Branduolio dalijimasis: iš branduolių dalijimosi procesas. branduolinės reakcijos

Straipsnyje kalbama apie tai, kas branduolių dalijimosi kaip procesas buvo atrastas ir aprašytas. Atskleidžia jo naudojimą kaip energijos ir branduolinių ginklų šaltinį.

"Nedalomasis" atomas

Dvidešimt pirmajame amžiuje yra aprūpintas su tokių posakių kaip "atominės energijos", "branduolinės technologijos", "radioaktyviųjų atliekų". Kas dabar ir tada antraštės uždėtinį ataskaitas apie radiacinės taršos dirvožemyje, vandenynų, Antarktidos ledo galimybę. Tačiau paprasti žmonės dažnai nėra labai gera idėja, ką mokslo srityje ir kaip ji padeda kasdieniame gyvenime. Jūs turėtumėte pradėti, ko gero, su istorijomis. Nuo pat pirmojo klausimo, kuris paprašė gerai šeriami ir gerai apsirengęs žmogus, jis norėjo žinoti, kaip veikia pasaulis. Kaip akys mato, ausis girdi, kodėl už vandenį skiriasi nuo akmens - kad tai, ką išminčiai iš neatmenamų laikų atsargiai. Net senovės Indijoje ir Graikijoje, kai teiraujatės protai parodė, kad yra minimalus dalelių (ji taip pat vadinama "nedalomas"), su medžiagos savybių. Viduramžių chemikai patvirtino atspėti išmintingi ir moderni raiškos atomas apima atomą - mažiausias dalelė yra medžiaga, kuri yra properties vežėjas.

atomas dalys

Tačiau, technologijų plėtros (pvz, nuotraukos), buvo atomas nustojo būti mažiausias galimas dalelių medžiaga. Nors atskirai paėmus atomas yra elektriškai neutralus, mokslininkai greitai suprato: jis susideda iš dviejų dalių su skirtingais mokesčiais. Iš teigiamo krūvio vienetų skaičius taigi neigiamas skaičius kompensuoja išlieka neutralus atomas. Bet nebuvo vienareikšmis modelis atomo. Nes tuo metu vis dar dominuoja klasikinės fizikos, kad buvo skirtingas prielaidas.

modelis atomu,

Pradžioje buvo pasiūlyta apie "balta duona su razinomis" modelis. Teigiamas mokestis, nes jis užpildo visą erdvę atomo ir jį, kaip razinomis bandelė, platinami neigiami mokesčiai. Garsaus eksperimentai Rutherford nustatė taip: labai sunkus elementas su teigiamą krūvį (branduolio) ir supa daug lengvesnis elektronų atomo centre. Branduolio Svoris šimtus kartų sunkesnis nei visų elektronų suma (kuri yra 99,9 proc masės viso atomų). Tokiu būdu gimė planetinės modelį atomo Boro. Tačiau kai kurie jos elementai prieštarauja priimtas į klasikinės fizikos metu. Todėl, naujos kvantinė mechanika buvo sukurtas. Su savo išvaizda laikotarpis prasidėjo nonclassical mokslą.

Atomas ir radioaktyvumas

Iš visų pirmiau tampa aišku, kad branduolys - tai sunkus, teigiamai įkrautas dalis atomo, kuris yra didžioji jo dalis. Kai energijos kvantavimo ir elektrono orbitoje atomą pozicijai buvo gerai ištirtas, ji yra laikas suprasti atomo branduolio pobūdžio. Jis atėjo į lakuotais ir netikėto atradimo radioaktyvumo pagalbos. Tai padėjo atskleisti sunkiųjų centrinio atomo esmę, kaip radioaktyviųjų šaltinių - Branduolio dalijimasis. Pasibaigus XIX ir XX amžių sandūroje, atidarymo krito vienas po kito. Teorinė sprendimas vienos problemos sukelia būtinybę nustatyti naują patirtį. Eksperimentų rezultatai sukėlė teorijų ir hipotezių, kurių reikia patvirtinti arba paneigti. Dažnai didžiausi atradimai atsirado, tiesiog, nes tokiu būdu formulė yra patogu kompiuterija (pavyzdžiui, kvantinės Max Planck). Pasibaigus fotografijos eros pradžioje, mokslininkai žinojo, kad urano druskos šviesos išgydyti šviesai jautrių filmą, bet jie nežinojo, kad šio reiškinio pagrindas yra Branduolio dalijimasis. Todėl radioaktyvumas buvo tiriamas siekiant suprasti branduolinio skilimo pobūdį. Akivaizdu, kad išmetamųjų teršalų kvantinė perėjimai buvo sukurtas, tačiau nebuvo aišku, kas tai yra. Chet Curie išgauti gryną radžio ir polonis, perdirbimo urano rūdos praktiškai rankiniu būdu gauti atsakymą į šį klausimą.

