Nuklearne fisije: proces nuklearne fisije. nuklearne reakcije

U članku se govori o onome što je otkrio nuklearne fisije kao proces i opisao. Otkriva njegove upotrebe kao izvor energije i nuklearnog oružja.

"Indivisible" atom

Dvadeset i prvom stoljeću je prepun izraze kao što su "atomske energije", "nuklearna tehnologija", "radioaktivni otpad". Svaki sada i onda naslove blesnuo izvještaje o mogućnosti radioaktivne kontaminacije tla, okeana, Antarktika leda. Međutim, obični ljudi često nisu dobra ideja o tome šta oblasti nauke i kako pomaže u svakodnevnom životu. Trebalo bi početi, možda, sa pričama. Od samog prvo pitanje koje je postavio dobro nahranjene i dobro obučen čovjek, on je želio znati kako svijet funkcionira. Kako oko vidi, uho čuje zašto od vode razlikuje od kamena - to je ono što mudraci od pamtivijeka zaštite. Čak iu drevnoj Indiji i Grčkoj, neki raspituju umovi su predložili da postoji minimum čestica (to se naziva i "nedjeljiva"), sa svojstvima materijala. Medieval kemičari potvrdio pretpostavljam mudar, i modernog definicija atom sadrže atom - najmanja čestica supstance koja je nosilac svojstva.

atom dijelova

Međutim, razvoj tehnologije (npr fotografije) dovela je do atoma prestala da bude najmanji mogući supstanca čestica. Iako uzeti odvojeno atom je električki neutralan, naučnici brzo shvatio: sastoji se od dva dijela s različitim optužbama. Broj pozitivno nabijene jedinice broj negativnih kompenzira tako ostaje neutralan atom. Ali nije bilo nedvosmisleno model atoma. Pošto je u to vrijeme još uvijek dominiraju klasične fizike, da je bilo različitih pretpostavki.

model atoma

U početku, model "bijeli kruh sa grožđicama" je predložen. Pozitivni naboj jer ispunjava čitav prostor atoma i to, kao grožđice u punđu, negativan optužbe su raspoređeni. Čuveni eksperimenata Rutherford identifikovali sljedeće: je veoma težak element pozitivan naboj (nukleus), a okružen sa mnogo lakši elektrona u središtu atoma. Zrna stotine puta teži od zbira svih elektrona (što je 99,9 posto po težini od ukupnog broja atoma). Tako je rođena planetarni model atoma Bohr. Međutim, neki od njegovih elemenata su u suprotnosti prihvatio u vrijeme klasične fizike. Stoga je razvijen novi kvantne mehanike. Sa svojim izgledom periodu počeo nonclassical nauke.

Atoma i radioaktivnost

Iz svega navedenog postaje jasno da je jezgra - to je teško, pozitivno naplaćuje dio atoma, koji čini najveći dio toga. Kada je kvantizacija energije i položaj elektrona u orbiti atoma su dobro studirao, to je vrijeme da se shvati priroda atomskog jezgra. Došla je u pomoć sjajan i neočekivano otkriće radioaktivnosti. To je pomoglo da otkrije suštinu teških centralni atom, kao radioaktivni izvor - nuklearne fisije. Na prijelazu iz devetnaestog i dvadesetog stoljeća, otvaranje pao jedan za drugim. Teorijska rješenje jednog problema izaziva potrebu za postavljanje novih iskustava. Eksperimentalni rezultati doveli su do teorije i hipoteze koje su potrebne za potvrdu ili opovrgnuti. Često, najveći otkrića pojavio, jednostavno zato što se na taj način formula je pogodan za računarstvo (kao što su kvantne Max Planck). Na početku ere fotografije, naučnici su znali da soli uranijuma svjetlo sušen svjetlo-osjetljive film, ali nisu znali da je osnova ovog fenomena je nuklearne fisije. Dakle, radioaktivnost je studirao u cilju da shvate prirodu nuklearnog raspadanja. Očigledno je da su emisije kvantne tranzicije formirana, ali to nije bilo jasno o čemu se radi. Chet Curie izvađeni čista radijum i polonija, preradu rude urana gotovo ručno dobiti odgovor na ovo pitanje.

punjenje zračenja

Rutherford je mnogo učinio za proučavanje atomske strukture i doprinosi i studija o tome kako podjelu jezgra atoma. Naučnik stavio zračenje koje emituju radioaktivni element u magnetskom polju i dobio odličan rezultat. Ispostavilo se da je zračenje se sastoji od tri komponente: jedan je bio neutralan, a druga dva - pozitivno i negativno napunjena. studija fisija je počeo sa identifikacijom njegovih komponenti. Dokazano je da je osnovni se može podijeliti, da daju dio svoje pozitivan naboj.

