Головна > Охорона здоров'я

Холодний ядерний синтез у живій клітці. Ядерні реакції

РЕАКЦІЇ ЯДЕРНІ У ПРИРОДІ - поділяються на 2 класи: термоядерні реакції та реакції під дією ядерноактивних частинок та поділу ядер. Перші вимагають для свого здійснення температуру ~ кілька млн градусів і протікають лише в надрах зірок або при вибухах H-бомб. Другі відбуваються в атмосфері та літосфері за рахунок космічного опромінення та за рахунок ядерноактивних частинок у верхніх оболонках Землі. Швидкі космічні частинки (середня енергія ~2 10 9 ев), потрапляючи в атмосферу Землі, нерідко викликають повне розщеплення атомів атмосфери (N, О) на більш легкі ядерні уламки, включаючи нейтрони.Швидкість утворення останніх досягає величини 2,6 нейтрона (див -2 с -1). Нейтрони взаємодіють переважно з N атмосфери, забезпечуючи постійне утворення радіоактивних ізотопіввуглецю С 14 (T 1/2 = 5568 років) та тритію H 3 (T 1/2 = 12,26 років) за наступними реакціями N 14 + п= З 14 + Н 1; N 14 + n= З 12 + Н3. Щорічне утворення радіовуглецю у земній атмосфері становить близько 10 кг. Відзначено також утворення в атмосфері радіоактивних Be 7 та Cl 39 . Реакції ядерні в літосфері відбуваються в основному за рахунок α-часток і нейтронів, що виникають при розпаді радіоактивних елементів, що довго живуть (в основному U і Th). Слід зазначити накопичення Не 3 деяких м-лах, що містять Li (див. Ізотопи гелію в геології),утворення окремих ізотопів неону в евксеніті, монациті та ін. м-лах за реакціями: Про 18 + Не 4 = Ne 21 + п; Fe 19 + Не = Na 22 + п; Na 22 → Ne 22 . Утворення ізотопів аргону в радіоактивних млах за реакціями: Cl 35 + Чи не = Ar 38 + n; Cl 35 + Не = К 38 + Н 1; До 38 → Ar 38 . При спонтанному та нейтронно-індукованому поділі урану спостерігається утворення важких ізотопів криптону та ксенону. (Див. Метод визначення абсолютного віку ксеноновий).У м-лах літосфери штучне розщеплення атомних ядервикликає накопичення деяких ізотопів у кількості 10 -9 -10 -12 % маси м-ла.

Геологічний словник: у 2-х томах. - М: Надра. За редакцією К. Н. Паффенгольця та ін.. 1978 .

Дивитись що таке "РЕАКЦІЇ ЯДЕРНІ В ПРИРОДІ" в інших словниках:

    Ядерна фізика Атомне ядро ​​· Радіоактивний розпад · Ядерна реакція Основні терміни Атомне ядро ​​· Ізотопи · Ізобари · Період напіврозпаду · Ма … Вікіпедія

    Ядерні реакції між легенями ат. ядрами, що протікають при дуже високих темпах (=108К і вище). Високі темп ри, т. Е. Досить великі відносні енергії стикаються ядер, необхідні для подолання електростатич. бар'єру, … Фізична енциклопедія

    Хім. перетворення і ядерні процеси, в яких поява проміжної активної частки (вільного радикала, атома, збудженої молекули в хімічних перетвореннях, нейтрона в ядерних процесах) викликає ланцюг перетворень вихідних у ст. Приклади хім. Ц. р. Хімічна енциклопедія

    Один із нових напрямків совр. геол. науки, що тісно змикається з суміжними розділами фізики атомного ядра, геохімії, радіохімії, геофізики, космохімії та космогонії та охоплює складні проблемиприродної еволюції атомних ядер у природі та… Геологічна енциклопедія

    Стабільні та радіоактивні ізотопи, що утворюються в природних об'єктахпід дією космічного випромінювання, напр., за схемою: XАz + Р → YAZ + an + bр, де А = A1+ an + (b 1)р; Z = Z1.+ (b 1)p, де ХAz вихідне ядро, Р швидке… Геологічна енциклопедія

    Термоядерний синтез, реакція злиття легких атомних ядер на важчі ядра, що відбувається при надвисокій температурі і супроводжується виділенням величезних кількостей енергії. Ядерний синтез це реакція, обернена до поділу атомів: в останній… … Енциклопедія Кольєра

    Ядерні процеси Радіоактивний розпад Альфа розпад Бета розпад Кластерний розпад Подвійний бета розпад Електронний захоплення Подвійне електронне захоплення Гама випромінювання Внутрішня конверсія Ізомерний перехід Позитронний розпад…

    94 Нептуній ← Плутоній → Амеріцій Sm Pu … Вікіпедія

    Ядерна фізика … Вікіпедія

Книжки

  • Одержання ядерної енергії та рідкісних та дорогоцінних металів внаслідок ядерних перетворень. Енергія зв'язку та потенційна енергія електричної взаємодії електричних зарядів у нейтроні, дейтроні, тритії, гелії-3 та гелії-4
  • Одержання ядерної енергії та рідкісних та дорогоцінних металів внаслідок ядерних перетворень. Енергія зв'язку та потенційна енергія електричної взаємодії електричних зарядів у нейтроні, дейтр, Ларін В.І.. У першій частині цієї книги розглядаються різноманітні ядерні реакції з отримання енергії та дорогоцінних металів внаслідок примусових ядерних перетворень стабільних ізотопів.

Рачек Марія, Есман Віталія, Румянцева Вікторія

Цей дослідницький проектвиконаний учнями 9 класу. Він є випереджальним завданням щодо школярами теми " Будова атома і атомного ядра. Використання енергії атомних ядер " у курсі фізиці 9 класу. Метою проекту є з'ясування умов перебігу ядерних реакцій та принципів роботи АЕС.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Муніципальна бюджетна загальноосвітня установа

Середня загальноосвітня школа № 14

Ім'я Героя Радянського Союзу

Анатолія Перфільєва

р. Олександров

Дослідницька робота з фізики

«Ядерні реакції»

Виконали

учениці

9В класу:

Рачек Марія,

Вікторія Румянцева,

Есман Віталія

вчитель

Романова О.Г.

2015

План проекту

Вступ

Теоретична частина

  • Атомна енергетика.

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Актуальність:

Однією з найважливіших проблем, що стоять перед людством, є енергетична проблема. Споживання енергії зростає настільки швидко, що відомі зараз запаси палива виявляться вичерпаними в порівняно короткий час. Проблему «енергетичного голоду» не вирішує і використання енергії так званих відновлюваних джерел (енергії річок, вітру, сонця, морських хвиль, глибинного тепла Землі), так як вони можуть забезпечити найкращому випадкулише 5-10% наших потреб. У зв'язку з цим у середині ХХ століття виникла потреба пошуку нових джерел енергії.

В даний час реальний внесок у енергопостачання вносить ядерна енергетика, А саме, атомні електростанції (скорочено АЕС). Тому ми вирішили з'ясувати, чи корисні людству АЕС.

Цілі роботи:

  1. З'ясувати умови перебігу ядерних реакцій.
  2. З'ясувати принципи роботи АЕС, а також дізнатися, чи добре чи погано впливає він на навколишнє середовищета на людину.