mokestis radiacija

Rutherford daug nuveikė dėl atominės struktūros tyrimo, taip pat prisidėjo prie to, kaip į atomo branduolio pasidalijimas tyrimas. Mokslininkas įdėti spinduliuotė, kurią skleidžia radioaktyvaus elemento magnetiniame lauke ir gavo didelį rezultatą. Paaiškėjo, kad spinduliuotė susideda iš trijų dalių: viena buvo neutrali, o kitas dvi - teigiamai ir neigiamai įkrautas. skilimo tyrimas prasidėjo nuo jo komponentus. Įrodyta, kad pagrindinė gali būti padalinta, duoti dalį savo teigiamą krūvį.

Iš branduolio struktūra

Ji vėliau atsirado, kad atominės branduolys sudaro ne tik teigiamo krūvio dalelių protonų, bet neutralios neutronų daleles. Kartu jie vadinami nukleonų (iš anglų kalbos «branduolį", branduolį). Tačiau, mokslininkai vėl susidūrė su problema: iš branduolio masę (ty nukleonų skaičius) ne visada atitinka jos atsakingos. Y yra vandenilis branduolys turi +1 mokestį, ir masė gali būti trijų, du, ir vienas. Šiomis ją į periodinės lentelės helio mokestį šerdies 2, su jos branduolys yra nuo 4 iki 6 Nukleonai. Daugiau sudėtingi elementai gali turėti daug didesnį skaičių skirtingų masių su tuo pačiu mokestį. Tokie variantai atomų, vadinamų izotopas. Ir kai buvo gana stabilūs izotopai, kiti greitai suiro, nes jiems tai buvo būdingas branduolių dalijimosi. Kokiu pagrindu atitinka nukleonų stabilumo branduolių skaičiaus? Kodėl tik vienas neutronas be sunkiųjų ir gana stabilaus branduolio lėmė jo padalijimo išleisti radioaktyvumo? Keista, kad šį svarbų klausimą atsakymas dar nebuvo rasta. Empiriškai, ji buvo nustatyta, kad tam tikras skaičius protonų ir neutronų atitinka stabilių konfigūracijų branduolių. Jei core 2, 4, 8, 50 neutronus ir / arba protonų, branduolys unikaliai stabili. Šie skaičiai yra net vadinama stebuklinga (ir pavadino juos kaip suaugusiems, mokslininkai, branduolinės fizikos). Taigi, branduolių dalijimosi priklauso nuo jų masės, tai yra, jų sudedamųjų nukleonų skaičius.

Lašas, dangtelis, Crystal

Nustatyti faktorius, kuris yra atsakingas, kad nebuvo įmanoma tuo už branduolio stabilumą metu. Yra daug teorijų apie atominę struktūrą modelių. Trys iš labiausiai žinomų ir dažnai kuriami kertasi tarpusavyje įvairiais klausimais. Pirmoji yra ta, kad šerdies - ypatingos branduolinės skysčio lašą. Kaip ir vandens, jis pasižymi takumas, paviršiaus įtempimą, sintezės ir irimo. Be korpuso modelio branduolio per daug, yra tam tikrų energijos lygius, kurie alsuoja nukleonų. Trečiosios teigiama, kad pagrindinė - terpė, kuri gali laužia tikro bangos ilgio (de Broilio), kur refrakcijos rodiklis - yra potencialus energijos. Tačiau, ne modelis iki šiol nepavyko visiškai aprašyti, kodėl tam tikru critical mass šio konkretaus cheminio elemento, prasideda branduolio skeliant.

