YDINFISSIO: prosessi ydinfission. ydinreaktiot

Artikkelissa puhutaan mitä ydinfission sillä prosessi on havaittu ja kuvattu. Esittää sen käyttöä energianlähteenä ja ydinaseita.

"Jakamaton" atomi

Vuosisadalla on täynnä tällaisia ilmauksia kuten "atomienergian", "ydinteknologian", "radioaktiivinen jäte". Silloin tällöin otsikoihin välähti raportit mahdollisuudesta radioaktiivisen saastumisen maaperän, valtamerten Etelämantereen jään. Kuitenkin tavalliset ihmiset eivät useinkaan ole kovin hyvä käsitys siitä, mitä tieteen ja miten se auttaa jokapäiväisessä elämässä. Kannattaa aloittaa ehkä kertomuksilla. Aivan ensimmäinen kysymys, joka on pyytänyt hyvin ruokittu ja hyvin pukeutunut mies, hän halusi tietää, miten maailma toimii. Miten silmä näkee, korva kuulee miksi kuin vesi poikkeaa kivi - sitähän viisaat ikimuistoisista ajoista hoidosta. Jo antiikin Intiassa ja Kreikassa, jotkut kyselemällä mielet ovat ehdottaneet, että on olemassa vähintään hiukkanen (sitä kutsutaan myös "jakamaton"), jossa materiaalin ominaisuudet. Keskiaikainen kemistit vahvisti arvata viisaita, ja moderni määritelmä atomi sisältyy atomi - pienin hiukkanen ainetta, joka on operaattorin ominaisuuksia.

atomi osat

Kuitenkin, teknologian kehittämiseen (esim, valokuvia) johti atomi lakannut olemasta pienin mahdollinen hiukkanen aine. Vaikka erikseen atomi on sähköisesti neutraali, tutkijat nopeasti toteuttaa: se koostuu kahdesta osasta, joilla on erilaiset maksut. Määrä positiivisesti varautuneita yksiköiden määrä negatiivisia kompensoi näin säilyy neutraalina atomi. Mutta ei ollut yksiselitteistä mallia atomin. Koska tuolloin vielä hallitsevat klassisen fysiikan, että oli erilaisia oletuksia.

malli atomin

Aluksi malli "valkoisen leivän kanssa rusinoita" ehdotettiin. Positiivinen varaus, kun se täyttää koko tilan atomin ja se, kuten rusinoita pulla, on jakautunut negatiivisia varauksia. Kuuluisan kokeet Rutherford yksilöity seuraavasti: on erittäin raskas elementti, jossa on positiivinen varaus (ydin), ja ympäröity paljon kevyempi elektronien keskellä atomin. Ytimen paino satoja kertoja painavampi kuin summa kaikki elektronit (joka on 99,9 painoprosenttia koko atomeja). Näin syntyi planeettojen malli atomin Bohrin. Kuitenkin jotkut sen osat ovat ristiriidassa hyväksyttyjä, klassisen fysiikan. Siksi uusi kvanttimekaniikan kehitettiin. Sen ulkonäkö alkoi nonclassical tiedettä.

Atomi ja radioaktiivisuus

Kaikesta edellä käy ilmi, että ytimen - se on raskas, positiivisesti varautunut osa atomin, joka muodostaa suurimman osan siitä. Kun kvantisointi energian ja aseman elektroneja kiertävät atomin on hyvin tutkittu, se on aika ymmärtää luonteen atomin ytimen. Se tuli avuksi loistava ja odottamaton löytö radioaktiivisuutta. Se on voitu todeta ydin raskas keskeinen atomin, kuten radioaktiivisen lähteen - ydinfission. Vaihteessa yhdeksästoista ja kahdeskymmenes vuosisatojen, avaaminen putosi yksi toisensa jälkeen. Teoreettinen ratkaisu on yksi ongelma aiheuttaa tarvetta luoda uusia kokemuksia. Koetulokset synnytti teorioita ja hypoteeseja, joita tarvitaan vahvistaa tai kumoaa. Usein suurimmat löydöt ilmestyi, koska tällä tavoin kaava on kätevä computing (kuten kvantti Max Planck). Alussa aikakauden valokuvauksen, tutkijat tiesivät, että uraani suolat valokovetteiset valoherkkä kalvo, mutta he eivät tienneet, että perusteella tämä ilmiö on ydinfission. Siksi radioaktiivisuus tutkittiin, jotta voidaan ymmärtää luonteen ydinvoiman rappeutuminen. On selvää, että päästöjen kvantti siirtymiä kertyi, mutta se ei ollut selvää, mitä se on. Chet Curie uutettu puhtaana radium ja polonium jalostus uraanimalmi lähes käsin saada vastaus tähän kysymykseen.

