Hem > sjukvård

Kall kärnfusion i en levande cell. Kärnreaktioner

KÄRNREAKTIONER I NATUREN - är indelade i 2 klasser: termonukleära reaktioner och reaktioner under inverkan av kärnpartiklar och kärnklyvning. De förra kräver en temperatur på ~ flera miljoner grader för att de ska kunna genomföras och förekommer endast i stjärnornas inre eller under explosioner av H-bomber. De senare förekommer i atmosfären och litosfären på grund av kosmisk strålning och på grund av kärnaktiva partiklar i jordens övre skal. Snabba kosmiska partiklar (medelenergi ~2 10 9 eV), som kommer in i jordens atmosfär, orsakar ofta fullständig splittring av atmosfäriska atomer (N, O) till lättare kärnfragment, bl.a. neutroner. Bildningshastigheten för den senare når 2,6 neutroner (cm -2 sek -1). Neutroner interagerar huvudsakligen med atmosfäriskt kväve, vilket ger en konstant produktion av radioaktivt isotoper kol C 14 (T 1/2 = 5568 år) och tritium H 3 (T 1/2 = 12,26 år) enligt följande reaktioner N 14 + P\u003d C14 + H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Den årliga bildningen av radiokol i jordens atmosfär är cirka 10 kg. Bildandet av radioaktivt Be 7 och Cl 39 i atmosfären noterades också. Kärnreaktioner i litosfären uppstår främst på grund av α-partiklar och neutroner som uppstår vid sönderfallet av långlivade radioaktiva grundämnen (främst U och Th). Det bör noteras ackumuleringen av He 3 i några ml som innehåller Li (se. Heliumisotoper i geologi), bildandet av individuella isotoper av neon i euxenit, monazit och andra m-lahs enligt reaktionerna: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na22 -> Ne22. Bildandet av argonisotoper i radioaktiva ämnen enligt reaktionerna: Cl 35 + Inte = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Under spontan och neutroninducerad klyvning av uran observeras bildningen av tunga isotoper av krypton och xenon (se metod för bestämning av absolut ålder för Xenon). I litosfärens m-lakh, konstgjord klyvning atomkärnor orsakar ackumulering av vissa isotoper i mängden 10 -9 -10 -12 % av massan av m-la.

Geologisk ordbok: i 2 volymer. - M.: Nedra. Redigerad av K. N. Paffengolts et al.. 1978 .

Se vad "NUCLEAR REACTIONS IN NATURE" är i andra ordböcker:

    Kärnfysik Atomkärna Radioaktivt sönderfall Kärnreaktion Grundläggande termer Atomkärna Isotoper Isobarer Halveringstid Ma ... Wikipedia

    Kärnreaktioner mellan lätta atomer. kärnor som förekommer vid mycket höga temperaturer (=108K och högre). Höga temperaturer, d.v.s. tillräckligt stora relativa energier för de kolliderande kärnorna, är nödvändiga för att övervinna elektrostatiken. barriär, ... ... Fysisk uppslagsverk

    Chem. transformationer och nukleära processer, där uppkomsten av en intermediär aktiv partikel (en fri radikal, en atom, en exciterad molekyl i kemiska transformationer, en neutron i nukleära processer) orsakar en kedja av omvandlingar av de initiala till c. Exempel på kemi. C. r ... Kemisk uppslagsverk

    En av de nya riktningarna av modern geol. vetenskap, nära förbunden med närliggande sektioner av kärnfysik, geokemi, radiokemi, geofysik, kosmokemi och kosmogoni och täckning svåra problem den naturliga utvecklingen av atomkärnor i naturen och ... ... Geologisk uppslagsverk

    Stabila och radioaktiva isotoper som produceras i naturliga föremål under inverkan av kosmisk strålning, till exempel, enligt schemat: XAz + P → YAZ + an + bp, där A = A1 + an + (b 1)p; Z \u003d Z1.+ (b 1)p, där XAz är den ursprungliga kärnan, P är snabb ... ... Geologisk uppslagsverk

    Termonukleär fusion, reaktionen av fusion av lätta atomkärnor till tyngre kärnor, som sker vid superhöga temperaturer och åtföljs av frigörandet av enorma mängder energi. Kärnfusion är en reaktion som är motsatsen till klyvning av atomer: i den senare ... ... Collier Encyclopedia

    Kärnprocesser Radioaktivt sönderfall Alfa sönderfall Betas sönderfall Kluster sönderfall Dubbelt beta sönderfall Elektronisk infångning Dubbel elektronfångst Gammastrålning Intern omvandling Isomer övergång Neutronsönderfall Positronsönderfall ... ... Wikipedia

    94 Neptunium ← Plutonium → Americium Sm Pu ... Wikipedia

    Kärnfysik ... Wikipedia

Böcker

  • Erhålla kärnenergi och sällsynta och ädla metaller som ett resultat av kärnkraftsomvandlingar. Bindningsenergi och potentiell energi för elektrisk interaktion av elektriska laddningar i neutron, deuteron, tritium, helium-3 och helium-4
  • Erhålla kärnenergi och sällsynta och ädla metaller som ett resultat av kärnkraftsomvandlingar. Bindningsenergi och potentiell energi för elektrisk interaktion av elektriska laddningar i Neutron, Deuter, Larin V.I.

Rachek Maria, Yesman Vitalia, Rumyantseva Victoria

Detta forskningsrojekt gjort av elever i 9:e klass. Det är en ledande uppgift i studien av skolbarn av ämnet "Atomens strukturer och atomkärnan. Användningen av atomkärnors energi" i fysikkursen i 9:e klass. Syftet med projektet är att klargöra förutsättningarna för uppkomsten av kärnreaktioner och principerna för driften av kärnkraftverk.

Ladda ner:

Förhandsvisning:

Kommunal budgetutbildningsanstalt

Medium grundskola № 14

Namnet på Sovjetunionens hjälte

Anatoly Perfilyev

G . Alexandrov

Forskningsarbete inom fysik

"Kärnkraftsreaktioner"

Avslutad

elever

9B klass:

Rachek Maria,

Rumyantseva Victoria,

Yesman Vitalia

lärare

Romanova O.G.

2015

Projekt plan

Introduktion

Teoretisk del

  • Kärnkraft.

Slutsats

Bibliografi

Introduktion

Relevans:

Ett av de viktigaste problemen som mänskligheten står inför är energiproblemet. Energiförbrukningen växer så snabbt att de kända bränslereserverna kommer att vara uttömda på relativt kort tid. Problemet med "energihunger" löses inte genom användning av energi från så kallade förnybara källor (energi från floder, vind, sol, havets vågor, jordens djupa värme), eftersom de kan ge bästa fall endast 5-10 % av våra behov. I detta avseende, i mitten av 1900-talet, blev det nödvändigt att söka efter nya energikällor.

För närvarande görs det verkliga bidraget till energiförsörjningen av kärnenergi, nämligen kärnkraftverk (förkortat NPP). Därför bestämde vi oss för att ta reda på om kärnkraftverk är användbara för mänskligheten.

Mål med arbetet:

  1. Ta reda på förutsättningarna för uppkomsten av kärnreaktioner.
  2. Ta reda på principerna för drift av kärnkraftverk, samt ta reda på om det har en bra eller dålig effekt på miljö och per person.

För att nå målet har vi satt upp följande uppgifter:

  1. Lär dig atomens struktur, dess sammansättning, vad är radioaktivitet.
  2. Utforska uranatomen. Utforska en kärnreaktion.
  3. Utforska principen för drift av kärnkraftsmotorer.

Forskningsmetoder:

  1. Teoretisk del - läsa litteratur om kärnreaktioner.

Teoretisk del.

Historien om atomen och radioaktivitet. Atomens struktur.