Kas atsitinka, ėduonis

Radioaktyvumo, kaip minėta pirmiau, buvo nustatyta medžiagų, kurias galima rasti gamtoje: urano, poloniu, radžio. Pavyzdžiui, naujai pagaminta, grynas uranas yra radioaktyvūs. padalijimas procesas šiuo atveju bus spontaniškas. Be bet kokios išorinės įtakos tam tikras kiekis urano atomų skleidžia alfa daleles spontaniškai virsta torio. Tai yra rodiklis, kuris yra vadinamas pusinės. Tai rodo, už laikotarpį nuo pradinių dalių numeriai bus apie pusę. Kiekvienas radioaktyvus elementas pusinės savo - iš antrosios į Kaliforniją frakcija į šimtus tūkstančių metų urano ir cezio. Bet yra priverstinė veikla. Jei atominės branduoliai bombarduoti protonus arba alfa daleles (helio branduoliai) su aukštos kinetinės energijos, jie gali būti suskirstytos į ". perskaičiavimo mechanizmas, žinoma, skiriasi nuo to, kaip motinos mėgstamiausia pertraukos vazą. Tačiau, tam tikras analogija gali būti atsekti.

atominės energijos

Iki šiol mes neatsakė į praktinį klausimą: kur veikia energiją branduolių dalijimosi. Norėdami pradėti, būtina paaiškinti, kad per branduolio susidarymas yra specialios branduolinės jėgos, vadinama stipri sąveika. Kadangi branduolys susideda iš teigiamų protonų rinkinys, lieka klausimas, kaip jie sulimpa, nes elektrostatinių jėgų turi pakankamai stiprūs, kad atstumti juos nuo vienas kito. Atsakymas yra tiek paprasta, ir ten pagrindinė yra saugomi labai greito keitimosi tarp nukleonų specialių dalelių sąskaita - Bijūniniai augalai. Ši nuoroda gyvena yra neįtikėtinai mažos. Kai nutraukiama dėl PI-Mezonas keistis, pagrindinė suyra. lygiai taip pat jis yra žinomas, kad branduolio masė yra mažesnė nei visų jos sudedamųjų nukleonų suma. Šis reiškinys yra vadinamas masės defektas. Tiesą sakant, trūksta masė - tai energija, kuri išleidžiama išlaikyti branduolį vientisumą. Kai atskirta nuo atomo branduolio dalis šios energijos dalis gaminama atominėse elektrinėse ir virsta šiluma. Tai reiškia, kad branduolių dalijimosi energijos - tai aiškiai rodo Einšteino garsiosios formulės. Prisiminkite, formulė rašoma: energijos ir masės gali būti konvertuojamos į kiekvienos kitos (E = MC ^2).

Teorija ir praktika

Dabar papasakok, kaip ji yra naudojama grynai teorinis atradimas mano gyvenimo gigavatų elektros energijos. Pirma, reikėtų pažymėti, kad kontroliuojamų reakcijų sukeltas dalijimasis yra naudojamas. Dažniausiai jis yra urano arba polonis, kuris užmiega greitai neutronų. Antra, ji turėtų būti suprantama, kad branduolių dalijimasis lydi naujų neutronų kūrimą. Kaip rezultatas, neutronų reakcijos zonoje skaičius gali augti labai greitai. Kiekvienas neutronų susiduria su naujais, daugiau neskaldytų grūdų pavidalą, skyla juos, kuris veda prie šilumos gamybos padidėjimą. Tai yra grandininė reakcija branduolio dalijimosi. Nekontroliuojami kiekiai neutronų padidėjimo reaktoriuje gali sukelti sprogimą. Štai kas atsitiko 1986 metais Černobylio atominės elektrinės. Todėl, reakcijos zonoje yra visada medžiaga, kuri sugeria perteklinius neutronus, kad būtų išvengta katastrofos. Ši grafito ilgų strypų formos. dalijimosi greitis gali būti pristabdytas, panardinant lazdelėms reakcijos zonoje. Lygtis Kodolreakcija ir yra specialiai pagamintas kiekviena veiklioji medžiaga ir radioaktyviosios bombarduoti savo daleles (elektronai, protonai, alfa dalelių). Tačiau, galutinis energijos kiekis apskaičiuojamas pagal išsaugojimo teisės: E1 + E2 + E3 = E4. Tai yra, bendras energijos iš pradinio šerdies dalelės ir (E1 + E2), turi būti lygi gautąją šerdies energijos ir laisvos energijos išleistas (E3 + E4) forma. Lygtis taip pat rodo branduolinę reakciją, yra gautas skilimo esmę. Pavyzdžiui, urano U = Th + Jis, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. Jis nedavė izotopų cheminių elementų, bet tai yra svarbu. Pavyzdžiui, yra trys galimybės urano dalijimosi, kurios gamina švino izotopų kitoks, ir neonas. Beveik šimtas procentų dalijimosi reakcijos gamina radioaktyviųjų izotopų. Tai reiškia, kad urano skilimas gautas radioaktyviąsias torio. Toris, Protactinium gali suirti, kad - kad Actinium, ir pan. Radioaktyviųjų šioje serijoje gali būti, ir bismuto, ir titano. Net vandenilis, kurių sudėtyje yra branduolio du protonus (po vieną iš protonų normos), kitaip vadinama - deuterio. Susidaręs vanduo su vandenilio vadinamas sunkus ir užpildo pirmąjį grandinė branduolinio reaktoriaus.

