Jadrové štiepenie: proces jadrového štiepenia. jadrové reakcie

Tento článok hovorí o tom, čo jadrové štiepenie ako proces bol objavený a popísaný. Popisuje jeho využitie ako zdroja energie a jadrových zbraní.

"Nerozdeliteľnú" atóm

Dvadsiateho prvého storočia je plná takých výrazov ako "atómová energia", "jadrové technológie", "rádioaktívny odpad". Tu a tam titulky blysol správy o možnosti rádioaktívnej kontaminácie pôdy, oceánov, antarktického ľadu. Avšak, obyčajní ľudia často nie sú moc dobrý nápad, čo oblasti vedy a ako to pomáha v každodennom živote. Tie by mali začať, snáď s príbehy. Od samého prvú otázku, ktorá požiadala dobre živených a dobre oblečený muž, chcel vedieť, ako funguje svet. Ako vidí oko, ucho počuje, prečo než voda sa líši od kameňa - to je to, čo mudrci od nepamäti starostlivosti. Dokonca aj v starovekej Indii a Grécku, niektoré zvedavé mozgy sa domnievajú, že existuje minimálna častíc (to je tiež nazývaný "nedeliteľné"), s vlastnosťami materiálu. Stredovekých lekárne potvrdené asi múdry, a moderné atóm definície patrí atóm - najmenšie častice o látku, ktorá je nositeľom vlastností.

atóm diely

Avšak, vývoj technológií (napr fotografie) viedol k atómu prestal byť čo najmenšie substancie častice. Hoci brány oddelene atóm je elektricky neutrálny, rýchlo prišli: skladá sa z dvoch častí s rôznymi poplatkami. Počet kladne nabitých jednotiek počet negatívnych kompenzuje tak zostáva neutrálny atóm. Ale tam bol žiadna jednoznačná model atómu. Vzhľadom k tomu, v tej dobe stále dominujú klasické fyzike, že existujú rôzne predpoklady.

model atómu

Pôvodne bol navrhnutý model "biely chlieb s hrozienkami". Kladný náboj, pretože vyplní celý priestor atómu a to, ako hrozienka do uzla, negatívne náboje sú distribuované. Ku známym experimenty Rutherford identifikované nasledovné: je veľmi ťažký prvok s kladným nábojom (jadrá), a je obklopený s omnoho ľahší elektróny v stredu atómu. Jadro Hmotnosť stokrát ťažších než súčet všetkých elektrónov (čo je 99,9 hmotnostných percent celkového počtu atómov). Tak sa zrodil planetárny model atómu Bohr. Avšak, niektoré jeho prvky v rozpore prijatý v čase klasickej fyziky. Preto nová kvantová mechanika bola vyvinutá. Vďaka svojmu vzhľadu lehota začala plynúť neklasických vedu.

Atom a rádioaktivita

Z vyššie uvedeného je zrejmé, že jadro - to je ťažký, kladne nabitá časť atómu, ktorý tvorí podstatnú časť toho. Keď sa kvantování energie a polohy elektrónu obiehajúceho atóm boli dobre študovali, je na čase pochopiť podstatu atómového jadra. To prišlo na pomoc brilantné a nečakanom objave rádioaktivity. To pomohlo odhaliť podstatu ťažké centrálneho atómu, ako rádioaktívneho zdroja - jadrové štiepenie. Na prelome devätnásteho a dvadsiateho storočia, otvorenie padol jeden po druhom. Teoretické riešenie jedného problému spôsobuje nutnosť vytvoriť nové skúsenosti. Experimentálne výsledky viedli k teórií a hypotéz, ktoré sú potrebné na potvrdenie alebo vyvrátenie. Často najväčšie objavy objavil, jednoducho preto, že týmto spôsobom vzorec je vhodný pre prácu na počítači (ako kvantové Max Planck). Na začiatku éry fotografovania, vedci vedeli, že uránové soli svetlom tuhnúce citlivého na svetlo filmu, ale oni nevedeli, že základ tohto javu je jadrové štiepenie. Preto sa rádioaktivita bola študovaná, aby pochopil podstatu jadrového rozpadu. Je zrejmé, že boli vytvorené kvantové prechody emisií, ale nebolo jasné, čo to je. Chet Curie extrahuje čistý rádium a polónium, spracovanie uránovú rudu prakticky ručne získať odpoveď na túto otázku.

