), b, c, d, ...- oddani delci (vključno z jedri), AT- preostalo jedro. Lažji produkti reakcije so zapisani v oklepaju, težji produkti so zapisani zunaj. Torej, zgornjo reakcijo zajemanja nevtronov lahko zapišemo takole:

Reakcije so pogosto poimenovane po kombinaciji vpadlih in oddanih delcev v oklepajih; da, zgoraj tipičen primer (n, γ)-reakcije.

Prva prisilna jedrska pretvorba dušika v kisik, ki jo je izvedel Rutherford z bombardiranjem dušika z alfa delci, je zapisana kot formula

Kje je jedro vodikovega atoma, proton.

V "kemični" zapisu je ta reakcija videti tako

Prenesi .

Priporočamo tudi

Nalaganje...Nalaganje...