Jedrska fisija: proces jedrske fisije. jedrske reakcije

Članek govori o tem, kaj je odkril in opisal jedrska cepitev kot proces. Razkrije njegovo uporabo kot vir energije in jedrskega orožja.

"Nedeljiv" atom

Enaindvajseto stoletje je polna takšnih izrazov kot so "atomske energije", "jedrske tehnologije", "radioaktivni odpadki". Vsake toliko časa naslovi trenutek poročila o možnosti radioaktivne kontaminacije tal, oceanov, antarktičnega ledu. Vendar pa običajni ljudje pogosto ne zelo dobra ideja, kaj na področju znanosti in kako to pomaga v vsakdanjem življenju. Moral bi začeti, morda z zgodbami. Od zelo prvo vprašanje, ki vprašuje dobro nahranjene in dobro oblečen človek, ki je želel vedeti, kako svet deluje. Kako oko vidi, uho sliši, zakaj od vode razlikuje od kamna - to je tisto, kar modreci od nekdaj skrbi. Tudi v antični Indiji in v Grčiji, nekateri povprašujete misli predlagal, da obstaja minimalna delcev (to se imenuje tudi "nedeljiva"), z lastnostmi materiala. Srednjeveški kemiki potrjeni uganiti pametno in moderna definicija atomom vključuje atom - najmanjši delec snovi, ki je nosilec lastnosti.

Atom deli

Vendar pa je razvoj tehnologije (npr fotografije) stekel na atom prenehala biti najmanjša možna snov delcev. Čeprav je treba ločeno atom je električno nevtralen, znanstveniki hitro spoznali: je sestavljen iz dveh delov z različnimi stroški. Število pozitivno nabitih enot število negativnih kompenzira tako ostaja nevtralen atom. Vendar ni bilo nedvoumne model atoma. Ker je v tem času še vedno prevladujejo klasične fizike, da obstajajo različne domneve.

Vzorec atomom

Sprva je bila predlagana model "belega kruha z rozinami". Pozitivni naboj, saj zapolnjuje celoten prostor atoma in to, kot rozine v figo, so negativni stroški porazdeljeni. Znane poskusi Rutherford razbrati naslednje: je zelo težka element s pozitivnim nabojem (jedra), in obdan z veliko lažja elektronov v središču atoma. Jedro Teža stokrat težja od vsote vseh elektronov (kar je 99,9 odstotka glede na maso celotnih atomov). Tako se je rodil planetno model atomom Bohr. Vendar pa nekateri izmed njegovih elementov v nasprotju s sprejeto v času klasične fizike. Zato smo razvili nove kvantne mehanike. S svojim videzom se rok začne neklasičnega znanosti.

Atom in radioaktivnost

Iz zgoraj navedenega je razvidno, da bo jedro - to je težka, pozitivno nabita del atoma, ki predstavlja večji del nje. Ko je kvantizacija energije so in položaj elektrona, ki kroži okoli atom dobro raziskano, je čas, da razumejo naravo atomskega jedra. Je prišel na pomoč briljantno in nepričakovano odkritje radioaktivnosti. To je pomagalo, da razkrije bistvo težke centralnega atoma, kot vira sevanja - jedrsko fisijo. Na prelomu devetnajstega in dvajsetega stoletja, odprtje padel eden za drugim. Teoretična rešitev enega problema, ki povzroča potrebo po ustanovitvi nove izkušnje. Eksperimentalni rezultati je prišlo do teorije in hipoteze, ki so potrebni, da se potrdi ali ovrže. Pogosto je pojavila največja odkritja, preprosto zato, ker na ta način je formula primerna za računalništvo (kot so kvantne Max Planck). Na začetku dobi fotografije, znanstveniki vedeli, da urana soli svetlobno-cured svetlobo občutljiv film, vendar niso vedeli, da je osnova tega pojava jedrska cepitev. Zato je bila radioaktivnost preučevali, da bi razumeli naravo jedrske razpada. Očitno je, da so kvantni prehodi emisij nastali, vendar ni bilo jasno, kaj je to. Chet Curie pridobljeni čisto radij in polonij, predelavo uranove rude praktično ročno, da bi dobili odgovor na to vprašanje.