У рамках досягнення мети нами було поставлено такізавдання:

  1. Дізнатися про будову атома, його склад, що таке радіоактивність.
  2. Дослідити атом урану. Дослідити ядерну реакцію.
  3. Дослідити принцип роботи ядерних двигунів.

Методи дослідження:

  1. Теоретична частина - читання літератури про ядерні реакції.

Теоретична частина.

Історія атома та радіоактивності. Будова атома.

Припущення у тому, що це тіла складаються з дрібних частинок, було висловлено давньогрецькими філософамиЛевкіппом та Демокрітом приблизно 2500 тисяч років тому. Ці частки отримали назви "атом", що означає "неподільні". Атом – це найдрібніша частка речовини, найпростіша, що не має складових частин.

Але приблизно з середини XIX століття стали з'являтися експериментальні факти, які ставили під сумнів уявлення про неподільність атомів. Результати цих експериментів наводили на думку, що атоми мають складну структуру і що до їх складу входять електрично заряджені частинки.

Найбільш яскравим свідченням складної будовиатома стало відкриття явищарадіоактивності, зроблене французьким фізиком Анрі Беккерелем у 1896 році Він виявив, що хімічний елемент уран мимовільно (тобто без зовнішніх взаємодій) випромінює раніше невідомі невидимі промені, які пізніше були названі.радіоактивним випромінюванням. Оскільки радіоактивне випромінювання мало незвичайними властивостями, багато вчених зайнялися його дослідженням. Виявилося, що не тільки уран, а й деякі інші хімічні елементи (наприклад радій) теж мимовільно випромінюють радіоактивні промені. Здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання стали називати радіоактивністю (від лат. radio – випромінюваю та activus – дієвий).

Беккерелю спало на думку: чи не супроводжується будь-яка люмінесценція рентгенівськими променями? Для перевірки свого здогаду він взяв кілька з'єднань, у тому числі одну із солей урану, що фосфоресціює жовто-зеленим світлом. Освітивши її сонячним світлом, він загорнув сіль у чорний папір і поклав у темній шафі на фотопластинку, теж загорнутий у чорний папір. Через деякий час, проявивши платівку, Беккерель справді побачив зображення шматка солі. Але люмінесцентне випромінюванняне могло пройти через чорний папір, і тільки рентгенівські промені могли в цих умовах засвітити платівку. Беккерель повторив досвід кілька разів та з однаковим успіхом. Наприкінці лютого 1896 року на засіданні Французької академії наук він зробив повідомлення про рентгенівське випромінюванняфосфоресцентних речовин. Через деякий час у лабораторії Беккереля була випадково виявлена ​​платівка, на якій лежала уранова сіль, не опромінена сонячним світлом. Вона, природно, не фосфоресцівала, але відбиток на платівці вийшов. Тоді Беккерель почав випробовувати різні з'єднанняі мінерали урану (у тому числі фосфоресценції, що не виявляють), а також металевий уран. Платівка завжди засвічувалася. Помістивши між сіллю та пластинкою металевий хрестик, Беккерель отримав слабкі контури хрестика на платівці. Тоді стало ясно, що відкриті нові промені, що проходять крізь непрозорі предмети, але не є рентгенівськими.

Своїм відкриттям Беккерель ділиться із вченими, з якими він співпрацював. У 1898 р. Марія Кюрі та П'єр Кюрі виявили радіоактивність торію, пізніше ними були відкриті радіоактивні елементи полоній та радій. Вони з'ясували, що властивістю природної радіоактивності мають всі сполуки урану і найбільшою мірою сам уран. Беккерель же повернувся до люмінофорів, що його цікавлять. Щоправда, він зробив ще одне велике відкриття, що стосується радіоактивності. Одного разу для публічної лекції Беккерелю знадобилося радіоактивну речовину, він узяв його у подружжя Кюрі і поклав пробірку в жилетну кишеню. Прочитавши лекцію, він повернув радіоактивний препарат власникам, а наступного дня виявив на тілі під жилетною кишенею почервоніння шкіри у формі пробірки. Беккерель розповів про це П'єру Кюрі, і той поставив на собі досвід: протягом десяти годин носив прив'язану до передпліччя пробірку з радієм. Через кілька днів у нього теж з'явилося почервоніння, яке перейшло потім у важку виразку, від якої він страждав протягом двох місяців. Так вперше було відкрито біологічну дію радіоактивності.

У 1899 року у результаті досвіду, проведеного під керівництвом англійського фізика Ернеста Резерфорда, виявили, що радіоактивне випромінювання радію неоднорідне, тобто. має складний склад. У середині розташований потік (випромінювання), що не має електричного заряду, а з боків вишиковувалися 2 потоки заряджених частинок. Позитивно заряджені частки назвали альфа-частинками, що є повністю іонізовані атоми гелію, а негативно заряджені – бета-частинки, що є елетронами. Нейтральні отримали назву гамма-частинки або гамма-кванти. Гамма-випромінювання, як з'ясувалося пізніше, є одним із діапазонів електромагнітного випромінювання.

Оскільки відомо, що атом загалом нейтральний, явище радіоактивності дозволило вченим створити приблизну модель атома. Першим, хто це зробив, був англійський фізик Джозеф Джон Томсон, який створив одну з перших моделей атома у 1903 році. Модель являла собою кулю, по всьому обсягу якої було рівномірно розподілено позитивний заряд. Усередині кулі знаходилися електрони, кожен з яких міг здійснювати коливальні рухибіля свого становища рівноваги. Модель нагадувала за формою та будовою кекс із родзинками. Позитивний заряд дорівнює модулю сумарному негативному заряду електронів, тому заряд атома загалом дорівнює нулю.

Модель будови атома Томсона потребувала експериментальної перевірки, якою зайнявся 1911 року Резерфорд. Він провів досліди і дійшов висновку, що модель атома є кулею, в центрі якої розташовано позитивно заряджене ядро, що займає малий обсяг від усього атома. Навколо ядра рухаються електрони, маса яких значно менша. Атом електрично нейтральний, оскільки заряд ядра дорівнює сумарному модулю заряду електронів. Резерфорд також встановив, що атом атома має діаметр приблизно 10-14 – 10 -15 м, тобто. воно в сотні тисяч разів менше від атома. Саме ядро ​​зазнає змін при радіоактивних перетвореннях, тобто. радіоактивність – це здатність деяких атомних ядер мимовільно перетворюватися на інші ядра з випромінюванням частинок. Щоб зареєструвати (побачити) частинки, в 1908 німецький фізик Ганс Гейгер винайшов так званий лічильник Гейгера.

Пізніше позитивно заряджені частинки атомі отримали назву протонів, а негативні – нейтронів. Протони та нейтрони отримали загальну назву нуклони.

Поділ урану. Ланцюжкова реакція.

Поділ ядер урану за його бомбардування нейтронами було відкрито 1939 року німецькими вченими Отто Ганом і Фріцем Штрассманом.

Розглянемо механізм цього явища. Поглинувши зайвий нейтрон, ядро ​​приходить у дію і деформується, набуваючи витягнутої форми.