Struktura jezgra

Kasnije se ispostavilo da je atomska jezgra se sastoji ne samo od pozitivno nabijene čestice protona, ali neutralne čestice neutrona. Zajedno se zovu nukleona (sa engleskog «jezgra», kernel). Međutim, naučnici su ponovo naišao na problem: mase jezgra (odnosno broj nukleona) nije uvijek odgovaraju od tužbe. Y vodonika ima zadužen za +1, a masa može biti tri, dva, jedan. U sljedećim je u periodni helijuma zadužen core 2, sa svojim jezgro sadrži 4 do 6 nukleona. Složeniji elementi mogu imati mnogo veći broj različitih masa sa istim punjenjem. Takve varijacije atoma zove izotopa. A neki su bili prilično stabilnih izotopa, drugi brzo raspao, jer za njih je karakteriše nuklearne fisije. Kojoj osnovi u skladu sa brojem nukleona stabilnosti jezgra? Zašto dodatak samo jedne neutronske na teška i prilično stabilna jezgra je dovelo do njegovog split oslobađanja radioaktivnosti? Začudo, odgovor na ovo važno pitanje još uvijek nije pronađen. Empirijski, utvrđeno je da je određeni broj protona i neutrona odgovaraju stabilne konfiguracije jezgre. Ako Core 2, 4, 8, 50 neutrona i / ili protona, kernel će jedinstveno stabilna. Ove brojke su čak nazivaju magičan (i nazvao ih kao odrasle, naučnici, nuklearne fizike). Dakle, nuklearne fisije zavisi od njihove mase, odnosno broj njihovih konstitutivnih nukleona.

Drop, poklopac, kristal

Odredite faktor koji je odgovoran, to nije bilo moguće u ovom trenutku za stabilnost jezgra. Postoje mnoge teorije atomske modela strukture. Tri od najpoznatijih i često razvijen u suprotnosti jedni s drugima u različitim stvarima. Prvi je da je osnovni - pad od posebnog nuklearnog tečnosti. Što se tiče vode, odlikuje se fluidnosti, površinske napetosti, fuzije i propadanja. U modelu ljuske u kernelu previše, postoje određeni nivo energije, koji su ispunjeni nukleona. Treći navodi da je jezgra - medij koji je u stanju da prelamaju specifične valne duljine (de Broglie), pri čemu je indeks prelamanja - je potencijalna energija. Međutim, model do sada nije u potpunosti opisati zašto u određenom kritična masa ovog posebnog hemijskog elementa, cijepanje jezgra počinje.

Ono što se događa propadanje

Radioaktivnosti, kao što je gore spomenuto, je pronađen u supstanci koje se mogu naći u prirodi: urana, polonij, radij. Na primjer, novo proizvedeni, čisti uran je radioaktivan. proces cijepanja u ovom slučaju će biti spontano. Bez spoljnih uticaja određene količine atoma urana emituju alfa čestice spontano pretvoren u torijum. To je pokazatelj, koji se zove poluraspada. To pokazuje, za period od početne brojeve delova će biti oko pola. Svaki radioaktivnog elementa poluživot vlastite - od djelić sekunde u Kaliforniju na stotine tisuća godina za urana i cezij. Ali postoji prinudna aktivnost. Ako je atomska jezgra bombarduju protoni ili alfa čestica (helij jedra) sa velikim kinetičke energije, oni mogu biti "split". mehanizam konverzije, naravno, razlikuje od načina omiljeni majčine razbija vazu. Međutim, određena analogija se može pratiti.

atomska energija

Do sada nismo odgovorili na praktično pitanje: gdje radi energije u nuklearne fisije. Za početak je potrebno razjasniti da je u toku formiranje nukleusa su posebne nuklearna sila, zove jake interakcije. Budući da je jezgra sastoji se od niza pozitivnih protona, ostaje pitanje, kako se drže zajedno, jer elektrostatički snage imaju dovoljno jak da ih odbijaju jedni od drugih. Odgovor je i jednostavan, i tu: jezgra se čuva na račun vrlo brze razmjene između nukleona posebnim čestica - pioni. Ovaj link živi je nevjerojatno mala. Jednom kada prestaje razmjena pi-mezona, jezgra se raspada. isto tako je poznato da je masa jezgra je manje od sume svih njenih konstitutivnih nukleona. Ovaj fenomen se zove masovna defekt. U stvari, nedostaje mase - je energija koja se troši na održavanje integriteta kernela. Jednom odvojen od atomskog jezgra neki deo ove energije se proizvodi u nuklearnim elektranama i pretvara u toplotu. To je, energija nuklearne fisije - je jasna demonstracija poznatih formula Ajnštajna. Podsjetimo, formula glasi: energije i mase se može pretvoriti u jedno drugo (E = mc ^2).