Polnjenje sevanje

Rutherford je naredil veliko za študij atomske strukture in tudi prispevali k študiji kako delitve jedra atoma. Znanstvenik dal sevanje radioaktivnega elementa oddaja v magnetnem polju in dobil odličen rezultat. Izkazalo se je, da je sevanje je sestavljen iz treh delov: eden je bil nevtralen, druga dva - pozitivno in negativno nabiti. Študija cepitev začela z določitvijo njenih sestavnih delov. Dokazano je, da se jedro mogoče razdeliti, da bi del svojega pozitivnega naboja.

Struktura jedra

Kasneje se je izkazalo, da je atomsko jedro ni sestavljena le iz pozitivno nabitih delcev protonov, ampak nevtralne nevtronske delcev. Skupaj so imenovani nukleonov (iz angleške «jedru», jedro). Vendar pa so znanstveniki ponovno naletel na težavo: maso jedra (tj število nukleonov) ni vedno v skladu s svojo brezplačno. Je Y vodik jedro ima naboj +1 in masa lahko tri, dve, ena. V po njej v periodnem helij jedra naboja 2, z njegovo jedro vsebuje od 4 do 6 nukleonov. Več kompleksni elementi imajo lahko veliko večje število različnih množic z enakim brezplačno. Takšne variacije atomov imenovanih izotopi. In nekateri so bili precej stabilni izotopi, drugi pa hitro razpadla, ker za njih je značilna jedrske fisije. Kaj podlago v skladu s številom nukleonov stabilnosti jedra? Zakaj je dodatek samo en nevtron za težke in precej stabilno jedro je privedla do njegove razdelitve sproščanja radioaktivnosti? Nenavadno je, da je odgovor na to pomembno vprašanje še ni bilo mogoče najti. Empirično je bilo ugotovljeno, da določeno število protonov in nevtronov ustrezajo stabilne konfiguracije jeder. Če jedro 2, 4, 8, 50 nevtronov in / ali protoni, bo jedro edinstveno stabilni. Te številke so celo imenujejo magična (in jih poimenovali kot odrasli, znanstvenikov, jedrska fizika). Tako, jedrska cepitev odvisen od njihove mase, da je število njihovih sestavnih nukleonov.

Spusti, pokrov, kristal

Določimo faktor, ki je odgovorna, da ni bilo mogoče v tem trenutku za stabilnost jedra. Obstaja veliko teorij o atomskih modelov strukture. Trije od najbolj znanih in pogosto razvijejo v nasprotju s seboj v različnih zadevah. Prvi je ta, da jedro - kapljico posebne jedrske tekočine. Kar zadeva vodo, je označen s fluidnosti, površinske napetosti, fuzije in razpada. V modelu lupine v jedru preveč, obstajajo določene energetske vrednosti, ki so napolnjene z nukleonov. Tretja navaja, da jedro - medij, ki je sposoben lomijo specifično valovno dolžino (de Broglie), kjer je lomni količnik - je potencialna energija. Vendar pa noben model, doslej še ni v celoti opisati, zakaj na določene kritične mase tem kemijskega elementa, delitev jedra se začne.