Charge žiarenie

Rutherford urobil veľa pre štúdium atómovej štruktúry, a tiež prispel k štúdiu toho, ako rozdelenie jadra atómu. Vedec dal žiarenie emitované rádioaktívnym prvkom v magnetickom poli a má skvelý výsledok. Ukázalo sa, že žiarenie sa skladá z troch častí: jeden bol neutrálny a ďalšie dva - kladne a záporne nabité. štiepenie štúdie začala s identifikáciou jej zložiek. Bolo preukázané, že jadro môže byť rozdelená, čím sa získa časť svojej kladného náboja.

štruktúra jadra

Neskôr sa ukázalo, že atómové jadro sa skladá nielen z kladne nabité častice protónov, ale neutrálnych neutrónov častíc. Dohromady sa nazývajú nukleóny (od English «jadra», jadro). Avšak, vedci opäť narazil na problém: hmotnosť jadra (tj počet nukleónov) nie vždy zodpovedajú svojej pôvodnej kapacity. Y atóm vodíka jadro má náboj +1 a hmotnosť môže byť tri, dva a jeden. V nasledujúcom je v periodickej tabuľke, hélia náboje jadra 2, sa jeho jadro obsahuje 4 až 6 nukleónmi. Zložitejšie prvky môžu mať oveľa väčší počet rôznych hmôt s rovnakou poplatok. Takéto variácie atómov zvaných izotopy. A niektoré z nich boli celkom stabilné izotopy, iné rýchlo rozpadli, pretože pre ne bol charakterizovaný jadrovým štiepením. Akom základe v súlade s počtom nukleónov stability jadier? Preto pridanie iba jedného neutrónu k ťažké a pomerne stabilné jadro viedlo k jeho rozdelenie k uvoľneniu rádioaktivity? Napodiv doteraz nebolo zistené, že odpoveď na túto dôležitú otázku. Empiricky bolo zistené, že určitý počet protónov a neutrónov zodpovedajú stabilné usporiadanie jadier. Ak je jadro 2, 4, 8, 50 neutróny a / alebo protóny, jadro bude jednoznačne stabilný. Tieto čísla sú dokonca označované ako magické (a pomenoval ich ako dospelé, vedci, jadrová fyzika). Tak, jadrové štiepenie závisí od ich hmotnosti, ktorá znamená, že počet, ktoré ich tvoria nukleónov.

Drop, pokrývajú, krištáľovo

Faktor, ktorý je zodpovedný, nebolo možné v súčasnej dobe pre stabilitu jadra. Existuje mnoho teórií atómových modelov štruktúry. Tri z najznámejších a rozvíjať často v rozpore s seba v rôznych záležitostiach. Prvá je, že jadro - kvapkou špeciálny jadrovej kvapaliny. Pokiaľ ide o vodu, je charakterizovaný tým, tekutosti, povrchové napätie, roztavenie a rozkladu. V modeli plášťa v jadre príliš, existujú určité energetickej hladiny, ktoré sú naplnené nukleónmi. Tretí uvádza, že jadro - médium, ktoré je schopné lámať špecifickej vlnovej dĺžke (de Broglie), pričom index lomu - je potenciálna energia. Avšak, žiadny model doteraz nepodarilo plne popísať, prečo sa pri určitej kritickej množstvo tohto konkrétneho chemického prvku, rozštiepenie jadra začína.