У ядрі діє 2 види сил: електростатичні сили відштовхування між протонами, які прагнуть розірвати ядро, і ядерні сили тяжіння між усіма нуклонами, завдяки яким ядро ​​не розпадається. Але ядерні сили короткодіючі, у витягнутому ядрі вони не можуть утримати сильно віддалені друг від друга частини ядра. Під дією електростатичних сил ядро ​​розривається на дві частини, які розлітаються в різні боки з величезною швидкістю та випромінюють 2-3 нейтрони. Частина внутрішньої енергіїпереходить у кінетичну. Осколки ядра швидко гальмують у навколишньому середовищі, внаслідок чого їхня кінетична енергія переходить у внутрішню енергію середовища. При одночасному розподілі великої кількості ядер урану внутрішня енергія навколишнього уран середовища та відповідно її температура зростають. Таким чином, реакція поділу ядер урану йде з виділенням енергії у навколишнє середовище. Енергія колосальна. При повному розподілі всіх ядер, що є в 1 г урану, виділяється стільки енергії, скільки виділиться при згорянні 2,5 т нафти. Для перетворення внутрішньої енергії атомних ядер на електричну використовують ланцюгові реакціїрозподілу ядер, засновані на тому, що 2-3 нейтрони, що виділилися при розподілі першого ядра, можуть взяти участь у розподілі інших ядер, які їх захоплять. Для підтримки безперервності ланцюгової реакції важливо враховувати масу урану. Якщо маса урану занадто мала, то нейтрони вилітають за межі, не зустрічаючи на своєму шляху ядро. Ланцюгова реакція припиняється. Чим більша маса шматка урану, тим більші його розміри і тим довший шлях, який проходять у ньому нейтрони. Імовірність зустрічі нейтронів із ядрами атомів зростає. Відповідно збільшується кількість поділів ядер і кількість нейтронів, що випромінюються. Число з'явилися після розподілу ядер нейтронів дорівнює числу втрачених нейтронів, тому реакція може продовжуватися тривалий час. Щоб реакція не припинялася, потрібно брати масу урану певного значення- Критичну. Якщо маса урану більша критичної, то в результаті різкого збільшення вільних нейтронів ланцюгова реакція призводить до вибуху.

Ядерний реактор. ядерна реакція. Перетворення внутрішньої енергії атомних ядер на електричну енергію.

Ядерний реактор - це пристрій, у якому здійснюється керована ланцюгова ядерна реакція, що супроводжується виділенням енергії. Перший ядерний реактор, названий СР-1, побудований у грудні 1942 року у США під керівництвом Е. Фермі. Наразі, за даними МАГАТЕ, у світі налічується 441 реактор у 30 країнах. Також ведеться будівництво ще 44 реакторів.

У ядерному реакторі як речовина, що ділиться, використовується в основному уран-235. Такий реактор називається реактором на повільних нейтронах.Уповільнювач нейтронів можуть виступати різні речовини:

  1. Вода . Переваги звичайної води як сповільнювача – її доступність та дешевизна. Недоліками води є низька температуракипіння (100 °C при тиску 1 атм) та поглинання теплових нейтронів. Перший недолік усувається підвищенням тиску першому контурі. Поглинання теплових нейтронів водою компенсують застосуванням ядерного палива на основі збагаченого урану.
  2. Тяжка вода . Важка вода за своїми хімічними та теплофізичними властивостями мало відрізняється від звичайної води. Вона практично не поглинає нейтронів, що дає можливість використовувати як ядерне паливо природний уран у реакторах з важководним сповільнювачем. Недоліком важкої води є висока вартість.
  3. Графіт . Реакторний графіт отримують штучно із суміші нафтового коксу та кам'яновугільної смоли. Спочатку із суміші пресують блоки, а потім ці блоки термічно обробляють при високій температурі. Графіт має густину 1,6-1,8 г/см3. Він сублімує за температури 3800-3900 °C. Нагрітий у повітрі до 400 ° C графіт спалахує. Тому в енергетичних реакторах він міститься у атмосфері інертного газу (гелій, азот).
  4. Берилій . Один із найкращих сповільнювачів. Він має високу температуру плавлення (1282 °C) та теплопровідність, сумісний з вуглекислим газом, водою, повітрям та деякими рідкими металами. Однак у пороговій реакції виникає гелій, тому при інтенсивному опроміненні швидкими нейтронами всередині берилію накопичується газ, під тиском якого берилій розпухає. Застосування берилію обмежено також його високою вартістю. Крім того, берилій та його сполуки дуже токсичні. З берилію виготовляють відбивачі та витіснячі води в активній зоні дослідницьких реакторів.

Частини реактора на повільних нейтронах: в активній зоні розташоване ядерне паливо у вигляді уранових стрижнів та уповільнювач нейтронів (наприклад, вода), відбивач (шар речовини, що оточує активну зону) та захисна оболонка з бетону. Для управління реакцією служать регулюючі стрижні, що ефективно поглинають нейтрони. Для запуску реактора їх поступово виводять із активної зони. Утворені в процесі цієї реакції нейтрони та уламки ядер, розлітаючись з великою швидкістю, потрапляють у воду, стикаються з ядрами атомів водню та кисню, віддають їм частину своєї кінетичної енергії. Вода при цьому нагрівається, а уповільнені нейтрони через якийсь час знову потрапляють в уранові стрижні та беруть участь у розподілі ядер. Активна зона за допомогою труб з'єднується із теплообмінником, утворюючи перший замкнутий контур. Насоси забезпечують у ньому циркуляцію води. Нагріта вода проходить через теплообмінник, нагріває воду в змійовику другого контуру і перетворює її на пару. Таким чином, вода в активній зоні служить не тільки сповільнювачем нейтронів, а й теплоносієм, що відводить тепло. Після енергія пари в змійовику перетворюється на електричну енергію. За допомогою пари обертається турбіна, яка приводить у рух ротор генератора електричного струму. Відпрацьована пара надходить у конденсатор і перетворюється на воду. Потім цикл повторюється.

Ядерний двигунвикористовує енергію розподілу або синтезу ядер для створення реактивної тяги. Традиційний ЯД в цілому є конструкцією з ядерного реактора і власне двигуна. Робоче тіло (частіше аміак або водень) подається з бака в активну зону реактора, де, проходячи через нагріті реакцією ядерного розпаду канали, розігрівається до високих температур і потім викидається через сопло, створюючи реактивну тягу.

Атомна енергетика.

Атомна енергетика- область техніки, засновану на використанні реакції розподілу атомних ядер для вироблення теплоти та виробництва електроенергії. Ядерний сектор енергетики найзначніший мови у Франції, Бельгії, Фінляндії, Швеції, Болгарії та Швейцарії, тобто. у тих промислово розвинених країнах, де недостатньо природних енергоресурсів. Ці країни виробляють від чверті до половини своєї електроенергії на АЕС.

Перший європейський реактор було створено 1946 року у Радянському Союзі під керівництвом Ігоря Васильовича Курчатова. У 1954 році в Обнінську було введено в дію першу АЕС. Переваги АЕС:

  1. Головна перевага - практична незалежність від джерел палива через невеликий обсяг палива, що використовується. У Росії це особливо важливо в європейській частині, оскільки доставка вугілля із Сибіру надто дорога. Експлуатація АЕС коштує значно дешевше, ніж ТЕС. Щоправда, будівництво ТЕС дешевше, ніж будівництво АЕС.
  2. Величезною перевагою АЕС є її відносна екологічна чистота. На ТЕС сумарні річні викиди шкідливих речовин становлять приблизно 13 000 т на рік на газових та 165 000 т на пилокутних ТЕС. Подібних викидів на АЕС немає. ТЕС споживає 8 мільйонів т кисню на рік для окислення палива, АЕС не споживають кисню взагалі. Крім того, більшу питому викид радіоактивних речовин дає вугільна станція. У вугіллі завжди містяться природні радіоактивні речовини, при спалюванні вугілля вони майже повністю потрапляють у зовнішнє середовище. Більшість радіонуклідів з ТЕС довгоживуть. Більшість радіонуклідів з АЕС досить швидко розпадається, перетворюючись на нерадіоактивні.
  3. Більшість країн, зокрема й Росії, виробництво електроенергії на АЕС не дорожче, ніж пиловугільних і тим паче газомазутних ТЕС. Особливо помітна перевага АЕС у вартості електроенергії, що виробляється, під час так званих енергетичних криз, що почалися з початку 70-х років. Падіння цін на нафту автоматично знижує конкурентоспроможність АЕС.