Charge säteily

Rutherford on tehnyt paljon tutkimusta varten atomirakenteen ja myös osaltaan selvitetty, miten jako atomin ytimessä. Tutkija laittaa lähettämä säteily radioaktiivinen alkuaine magneettikentässä ja sai hieno tulos. Kävi ilmi, että säteily koostuu kolmesta osasta: yksi oli neutraali ja kaksi muuta - positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita. ydinfission tutkimus alkoi tunnistaminen sen osia. On osoitettu, että ydin voidaan jakaa, jolloin saatiin osan positiivisen varauksen.

Rakenteen ytimen

Se myöhemmin on käynyt ilmi, että atomin ydin koostuu paitsi positiivisesti varautuneita hiukkasia protoneja, mutta neutraali neutronihiukkasilla. Yhdessä niitä kutsutaan nukleoneista (vuodesta Englanti «ydin», ytimen). Kuitenkin tutkijat ovat jälleen havainnut virheen: massa tuman (eli kuinka monta nukleonien) ei aina vastaa sen lataus. Y on vety ydin on vastuussa +1, ja massa voi olla kolme, kaksi ja yksi. Seuraavissa se jaksollisen heliumpanoksella ydin 2, jossa on ydin sisältää 4-6 nukleoneja. Monimutkaisempia osia voi olla paljon suurempi määrä eri massojen, joilla on sama varaus. Tällaiset vaihtelut atomien kutsutaan isotooppeja. Ja jotkut olivat melko vakaat isotoopit, toiset sulavat nopeasti, koska heille se leimasi ydinfissiota. Millä perusteella sopusoinnussa määrä nukleonien vakautta ytimet? Miksi lisäämällä vain yhden neutronin raskaalle ja melko vakaa ydin johti hänen split vapauttaa radioaktiivisuuden? Kumma kyllä, vastaus tähän tärkeään kysymykseen ei ole vielä löydetty. Empiirisesti, havaittiin, että tietty määrä protoneja ja neutronien vastaavat vakaa kokoonpanot tumien. Jos ydin 2, 4, 8, 50 neutronien ja / tai protoneja, ytimen tulee yksilöllisesti vakaa. Nämä luvut ovat jopa kutsutaan maaginen (ja nimettiin niitä aikuisia, tiedemiehet, ydinfysiikan). Siten, ydinfission riippuu niiden massasta, että on määrä niiden osatekijän nukleonien.

Drop, kansi, kide

Määrittää tekijä, joka on vastuussa, ei ollut mahdollista tällä hetkellä vakautta ytimen. On olemassa monia teorioita atomin rakenne malleja. Kolme tunnetuimmista ja kehitetty usein ristiriidassa toistensa kanssa eri asioihin. Ensimmäinen on, että ydin - pisara erityinen ydin- nestettä. Kuten vettä, se on tunnettu siitä, että juoksevuus, pintajännitys, fuusio ja rappeutuminen. Kuoressa mallin ytimen myös olemassa tiettyjä energiatasot, jotka ovat täynnä nukleoneja. Kolmannen todetaan, että ydin - väliaine, joka kykenee taittaa tietyllä aallonpituudella (de Broglie), jossa taitekerroin - on potentiaalienergia. Kuitenkaan mitään mallia ei ole toistaiseksi onnistunut täysin miksi tietyllä kriittinen massa tässä alkuaine, jakamisen ydin alkaa.