Antagandet att alla kroppar är uppbyggda av små partiklar gjordes av antika grekiska filosofer Leukippus och Demokritos för cirka 2500 tusen år sedan. Dessa partiklar kallas "atom", vilket betyder "odelbar". En atom är den minsta partikeln av materia, den enklaste, utan beståndsdelar.

Men runt mitten av 1800-talet började experimentella fakta dyka upp som tvivlade på idén om atomers odelbarhet. Resultaten av dessa experiment antydde att atomer har en komplex struktur och att de innehåller elektriskt laddade partiklar.

Det mest slående beviset komplex struktur atom var upptäckten av fenomenetradioaktivitettagen av den franske fysikern Henri Becquerel 1896. Han upptäckte att det kemiska grundämnet uran spontant (dvs utan yttre interaktioner) avger tidigare okända osynliga strålar, som senare fick namnetradioaktiv strålning. Sedan radioaktiv strålning har ovanliga egenskaper, många forskare började studera det. Det visade sig att inte bara uran, utan även vissa andra kemiska grundämnen (till exempel radium) också spontant avger radioaktiva strålar. Förmågan hos atomer av vissa kemiska element till spontan strålning började kallas radioaktivitet (från latin radio - jag strålar och activus - effektiv).

Becquerel kom på idén: åtföljs inte någon luminescens av röntgen? För att testa sin gissning tog han flera föreningar, inklusive ett av salterna av uran, vilket fosforescerande gulgrönt ljus. Efter att ha belyst den med solljus slog han in saltet i svart papper och placerade det i en mörk garderob på en fotografisk tallrik, även den insvept i svart papper. En tid senare, efter att ha visat plattan, såg Becquerel verkligen bilden av en saltbit. Men självlysande strålning kunde inte passera genom svart papper, och endast röntgenstrålar kunde belysa plattan under dessa förhållanden. Becquerel upprepade experimentet flera gånger med lika stor framgång. I slutet av februari 1896 gjorde han vid ett möte i den franska vetenskapsakademin en rapport om röntgenstrålar fosforescerande ämnen. Efter en tid utvecklades en platta av misstag i Becquerels laboratorium, på vilken det låg uransalt, inte bestrålat av solljus. Hon fosforescerade naturligtvis inte, men avtrycket på plattan visade sig. Sedan började Becquerel uppleva olika kopplingar och uranmineraler (inklusive de som inte uppvisar fosforescens), samt metalliskt uran. Tallriken tändes konstant. Genom att placera en metallkorsning mellan saltet och plattan fick Becquerel de svaga konturerna av korset på plattan. Då blev det klart att man upptäckte nya strålar som passerar genom ogenomskinliga föremål, men som inte är röntgenstrålar.

Becquerel delar sin upptäckt med forskarna som han samarbetade med. 1898 upptäckte Marie Curie och Pierre Curie toriums radioaktivitet och senare upptäckte de de radioaktiva grundämnena polonium och radium. De fann att alla uranföreningar och i allra högsta grad uran i sig har egenskapen naturlig radioaktivitet. Becquerel återvände till luminoforerna som intresserade honom. Det är sant att han gjorde en annan stor upptäckt relaterad till radioaktivitet. En gång, för en offentlig föreläsning, behövde Becquerel ett radioaktivt ämne, han tog det från Curies och stoppade provröret i västfickan. Efter att ha hållit en föreläsning lämnade han tillbaka det radioaktiva preparatet till ägarna och dagen efter hittade han rodnad i huden i form av ett provrör på kroppen under västfickan. Becquerel berättade för Pierre Curie om detta, och han satte upp ett experiment: i tio timmar bar han ett provrör med radium bundet till sin underarm. Några dagar senare fick han även rodnad, som sedan övergick i ett kraftigt sår, som han led av i två månader. Således upptäcktes den biologiska effekten av radioaktivitet för första gången.

År 1899, som ett resultat av ett experiment utfört under ledning av den engelske fysikern Ernest Rutherford, fann man att den radioaktiva strålningen av radium är inhomogen, d.v.s. har en komplex sammansättning. I mitten finns en ström (strålning) som inte har en elektrisk laddning, och 2 strömmar av laddade partiklar uppradade på sidorna. Positivt laddade partiklar kallas alfapartiklar, som är helt joniserade heliumatomer, och negativt laddade partiklar, beta-partiklar, som är elektroner. Neutrala kallas gammapartiklar eller gammakvanta. Gammastrålning, som det visade sig senare, är ett av intervallen för elektromagnetisk strålning.

Eftersom det var känt att atomen som helhet är neutral, gjorde fenomenet radioaktivitet det möjligt för forskare att skapa en grov modell av atomen. Den första personen som gjorde detta var den engelske fysikern Joseph John Thomson, som skapade en av de första modellerna av atomen 1903. Modellen var en sfär, genom hela volymen av vilken en positiv laddning var jämnt fördelad. Inuti bollen fanns elektroner, som var och en kunde göra oscillerande rörelser runt sin jämviktsposition. Modellen liknade en tårta med russin i form och struktur. Den positiva laddningen är lika i absolut värde som den totala negativa laddningen av elektronerna, så laddningen för atomen som helhet är noll.

Thomsons modell av atomens struktur behövde experimentell verifiering, som togs upp 1911 av Rutherford. Han genomförde experiment och kom till slutsatsen att modellen av atomen är en boll, i mitten av vilken det finns en positivt laddad kärna, som upptar en liten volym av hela atomen. Elektroner rör sig runt kärnan, vars massa är mycket mindre. En atom är elektriskt neutral eftersom kärnans laddning är lika med modulen för elektronernas totala laddning. Rutherford fann också att kärnan i en atom har en diameter på cirka 10-14 – 10 -15 m, dvs. den är hundratusentals gånger mindre än en atom. Det är kärnan som genomgår en förändring vid radioaktiva omvandlingar, d.v.s. radioaktivitet är förmågan hos vissa atomkärnor att spontant omvandlas till andra kärnor med emission av partiklar. För att registrera (se) partiklar uppfann den tyske fysikern Hans Geiger 1908 den så kallade Geigerräknaren.

Senare kallades positivt laddade partiklar i en atom protoner och negativa - neutroner. Protoner och neutroner är gemensamt kända som nukleoner.

klyvning av uran. Kedjereaktion.

Klyvningen av urankärnor under dess bombardemang med neutroner upptäcktes 1939 av de tyska forskarna Otto Hahn och Fritz Strassmann.

Låt oss överväga mekanismen för detta fenomen. Efter att ha absorberat en extra neutron träder kärnan i aktion och deformeras och får en långsträckt form.

Det finns 2 typer av krafter i kärnan: elektrostatiska frånstötande krafter mellan protoner, som tenderar att bryta kärnan, och nukleära attraktionskrafter mellan alla nukleoner, på grund av vilka kärnan inte sönderfaller. Men kärnkrafterna har kort räckvidd, så i en långsträckt kärna kan de inte längre hålla de delar av kärnan som ligger väldigt långt från varandra. Under inverkan av elektrostatiska krafter slits kärnan i två delar, som sprids i olika riktningar med stor hastighet och avger 2-3 neutroner. Del inre energi går in i kinetiken. Fragment av kärnan saktar snabbt ner i miljön, vilket resulterar i att deras kinetiska energi omvandlas till miljöns inre energi. Med samtidig klyvning av ett stort antal urankärnor ökar den inre energin hos mediet som omger uran och följaktligen dess temperatur. Således går reaktionen vid klyvning av urankärnor med frigörandet av energi till miljön. Energin är kolossal. Med fullständig klyvning av alla kärnor som finns i 1 g uran frigörs lika mycket energi som frigörs vid förbränning av 2,5 ton olja. Att omvandla den inre energin i atomkärnorna till elektrisk energi, kedjereaktioner kärnklyvning, baserat på det faktum att 2-3 neutroner som frigörs under klyvningen av den första kärnan kan delta i klyvningen av andra kärnor som fångar upp dem. För att upprätthålla kontinuiteten i kedjereaktionen är det viktigt att ta hänsyn till massan av uran. Om massan av uran är för liten flyger neutronerna ut ur den utan att möta kärnan på vägen. Kedjereaktionen upphör. Ju större massa en bit uran är, desto större är dess dimensioner och desto längre väg som neutroner färdas i den. Sannolikheten för neutroner att mötas med atomkärnor ökar. Följaktligen ökar antalet kärnklyvningar och antalet emitterade neutroner. Antalet neutroner som uppstod efter klyvning av kärnor är lika med antalet förlorade neutroner, så reaktionen kan fortsätta länge sedan. För att reaktionen inte ska sluta måste du ta en massa uran visst värde– kritisk. Om massan av uran är mer än kritisk, leder kedjereaktionen till en explosion som ett resultat av en kraftig ökning av fria neutroner.

