Рассмотрим три ядра AZX, A1Z1X1, A2Z2X2, таких, что A = A1 + A2, Z = Z1 + Z2. Будем предполагать, что ядро X "состоит" из ядер X1 и X2.
Записывая для каждого ядра соотношение (1), получим
M(Z, A) = M(Z1, A1) + M(Z2, A2) - W/c2, |
|
(4) |
где
W = Eсв(Z, A) - Eсв(Z1, A1) -Eсв(Z2, A2). |
|
(5) |
Если W 0, то ядро X устойчиво относительно распада на ядра Ядро, масса которого больше суммы масс ядер X1, X2, неустойчиво и может распасться. При этом внутриядерная энергия - W перейдет в кинетическую энергию осколков X1 и X2.
Кроме энергии в ядерных реакциях сохраняется электрический заряд Z = Z1 + Z2, число нуклонов A = A1 + A2. Выполняются также и ряд дополнительных законов сохранения, о которых будет сказано в разделе, посвященном свойствам элементарных частиц.
|
Рис. 5 |
Деление ядер урана
Анализ зависимости Eсв(Z, A) (см. Рис. 2) показывает, что для тяжелых ядер с Z 82 выполняется условие W0. Например, изотоп 23592U самопроизвольно распадается с полупериодом 7·108 лет. Оказалось также, что этот изотоп расщепляется при поглощении нейтрона. При этом, в каждом акте деления ядра возникают два ядра-осколка, 8-10 -квантов и в среднем 2,5 нейтронов. Если эти нейтроны вызывают новые акты деления, то возникает самоподдерживающаяся цепная реакция. При делении каждого ядра выделяется 200 МэВ (см. левую половину Рис. 5, где схематично изображена реакция
235U + n --> 140Cs + 93Rb + n + n + 250МэВ). |
|
При делении 1 кг урана 235U выделяется 8,19·1013 Дж. (Удельная теплота сгорания нефти в 20 миллионов раз меньше.)
В природном уране содержится только 0,711% изотопа 23592U. В естественной смеси изотопов, в которой на одно ядро 23592U приходится 140 ядер 23892U, нейтроны не способны поддерживать реакцию. Можно, однако, получить цепную реакцию в смесях природного (или слабообогащенного 2%) урана со специальными веществами - замедлителями нейтронов. При обогащении до 20 - 25% надобность в замедлителях отпадает. При этом происходит превращение 23892U в плутоний 23994Pu, который делится также легко как и 23592U - процесс воспроизводства ядерного топлива.
Реакция идет по схеме последовательных - распадов:
23892U + n --> 23992U + (23 мин.) -->23993Np + e- (2,4 дня) --> 23994Pu + e-. |
|
(В скобках указаны времена полураспадов.) Только три страны - Россия, Франция и Япония - имеют достаточный опыт в этой высокой технологии.
|
Рис. 6 |
Первые реакторы созданы в США (1942 г.) и в СССР (1946 г.). В настоящее время во Франции ядерная энергетика дает 73% всей вырабатываемой энергии, в США - 22%, в России - 13%.
Общий вид одной из АЭС, построенной в США, показан на Рис. 6.
Синтез легких ядер
Если W 0, то распад ядра энергетически запрещен. Но в обратном процессе - слиянии ядер X1 и X2 - энергия исходной системы должна уменьшится на величину W. Продукты синтеза приобретут кинетическую энергию W.
На правой половине Рис. 5 изображена реакция слияния
2H + 2H --> 3He + n + 3,2 МэВ. |
|
Однако наибольший интерес представляют реакции
21H + 31H --> 42He + n + 17,6 МэВ, |
|
21H + 32He --> 42He + 11H + 18,3 МэВ. |
|
Высвобождающаяся энергия, отнесенная к одному нуклону дейтерия, значительно больше энергетического выхода на один нуклон делящегося изотопа урана-235. Для реализации таких реакций необходимо сблизить ядра на расстояние R 10-14м, затратив энергию k0 e2/R 0,15 0,3 МэВ, поэтому реакции остаются энергетически выгодными. Поскольку тритий очень радиоактивен, то реакция с использованием 3He более безопасна.