Mitä tapahtuu rappeutuminen

Radioaktiivisuus, kuten edellä on mainittu, havaittiin aineita, jotka voivat esiintyä luonnossa: uraani, polonium, radium. Esimerkiksi, juuri valmistetusta, puhdas uraani on radioaktiivinen. halkaisu menetelmä tässä tapauksessa on spontaani. Ilman ulkoista vaikutusta tietyn määrän uraani atomit lähettävät alfa-hiukkasia spontaanisti muuttuu toriumia. Se on indikaattori, jota kutsutaan puoliintumisaika. Se osoittaa, ajanjakson ajan alkuosan numerot on noin puoli. Kukin radioaktiivinen alkuaine puoliintumisaika omaa - siitä sekunnin murto-osan Kaliforniaan satoja tuhansia vuosia uraanin ja cesiumia. Mutta on pakko toimintaa. Jos atomien ytimet pommittamalla protonien tai alfa-hiukkasten (heliumytimiä), jossa on suuri kineettinen energia, ne voivat olla "split". muuntaminen mekanismi, tietenkin erilainen kuin miten äidin suosikki rikkoo maljakkoon. Kuitenkin tietty analogia voidaan jäljittää.

atomienergian

Toistaiseksi emme ole vastanneet käytännön kysymys: Mistä energiaa ydinfission. Ensinnäkin on tarpeen selventää, että muodostumisen aikana ydin on erityinen ydinaseita, nimeltään vahva vuorovaikutus. Koska ydin koostuu joukosta positiivisesti varautuneita protoneja, kysymys kuuluu, miten ne tarttuvat toisiinsa, koska sähköstaattiset voimat ovat tarpeeksi vahvoja torjua ne toisistaan. Vastaus on sekä yksinkertainen, ja siellä ydin pidetään kustannuksella erittäin nopeaa vaihtoa nukleoneista erityinen hiukkasia - pionit. Tämä linkki elää on uskomattoman pieni. Kun päätetään vaihto pi-mesons, ydin hajoaa. yhtä hyvin tiedetään, että massa ydin on pienempi kuin summa kaikki sen osatekijän nukleonien. Tätä ilmiötä kutsutaan massa vika. Itse asiassa puuttuva massa - on energia, joka kuluu eheyden ylläpitämiseksi ytimen. Kun erotettu atomin ytimen osaan tätä energiaa tuotetaan ydinvoimalaitoksissa ja muuttuu lämmöksi. Eli energia ydinfission - on selkeä osoitus Einsteinin kuuluisan kaavan. Muistaa, kaava kuuluu: energia ja massa voidaan muuntaa toisikseen (E = mc ^2).

Teoria ja käytäntö

Nyt kertovat, miten sitä käytetään vain teoreettinen löytö elämässäni gigawattia sähköä. Ensinnäkin on huomattava, että valvotuissa reaktioissa indusoi fission käytetään. Useimmiten se on uraania tai polonium jota pommitetaan nopeasti neutroneja. Toiseksi on ymmärrettävä, että ydinfission liittyy uusien neutroneja. Tämän seurauksena, neutronien lukumäärä reaktiovyöhykkeessä pystyy kasvamaan hyvin nopeasti. Kukin neutroni törmää uusia, koko ytimistä halkeaa niitä, mikä johtaa kasvuun lämmön tuotannossa. Tämä on ketjureaktio ydinfission. Hallitsematon määriä neutroneja nousu reaktorissa voi aiheuttaa räjähdyksen. Näin kävi vuonna 1986 Tsernobylin ydinvoimalan. Siksi, että reaktiovyöhykkeessä on aina aine, joka imee ylimääräisen neutronien estää katastrofin. Tämä grafiitti muodossa pitkä tankoja. fission nopeus voidaan hidastaa upottamalla sauvat reaktiovyöhykkeessä. Yhtälö ydinreaktio on tehty erikseen kunkin tehoaineen ja radioaktiivisen pommittaa sen hiukkaset (elektronit, protonit, alfa-hiukkasia). Kuitenkin lopullinen energian tuotanto lasketaan säilymislaki: E1 + E2 + E3 = E4. Että on kokonaisenergia alkuperäisen ydinhiukkasen ja (E1 + E2) on oltava yhtä suuri kuin energian tuloksena ytimen ja vapautuvan energian muodossa (E3 + E4). Yhtälö osoittaa myös ydinreaktio, ainetta, joka on saatu hajoaminen. Esimerkiksi, uraani U = Th + Hän, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. Sitä ei anneta isotooppien alkuaineet, mutta tämä on tärkeää. Esimerkiksi, on olemassa kolme vaihtoehtoa uraani ydinfission, jotka tuottavat erilaisia johtaa isotoopit, ja neon. Lähes sata prosenttia fissioreaktion tuottaa radioaktiivisia isotooppeja. Tämä tarkoittaa, että rappeutuminen uraanin saadun radioaktiivisen toriumia. Torium, Protaktinium pystyy hajoamaan, että - jotta aktiniumia, ja niin edelleen. Radioaktiivinen tässä sarjassa voi olla, ja vismutti, ja titaania. Jopa vetyä sisältävä ydin kaksi protonia (nopeudella yksi protoni), kutsutaan toisin - deuterium. Muodostunut vesi vedyllä kutsutaan raskaiksi ja täyttää ensimmäisen piirin ydinreaktorissa.