Kärnreaktor. Kärnreaktion. Omvandling av atomkärnors inre energi till elektrisk energi.

Kärnreaktor – Det här är en anordning där en kontrollerad kärnkedjereaktion utförs, åtföljd av frigörande av energi. Den första kärnreaktorn, kallad SR-1, byggdes i december 1942 i USA under ledning av E. Fermi. För närvarande finns det enligt IAEA 441 reaktorer i världen i 30 länder. Ytterligare 44 reaktorer är under uppbyggnad.

I en kärnreaktor används uran-235 främst som klyvbart material. En sådan reaktor kallas en långsam neutronreaktor. moderator Neutroner kan vara olika ämnen:

  1. Vatten . Fördelarna med vanligt vatten som moderator är dess tillgänglighet och låga kostnad. Nackdelarna med vatten är låg temperatur kokning (100 °C vid ett tryck av 1 atm) och absorption av termiska neutroner. Den första nackdelen elimineras genom att öka trycket i primärkretsen. Absorptionen av termiska neutroner av vatten kompenseras genom användning av kärnbränsle baserat på anrikat uran.
  2. Tungt vatten . Tungt vatten skiljer sig lite från vanligt vatten i sina kemiska och termofysiska egenskaper. Det absorberar praktiskt taget inte neutroner, vilket gör det möjligt att använda naturligt uran som kärnbränsle i reaktorer med en tungvattenmoderator. Nackdelen med tungt vatten är dess höga kostnad.
  3. Grafit . Reaktorgrafit erhålls artificiellt från en blandning av petroleumkoks och stenkolstjära. Först pressas block från blandningen och sedan värmebehandlas dessa block vid hög temperatur. Grafit har en densitet på 1,6-1,8 g/cm3. Den sublimeras vid en temperatur på 3800-3900 °C. Grafit uppvärmd i luft till 400 °C antänds. Därför finns det i kraftreaktorer i en atmosfär av inert gas (helium, kväve).
  4. Beryllium . En av de bästa retarderna. Den har en hög smältpunkt (1282°C) och värmeledningsförmåga och är kompatibel med koldioxid, vatten, luft och vissa flytande metaller. Helium uppträder emellertid i tröskelreaktionen, därför, under intensiv bestrålning med snabba neutroner, ackumuleras gas inuti beryllium, under vilket tryck beryllium sväller. Användningen av beryllium begränsas också av dess höga kostnad. Dessutom är beryllium och dess föreningar mycket giftiga. Beryllium används för att tillverka reflektorer och vattenförskjutare i kärnan av forskningsreaktorer.

Delar av en långsam neutronreaktor: i kärnan finns kärnbränsle i form av uranstavar och en neutronmoderator (till exempel vatten), en reflektor (ett lager av materia som omger kärnan) och ett skyddande skal av betong. Reaktionen styrs av kontrollstavar som effektivt absorberar neutroner. För att starta reaktorn tas de gradvis bort från härden. Neutronerna och fragmenten av kärnor som bildas under denna reaktion, som flyger isär i hög hastighet, faller i vattnet, kolliderar med kärnorna av väte- och syreatomer och ger dem en del av deras kinetiska energi. Samtidigt värms vattnet upp och efter en tid faller de bromsade neutronerna åter ner i uranstavarna och deltar i kärnklyvning. Den aktiva zonen är ansluten till värmeväxlaren med hjälp av rör, som bildar den första slutna kretsen. Pumpar ger vattencirkulation i den. Det uppvärmda vattnet passerar genom värmeväxlaren, värmer vattnet i sekundärslingan och omvandlar det till ånga. Således fungerar vattnet i kärnan inte bara som en neutronmoderator, utan också som ett kylmedel som tar bort värme. Efter att ångenergin i spolen omvandlas till elektrisk energi. Ångan vrider turbinen, som driver generatorrotorn. elektrisk ström. Avgasångan kommer in i kondensorn och förvandlas till vatten. Sedan upprepas hela cykeln.

kärnkraftsmotoranvänder energin från kärnklyvning eller fusion för att skapa jetkraft. Den traditionella kärnkraftsmotorn som helhet är en konstruktion av en kärnreaktor och själva motorn. Arbetsvätskan (oftare - ammoniak eller väte) tillförs från tanken till reaktorhärden, där den passerar genom kanalerna som värms upp av kärnsönderfallsreaktionen värms upp till höga temperaturer och sprutas sedan ut genom munstycket, vilket skapar strålkraft. .

Kärnkraft.

Kärnkraft- ett teknikområde baserat på användningen av atomkärnors fissionsreaktion för att generera värme och generera elektricitet. Kärnenergisektorn är mest betydande i Frankrike, Belgien, Finland, Sverige, Bulgarien och Schweiz, d.v.s. i de industriländer där det inte finns tillräckligt med naturliga energiresurser. Dessa länder genererar mellan en och en fjärdedel av sin el från kärnkraftverk.

Den första europeiska reaktorn skapades 1946 i Sovjetunionen under ledning av Igor Vasilyevich Kurchatov. 1954 togs det första kärnkraftverket i drift i Obninsk. NPP fördelar:

  1. Den största fördelen är det praktiska oberoendet från bränslekällor på grund av den lilla mängden bränsle som används. I Ryssland är detta särskilt viktigt i den europeiska delen, eftersom leveransen av kol från Sibirien är för dyr. Driften av ett kärnkraftverk är mycket billigare än ett värmekraftverk. Det är sant att det är billigare att bygga ett värmekraftverk än att bygga ett kärnkraftverk.
  2. En stor fördel med ett kärnkraftverk är dess relativa miljömässiga renhet. Vid TPP är de totala årliga utsläppen av skadliga ämnen cirka 13 000 ton per år för gas och 165 000 ton för TPP för pulveriserat kol. Det finns inga sådana utsläpp vid kärnkraftverk. Termiska kraftverk förbrukar 8 miljoner ton syre per år för bränsleoxidation, medan kärnkraftverk inte förbrukar syre alls. Dessutom ger en kolanläggning en högre specifik frisättning av radioaktiva ämnen. Kol innehåller alltid naturliga radioaktiva ämnen, när kol förbränns kommer de nästan helt in i den yttre miljön. De flesta radionuklider från värmekraftverk är långlivade. De flesta radionuklider från kärnkraftverk sönderfaller snabbt och förvandlas till icke-radioaktiva.
  3. För de flesta länder, inklusive Ryssland, är produktionen av el vid kärnkraftverk inte dyrare än vid pulveriserat kol och i ännu högre grad, gasoljevärmekraftverk. Kärnkraftverkens fördel i kostnaden för producerad el är särskilt märkbar under de så kallade energikriserna som började i början av 1970-talet. Fallande oljepriser minskar automatiskt kärnkraftverkens konkurrenskraft.