Застосування ядерних двигунів у сучасності.

У міру розвитку ядерної фізикивсе виразніше вимальовувалась перспектива створення атомних енергетичних установок. Перший практичний крок у цьому напрямі зробив радянський Союз, де 1954г. було побудовано атомну електростанцію.

У 1959р. під прапором СРСР вступило в дію перше у світі атомне судно - криголам «Ленін», який успішно проводив каравани торгових суден у важких умовах Заполяр'я.

В останні роки XIX століття заступили на арктичну вахту потужні радянські атомні криголами «Арктика» та «Сибір».

Особливо великі можливості атомна енергетика відкрила для підводних човнів, дозволивши вирішити дві найбільш актуальні проблеми- Збільшення підводної швидкості та збільшення тривалості плавання під водою без спливу. Адже найдосконаліші дизель-електричні підводні човни не можуть розвинути під водою більше 18-20 уз, та й цю швидкість підтримують лише близько години, після чого змушені випливати для заряджання акумуляторних батарей.

У разі за вказівкою ЦК КПРС і Радянського уряду нашій країні у найкоротший термін було створено атомний підводний флот. Радянські підводні атомоходи неодноразово перетинали Північний Льодовитий океан під кригою, спливали в районі Північного полюса. Напередодні XXIII з'їзду КПРС група атомних підводних човнів здійснила кругосвітнє плавання, пройшовши близько 22 тис. миль під водою без спливу.

Основною відмінністю атомного підводного човна від паросилової є заміна парового котла реактором, в якому здійснюється регульована ланцюгова реакція поділу атомів ядерного палива з виділенням тепла, що використовується для одержання пари в парогенераторі.

Атомна установка створила для підводних човнів реальну перспективуне тільки зрівнятися у швидкості з надводними кораблями, а й перевершити їх. Як ми знаємо, в зануреному стані підводний човен не відчуває хвильового опору, на подолання якого швидкохідні надводні водоймисті кораблі витрачають більшу частину потужності енергетичної установки.

Біологічна дія радіації.

Радіація за своєю природою шкідлива для життя. Малі дози опромінення можуть "запустити" не до кінця ще вивчений ланцюг подій, що призводять до раку або генетичних ушкоджень. При великих дозах радіація може руйнувати клітини, пошкоджувати тканини органів та стати причиною швидкої загибелі організму. Ушкодження, викликані великими дозами опромінення, зазвичай виявляються протягом кількох годин чи днів. Ракові захворювання, проте, виявляються через багато років після опромінення, - як правило, не раніше ніж через одне-два десятиліття. А вроджені вади розвитку та інші спадкові хвороби, що викликаються ушкодженням генетичного апарату, за визначенням виявляються лише в наступному або наступних поколіннях: це діти, онуки та більш віддалені нащадки індивідуума, що зазнав опромінення.

Залежно від виду випромінювань, дози опромінення та його умов можливі різні видипроменевого ураження. Це гостра променева хвороба (ОЛБ) – від зовнішнього опромінення, ОЛБ – від внутрішнього опромінення, хронічна променева хвороба, різні клінічні форми з переважно локальним ураженням окремих органів, які можуть характеризуватись гострим, підгострим або хронічним перебігом; це віддалені наслідки, серед яких найістотніше виникнення злоякісних пухлин; дегенеративні та дистрофічні процеси (катаракта, стерильність, cклеротичні зміни). Сюди ж відносять генетичні наслідки, які спостерігаються у нащадків опромінених батьків. Іонізуючі випромінювання, що викликають їх розвиток, завдяки високій проникаючій здатності впливають на тканини, клітини, внутрішньоклітинні структури, молекули і атоми в будь-якій точці організму.

Живі істоти на вплив випромінювань реагують по-різному, причому розвиток променевих реакцій багато в чому залежить від дози випромінювань. Тому доцільно розрізняти: 1) вплив малих доз приблизно до 10 рад; 2) вплив середніх доз, які зазвичай застосовуються з терапевтичними цілями, які межують своєю верхньою межею з впливом високих доз При дії випромінюванні розрізняють реакції, що виникають негайно, ранні реакції, і навіть пізні (віддалені) прояви. Кінцевий результат опромінення часто залежить від потужності дози, різних умовопромінення та особливо від природи випромінювань. Це відноситься також до галузі застосування випромінювань у клінічній практиці з лікувальною метою.

Радіація по-різному діє на людей залежно від статі та віку, стану організму, його імунної системи тощо, але особливо сильно – на немовлят, дітей та підлітків.

Рак – найсерйозніше з усіх наслідків опромінення людини при малих дозах. Великі обстеження, що охопили 100000 осіб, що пережили атомні бомбардуванняХіросіми і Нагасакі показали, що поки що рак є єдиною причиною підвищеної смертності в цій групі населення.

Висновок.

Провівши дослідження, ми з'ясували, що ядерне паливо та ядерні двигуни приносять величезну користь людині. Завдяки ним людина знайшла дешеві джерела тепла та енергії (одна АЕС замінює людині кілька десятків, а то й сотень звичайних ТЕС), змогла потрапити через льоди на Північний Полюс і опуститися на дно океану. Але це працює лише тоді, коли правильно застосовується, тобто. у потрібній кількості і тільки в мирних цілях. Чимало було зареєстровано випадків вибухів АЕС (Чорнобиль, Фукусіма) та вибухи атомних бомб (Хіросіма та Нагасакі).

Але від наслідків радіоактивних відходів ніхто не захищений. Багато людей страждають від променевих хвороб та раку, спричинених радіоактивним випромінюванням. Але ми думаємо, що через кілька років вчені придумають методи утилізації радіоактивних відходів без шкоди здоров'ю і винайдуть ліки від усіх цих хвороб.

Список використаної літератури.

  1. А. В. Перишкін, Є. М. Гутник. "Підручник з фізики для 9 класу".
  2. Г. Кеслер. "Ядерна енергетика".
  3. Р. Г. Перельман. "Ядерні двигуни".
  4. е. Резерфорд. «Вибрані наукові праці. Будова атома та штучне перетворення».
  5. https://ru.wikipedia.org
Попередній перегляд:

Щоб користуватися попереднім переглядом презентацій, створіть собі акаунт ( обліковий запис) Google і увійдіть до нього:

І здатність використовувати ядерну енергію, як у творчих (атомна енергетика), так і руйнівних (атомна бомба) цілях стало, мабуть, одним із найзначніших винаходів минулого ХХ століття. Ну а в основі всієї тієї грізної сили, що таїтися в надрах крихітного атома, лежать ядерні реакції.

Що таке ядерні реакції

Під ядерними реакціями у фізиці розуміється процес взаємодії атомного ядра з іншим подібним йому ядром чи різними елементарними частинками, у результаті відбувається зміни складу і структури ядра.