Čo sa stane, úpadok

Rádioaktivita, ako je uvedené vyššie, zistilo sa, látky, ktoré možno nájsť v prírode: uránu, polónium, rádia. Napríklad novo vyrábaný, čistý urán je rádioaktívny. štiepiace postup v tomto prípade byť spontánny. Bez akejkoľvek vonkajší vplyv určité množstvo atómov uránu emitujú častice alfa spontánne premenená tória. Ide o ukazovateľ, ktorý sa nazýva polčas. Ukazuje sa, po dobu od počiatočného čísla časť bude o polovicu. Každá rádioaktívny prvok polčas vlastné - od zlomku sekundy do Kalifornie, aby státisíce rokov pre urán a cézium. Ale tam je násilná činnosť. V prípade, že atómové jadrá bombardujú protóny alebo alfa častice (jadrá hélia) s vysokou kinetickú energiu, môžu byť "delené". Konverzia mechanizmus samozrejme líši od toho, ako matky obľúbený rozbije vázu. Avšak určité analógie možno vysledovať.

atómovú energiu

Doteraz sme nereagovali na praktickú otázku: Kde sa berie energiu v oblasti jadrového štiepenia. Pre začiatok je potrebné upresniť, že v priebehu tvorenia jadra sú špeciálne nukleárne sila, ktorá sa nazýva silná interakcia. Vzhľadom k tomu, jadro sa skladá z radu pozitívnych protónov, otázkou zostáva, ako sa držať pohromade, pretože elektrostatické sily dosť silné, aby im odraziť od seba navzájom. Odpoveď je jednoduchý, a tam: jadro je udržiavaná na úkor veľmi rýchlej výmeny medzi nukleóny špeciálna častíc - pión. Tento odkaz žije, je neuveriteľne malá. Potom, čo ukončil výmenu Pi-mesons, jadro rozpadá. rovnako dobre je známe, že hmotnosť jadra je menšia ako súčet všetkých jej základných nukleónov. Tento jav sa nazýva hmotnostný defekt. V skutočnosti, chýbajúce hmota - je energia, ktorá sa vynakladá na udržanie integrity jadra. Po oddelení od atómového jadra niektorá časť tejto energie sa vyrába v jadrových elektrárňach a premenená na teplo. To znamená, že energia z jadrového štiepenia - je jasným dôkazom slávnej Einsteinovej rovnice. Pripomeňme, že vzorec znie: energie a mäsa môžu byť prevedené na seba (E = mc ^2).

Teória a prax

Teraz nám hovoria, ako sa používa čisto teoretický objav v mojom živote pre gigawattov elektriny. Po prvé, je potrebné poznamenať, že v kontrolovaných reakciách sa používa umelé štiepenie. Najčastejšie je urán alebo polónium, ktorý je bombardovaný rýchlych neutrónov. Po druhé, je potrebné si uvedomiť, že jadrová reakcia je sprevádzaná vytváraním nových neutrónov. V dôsledku toho sa počet neutrónov v reakčnej zóne je schopný veľmi rýchlo rastie. Každý neutrón sa zrazí s novými, celých zŕn, rozdelí ich, čo vedie k zvýšeniu tepla. To je reťazová reakcia jadrového štiepenia. Nekontrolované množstvo zvýšenie neutrónov v reaktore môže viesť k explózii. To je to, čo sa stalo v roku 1986 v černobyľskej jadrovej elektrárni. Z tohto dôvodu, v reakčnej zóne je vždy látka, ktorá absorbuje prebytočný neutróny zabrániť katastrofe. Tento grafit vo forme dlhých tyčí. štiepenie frekvencia môže byť spomalený ponorením tyči v reakčnej zóne. Rovnica jadrová reakcia sa uskutočňuje špecificky pre každú účinnú látku a rádioaktívne bombardovanie jeho častice (elektróny, protóny, alfa častice). Avšak konečný výstupná energia vypočíta podľa zákona o zachovaní: E1 + E2 + E3 = E4. To znamená, že celková energia počiatočného jadrové častice a (E1 + E2), musí byť rovná energiu výsledného jadra a voľnej energie uvoľnené v podobe (E3 + E4). Rovnica tiež ukazuje jadrové reakcie, čo je látka získaná rozkladom. Napríklad urán U = Th + He, U = Pb + Nie, U = Hg + Mg. Nie je daná izotopy chemických prvkov, ale je to dôležité. Napríklad existujú tri možnosti štiepenie uránu, ktoré produkujú rôzne izotopov olova a neón. Takmer sto percent štiepnej reakcie vytvára rádioaktívne izotopy. To znamená, že rozpad uránu získať rádioaktívny tórium. Tórium, protactinium je schopný rozpadnúť, že - na actinium, a tak ďalej. Rádioaktívne v tejto sérii môže byť, a bizmutu a titánu. I obsahujúca vodík jadro dva protóny (rýchlosťou jedného protónu), inak nazývaný - deutérium. Voda vzniknutá vodíkom nazýva ťažký a vyplní prvé okruh v jadrovom reaktore.