Användningen av kärnkraftsmotorer i modern tid.

Som den kärnfysik utsikterna att skapa kärnkraftverk blev allt tydligare. Det första praktiska steget i denna riktning togs av Sovjetunionen var 1954 ett kärnkraftverk byggdes.

År 1959 Det första kärnkraftsdrivna fartyget i världen, Lenins isbrytare, togs i drift under Sovjetunionens flagg.

PÅ senaste åren På 1800-talet gick de kraftfulla sovjetiska kärnkraftsdrivna isbrytarna Arktika och Sibir in i Arctic Watch...

Kärnkraften har öppnat upp särskilt stora möjligheter för ubåtar, vilket gör det möjligt att lösa två av de mest faktiska problem- Öka undervattenshastigheten och öka varaktigheten av simning under vatten utan att ta ytan. När allt kommer omkring kan de mest avancerade dieselelektriska ubåtarna inte utvecklas mer än 18-20 knop under vatten, och även denna hastighet bibehålls bara i ungefär en timme, varefter de tvingas till ytan för att ladda batterierna.

Under sådana förhållanden, på ledning av SUKP:s centralkommitté och den sovjetiska regeringen, skapades en atomubåtsflotta i vårt land på kortast möjliga tid. Sovjetiska kärnkraftsdrivna ubåtar korsade upprepade gånger Ishavet under isen och dök upp till ytan i området kring Nordpolen. På tröskeln till CPSU:s XXIII-kongress kringgick en grupp atomubåtar världen och passerade cirka 22 tusen miles under vatten utan att dyka upp ...

Huvudskillnaden mellan en kärnubåt och en ångdriven är ersättningen av en ångpanna med en reaktor där en kontrollerad kedjereaktion av klyvning av kärnbränsleatomer utförs med frigöring av värme som används för att producera ånga i en ånga generator.

Kärnkraftverk skapat för ubåtar verkligt perspektiv inte bara för att komma ikapp med ytfartyg utan också för att överträffa dem. Som vi vet, i ett nedsänkt tillstånd, upplever inte en ubåt vågmotstånd, för att övervinna vilka ytförskjutningsfartyg med hög hastighet spenderar större delen av kraftverkets kraft.

Den biologiska effekten av strålning.

Strålning är till sin natur skadlig för livet. Små doser av strålning kan "starta" en ännu inte helt förstådd händelsekedja som leder till cancer eller genetisk skada. Vid höga doser kan strålning förstöra celler, skada organvävnader och orsaka en organisms död. Skador orsakade av höga doser av strålning dyker vanligtvis upp inom timmar eller dagar. Cancer uppstår dock många år efter exponering, vanligtvis inte tidigare än ett till två decennier. Och medfödda missbildningar och andra ärftliga sjukdomar orsakade av skador på den genetiska apparaten, per definition, uppträder endast i nästa eller efterföljande generationer: dessa är barn, barnbarn och mer avlägsna ättlingar till en individ som har utsatts för strålning.

Beroende på typ av strålning, stråldos och dess förhållanden, olika sorter strålningsskada. Dessa är akut strålsjuka (ARS) - från extern exponering, ARS - från intern exponering, kronisk strålningssjuka, olika kliniska former med övervägande lokala lesioner av enskilda organ, som kan karakteriseras av akut, subakut eller kroniskt förlopp; dessa är långsiktiga konsekvenser, bland vilka den viktigaste är förekomsten av maligna tumörer; degenerativa och dystrofiska processer (katarakt, sterilitet, sklerotiska förändringar). Detta inkluderar också de genetiska konsekvenser som observerats hos avkomma till utsatta föräldrar. Den joniserande strålningen som orsakar deras utveckling, på grund av sin höga penetreringsförmåga, påverkar vävnader, celler, intracellulära strukturer, molekyler och atomer var som helst i kroppen.

Levande varelser reagerar olika på effekterna av strålning, och utvecklingen av strålningsreaktioner beror till stor del på stråldosen. Därför är det tillrådligt att skilja mellan: 1) effekten av små doser, upp till cirka 10 rad; 2) exponering för medelstora doser som vanligtvis används med terapeutiska syften, som gränsar till deras övre gräns för exponering för höga doser. Vid exponering för strålning finns reaktioner som uppstår omedelbart, tidiga reaktioner, såväl som sena (fjärr) manifestationer. Slutresultatet av bestrålning beror ofta till stor del på doshastigheten, olika förhållanden bestrålning och särskilt om strålningens natur. Detta gäller även för tillämpningsområdet för strålning i klinisk praxis för terapeutiska ändamål.

Strålning påverkar människor olika beroende på kön och ålder, kroppens tillstånd, immunförsvar etc., men den är särskilt stark på spädbarn, barn och ungdomar.

Cancer är den allvarligaste av alla konsekvenser av människors exponering för låga doser. Omfattande undersökningar som omfattar 100 000 överlevande atombombningar Hiroshima och Nagasaki har visat att cancer hittills är den enda orsaken till överdödlighet i denna befolkningsgrupp.

Slutsats.

Efter att ha utfört forskning upptäckte vi att kärnbränsle och kärnkraftsmotorer ger stora fördelar för människor. Tack vare dem hittade en person billiga värme- och energikällor (ett kärnkraftverk ersätter flera tiotals eller till och med hundratals konventionella värmekraftverk för en person), kunde ta sig genom isen till Nordpolen och sjunka till botten av havet. Men allt detta fungerar bara när det appliceras korrekt, d.v.s. i rätt mängd och endast för fredliga ändamål. Det har förekommit många fall av explosioner av kärnkraftverk (Tjernobyl, Fukushima) och explosioner av atombomber (Hiroshima och Nagasaki).

Men ingen är skyddad från konsekvenserna av radioaktivt avfall. Många människor lider av strålsjuka och cancer orsakad av strålning. Men vi tror att om några år kommer forskarna att komma på metoder för att omhänderta radioaktivt avfall utan att skada hälsan och uppfinna botemedel mot alla dessa sjukdomar.

Bibliografi.

  1. A.V. Pyoryshkin, E.M. Gutnik. "Lärobok i fysik för årskurs 9".
  2. G. Kessler. "Kärnenergi".
  3. R. G. Perelman. "Kärnkraftsmotorer".
  4. E. Rutherford. Utvalda vetenskapliga verk. Atomens struktur och artificiell transformation.
  5. https://en.wikipedia.org
Förhandsvisning:

För att använda förhandsvisningen av presentationer, skapa ett konto för dig själv ( konto) Google och logga in:

Och förmågan att använda kärnenergi för både konstruktiva (atomenergi) och destruktiva (atombomb) ändamål har kanske blivit en av det senaste nittonhundratalets mest betydelsefulla uppfinningar. Tja, kärnan i all den där formidabla kraften som lurar i tarmen på en liten atom är kärnreaktioner.

Vad är kärnreaktioner

I fysiken förstås kärnreaktioner som processen för interaktion av en atomkärna med en annan kärna som liknar den eller med olika elementarpartiklar, som ett resultat av vilket sammansättningen och strukturen av kärnan förändras.

Lite historia om kärnreaktioner

Den första kärnreaktionen i historien gjordes av den store vetenskapsmannen Rutherford redan 1919 under experiment för att upptäcka protoner i sönderfallsprodukter från kärnor. Forskaren bombarderade kväveatomer med alfapartiklar, och när partiklarna kolliderade inträffade en kärnreaktion.

Och så här såg ekvationen för denna kärnreaktion ut. Rutherford är krediterad för upptäckten av kärnreaktioner.