Надежды на практическую реализацию управляемого термоядерного синтеза продолжают оставаться "умеренно оптимистическими" на протяжении более 40 лет.
Если бы удалось осуществить управляемые термоядерные реакции в промышленных услових, то это дало бы доступ к практически неисчерпаемым источникам энергии и избавило бы человечество от угрозы энергетического кризиса. С другой стороны, если взорвутся те огромные запасы водородных бомб, которые накоплены (и продолжают накапливаться многими странами, несмотря на окончание т.н. холодной войны), то человечество и большая часть всего живого на Земле будет уничтожено.
Другие работы по теме:
Классификация ядерных взрывов
1-классификация ядерных боеприпасов по мощности: -сверхмалые-мощность меньше 1 кт(кило тонна) -малые-меньше 10 кт -средние-от 10 до 100 кт -крупные-от 100 до 1000 кт
Закон сохранения массы и энергии
Закон сохранения массы как важнейшее открытие атомно-молекулярной теории. Особенности изменения массы в химических реакциях. Определение молярной массы вещества. Составление уравнения реакции горения фосфора. Решение задач на "избыток" и "недостаток".
Дубний
Как и все другие элементы тяжелее фермия, элемент дубний получен в ядерных реакциях с участием ускоренных тяжелых ионов. Первые опыты по синтезу дубния. Идентификация элемента по спонтанному делению. Регистрация короткоживущих спонтанно делящихся ядер.
Подразделения химии
ОГЛАВЛЕНИЕ 1) Аналитическая Химия 2) Бионеорганическая Химия 3) Биоорганическая Химия 4) Биохимия 5) Геохимия 6) Гидрохимия 7) Мезонная Химия 8) Иммуннохимия
Закон сохранения массы и энергии
Закон сохранения массы и энергии После доказательства существования атомов и молекул важнейшим открытием атомно-молекулярной теории стал закон сохранения массы, который был сформулирован в виде философской концепции великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711-1765) в 1748 г. и подтвержден экспериментально им самим в 1756 г. и независимо от него французским химиком А.Л.Лавуазье в 1789 г.
Изучение счетчика Гейгера-Мюллера
Министерство образования и науки российской федерации Федеральное агенство по образованию Дальневосточный государственный университет Лабораторная работа № 4
Изучение счетчика Гейгера-Мюллера
Характеристика газоразрядных детекторов ядерных излучений (ионизационных камер, пропорциональных счетчиков, счетчиков Гейгера-Мюллера). Физика процессов, происходящих в счетчиках при регистрации ядерных частиц. Анализ работы счетчика Гейгера-Мюллера.
Ядерная физика
В современной физике есть год, который называют «годом чудес». Это 1932-й год. Одним из таких «чудес» этого года было открытие нейтрона и создание нейтронно-протонной модели
Ионизирующее излучение
Экспозиционная доза - это количественная характеристика гамма- и рентгеновского излучения, связанная со способностью излучения ионизировать воздух. (Кл/кг).
Топливо
Топливный цикл. Теплоносители реакторов. Замедлители реакторов.
Законы сохранения
Иерархия естественно научных законов. Связь законов сохранения с симметрией системы.
Рибофлавин и ниацин
Суточная потребность и основные источники поступления. Клинические проявления и влияние на структуры организма.
Вилочковая железа (тимус)
Вилочковую железу еще называют тимусом или зобной железой. Она, как и костный мозг, является центральным органом иммуногенеза (формирование иммунитета).
Астрономия
Астрономия — наука о Вселенной и населяющих ее объектах: планетах, звездах и гигантских звездных системах — галактиках. Название этой древней науки, изучающей небесные тела, образовано от греческих слов "астрон" — звезда и "номос" — закон.
Безъядерная Новая Зеландия
Безъя́дерная Но́вая Зела́ндия (англ. Nuclear-free New Zealand) — принцип внутренней и внешней политики Новой Зеландии, накладывающий полный запрет на использование ядерной энергии в стране, а равно запрет на постоянное или временное присутствие в стране ядерного оружия и ядерных энергетических установок.