Небагато історії ядерних реакцій

Перша ядерна реакція в історії була зроблена великим вченим Резерфордом у далекому 1919 під час дослідів з виявлення протонів у продуктах розпаду ядер. Вчений бомбардував атоми азоту альфа частинками, і при зіткненні частинок відбувалася ядерна реакція.

А так виглядало рівняння цієї ядерної реакції. Саме Резерфорд належить заслуга відкриття ядерних реакцій.

Потім послідували численні досвіди вчених щодо здійснення різних типівядерних реакцій, наприклад, дуже цікавою та значущою для науки була ядерна реакція, викликана бомбардуванням атомних ядер нейтронами, яку провів видатний італійський фізик Е. Фермі. Зокрема Фермі виявив, що ядерні перетворення можуть бути викликані не лише швидкими нейтронами, а й повільними, що рухаються з тепловими швидкостями. До слова ядерні реакції, викликані впливом температури, отримали назву термоядерних. Що ж до ядерних реакцій під дією нейтронів, то вони дуже швидко отримали свій розвиток у науці, та ще й який, про це читайте далі.

Типова формула ядерної реакції.

Які ядерні реакції є у ​​фізиці

У цілому нині відомі нині ядерні реакції можна розділити на:

  • розподіл атомних ядер
  • термоядерні реакції

Нижче детально напишемо про кожну з них.

Поділ атомних ядер

Реакція поділу атомних ядер має на увазі розпад власне ядра атома на дві частини. У 1939 році німецькими вченими О. Ганом і Ф. Штрассманом було відкрито поділ ядер атома, продовжуючи дослідження своїх вчених попередників, вони встановили, що при бомбардуванні урану нейтронами виникають елементи середньої частини періодичної таблиці Менделєєва, а саме радіоактивні ізотопи барію, криптону та деяких інших елементів. На жаль, ці знання спочатку були використані з жахливою, руйнівною метою, адже почалася друга світова війнаі німецькі, а з іншого боку, американські та радянські вчені наввипередки займалися розробкою ядерної зброї (в основі якої була ядерна реакція урану), що закінчилася сумнозвісними «ядерними грибами» над японськими містами Хіросіма і Нагасакі.

Але повернемося до фізики, ядерна реакція урану при розщепленні його ядра має просто колосальну енергію, яку наука змогла поставити собі на службу. Як же відбувається така ядерна реакція? Як ми написали вище, вона відбувається внаслідок бомбардування ядра атома урану нейтронами, від чого ядро ​​розколюється, при цьому виникає величезна кінетична енергія близько 200 МеВ. Але що найцікавіше, як продукт ядерної реакції розподілу ядра урану від зіткнення з нейтроном, виникає кілька вільних нових нейтронів, які, своєю чергою, стикаються з новими ядрами, розколюють їх, і таке інше. В результаті нейтронів стає ще більше і ще більше ядер урану розколюється від зіткнень з ними - виникає справжнісінька ланцюгова ядерна реакція.

Так вона виглядає на схемі.

При цьому коефіцієнт розмноження нейтронів повинен бути більше одиниці, це необхідна умова ядерної реакції такого виду. Іншими словами, у кожному наступному поколінні нейтронів, утворених після розпаду ядер, їх має бути більше, ніж у попередньому.

Варто зауважити, що за схожим принципом ядерні реакції при бомбардуванні можуть проходити і під час поділу ядер атомів деяких інших елементів, з тими нюансами, що ядра можуть бомбардуватися різними елементарними частинками, та й продукти таких ядерних реакцій відрізнятимуться, щоб описати їх детальніше , потрібна ціла наукова монографія

Термоядерні реакції

В основі термоядерних реакцій лежать реакції синтезу, тобто, по суті, відбувається процес зворотний поділ, ядра атомів не розколюються на частини, а навпаки зливаються один з одним. При цьому відбувається виділення великої кількості енергії.

Термоядерні реакції, як це випливає з самої з назви (термо - температура), можуть протікати виключно при дуже високих температурах. Адже щоб два ядра атомів злилися, вони повинні наблизитись на дуже близьку відстань один до одного, при цьому подолавши електричне відштовхування їх позитивних зарядів, таке можливе за наявності великої кінетичної енергії, яка, у свою чергу, можлива за високих температур. Слід зазначити, що на відбуваються термоядерні реакції водню, втім, не тільки на ньому, а й на інших зірках, можна навіть сказати, що саме вона лежить в основі їхньої природи будь-якої зірки.

Ядерні реакції, відео

І на завершення освітнє відео на тему нашої статті, ядерних реакцій.

Поділяються на 2 класи: термоядерні реакції та реакції під дією ядерноактивних частинок та поділу ядер. Перші вимагають для свого здійснення температуру ~ кілька млн градусів і протікають лише в надрах зірок або при вибухах H-бомб. Другі відбуваються в атмосфері та літосфері за рахунок космічного опромінення та за рахунок ядерноактивних частинок у верхніх оболонках Землі. Швидкі космічні частинки (середня енергія ~2 10 9 ев), потрапляючи в атмосферу Землі, нерідко викликають повне розщеплення атомів атмосфери (N, О) на більш легкі ядерні уламки, включаючи нейтрони.Швидкість утворення останніх досягає величини 2,6 нейтрона (див -2 с -1). Нейтрони взаємодіють переважно з N атмосфери, забезпечуючи постійне утворення радіоактивних ізотопіввуглецю С 14 (T 1/2 = 5568 років) та тритію H 3 (T 1/2 = 12,26 років) за наступними реакціями N 14 + п= З 14 + Н 1; N 14 + n= З 12 + Н3. Щорічне утворення радіовуглецю у земній атмосфері становить близько 10 кг. Відзначено також утворення в атмосфері радіоактивних Be 7 та Cl 39 . Реакції ядерні в літосфері відбуваються в основному за рахунок α-часток і нейтронів, що виникають при розпаді радіоактивних елементів, що довго живуть (в основному U і Th). Слід зазначити накопичення Не 3 деяких м-лах, що містять Li (див. Ізотопи гелію в геології),утворення окремих ізотопів неону в евксеніті, монациті та ін. м-лах за реакціями: Про 18 + Не 4 = Ne 21 + п; Fe 19 + Не = Na 22 + п; Na 22 → Ne 22 . Утворення ізотопів аргону в радіоактивних млах за реакціями: Cl 35 + Чи не = Ar 38 + n; Cl 35 + Не = К 38 + Н 1; До 38 → Ar 38 . При спонтанному та нейтронно-індукованому поділі урану спостерігається утворення важких ізотопів криптону та ксенону. (Див. Метод визначення абсолютного віку ксеноновий).У м-лах літосфери штучне розщеплення атомних ядер викликає накопичення деяких ізотопів у кількості 10 -9 -10 -12 % маси м-ла.

  • - перетворення атомних ядер, зумовлені їх взаємодіями з елементарними частинкамиабо один з одним...
  • - розгалужені ланцюгові реакції розподілу важких ядер нейтронами, в результаті яких число нейтронів різко зростає і може виникнути процес розподілу, що самопідтримується.

    Початки сучасного Природознавства

  • - боєприпаси, вражаюча дія яких ґрунтується на використанні енергії ядерного вибуху. До них відносяться ядерні бойові частини ракет та торпед, ідерні бомби, артилерійські снаряди, глибинні бомби, міни...