Detta följdes av många experiment av forskare om implementeringen olika typer kärnreaktioner, till exempel, kärnreaktionen orsakad av bombarderingen av atomkärnor av neutroner, som utfördes av den enastående italienska fysikern E. Fermi, var mycket intressant och betydelsefull för vetenskapen. Speciellt upptäckte Fermi att kärnomvandlingar inte bara kan orsakas av snabba neutroner, utan också av långsamma, som rör sig med termiska hastigheter. Förresten, kärnreaktioner orsakade av exponering för temperatur kallas termonukleära. När det gäller kärnreaktioner under påverkan av neutroner fick de mycket snabbt sin utveckling inom vetenskapen, och vad mer, läs om det vidare.

Typisk formel för en kärnreaktion.

Vilka kärnreaktioner finns det i fysiken

I allmänhet kan de för närvarande kända kärnreaktionerna delas in i:

  • Kärnfission
  • termonukleära reaktioner

Nedan skriver vi i detalj om var och en av dem.

klyvning av atomkärnor

Klyvningsreaktionen av atomkärnor innebär sönderdelningen av den faktiska kärnan i en atom i två delar. År 1939 upptäckte de tyska forskarna O. Hahn och F. Strassmann atomklyvning, i fortsatt forskning av sina vetenskapliga föregångare, fann de att när uran bombarderas med neutroner uppstår element från den mellersta delen av Mendeleevs periodiska system, nämligen radioaktiva isotoper av barium, krypton och några andra element. Tyvärr användes denna kunskap från början för skrämmande, destruktiva syften, eftersom den andra Världskrig och tyska, och å andra sidan tävlade amerikanska och sovjetiska forskare om att utveckla kärnvapen (baserade på kärnreaktionen av uran), som slutade i de ökända "kärnsvamparna" över de japanska städerna Hiroshima och Nagasaki.

Men tillbaka till fysiken, uranets kärnreaktion under splittringen av dess kärna har precis samma kolossala energi som vetenskapen har kunnat ställa till sin tjänst. Hur går en sådan kärnreaktion till? Som vi skrev ovan sker det på grund av att uranatomkärnan bombarderas av neutroner, från vilka kärnan delar sig och en enorm kinetisk energi uppstår, i storleksordningen 200 MeV. Men det som är mest intressant, som en produkt av urankärnans kärnklyvningsreaktion från en kollision med en neutron, finns det flera fria nya neutroner, som i sin tur kolliderar med nya kärnor, delar dem, och så vidare. Som ett resultat finns det ännu fler neutroner och ännu fler urankärnor splittrade från kollisioner med dem - en verklig kärnkedjereaktion inträffar.

Så här ser det ut på diagrammet.

I detta fall måste neutronmultiplikationsfaktorn vara större än 1, detta är ett nödvändigt villkor för en kärnreaktion av detta slag. Med andra ord, i varje efterföljande generation av neutroner som bildas efter sönderfallet av kärnor, borde det finnas fler av dem än i den föregående.

Det är värt att notera att enligt en liknande princip kan kärnreaktioner under bombardemang också äga rum under klyvningen av kärnorna av atomer i vissa andra grundämnen, med nyanserna att kärnorna kan bombarderas av en mängd olika elementarpartiklar, och produkterna av sådana kärnreaktioner kommer att skilja sig åt för att beskriva dem mer i detalj. , vi behöver en hel vetenskaplig monografi

termonukleära reaktioner

Termonukleära reaktioner är baserade på fusionsreaktioner, det vill säga i själva verket är processen motsatsen till klyvning, atomernas kärnor delas inte upp i delar, utan smälter samman med varandra. Det frigör också mycket energi.

Termonukleära reaktioner, som namnet antyder (termo - temperatur) kan bara inträffa vid mycket höga temperaturer. När allt kommer omkring, för att två kärnor av atomer ska smälta samman måste de närma sig ett mycket nära avstånd till varandra, samtidigt som de övervinner den elektriska repulsionen av deras positiva laddningar, detta är möjligt när det finns en stor kinetisk energi, vilket i sin tur, är möjligt vid höga temperaturer. Det bör noteras att termonukleära reaktioner av väte inte förekommer, men inte bara på den, utan också på andra stjärnor, man kan till och med säga att det är just detta som ligger till grund för deras natur hos någon stjärna.

Video om kärnreaktioner

Och slutligen, en pedagogisk video om ämnet för vår artikel, kärnreaktioner.

De är indelade i 2 klasser: termonukleära reaktioner och reaktioner under inverkan av kärnpartiklar och kärnklyvning. De förra kräver en temperatur på ~ flera miljoner grader för att de ska kunna genomföras och förekommer endast i stjärnornas inre eller under explosioner av H-bomber. De senare förekommer i atmosfären och litosfären på grund av kosmisk strålning och på grund av kärnaktiva partiklar i jordens övre skal. Snabba kosmiska partiklar (medelenergi ~2 10 9 eV), som kommer in i jordens atmosfär, orsakar ofta fullständig splittring av atmosfäriska atomer (N, O) till lättare kärnfragment, bl.a. neutroner. Bildningshastigheten för den senare når 2,6 neutroner (cm -2 sek -1). Neutroner interagerar huvudsakligen med atmosfäriskt kväve, vilket ger en konstant produktion av radioaktivt isotoper kol C 14 (T 1/2 = 5568 år) och tritium H 3 (T 1/2 = 12,26 år) enligt följande reaktioner N 14 + P\u003d C14 + H1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Den årliga bildningen av radiokol i jordens atmosfär är cirka 10 kg. Bildandet av radioaktivt Be 7 och Cl 39 i atmosfären noterades också. Kärnreaktioner i litosfären uppstår främst på grund av α-partiklar och neutroner som uppstår vid sönderfallet av långlivade radioaktiva grundämnen (främst U och Th). Det bör noteras ackumuleringen av He 3 i några ml som innehåller Li (se. Heliumisotoper i geologi), bildandet av individuella isotoper av neon i euxenit, monazit och andra m-lahs enligt reaktionerna: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na22 -> Ne22. Bildandet av argonisotoper i radioaktiva ämnen enligt reaktionerna: Cl 35 + Inte = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Under spontan och neutroninducerad klyvning av uran observeras bildningen av tunga isotoper av krypton och xenon (se metod för bestämning av absolut ålder för Xenon). I litosfärens m-lakh orsakar den artificiella klyvningen av atomkärnor ackumulering av vissa isotoper i mängden 10 -9 -10 -12% av massan av m-la.

  • - transformationer av atomkärnor på grund av deras interaktioner med elementarpartiklar eller med varandra...
  • - grenade kedjereaktioner av fission av tunga kärnor av neutroner, som ett resultat av vilket antalet neutroner ökar kraftigt och en självuppehållande fissionsprocess kan inträffa ...

    Början av modern naturvetenskap

  • - Ammunition vars skadliga effekt är baserad på användningen av energin från en kärnvapenexplosion. Dessa inkluderar kärnstridsspetsar av missiler och torpeder, kärnvapenbomber, artillerigranater, djupladdningar, minor ...

    Ordbok över militära termer

  • Ordlista över juridiska termer

  • - ....

    Encyclopedic Dictionary of Economics and Law

  • - enligt definitionen av den federala lagen "Om användningen av atomenergi" av den 20 oktober 1995 "material som innehåller eller kan reproducera klyvbara kärnämnen" ...

    Big Law Dictionary

  • - snurpar, litet nukleärt RNA liten storlek associerad med heterogent nukleärt RNA , är en del av de små ribonukleoproteingranulerna i kärnan ...
  • - Se liten kärnkraft...

    Molekylärbiologi och genetik. Lexikon

  • - kärnreaktioner, där den infallande partikeln överför energi inte till hela målkärnan, utan till en separat. nukleon eller grupp av nukleoner i denna kärna. I P.I. R. ingen sammansatt kärna bildas.