Kaj se zgodi, gnilobo

Radioaktivnost, kot je navedeno zgoraj, je bilo ugotovljeno, snovi, ki jih najdemo v naravi: urana, polonija, radija. Na primer, na novo izdelan, čist uran radioaktivni. delitev postopek v tem primeru bo spontano. Brez vsakega zunanjega vpliva določenega števila atomov urana oddajajo alfa delcev spontano pretvori v torija. To je kazalnik, ki se imenuje razpolovni čas. To kaže, za čas od začetne številke delov bo približno polovica. Vsak radioaktivni element razpolovna doba sama - od delčku sekunde v Kalifornijo, da več sto tisoč let za urana in cezija. Vendar pa je prisilna dejavnost. Če atomska jedra obstreljevanjem protone ali alfa delci (helij jedra) z visoko kinetično energijo, so lahko "split". mehanizem za pretvorbo, seveda, drugačna od tega, kako matere najljubša razbije vazo. Vendar pa je lahko neka analogija mogoče izslediti.

atomska energija

Do sedaj še nismo odzvali na praktično vprašanje: kje počne energijo v jedrsko fisijo. Za začetek je treba pojasniti, da v času, so oblikovanje jedra posebna jedrska sila, ki se imenuje močna interakcija. Ker je jedro sestavlja niz pozitivnih protonov, ostaja vprašanje, kako se držijo skupaj, ker imajo elektrostatične sile dovolj močne, da jih odvrača od drugega. Odgovor je tako preprosta, in tam: jedro se hranijo na račun zelo hitro izmenjavo med nukleonov posebne delcev - pione v plinskih sevalcih. Ta povezava živi, je zelo majhna. Ko preneha izmenjavo pi-mezonov, jedro razpade. prav tako pa je znano, da je masa jedra manjši od vsote vseh njegovih sestavnih nukleonov. Ta pojav imenujemo masa napaka. Dejstvo je, da manjka masa - je energija, ki se porabi za ohranjanje celovitosti jedra. Ko je ločen od atomskega jedra je vsaj del te energije proizvedene v jedrskih elektrarnah in pretvori v toploto. To pomeni, da je energija jedrske fisije - je jasen dokaz znanih Einsteinova formula. Spomnimo, Formula se glasi: biti energija in masa lahko pretvorimo v drug od drugega (E = mc ^2).

Teorija in praksa

Zdaj pa nam pove, kako se uporablja zgolj teoretično odkritje v mojem življenju za gigavatov električne energije. Najprej je treba omeniti, da je v nadzorovanih reakcijah uporabimo inducirano cepitve. Najpogosteje je uran ali polonij, ki je bombardiran s hitrimi nevtroni. Drugič, treba je razumeti, da je jedrska cepitev spremlja ustvarjanje novih nevtronov. Kot rezultat, se je število nevtronov v reakcijski coni je lahko zelo hitro rastejo. Vsak nevtronov trči z novimi, bolj celih jedrc, ki jih razdeli, kar vodi do povečanja proizvodnje toplote. Gre za verižno reakcijo jedrske cepitve. Nenadzorovano količine povečanja nevtronov v reaktorju lahko povzroči eksplozijo. To je tisto, kar se je zgodilo leta 1986 v Černobilu jedrske elektrarne. Zato je v reakcijski coni je vedno snov, ki absorbira odvečne nevtrone preprečiti katastrofo. Ta grafit v obliki dolgih palic. stopnja cepitev lahko upočasnila s potopitvijo palice v reakcijski coni. Enačba jedrska reakcija je izdelan posebej za vsako aktivno snov in radioaktivni obstreljevanjem njene delce (elektroni, protoni, delci alfa). Vendar pa je končna proizvedena energija, izračunan v skladu z zakonom o ohranjanju: E1 + E2 + E3 = E4. To pomeni, da celotna energija začetno jedro delca in (E1 + E2) mora biti enaka energiji nastalega jedra in proste energije sprosti v obliki (E3 + E4). Enačba prav tako kaže jedrske reakcije, snov, ki jo dobimo z razkrojem. Na primer, urana U = Th + On, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. To ni dano izotopov kemijskih elementov, ampak to je pomembno. Na primer, obstajajo tri možnosti fisije urana, ki proizvajajo različne vodstvo izotopov in neon. Skoraj stoodstotno reakcije cepitve proizvaja radioaktivne izotope. To pomeni, da razpad urana pridobljen radioaktivni torij. Torij, protactinium lahko razletijo, da - za aktinij, in tako naprej. Radioaktivni v tej seriji je lahko, in bizmut in titana. Tudi vodik vsebujejo jedra dve protone (po stopnji enega proton), drugače imenuje - devterij. Voda tvorjen z vodikom imenovano težke in zapolnjuje prvo vezje v jedrskem reaktorju.