Teorija i praksa

Sada nam reći kako se koristi čisto teorijski otkriće u mom životu za gigavata električne energije. Prvo, treba napomenuti da je u kontroliranim reakcije koristi se inducirana fisije. Najčešće je to uranijum ili polonija, koji je bombardiran brzih neutrona. Drugo, treba shvatiti da nuklearne fisije prati stvaranje novih neutrona. Kao rezultat toga, broj neutrona u zoni reakcije je u stanju da raste vrlo brzo. Svaki neutron sudara s novim, još cijeli zrna, razdvaja ih, što dovodi do povećanja toplotne energije. To je lančana reakcija nuklearne fisije. Nekontrolisanog količine povećanja neutronske u reaktoru može dovesti do eksplozije. To je ono što se dogodilo 1986. godine u nuklearnoj elektrani u Černobilu. Stoga, u zoni reakcije je uvijek supstanca koja upija višak neutrona da spriječi katastrofu. Ovaj grafit u obliku duge šipke. Stopa fisija može usporiti potapanjem štapove u zoni reakcije. Jednadžba nuklearna reakcija je napravljen posebno za svaku aktivnu tvar i radioaktivnih bombardiranjem čestica (elektrona, protona, alfa čestice). Međutim, krajnji rezultat energije izračunate u skladu sa zakonom očuvanja: E1 + E2 + E3 = E4. To je, ukupna energija početne jezgre čestica i (E1 + E2) mora biti jednaka energiji rezultat jezgra i slobodne energije oslobađa u obliku (E3 + E4). Jednadžbe pokazuje nuklearna reakcija, supstancu dobiveni raspadanja. Na primjer, uran U = Th + On, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. To se ne daje izotopa kemijskih elemenata, ali ovo je važno. Na primjer, postoje tri mogućnosti fisije urana, koji proizvode različite izotopa olova i neon. Skoro sto posto od fisije reakcija proizvodi radioaktivnih izotopa. To jest, raspadanjem urana dobiti radioaktivni torij. Torij, torij je u stanju da se raspada, da - na actiniuma, i tako dalje. Radioaktivni u ovoj seriji može biti, i bizmut, i titana. Čak i vodika koji sadrži nukleus dva protona (po stopi od jedan proton), inače zove - deuterij. Voda formirana s vodikom pod nazivom teške i ispunjava prvo kolo u nuklearnom reaktoru.

nemiroljubive atom

Izrazi kao što su "trku u naoružanju", "hladnog rata", "nuklearna prijetnja" za modernog čovjeka može izgledati istorijskog i nevažno. Ali jednom u saopštenju je bio u pratnji vesti gotovo u cijelom svijetu o tome koliko je izmislio nuklearno oružje i kako se boriti protiv njega. Ljudi su gradili podzemnim bunkerima i napravio akcija u slučaju nuklearne zime. Čitave porodice su radili na stvaranju skloništa. Čak i mirno korištenje nuklearne reakcije fisije može dovesti do katastrofe. Čini se da je u Černobilu je naučio čovječanstva preciznost u ovoj oblasti, ali elementi planeta je bila jača: zemljotresa u Japanu boli vrlo robustan jačanje NPP "Fukushima". Energija nuklearna reakcija se koristi za uništavanje mnogo lakše. Tehnologija zahtijeva samo ograničen snagu eksplozija, kako se ne bi slučajno uništi cijelu planetu. Najviše "humano" bombe, ako se to može nazvati, ne zagađuju blizini zračenja. U principu, najčešće koriste nekontrolisano lančanu reakciju. Ono što u nuklearnim elektranama nastoje svim sredstvima da se izbjegne bombe kako bi se postigla vrlo primitivan način. Za svako fizičko radioaktivnog elementa, postoji neka kritična masa čiste supstance u kojoj lančanu reakciju nastaje sama po sebi. Uran, na primjer, samo pedeset kilograma. Od urana je vrlo teško, to je samo mali metalni loptu 12-15 centimetara u promjeru. Prve atomske bombe bačene na Hirošimu i Nagasaki, upravo su napravljene na ovom principu: dva nejednaka dela čistog urana jednostavno u kombinaciji i dovelo do zastrašujuće eksplozije. Moderni oružja su vjerovatno složenija. Međutim, o kritična masa nije potrebno zaboraviti da između male količine čistog radioaktivne tvari tijekom skladištenja treba da bude prepreka koje sprečavaju komada zajedno.

izvora zračenja

Svi elementi atomskog jezgra sa zadužen preko 82 su radioaktivni. Skoro sve lakši hemijski elementi imaju radioaktivne izotope. Teži jezgro, manje svoj vijek trajanja. Neki elementi (kao što je Kalifornija) mogu dobiti samo sintetički - guranje teških atoma s lakšim česticama, često sa akceleratorima. S obzirom da su vrlo nestabilna, oni nisu prisutni u Zemljinoj kori: formiranje planeta, oni se brzo raspao u druge elemente. Supstance s više svjetlosti jezgara, kao što su uran, moguće je izvući. Ovaj proces je dug, pogodan za rudarstvo urana, čak iu vrlo bogat rudama sadrže manje od jedan posto. Treći način, možda, ukazuje na to da je počela nova geološka epoha. Ova ekstrakcija radioaktivnih elemenata iz radioaktivnog otpada. Nakon što je radio goriva u elektrani, na podmornici ili nosač aviona, mješavinu početnog materijala i završne urana, rezultat podjele. U ovom trenutku, smatra se solidna radioaktivnog otpada i troškovi trnovito pitanje, jer se odlažu na takav način da oni ne zagađuju okoliš. Međutim, postoji mogućnost da je spreman koncentrirana radioaktivnih supstanci u bliskoj budućnosti (na primjer, polonij), će se proizvoditi iz ovog otpada.