    Naturvetenskap. encyklopedisk ordbok

  • - Olyckor som inträffar vid kärnkraftverk. Under en kärnkraftsolycka ökar den radioaktiva föroreningen av miljön kraftigt ...

    Ekologisk ordbok

  • - omvandling av kärnatomer vid kollision med andra kärnor, elementarpartiklar eller gammakvanta. När tunga kärnor bombarderas med lättare kärnor erhålls alla transuranelement ...

    Encyclopedic Dictionary of Metallurgy

  • - kärnprocesser där energin som införs i atomkärnan överförs huvudsakligen till en eller en liten grupp av nukleoner ...

    Stora sovjetiska encyklopedien

  • - DIREKTA kärnreaktioner - kärnreaktioner där den infallande partikeln överför energi inte till hela målkärnan, utan till en enskild nukleon eller en grupp av nukleoner i denna kärna. I direkta kärnreaktioner bildas ingen förening ...
  • - se Nukleära kedjereaktioner ...

    Stor encyklopedisk ordbok

  • - reaktioner av transformation av atomkärnor när de interagerar med elementarpartiklar, β-kvanter eller med varandra. Studerades först av Ernest Rutherford 1919...

    Stor encyklopedisk ordbok

  • - KÄRNKEDJEREAKTIONER - självuppehållande reaktioner av fission av atomkärnor under inverkan av neutroner under förhållanden när varje fissionshändelse åtföljs av utsläpp av minst 1 neutron, vilket säkerställer upprätthållandet av ...

    Stor encyklopedisk ordbok

"KÄRNREAKTIONER I NATUREN" i böcker

Nukleära Euromissiler

Från boken Purely Confidential [ambassadör i Washington under sex amerikanska presidenter (1962-1986)] författare Dobrynin Anatolij Fedorovich

Kapitel 6 Att dyrka naturen. Myter om naturen

Från boken Myths of Armenia författare Ananikyan Martiros A

Kapitel 6 Att dyrka naturen. Myter om naturen

Nukleära Robinsons

Från boken Bomb. Hemligheter och passioner i den atomära undre världen författare Pestov Stanislav Vasilievich

Nukleära Robinsons I slutet av 50-talet var Chrusjtjov mycket intresserad av ett projekt som föreslagits av militäringenjörer. Dess kärna var att skapa konstgjorda öar utanför USA:s Atlantkust. Man tänkte så här: en mörk tjuvnatt tar sig kraftfulla torrlastfartyg till

Kärnkraftsambition

Från boken Vakna! Överlev och frodas i det kommande ekonomiska kaoset författare Chalabi El

Kärnkraftsambitioner Under andra halvåret 2003 fick världen veta att Irans urananrikningsprogram var mer avancerat än man tidigare trott och att Iran om ett par år skulle bli ett kärnvapen. Låt oss citera amerikanens ord officiell, involverad

Kärnkraftsförsäljning

Från boken Infobusiness vid full kapacitet [Doubling Sales] författare Parabellum Andrey Alekseevich

Nuclear Sales Japan testar för närvarande en intressant modell. Ett företag som gjorde kundundersökningar har skrivit många kontrakt med olika företag som behöver Respons från deras målgrupp. De öppnade en butik för gratis saker -

"KÄRNVÄSKAR"

Från boken Okänd, avvisad eller gömd författare Tsareva Irina Borisovna

"KÄRNSVÄXOR" Det här är coolare än de berömda "väskorna med kompromissande bevis"! En okunnig, långspelsskandal utspelar sig kring de så kallade "kärnkraftsväskorna." Allt började med ett sensationellt uttalande från den tidigare säkerhetssekreteraren Ryska federationens råd.

Om lagarnas natur, lagar och natur

Från boken Klara ord författaren Ozornin Prokhor

Om naturen, lagar och lagarnas natur Det som var absurt igår har blivit naturlag idag. Lagar förändras – naturen förblir densamma

Kärnreaktioner och elektrisk laddning

Från boken Neutrino - atomens spöklika partikel författaren Asimov Isaac

Kärnreaktioner och elektrisk laddning När fysiker började förstå atomens struktur tydligare på 1990-talet upptäckte de att åtminstone några av dess delar bär på en elektrisk laddning. Till exempel elektroner som fyller de yttre områdena av en atom

KÄRNREAKTIONER

Från bok Kärnenergi för militära ändamål författare Smith Henry Dewolf

KÄRNREAKTIONER KÄRNBOMBRINGSMETODER1.40. Cockcroft och Walton producerade protoner med tillräckligt hög energi genom att jonisera vätgas och sedan accelerera jonerna i en högspänningsanläggning med en transformator och en likriktare. En liknande metod kan

KÄRNOLYCKOR

Från bok nödsituation i den sovjetiska flottan författare Cherkashin Nikolai Andreevich Nukleära kedjereaktioner Från författarens bok Great Soviet Encyclopedia (YD) TSB

§ 3.13 Kärnreaktioner och massdefekt

Från boken Ritz Ballistic Theory and the Picture of the Universe författare Semikov Sergey Alexandrovich

§ 3.13 Kärnreaktioner och massdefekt Alla förändringar i naturen som sker är sådana tillstånd att hur mycket som tas från en kropp, så mycket kommer att läggas till en annan. Så, om någon materia minskar någonstans, kommer den att föröka sig på en annan plats ... Denna universella naturliga

Planen:

    Introduktion
  • 1 kompositkärna
    • 1.1 Excitationsenergi
    • 1.2 Reaktionskanaler
  • 2 Kärnreaktionens tvärsnitt
    • 2.1 Reaktionsutbyte
  • 3 Direkta kärnreaktioner
  • 4 Bevarandelagar i kärnreaktioner
    • 4.1 Lagen om energihushållning
    • 4.2 Lagen om bevarande av momentum
    • 4.3 Lagen om bevarande av rörelsemängd
    • 4.4 Andra naturvårdslagar
  • 5 Typer av kärnreaktioner
    • 5.1 Kärnklyvning
    • 5.2 Termonukleär fusion
    • 5.3 fotonukleär reaktion
    • 5.4 Övriga
  • 6 Registrering av kärnreaktioner
    • Anteckningar

Introduktion

Kärnreaktion av litium-6 med deuterium 6 Li(d,α)α

kärnreaktion- processen för bildning av nya kärnor eller partiklar under kollisioner av kärnor eller partiklar. För första gången observerade Rutherford en kärnreaktion 1919, bombarderade kärnorna av kväveatomer med α-partiklar, den registrerades genom uppkomsten av sekundära joniserande partiklar som har ett intervall i gasen större än intervallet för α-partiklar och identifieras som protoner. Därefter togs fotografier av denna process med användning av en molnkammare.

Enligt interaktionsmekanismen delas kärnreaktioner in i två typer:

  • reaktioner med bildandet av en sammansatt kärna, är detta en tvåstegsprocess som sker vid en inte särskilt hög kinetisk energi av kolliderande partiklar (upp till cirka 10 MeV).
  • direkta kärnreaktioner nukleär tid krävs för att partikeln ska passera kärnan. Denna mekanism visar sig huvudsakligen vid mycket höga energier hos de bombarderande partiklarna.

Om, efter en kollision, de ursprungliga kärnorna och partiklarna bevaras och inga nya föds, är reaktionen elastisk spridning inom kärnkraftsfältet, åtföljd endast av en omfördelning av den kinetiska energin och rörelsemängden hos partikeln och målet kärna, och kallas potentiell spridning .


1. Sammansatt kärna

Teorin om reaktionsmekanismen med bildandet av en sammansatt kärna utvecklades av Niels Bohr 1936 tillsammans med teorin om kärnans droppmodell och ligger till grund för moderna idéer om en stor del av kärnreaktioner.