ei-rauhallinen atomi

Ilmaisut kuten "kilpavarustelu", "kylmän sodan", "ydin uhka" nykyihmisen saattaa tuntua historiallinen ja merkityksetön. Mutta kerran lehdistötiedotteen mukana oli uutisissa lähes kaikkialla maailmassa siitä, kuinka paljon keksi ydinaseita ja miten taistella sitä vastaan. Ihmiset olivat maanalaisten bunkkereita ja tehnyt varastojen ydinonnettomuuden talven. Kokonaisia perheitä työskennellyt luomiseen suojien. Jopa rauhanomainen käyttö ydinfission reaktiot voivat johtaa katastrofiin. Vaikuttaa siltä, että Tšernobylin on opettanut ihmiskunnan tarkkuutta tällä alueella, mutta elementtejä planeetan oli vahvempi: Japanin maanjäristys loukkaantunut erittäin vahva vahvistaminen ydinvoimalan "Fukushima". Energia ydinreaktio käytetään tuhoaminen paljon helpompaa. Tekniikka edellyttää vain rajoitettua voima räjähdyksen, jottei vahingossa tuhota koko planeetan. Kaikkein "inhimillinen" pommeja, jos voit kutsua sitä, eivät saastuta läheisyydessä säteilyn. Yleensä useimmiten he käyttävät hallitsemattoman ketjureaktion. Mitä ydinvoimaloissa pyrkiä kaikin keinoin välttää pommeja saavuttaa erittäin primitiivinen tavalla. Tahansa luonnon radioaktiivinen alkuaine, on jonkin verran kriittistä massaa puhdasta ainetta, jossa ketjureaktion syntyy itse. Uraani, esimerkiksi, on vain viisikymmentä kiloa. Koska uraani on erittäin kova, se on vain pieni metallinen pallo 12-15 senttimetriä halkaisijaltaan. Ensimmäisessä atomipommeja pudotettiin Hiroshiman ja Nagasakin tehtiin juuri tähän periaatteeseen: kaksi yhtä suurena osana puhdasta uraania yksinkertaisesti yhdistetään ja synnytti pelottava räjähdyksen. Modernit aseet ovat luultavasti monimutkaisempia. Kuitenkin noin kriittinen massa ei tarvitse unohtaa, että välillä pieniä määriä puhdasta radioaktiivisen aineen varastoinnin aikana olisi esteitä, jotka estävät palaset yhteen.

säteilylähteet

Kaikki elementit atomin ytimen kanssa maksun yli 82 ovat radioaktiivisia. Lähes kaikki kevyempi kemialliset alkuaineet on radioaktiivisia isotooppeja. Mitä painavampi ydin, sitä vähemmän sen käyttöikää. Joitakin elementtejä (kuten Kalifornia) voi saada ainoastaan synteettisesti - työntää raskaista atomeista kevyempiä partikkeleita, usein kiihdyttimiä. Koska ne ovat erittäin epävakaita, ne eivät ole läsnä maankuoren: muodostumista planeetan, ne nopeasti rappeutunut osaksi muita elementtejä. Aineet enemmän valoa ytimiä, kuten uraani, on mahdollista purkaa. Tämä prosessi on pitkä, sopii uraanin louhinta, jopa hyvin rikas malmit sisältävät vähemmän kuin yksi prosentti. Kolmas tapa, ehkä osoittaa, että uusi geologinen aikakausi on alkanut. Uutto radioaktiivisten elementtien radioaktiivisen jätteen. Työskentelyn jälkeen polttoaine voimalaitos, sukellusveneen tai lentotukialus, seosta lähtöaineena ja lopullinen uraani, tuloksena jako. Tällä hetkellä sitä pidetään kiinteän radioaktiivisen jätteen ja maksaa visainen kysymys, koska ne hävitetään siten, että ne eivät saastuta ympäristöä. On kuitenkin mahdollista, että valmiiksi keskittynyt radioaktiivisten aineiden lähitulevaisuudessa (esimerkiksi polonium), tuotetaan tästä jätteestä.