nemierové atóm

Výrazy ako "preteky v zbrojení", "studenej vojny", "jadrovú hrozbu" pre moderného človeka sa môže zdať historické a irelevantné. Ale akonáhle každá tlačová správa bola sprevádzaná spravodajstvo takmer po celom svete, o tom, ako veľmi vymysleli jadrových zbraní a ako s ňou bojovať. Ľudia stavali podzemné bunkre a vyrobené zásoby v prípade jadrovej zimy. Celé rodiny pracoval na vytvorenie prístreškov. Dokonca mierové využitie reakcie jadrového štiepenia môže viesť ku katastrofe. Mohlo by sa zdať, že Černobyľ učil ľudstvu presnosť v tejto oblasti, ale prvky planéty bola silnejšia: zemetrasenie v Japonsku bolieť veľmi robustný posilnenie IPA "Fukušima". Energia jadrová reakcia použitá k zničeniu oveľa jednoduchšie. Technológia vyžaduje iba obmedzenú silu explózie, aby nedošlo k nechcenému zničiť celú planétu. Najviac "humánne" bomby, či sa tomu dá hovoriť, neznečisťujú blízkosť žiarenia. Všeobecne platí, že sa najčastejšie používajú nekontrolovanému reťazovú reakciu. To, čo v jadrových elektrárňach sa snaží všetkými prostriedkami, aby sa zabránilo bomby, aby sa dosiahlo veľmi primitívne spôsobom. Pre akékoľvek fyzické rádioaktívny prvok, existujú určité kritické množstvo čistej látky, v ktorých vzniká reťazová reakcia sama. Uránu, napríklad, je len päťdesiat kilogramov. Vzhľadom k tomu, urán je veľmi ťažké, je to len malá kovová guľa 12-15 centimetrov v priemere. Prvej atómovej bomby na Hirošimu a Nagasaki, boli vykonané práve na tomto princípe: dve nerovnako veľké časti čistého uránu jednoducho kombinovať a dala vzniknúť desivé explózie. Moderné zbrane sú pravdepodobne zložitejšie. Avšak, o kritickej hmotnosti nie je nutné zabúdať, že medzi malé objemy čistej rádioaktívne látky v priebehu skladovania by mali byť prekážky, ktoré bránia kúsky dohromady.

zdroje žiarenia

Všetky prvky atómového jadra s starosti nad 82 sú rádioaktívne. Takmer všetky ľahších chemických prvkov má rádioaktívne izotopy. Čím ťažšie je jadro, tým menšia je jej životnosť. Niektoré prvky (napríklad Kalifornia) môže byť získaná iba synteticky - tlačenie ťažkých atómov s ľahších častíc, často s urýchľovačmi. Vzhľadom k tomu, že sú veľmi nestabilné, že nie sú prítomné v zemskej kôre: formovanie planéty, rýchlo sa rozkladal do ďalších prvkov. Látky s niekoľkými ľahkými jadrami, ako napríklad uránu, je možné extrahovať. Tento proces je dlhý, vhodný pre ťažbu uránu, a to aj vo veľmi bohaté rudy obsahujú menej ako jedno percento. Tretia cesta, možno naznačuje, že nová geologická epocha začala. Táto extrakcia rádioaktívnych prvkov z rádioaktívneho odpadu. Potom, čo pracoval paliva v elektrárni, na ponorky alebo lietadlovej lodi, zmesi východiskového materiálu a záverečnej urán, výsledok delenie. V túto chvíľu, je to považované za pevný rádioaktívny odpad a náklady na naliehavú tému, pretože sú zlikvidované takým spôsobom, že nebudú znečisťovať životné prostredie. Existuje však možnosť, že ready-koncentrovaný rádioaktívne látky v blízkej budúcnosti (napríklad polónia), sa bude vyrábať z tohto odpadu.