    Словник військових термінів

  • Словник юридичних термінів

  • - ....

    Енциклопедичний словник економіки та права

  • - за визначенням ФЗ "Про використання атомної енергії" від 20 жовтня 1995 р. "матеріали, що містять або здатні відтворити ядерні речовини, що діляться"...

    Великий юридичний словник

  • - snurps, small nuclear RNA - малі ядерні РНК. невеликого розміру, асоційована з гетерогенною ядерною РНК , входять до складу дрібних рибонуклеопротеїнових гранул ядра.
  • - Див. малі ядерні...

    Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник

  • - Ядерні реакції, в яких брало налітає частка передає енергію не всьому ядру-мішені, а отд. нуклону або групі нуклонів у цьому ядрі. У П. я. нар. не утворюється складове ядро.

    Природознавство. Енциклопедичний словник

  • - Аварії, що виникають на атомних електростанціях. При ядерній аварії різко посилюється радіоактивне забруднення навколишнього середовища.

    Екологічний словник

  • - Перетворення атомів ядер при зіткненні з іншими ядрами, елементарними частинками або гамма-квантами. При бомбардуванні важких ядер легшими отримані всі трансуранові елементи.

    Енциклопедичний словник з металургії

  • - ядерні процеси, в яких енергія, що вноситься в атомне ядро, передається переважно одному або невеликій групі нуклонів.

    Велика Радянська Енциклопедія

  • - ПРЯМІ ядерні реакції - ядерні реакції, в яких налітає частка передає енергію не всьому ядру-мішені, а окремому нуклону або групі нуклонів у цьому ядрі. У прямих ядерних реакціях не утворюється...
  • - див. Ядерні ланцюгові реакції.

    Великий енциклопедичний словник

  • - Реакції перетворення атомних ядер при взаємодії з елементарними частинками, ?-квантами або один з одним. Вперше почав вивчати Ернест Резерфорд у 1919 році.

    Великий енциклопедичний словник

  • - ЯДЕРНІ ланцюгові реакції - самопідтримуючі реакції розподілу атомних ядер під дією нейтронів в умовах, коли кожен акт розподілу супроводжується випромінюванням не менше 1 нейтрону, що забезпечує підтримку...

    Великий енциклопедичний словник

"РЕАКЦІЇ ЯДЕРНІ У ПРИРОДІ" у книгах

Ядерні євроракети

З книги Сугубо довірливо [Посол у Вашингтоні за шести президентів США (1962-1986 рр.)] автора Добринін Анатолій Федорович

Розділ 6 Поклоніння природі. Міфи про природу

З книги Міфи Вірменії автора Ананікян Мартірос А

Розділ 6 Поклоніння природі. Міфи про природу

Ядерні робінзони

Із книги Бомба. Таємниці та пристрасті атомної пекла автора Пестов Станіслав Васильович

Ядерні робінзони Наприкінці 50-х років Хрущова дуже зацікавив один проект, запропонований військовими інженерами. Суть його полягала у створенні штучних островів біля атлантичного узбережжя США. Думилося це так: темної злодійської ночі потужні суховантажі пробираються до

Ядерні амбіції

З книги Прокинься! Вижити і досягти успіху в майбутньому економічному хаосі автора Чалабі Ел

Ядерні амбіції У другій половині 2003 р. світ дізнався про те, що іранська програма збагачення урану просунута більш, ніж вважалося раніше, і через пару років Іран стане володарем ядерної зброї. Процитуємо слова американського посадової особи, причетного

Ядерний продаж

З книги Інфобізнес на повну потужність [Подвоєння продажів] автора Парабелум Андрій Олексійович

Ядерний продаж У Японії зараз тестують цікаву модель. Одна компанія, яка займалася дослідженнями покупців, уклала багато договорів з різними фірмами, яким потрібна Зворотній зв'язоквід своїх цільових аудиторій. Вони відкрили магазин безкоштовних речей.

«ЯДЕРНІ ЧЕМОДАНЧИКИ»

З книги Непізнане, відкинуте чи приховане автора Царьова Ірина Борисівна

«ЯДЕРНІ ЧЕМОДАНЧИКИ» Це крутіше відомих «валізи з компроматом»! Неспішний, довгограючий скандал розгортається навколо так званих «ядерних валізок». Все почалося з сенсаційної заяви, зробленої колишнім секретарем Ради безпеки РФ.

Про природу, закони та природу законів

З книги Ясні Слова автора Озорнін Прохор

Про природу, закони та природу законів Те, що вчора було безглуздістю, сьогодні стало законом природи. Закони змінюються - природа залишається тією

Ядерні реакції та електричний заряд

З книги Нейтрино – примарна частка атома автора Азимов Айзек

Ядерні реакції та електричний заряд Коли в 90-х роках минулого століття фізики стали ясніше уявляти структуру атома, вони виявили, що, принаймні, деякі його частини несуть електричний заряд. Наприклад, електрони, що заповнюють зовнішні області атома,

ЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ

Із книги Атомна енергіядля військових цілей автора Сміт Генрі Деволф

ЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ МЕТОДИ БОМБАРДУВАННЯ ЯДЕР1.40. Кокрофт та Уолтон отримували протони з досить великою енергією шляхом іонізації газоподібного водню та подальшого прискорення іонів високовольтною установкою з трансформатором та випрямлячем. Подібний метод можна

ЯДЕРНІ АВАРІЇ

Із книги Надзвичайні подіїна радянському флоті автора Черкашин Микола Андрійович Ядерні ланцюгові реакції З книги Велика Радянська Енциклопедія (ЯД) автора БСЕ

§ 3.13 Ядерні реакції та дефект маси

З книги Балістична теорія Ритца та картина світобудови автора Семіков Сергій Олександрович

§ 3.13 Ядерні реакції і дефект маси Всі зміни в натурі такі суть стану, що скільки від одного тіла віднімається, стільки долучиться до іншого. Так, якщо де зменшиться кілька матерії, то помножиться в іншому місці ... Цей загальний природної

План:

    Вступ
  • 1 Складове ядро
    • 1.1 Енергія збудження
    • 1.2 Канали реакцій
  • 2 Перетин ядерної реакції
    • 2.1 Вихід реакції
  • 3 Прямі ядерні реакції
  • 4 Закони збереження в ядерних реакціях
    • 4.1 Закон збереження енергії
    • 4.2 Закон збереження імпульсу
    • 4.3 Закон збереження моменту імпульсу
    • 4.4 Інші закони збереження
  • 5 Види ядерних реакцій
    • 5.1 Розподіл ядра
    • 5.2 Термоядерний синтез
    • 5.3 Фотоядерна реакція
    • 5.4 Інші
  • 6 Запис ядерних реакцій
    • Примітки

Вступ

Ядерна реакція літію-6 з дейтерієм 6 Li(d,α)α

Ядерна реакція- процес утворення нових ядер чи частинок при зіткненнях ядер чи частинок. Вперше ядерну реакцію спостерігав Резерфорд у 1919 році, бомбардуючи α-частинами ядра атомів азоту, вона була зафіксована за появою вторинних іонізуючих частинок, що мають пробіг у газі більше за пробіг α-частинок та ідентифіковані як протони. Згодом за допомогою камери Вільсона було отримано фотографії цього процесу.