netaiki atomas

Tokie išsireiškimai kaip "ginklavimosi varžybos", "Šaltasis karas", "branduolinės grėsmės" į šiuolaikinio žmogaus gali atrodyti istorinė ir nesvarbus. Bet kai kas naujienų lydėjo naujienų pranešimus beveik visame pasaulyje apie tai, kiek išrado branduolinį ginklą ir kaip su ja kovoti. Žmonės pastato požeminių bunkerių ir pagaminti atsargas branduolinės žiemos renginį. Ištisos šeimos dirbo apie prieglaudų kūrimą. Net taikaus branduolinės skilimo reakcijų gali sukelti katastrofą. Atrodytų, kad Černobylio išmokė žmoniją į šioje srityje tikslumą, tačiau planetos elementai buvo stipresnis: Japonijoje žemės drebėjimas skauda labai tvirtą stiprinti AE "Fukushima". Energija branduolinis reakcija naudojama daug lengviau sunaikinti. Technologijos reikia tik ribotą galią sprogimo, kad nebūtų netyčia sunaikinti visą planetą. Patys "humaniškus" bombas, jei galite jį vadiname, nereikia teršti spinduliuotės apylinkės. Apskritai, dažniausiai jie naudoja nekontroliuojamai grandininę reakciją. Kas atominėse elektrinėse siekia visomis priemonėmis vengti bombų pasiekti labai primityvų būdą. Bet kuris fizinis radioaktyvaus elemento, kai yra kritinė masė grynos medžiagos, kurioje grandininė reakcija kyla pati. Urano, pavyzdžiui, yra tik penkiasdešimt kilogramų. Nuo uranas yra labai sunku, tai tik maža metalo rutulinis 12-15 centimetrų skersmens. Pirmieji atominės bombos nukrito ant Hirosimos ir Nagasakio buvo padaryta būtent dėl šio principo: dvi nelygias dalis gryno urano tiesiog kartu ir sukėlė bauginančia sprogimas. Šiuolaikiniai ginklai yra turbūt sudėtingesnis. Tačiau apie critical mass nebūtina pamiršti, kad tarp maži tūriai gryno radioaktyvia medžiaga laikymo metu turi būti kliūčių, trukdančių gabalus kartu.

spinduliuotės šaltinius

Visi atomo branduolio elementų, kurių atsakingas už daugiau kaip 82 yra radioaktyvūs. Beveik visi lengvesni cheminių elementų turi radioaktyviųjų izotopų. Tuo didesnė branduolys, tuo mažiau jos gyvavimo. Kai kurie elementai (pavyzdžiui, California) gali būti gauti tik sintetiniu būdu - stumia sunkiųjų atomų su lengvesnių dalelių, dažnai su greitintuvo. Kadangi jie yra labai nestabili, jie nėra žemėje plutoje: planetos formavimasis, jie greitai sunyko į kitų elementų. Medžiagos, kurių daugiau lengvųjų branduolių, tokių kaip urano, galima išgauti. Šis procesas yra ilgas, tinka urano kasybos, net ir labai turtingi rūdos yra mažiau nei vieną procentą. Trečias būdas, ko gero, rodo, kad naujas geologinis epocha prasidėjo. Šis radioaktyviųjų elementų iš radioaktyviųjų atliekų gavybos. Po darbo kurą elektrinei, ant povandeninio laivo arba lėktuvnešio, iš pradinės medžiagos ir galutinę uraną, padalijimo rezultatas mišinio. Šiuo metu manoma, kietosios radioaktyviosios atliekos ir kainuoja keblus, nes jie yra šalinamos tokiu būdu, kad jie neteršia aplinkos. Tačiau yra galimybė, kad paruoštas koncentruotas radioaktyviosiomis medžiagomis artimiausioje ateityje (pavyzdžiui, poloniu), bus gaminama iš atliekų.