Ядерные объекты в Иране
Введение 1 Анарак 2 Эрак 3 Ардакан 4 Бушер Список литературы Введение Список объектов ядерной программы Ирана. 1. Анарак Анарак — располагается недалеко от Йезда, является местом захоронения ядерных отходов.
СНВ-II
Договор о сокращении стратегических наступательных вооружений был подписан Джорджем Бушем и Борисом Ельциным в январе 1993. Договор запрещает использование баллистических ракет с разделяющимися головными частями. Хотя он был ратифицирован парламентами обоих государств, он так и не вступил в силу.
Ядерное соглашение между Индией и США
— так обычно называют двустороннее соглашение по ядерной кооперации между США и Республикой Индия. Основой этого соглашения послужило Совместное заявление премьер-министра Индии Манмохан Сингха и президента США Джорджа Буша которое гласило, что Индия согласна разделить свои военные и гражданские ядерные объекты и поместить гражданские ядерные объекты под гарантии МАГАТЭ в обмен на согласие Соединённых Штатов развернуть полномасштабную гражданскую ядерную кооперацию с Индией.[1]
Ядерный арсенал США
План Введение 1 История Список литературы Ядерный арсенал США Введение Ядерный арсенал США представляет собой совокупность ядерных боезарядов находящихся на вооружении Армии США.
Ядерное оружие 2 Высвобождение большого
Text Text Самюэль Гласстон, Филипп Делан, "Характеристики ядерного оружия" (The Effects of Nuclear Weapon) , 1997. Самюэль Гласстон, Филипп Делан, "Характеристики ядерного оружия" (The Effects of Nuclear Weapon) , 1997.
Ракетные войска стратегического назначения 2
Ракетные войска стратегического назначения (РВСН) — отдельный род войск Вооружённых Сил Российской Федерации, сухопутный компонент стратегических ядерных сил. Войска постоянной боевой готовности.[1] Предназначены для ядерного сдерживания возможной агрессии и поражения в составе стратегических ядерных сил или самостоятельно массированными, групповыми или одиночными ракетно-ядерными ударами стратегических объектов, находящихся на одном или нескольких стратегических направлениях и составляющих основу военных и военно-экономических потенциалов противника.[2]
Чрезвычайные ситуации военного времени
Понятие и принцип действия ядерного оружия, его компоненты и порядок приведения в рабочее состояние. Характеристика частей ядерного боеприпаса и его поражающие факторы. Последствия ядерной войны для окружающей среды и людей, попавших в зону ее действия.
Теория окислительно-восстановительных реакций
После открытия кислорода, французскому химику Лавуазье удалось выяснить, что горение есть реакция соединения с кислородом. В соответствии латинским наименованием кислорода "oxigenium" реакции соединения с кислородом были названы окислением.
Простейшие жгутиковые
Text Graphics Простейшие Жгутиковые Graphics Группа простейших Простейшие протисты ) – группа различных по строению и образу жизни ядерных организмов (эукариот), общим признаком которых является отсутствие тканевой дифференциации. Среди простейших встречаются как одноклеточные организмы (инфузории, амёбы, хламидомонады), так и многоклеточные организмы (бурые, красные и другие водоросли).
Закон сохранения массы до Эйнштейна и после
Закон сохранения массы как один из фундаментальных законов естествознания. Соотношение между энергией покоя и массой тела Эйнштейна, теория относительности. Взаимное преобразование массы и энергии в ядерной энергетике. Физическая суть огня, природа массы.
Источники и область применения ионизирующих излучений
Быстрое развитие ядерной энергетики и широкое применение источников ионизирующих излучений (ИИИ) в различных областях науки, техники и народного хозяйства создали потенциальную угрозу радиационной опасности для человека.
Законодательные основы защиты населения от радиации
В Российской Федерации принят ряд законодательных актов (федеральные законы, указы Президента России и постановления Правительства России), направленных на социальную защиту граждан, подвергшихся воздействию радиации вследствие катастроф.
Сущность ядерного страхования
ЯДЕРНОЕ СТРАХОВАНИЕ (англ. nuclear risks insurance) - страхование гражданско-правовой ответственности организации, эксплуатирующей ядерный объект, предусматривающее обязанность страховщика произвести страховую выплату за причинение ядерного вреда (ущерба) в результате ядерного инцидента.