За механізмом взаємодії ядерні реакції поділяються на два види:

  • Реакції з утворенням складового ядра, це двостадійний процес, що протікає при невеликій кінетичній енергії часток, що стикаються (приблизно до 10 МеВ).
  • прямі ядерні реакції, що проходять за ядерний час, необхідне у тому, щоб частка перетнула ядро. Головним чином такий механізм проявляється при дуже великих енергіях частинок, що бомбардують.

Якщо після зіткнення зберігаються вихідні ядра та частинки і не народжуються нові, то реакція є пружним розсіюванням у полі ядерних сил, що супроводжується лише перерозподілом кінетичної енергії та імпульсу частки та ядра-мішені та називається потенційним розсіюванням .


1. Складове ядро

Теорія механізму реакції з утворенням складового ядра була розроблена Нільсом Бором в 1936 спільно з теорією краплинної моделі ядра і лежить в основі сучасних уявлень про більшу частину ядерних реакцій.

Відповідно до цієї теорії ядерна реакція йде у два етапи. На початку вихідні частинки утворюють проміжне (складове) ядро ядерний час, тобто час, необхідне для того, щоб частка перетнула ядро, приблизно рівне 10 -23 - 10 -21 с. При цьому складове ядро ​​завжди утворюється в збудженому стані, так як воно має надмірну енергію, що привносить часткою в ядро ​​у вигляді енергії зв'язку нуклону в складовому ядрі і частини його кінетичної енергії, яка дорівнює сумі кінетичної енергії ядра-мішені з масовим числомта частки в системі центру інерції.


1.1. Енергія збудження

Енергія збудження складового ядра, що утворився при поглинанні вільного нуклону, дорівнює сумі енергії зв'язку нуклону та частини його кінетичної енергії:

Найчастіше внаслідок великої різниці в масах ядра і нуклону приблизно дорівнює кінетичній енергії нуклону, що бомбардує ядро.

У середньому енергія зв'язку дорівнює 8 МеВ, змінюючись залежно від особливостей складового ядра, що утворюється, проте для даних ядра-мішені і нуклону ця величина є константою. Кінетична ж енергія бомбардуючої частки може бути будь-якої, наприклад при збудженні ядерних реакцій нейтронами, потенціал яких не має кулонівського бар'єру, значення може бути близьким до нуля. Отже, енергія зв'язку є мінімальної енергією порушення складового ядра .


1.2. Канали реакцій

Перехід у незбуджений стан може здійснюватися різними шляхами, які називаються каналами реакції. Типи і квантовий стан частинок, що налітають, і ядер до початку реакції визначають вхідний каналреакції. Після завершення реакції сукупність утворених продуктів реакціїта їх квантових станів визначає вихідний каналреакції. Реакція повністю характеризується вхідним та вихідним каналами.

Канали реакції не залежать від способу утворення складеного ядра, що може бути пояснено великим часом життя складеного ядра, воно як би «забуває» яким способом утворилося, отже освіту та розпад складеного ядра можна розглядати як незалежні події. Наприклад, може утворитися як складове ядро ​​в збудженому стані в одній з наступних реакцій:

Згодом, за умови однакової енергії збудження, це складове ядро ​​може розпастися шляхом, зворотним будь-якої з цих реакцій з певною ймовірністю, що не залежить від виникнення цього ядра. Імовірність утворення складового ядра залежить від енергії і від сорту ядра-мішені.


2. Перетин ядерної реакції

Імовірність реакції визначається так званим ядерним перетином реакції. У лабораторній системі відліку (де ядро-мішень спочиває) можливість взаємодії в одиницю часу дорівнює добутку перерізу (вираженого в одиницях площі) на потік падаючих частинок (виражений у кількості частинок, що перетинають за одиницю часу одиничний майданчик). Якщо одного вхідного каналу можуть здійснюватися кілька вихідних каналів, то відношення ймовірностей вихідних каналів реакції дорівнює відношенню їх перерізів. У ядерній фізиці перерізи реакцій зазвичай виражаються у спеціальних одиницях - барнах, рівних 10 -24 см².


2.1. Вихід реакції

Число випадків реакції, віднесене до бомбардували мішень частинок називається виходом ядерної реакції. Ця величина визначається досвіді при кількісних вимірах. Оскільки вихід безпосередньо пов'язаний з перерізом реакції, вимір виходу по суті є виміром перерізу реакції.

3. Прямі ядерні реакції

Перебіг ядерних реакцій можливий і через механізм прямої взаємодії, в основному такий механізм проявляється при дуже великих енергіях частинок, що бомбардують, коли нуклони ядра можна розглядати як вільні. Від механізму складового ядра прямі реакції відрізняються насамперед розподілом векторів імпульсів частинок-продуктів щодо імпульсу частинок, що бомбардують. На відміну від сферичної симетрії механізму складового ядра для прямої взаємодії характерний переважний напрямок польоту продуктів реакції вперед щодо напрямку руху частинок, що налітають. Розподіли за енергіями частинок-продуктів у випадках також різні. Для прямої взаємодії характерний надлишок частинок із високою енергією. При зіткненнях із ядрами складних частинок (тобто інших ядер) можливі процеси передачі нуклонів від ядра до ядра чи обмін нуклонами. Такі реакції відбуваються без утворення складеного ядра і їм притаманні всі особливості прямої взаємодії.


4. Закони збереження в ядерних реакціях

При ядерних реакціях виконуються закони збереження класичної фізики. Ці закони накладають обмеження можливість здійснення ядерної реакції. Навіть енергетично вигідний процес завжди виявляється неможливим, якщо супроводжується порушенням будь-якого закону збереження. Крім того, існують закони збереження, специфічні для мікросвіту; деякі з них виконуються завжди, наскільки це відомо (закон збереження баріонного числа, лептонного числа); інші закони збереження (ізоспину, парності, дивності) лише пригнічують певні реакції, оскільки виконуються деяких із фундаментальних взаємодій. Наслідками законів збереження є звані правила відбору, що вказують можливість чи заборона тих чи інших реакцій.


4.1. Закон збереження енергії

Якщо , , , - повні енергії двох частинок до реакції та після реакції, то на підставі закону збереження енергії:

При утворенні більше двох частинок відповідно кількість доданків у правій частині цього виразу має бути більшою. Повна енергія частки дорівнює її енергії спокою Mc 2 та кінетичної енергії Eтому:

Різниця сумарних кінетичних енергій частинок на «виході» та «вході» реакції Q = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) називається енергією реакції(або енергетичним виходом реакції). Вона задовольняє умові:

Множник 1/ c 2 зазвичай опускають, при підрахунку енергетичного балансу виражаючи маси частинок в енергетичних одиницях (або іноді енергії в масових одиницях).

Якщо Q> 0, то реакція супроводжується виділенням вільної енергії та називається екзоенергетичної , якщо Q < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется ендоенергетичної .

Легко помітити, що Q> 0 тоді, коли сума мас частинок-продуктів менша від суми мас вихідних частинок, тобто виділення вільної енергії можливе лише за рахунок зниження мас реагуючих частинок. І навпаки, якщо сума мас вторинних частинок перевищує суму вихідних мас, то така реакція можлива лише за умови витрати якоїсь кількості кінетичної енергії на збільшення енергії спокою, тобто мас нових частинок. Мінімальне значення кінетичної енергії налітає частки, при якій можлива ендоенергетична реакція, називається граничною енергією реакції. Ендоенергетичні реакції називають також пороговими реакціямиоскільки вони не відбуваються при енергіях частинок нижче порога.