Enligt denna teori pågår en kärnreaktion i två steg. I början bildar de initiala partiklarna en mellanliggande (sammansatt) kärna för nukleär tid, det vill säga tiden det tar för partikeln att passera kärnan, ungefär lika med 10 −23 - 10 −21 s. I detta fall bildas den sammansatta kärnan alltid i ett exciterat tillstånd, eftersom den har överskottsenergi som partikeln tar till kärnan i form av bindningsenergin hos nukleonen i den sammansatta kärnan och en del av dess kinetiska energi, vilket är lika med summan av den kinetiska energin för målkärnan med massnummer och partiklar i mitten av tröghetssystemet.


1.1. Excitationsenergi

Excitationsenergin för en sammansatt kärna som bildas genom absorptionen av en fri nukleon är lika med summan av nukleonens bindningsenergi och en del av dess kinetiska energi:

Oftast, på grund av den stora skillnaden i massan av kärnan och nukleonen, är den ungefär lika med den kinetiska energin hos nukleonen som bombarderar kärnan.

I genomsnitt är bindningsenergin 8 MeV, varierande beroende på egenskaperna hos den resulterande sammansatta kärnan, men för givna målkärnor och nukleoner är detta värde en konstant. Den kinetiska energin hos den bombarderande partikeln kan vara vad som helst, till exempel när kärnreaktioner exciteras av neutroner, vars potential inte har en Coulomb-barriär, kan värdet vara nära noll. Således är bindningsenergin den minsta excitationsenergin för den sammansatta kärnan.


1.2. Reaktionskanaler

Övergången till det oexciterade tillståndet kan utföras på olika sätt, så kallade reaktionskanaler. Typerna och kvanttillståndet för de infallande partiklarna och kärnorna före reaktionens start bestämmer ingångskanal reaktioner. Efter fullbordande av reaktionen bildades uppsättningen av reaktionsprodukter och deras kvanttillstånd bestämmer utgångskanal reaktioner. Reaktionen kännetecknas helt av ingångs- och utgångskanaler.

Reaktionskanalerna beror inte på metoden för bildning av den sammansatta kärnan, vilket kan förklaras av den sammansatta kärnans långa livslängd, den verkar "glömma" hur den bildades, därför kan bildningen och sönderfallet av den sammansatta kärnan betraktas som oberoende händelser. Till exempel kan den bildas som en sammansatt kärna i ett exciterat tillstånd i en av följande reaktioner:

Därefter, under villkoret av samma excitationsenergi, kan denna sammansatta kärna sönderfalla genom det omvända av någon av dessa reaktioner med en viss sannolikhet, oberoende av historien om ursprunget till denna kärna. Sannolikheten för bildandet av en sammansatt kärna beror på energin och typen av målkärna.


2. Kärnreaktionens tvärsnitt

Sannolikheten för en reaktion bestäms av reaktionens så kallade kärntvärsnitt. I laboratoriereferensramen (där målkärnan är i vila) är sannolikheten för interaktion per tidsenhet lika med produkten av tvärsnittet (uttryckt i ytenheter) och flödet av infallande partiklar (uttryckt i antalet partiklar som korsar en enhetsarea per tidsenhet). Om flera utgångskanaler kan implementeras för en ingångskanal, är förhållandet mellan sannolikheterna för reaktionsutgångskanalerna lika med förhållandet mellan deras tvärsnitt. Inom kärnfysik uttrycks reaktionstvärsnitt vanligtvis i specialenheter - lador, lika med 10 −24 cm².


2.1. Reaktionsutbyte

Antalet fall av reaktion relaterade till antalet partiklar som bombarderar målet kallas kärnreaktion. Detta värde bestäms experimentellt i kvantitativa mätningar. Eftersom utbytet är direkt relaterat till reaktionstvärsnittet är mätningen av utbytet väsentligen ett mått på reaktionstvärsnittet.

3. Direkta kärnreaktioner

Förloppet av kärnreaktioner är också möjligt genom mekanismen för direkt interaktion, huvudsakligen manifesterar en sådan mekanism sig vid mycket höga energier av de bombarderande partiklarna, när kärnans nukleoner kan betraktas som fria. Direkta reaktioner skiljer sig från den sammansatta kärnmekanismen främst i fördelningen av rörelsemängdsvektorerna för produktpartiklarna med avseende på rörelsemängden hos de bombarderande partiklarna. I motsats till den sfäriska symmetrin hos den sammansatta kärnans mekanism, kännetecknas direkt interaktion av reaktionsprodukternas övervägande flygriktning framåt i förhållande till de infallande partiklarnas rörelseriktning. Produktpartiklarnas energifördelning i dessa fall är också olika. Direkt interaktion kännetecknas av ett överskott av högenergipartiklar. Vid kollisioner med kärnor av komplexa partiklar (det vill säga andra kärnor) är processerna för överföring av nukleoner från kärna till kärna eller utbyte av nukleoner möjliga. Sådana reaktioner sker utan bildandet av en sammansatt kärna och alla egenskaper hos direkt interaktion är inneboende i dem.


4. Bevarandelagar i kärnreaktioner

I kärnreaktioner är alla lagar för bevarande av klassisk fysik uppfyllda. Dessa lagar inför begränsningar för möjligheten till en kärnreaktion. Även en energiskt gynnsam process visar sig alltid vara omöjlig om den åtföljs av ett brott mot någon bevarandelag. Dessutom finns det bevarandelagar som är specifika för mikrovärlden; några av dem är alltid uppfyllda, så vitt det är känt (lagen om bevarande av baryontalet, leptontalet); andra bevarandelagar (isospin, paritet, konstigheter) undertrycker bara vissa reaktioner, eftersom de inte är uppfyllda för vissa av de grundläggande interaktionerna. Konsekvenserna av bevarandelagar är de så kallade urvalsreglerna, som indikerar möjligheten eller förbudet av vissa reaktioner.


4.1. Lagen om energihushållning

Om , , , är den totala energin för två partiklar före och efter reaktionen, då baserat på lagen om energibevarande:

När fler än två partiklar bildas bör antalet termer på höger sida av detta uttryck vara större. En partikels totala energi är lika med dess viloenergi Mc 2 och kinetisk energi E, det är därför:

Skillnaden mellan de totala kinetiska energierna för partiklar vid reaktionens "utgång" och "ingång" F = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) kallad reaktionsenergi(eller reaktionens energiutbyte). Den uppfyller villkoret:

Multiplikator 1/ c 2 utelämnas vanligtvis vid beräkning av energibalansen, vilket uttrycker massorna av partiklar i energienheter (eller ibland energi i massenheter).

Om en F> 0, då åtföljs reaktionen av frigöring av fri energi och kallas exoenergetisk , om F < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoenergetisk .

Det är lätt att se det F> 0 när summan av massorna av produktpartiklarna är mindre än summan av massorna av de initiala partiklarna, det vill säga frigörandet av fri energi är endast möjligt genom att reducera massorna av de reagerande partiklarna. Och vice versa, om summan av massorna av sekundärpartiklarna överstiger summan av massorna av de initiala, är en sådan reaktion möjlig endast om en viss mängd kinetisk energi spenderas för att öka viloenergin, det vill säga, massorna av nya partiklar. Minimivärdet för den kinetiska energin för en infallande partikel vid vilken en endoenergetisk reaktion är möjlig kallas tröskelreaktionsenergi. Endoenergetiska reaktioner kallas också tröskelreaktioner eftersom de inte förekommer vid partikelenergier under tröskeln.