niso mirno atom

Izrazi, kot so "oboroževalne tekme", "hladne vojne", "jedrske grožnje", da sodobnega človeka morda zdi zgodovinsko in nepomembno. Toda, ko je bila vsaka novica za javnost spremlja poročanja skoraj po vsem svetu, o tem, koliko je izumil jedrskega orožja in kako se boriti. Ljudje so gradnjo podzemnih bunkerjev in naredili zaloge v primeru jedrske zime. Cele družine delal na ustvarjanju zaklonišč. Tudi miroljubna uporaba reakcije jedrske fisije lahko privede do nesreče. Zdi se, da je Černobil učil človeštvo natančnost na tem področju, vendar so elementi planetu je bila močnejša: potres na Japonskem poškodoval zelo robustno okrepitev NEK "Fukušimi". Energija jedrska reakcija se uporablja za uničevanje veliko lažje. Tehnologija zahteva le omejeno silo eksplozije, da ne bi nehote uniči celoten planet. Najbolj "humane" bombe, če ga lahko pokličete, ne onesnažujejo okolico sevanja. Na splošno najpogosteje uporabljajo nenadzorovano verižno reakcijo. Kaj jedrskih elektrarn prizadevamo z vsemi sredstvi, da bi se izognili bombe, da bi dosegli zelo primitiven način. Za vse naravne radioaktivnega elementa, obstaja kritična masa čiste snovi, pri kateri se verižna reakcija pojavi. Uran, na primer, je samo petdeset kilogramov. Ker urana je zelo težko, to je le majhen kovinski žogo 12-15 centimetrov v premeru. Prvi atomskih bomb je padla na Hirošimo in Nagasaki, so bile prav na tem principu: dva neenaka dela čistega urana zgolj v kombinaciji in je bila povod za grozljivo eksplozije. Sodobni orožje so verjetno bolj zapletena. Vendar pa se s kritično maso, ni treba pozabiti, da je med naj bi majhne količine čiste radioaktivnih snovi med skladiščenjem biti ovir, ki preprečujejo kosov skupaj.

viri sevanj

Vsi elementi atomskega jedra z brezplačno nad 82 so radioaktivni. Skoraj vse lažjih kemijskih elementov imajo radioaktivne izotope. Težji jedro, manj njegova življenjska doba. Nekateri elementi (na primer Kalifornija) je mogoče dobiti le sintetično - potiskanje težkih atomov z lažjimi delci, pogosto s pospeševalci. Ker so zelo nestabilne, da niso prisotni v zemeljski skorji: oblikovanje planeta, so se hitro razpadlo v drugih elementih. Snovi z več lahkih jeder, kot urana, je mogoče izvleči. Ta proces je dolg, primeren za rudarstvo urana, tudi v zelo bogate rude vsebujejo manj kot en odstotek. Tretji način, morda kaže, da je nova geološka doba začelo. Ta ekstrakcija radioaktivnih elementov iz radioaktivnih odpadkov. Po delu goriva v elektrarno na podmornici ali letalonosilko, zmes izhodnega materiala in končno urana, rezultat delitve. V tem trenutku se zdi trdno radioaktivni odpadki in stane občutljivega vprašanja, kot so odstranjevanje na tak način, da ne onesnažuje okolja. Vendar pa obstaja možnost, da bodo pripravljene koncentrirane radioaktivne snovi v bližnji prihodnosti (na primer, polonijem), proizvedeni iz teh odpadkov.