4.2. Закон збереження імпульсу

Повний імпульс частинок до реакції дорівнює повному імпульсу частинок продуктів реакції. Якщо , , , - вектори імпульсів двох частинок до реакції після реакції, то

Кожен із векторів може бути незалежно виміряний на досвіді, наприклад, магнітним спектрометром. Експериментальні дані свідчать, закон збереження імпульсу справедливий як із ядерних реакціях, і у процесах розсіювання мікрочастинок.


4.3. Закон збереження моменту імпульсу

Момент кількості руху зберігається при ядерних реакціях. В результаті зіткнення мікрочастинок утворюються тільки такі складові ядра, момент імпульсу яких дорівнює одному з можливих значень моменту, що виходить при складанні власних механічних моментів (спинів) частинок та їх відносного руху (орбітального моменту). Канали розпаду складового ядра можуть бути лише такими, щоб зберігався сумарний момент кількості руху (сума спинового і орбітального моментів).


4.4. Інші закони збереження

  • при ядерних реакціях зберігається електричний заряд - алгебраїчна сума елементарних зарядів до реакції дорівнює сумі алгебри зарядів після реакції.
  • при ядерних реакціях зберігається число нуклонів, що у найзагальніших випадках інтерпретується як збереження баріонного числа. Якщо кінетичні енергії нуклонів, що стикаються, дуже високі, то можливі реакції народження нуклонних пар. Оскільки нуклонам і антинуклонам приписуються протилежні знаки, то за будь-яких процесах алгебраїчна сума баріонних чисел завжди залишається незмінною.
  • при ядерних реакціях зберігається число лептонів (точніше, різниця кількості лептонів та кількості антилептонів, див. Лептонне число).
  • при ядерних реакціях, що протікають під впливом ядерних або електромагнітних сил, зберігається парність хвильової функції, що описує стан частинок до реакції і після. парність хвильової функції не зберігається в перетвореннях, обумовлених слабкими взаємодіями.
  • при ядерних реакціях, зумовлених сильними взаємодіями, зберігається ізотопічний спин. Слабкі та електромагнітні взаємодії ізоспін не зберігають.

5. Види ядерних реакцій

Ядерні взаємодії з частинками носять дуже різноманітний характер, їхні види та ймовірності тієї чи іншої реакції залежать від виду бомбардуючих частинок, ядер-мішеней, енергій частинок, що взаємодіють, і ядер та багатьох інших факторів.

5.1. Поділ ядра

Поділ ядра- процес розщеплення атомного ядра на два (рідше три) ядра з близькими масами, званих уламками розподілу. В результаті розподілу можуть виникати й інші продукти реакції: легкі ядра (в основному альфа-частинки), нейтрони та гамма-кванти. Поділ буває спонтанним (мимовільним) і вимушеним (в результаті взаємодії з іншими частинками, насамперед, з нейтронами). Розподіл важких ядер - екзотермічний процес, у результаті якого вивільняється велика кількістьенергії у вигляді кінетичної енергії продуктів реакції, а також випромінювання.

Поділ ядер служить джерелом енергії в ядерних реакторахта ядерної зброї.


5.2. Термоядерний синтез

При нормальній температурі злиття ядер неможливе, оскільки позитивно заряджені ядра відчувають величезні сили кулоновського відштовхування. Для синтезу легких ядер необхідно зблизити їх на відстань близько 10 -15 м, на якому дія ядерних сил тяжіння перевищуватиме кулонівські сили відштовхування. Щоб сталося злиття ядер, необхідно збільшити їх рухливість, тобто збільшити їх кінетичну енергію. Це досягається підвищенням температури. За рахунок отриманої теплової енергії збільшується рухливість ядер, і вони можуть підійти один до одного на такі близькі відстані, що під дією ядерних сил зчеплення зіллються в нове складне ядро. В результаті злиття легких ядер звільняється велика енергія, так як нове ядро, що утворилося, має велику питому енергіюзв'язку, ніж вихідні ядра. Термоядерна реакція- це екзоенергетична реакція злиття легких ядер за дуже високої температури (10 7 К).

Насамперед, у тому числі слід відзначити реакцію між двома ізотопами (дейтерій і тритій) дуже поширеного Землі водню, у результаті якої утворюється гелій і виділяється нейтрон. Реакція може бути записана у вигляді

+ Енергія (17,6 МеВ).

Виділена енергія (що виникає через те, що гелій-4 має дуже сильні ядерні зв'язки) переходить у кінетичну енергію, більшу частину з якої, 14,1 МеВ, забирає з собою нейтрон як легша частка. Ядро, що утворилося, міцно пов'язане, тому реакція так сильно екзоенергетична. Ця реакція характеризується найнижчим кулонівським бар'єром і великим виходом, тому вона становить особливий інтерес для термоядерного синтезу.

Термоядерна реакція використовується в термоядерній зброї і знаходиться на стадії досліджень для можливого застосування в енергетиці у разі вирішення проблеми управління термоядерним синтезом.


5.3. Фотоядерна реакція

При поглинанні гамма-кванту ядро ​​отримує надлишок енергії без зміни свого похилого складу, а ядро ​​з надлишком енергії є складовим ядром. Як і інші ядерні реакції, поглинання ядром гамма-кванту можливе лише при виконанні необхідних енергетичних та спинових співвідношень. Якщо передана ядру енергія перевищує енергію зв'язку нуклону в ядрі, то розпад складеного ядра, що утворився, відбувається найчастіше з випромінюванням нуклонів, в основному нейтронів. Такий розпад веде до ядерних реакцій і , які називаються фотоядерними, А явище випромінювання нуклонів у цих реакціях - ядерним фотоефектом.


5.4. Інші

6. Запис ядерних реакцій

Ядерні реакції записуються у вигляді спеціальних формул, у яких зустрічаються позначення атомних ядер та елементарних частинок.

Перший спосібнаписання формул ядерних реакцій аналогічний запису формул хімічних реакцій, тобто, зліва записується сума вихідних частинок, праворуч - сума частинок (продуктів реакції), що вийшли, а між ними ставиться стрілка.

Так, реакція радіаційного захоплення нейтрона ядром кадмію-113 записується так:

Ми, що число протонів і нейтронів праворуч і ліворуч залишається однаковим (баріонне число зберігається). Це ж стосується електричним зарядам, лептонним числам та іншим величинам (енергія, імпульс, момент імпульсу, …). У деяких реакціях, де бере участь слабка взаємодія, протони можуть перетворюватися на нейтрони і навпаки, проте їх сумарне число не змінюється.

Другий спосібзаписи, зручніший для ядерної фізики, має вигляд A (a, bcd…) B, де А- ядро ​​мішені, а- бомбардуюча частка (у тому числі ядро), b, с, d, …- Частки, що випускаються (у тому числі ядра), В- Залишкове ядро. У дужках записуються легші продукти реакції, поза - важчі. Так, вищенаведена реакція захоплення нейтрона може бути записана у такому вигляді:

Реакції часто називають за сукупністю часток, що налітають і випускаються, що стоять у дужках; так, вище записаний типовий приклад (n, γ)-реакції.

Перше примусове ядерне перетворення азоту на кисень, яке провів Резерфорд, обстрілюючи азот альфа-частинками, записується у вигляді формули

Де – ядро ​​атома водню, протон.

У «хімічному» записі ця реакція виглядає як

завантажити .

Рекомендуємо також

Loading...Loading...