4.2. Lagen om bevarande av momentum

Den totala rörelsemängden för partiklarna före reaktionen är lika med den totala rörelsemängden för partiklarnas reaktionsprodukter. Om , , , är impulsvektorerna för två partiklar före och efter reaktionen, då

Var och en av vektorerna kan mätas oberoende experimentellt, till exempel med en magnetisk spektrometer. Experimentella data indikerar att lagen om bevarande av momentum är giltig både i kärnreaktioner och i processerna för spridning av mikropartiklar.


4.3. Lagen om bevarande av rörelsemängd

Vinkelmomentum bevaras också i kärnreaktioner. Som ett resultat av kollisionen av mikropartiklar bildas endast sådana sammansatta kärnor, vars vinkelmoment är lika med ett av de möjliga värdena för momentet som erhålls genom att addera de inneboende mekaniska momenten (snurrarna) av partiklarna och momentet av deras relativa rörelse (omloppsmoment). Sönderfallskanalerna i en sammansatt kärna kan också bara vara sådana att den totala rörelsemängden (summan av spinn- och orbitalmomenten) bevaras.


4.4. Andra naturvårdslagar

  • i kärnreaktioner är en elektrisk laddning bevarad - den algebraiska summan av elementära laddningar före reaktionen är lika med den algebraiska summan av laddningarna efter reaktionen.
  • vid kärnreaktioner bevaras antalet nukleoner, vilket i de mest allmänna fallen tolkas som bevarandet av baryontalet. Om de kinetiska energierna för de kolliderande nukleonerna är mycket höga, är reaktioner av produktionen av nukleonpar möjliga. Eftersom motsatta tecken tilldelas nukleoner och antinukleoner, förblir den algebraiska summan av baryontal alltid oförändrad i alla processer.
  • i kärnreaktioner bevaras antalet leptoner (mer exakt skillnaden mellan antalet leptoner och antalet antileptoner, se Leptonnummer).
  • i kärnreaktioner som pågår under inverkan av kärnkrafter eller elektromagnetiska krafter bevaras vågfunktionens paritet, vilket beskriver partiklarnas tillstånd före och efter reaktionen. Vågfunktionens paritet bevaras inte i transformationer på grund av svaga interaktioner.
  • i kärnreaktioner på grund av starka interaktioner bevaras isotopspinnet. Svaga och elektromagnetiska interaktioner bevarar inte isospins.

5. Typer av kärnreaktioner

Kärnväxelverkan med partiklar är av mycket olika karaktär, deras typer och sannolikheterna för en viss reaktion beror på typen av bombarderande partiklar, målkärnor, energierna hos interagerande partiklar och kärnor och många andra faktorer.

5.1. Kärnfission

Kärnfission- processen att dela en atomkärna i två (sällan tre) kärnor med liknande massor, så kallade fissionsfragment. Som ett resultat av fission kan även andra reaktionsprodukter uppstå: lätta kärnor (främst alfapartiklar), neutroner och gammakvanta. Fission kan vara spontan (spontan) och forcerad (som ett resultat av interaktion med andra partiklar, främst med neutroner). Klyvningen av tunga kärnor är en exoterm process som frigörs Ett stort antal energi i form av kinetisk energi hos reaktionsprodukter, samt strålning.

Kärnklyvning är energikällan i kärnreaktorer och kärnvapen.


5.2. Termonukleär fusion

Vid normala temperaturer är sammansmältningen av kärnor omöjlig, eftersom positivt laddade kärnor upplever enorma Coulomb-repulsionskrafter. För syntesen av lätta kärnor är det nödvändigt att föra dem närmare ett avstånd på cirka 10 −15 m, där verkan av de attraktiva kärnkrafterna kommer att överstiga Coulomb-repulsiva krafter. För att fusionen av kärnor ska ske är det nödvändigt att öka deras rörlighet, det vill säga att öka deras kinetiska energi. Detta uppnås genom att höja temperaturen. På grund av den mottagna termiska energin ökar kärnornas rörlighet, och de kan närma sig varandra på så nära avstånd att de under inverkan av kärnsammanhållningskrafter kommer att smälta samman till en ny, mer komplex kärna. Som ett resultat av fusionen av lätta kärnor frigörs mycket energi, eftersom den nya kärnan som bildas har en stor specifik energi bindningar än de ursprungliga kärnorna. termonukleär reaktion- detta är en exoenergetisk fusionsreaktion av lätta kärnor vid en mycket hög temperatur (10 7 K).

Först och främst bör bland dem noteras reaktionen mellan två isotoper (deuterium och tritium) av väte, vilket är mycket vanligt på jorden, som ett resultat av vilket helium bildas och en neutron frigörs. Reaktionen kan skrivas som

+ energi (17,6 MeV).

Den frigjorda energin (som härrör från det faktum att helium-4 har mycket starka kärnbindningar) omvandlas till kinetisk energi, varav det mesta, 14,1 MeV, bär neutronen med sig som en lättare partikel. Den resulterande kärnan är hårt bunden, vilket är anledningen till att reaktionen är så starkt exoenergetisk. Denna reaktion kännetecknas av den lägsta Coulomb-barriären och högt utbyte, så den är av särskilt intresse för termonukleär fusion.

Den termonukleära reaktionen används i termonukleära vapen och är under forskning för möjliga tillämpningar inom energisektorn, om problemet med att kontrollera termonukleär fusion är löst.


5.3. fotonukleär reaktion

När ett gammakvantum absorberas får kärnan ett överskott av energi utan att ändra dess nukleonsammansättning, och en kärna med ett överskott av energi är en sammansatt kärna. Liksom andra kärnreaktioner är absorptionen av ett gamma-kvant av kärnan möjlig endast om de nödvändiga energi- och spinnförhållandena är uppfyllda. Om energin som överförs till kärnan överstiger bindningsenergin för nukleonen i kärnan, sker sönderfallet av den resulterande sammansatta kärnan oftast med emission av nukleoner, främst neutroner. Sådant förfall leder till kärnreaktioner och , som kallas fotonukleär, och fenomenet nukleonemission i dessa reaktioner - nukleär fotoelektrisk effekt.


5.4. Övrig

6. Registrering av kärnreaktioner

Kärnreaktioner skrivs i form av speciella formler där beteckningarna på atomkärnor och elementarpartiklar förekommer.

Första sättet att skriva formler för kärnreaktioner liknar att skriva formler för kemiska reaktioner, det vill säga summan av de initiala partiklarna skrivs till vänster, summan av de resulterande partiklarna (reaktionsprodukterna) skrivs till höger och en pil placeras mellan dem.

Således skrivs reaktionen av strålningsfångning av en neutron av en kadmium-113 kärna som följer:

Vi ser att antalet protoner och neutroner till höger och vänster förblir detsamma (baryontalet bevaras). Det samma gäller för elektriska laddningar, leptontal och andra kvantiteter (energi, rörelsemängd, rörelsemängd, ...). I vissa reaktioner där den svaga interaktionen är inblandad kan protoner förvandlas till neutroner och vice versa, men deras totala antal förändras inte.

Andra sättet notation, mer praktiskt för kärnfysik, har formen A (a, bcd...) B, var MEN- målkärna a- bombarderande partikel (inklusive kärnan), b, c, d,...- emitterade partiklar (inklusive kärnor), PÅ- kvarvarande kärna. De lättare produkterna av reaktionen skrivs inom parentes, de tyngre produkterna skrivs utanför. Så ovanstående neutronfångningsreaktion kan skrivas på följande sätt:

Reaktioner är ofta uppkallade efter kombinationen av infallande och emitterade partiklar inom parentes; ja, ovan typiska exempel (n, y)-reaktioner.

Den första påtvingade kärnomvandlingen av kväve till syre, som utfördes av Rutherford genom att bombardera kväve med alfapartiklar, skrivs som formeln

Var är kärnan i en väteatom, en proton.

I den "kemiska" notationen ser denna reaktion ut

ladda ner .

Vi rekommenderar också

Läser in...Läser in...