Kernsplyting: die proses van kernsplyting. kernreaksies

Die artikel praat oor wat 'n kernsplyting as die proses is ontdek en beskryf. Openbaar die gebruik daarvan as 'n bron van energie en kernwapens.

"Onverdeelbare" atoom

-En-twintigste eeu is vol met sulke uitdrukkings soos "atoomkrag", "kerntegnologie", "radioaktiewe afval". Elke nou en dan in die nuus geflits berigte oor die moontlikheid van radioaktiewe besoedeling van die grond, die oseane, die Antarktiese ys. Maar gewone mense is dikwels nie baie goeie idee van wat die gebied van wetenskap en hoe dit help in die alledaagse lewe. Jy moet begin, miskien, met die stories. Van die heel eerste vraag wat 'n goed gevoed en goed-geklede man gevra, wou hy weet hoe die wêreld werk. Hoe die oog sien, die oor hoor waarom as water verskil van die klip - dit is wat die wyse manne van die vroegste tye sorg. Selfs in antieke Indië en Griekeland, het 'n paar ondersoekende gedagtes voorgestel dat daar 'n minimum deeltjie (dit staan ook bekend as "onverdeelbare"), met die eienskappe van die materiaal. Middeleeuse aptekers bevestig raai wys, en die moderne definisie atoom sluit 'n atoom - die kleinste deeltjie van 'n stof wat 'n draer van eiendomme.

atoom dele

Maar die ontwikkeling van tegnologie (bv, foto) het gelei tot die atoom opgehou het om die kleinste moontlike deeltjies stof wees. Alhoewel afsonderlik geneem atoom elektries neutraal, wetenskaplikes het gou besef: dit bestaan uit twee dele met verskillende ladings. Die aantal positief gelaaide eenhede die aantal negatiewe vergoed dus bly neutrale atoom. Maar daar was geen ondubbelsinnige model van die atoom. Sedert daardie tyd nog steeds oorheers deur die klassieke fisika, dat daar verskillende aannames.

model van die atoom

Aanvanklik het die model van "witbrood met rosyne" voorgestel. Die positiewe lading as dit die hele ruimte van die atoom en dit, soos rosyntjies in 'n bun vul, is negatiewe ladings versprei. Die bekende eksperimente van Rutherford geïdentifiseer die volgende: is 'n baie swaar element met 'n positiewe lading (die kern), en omring met baie ligter elektrone in die middel van die atoom. Kern gewig honderde keer swaarder as die som van al die elektrone (wat 99,9 persent deur die gewig van totale atome). So is gebore die planeet model van die atoom Bohr. Maar sommige van sy elemente weerspreek ten tyde van die klassieke fisika aanvaar. Daarom is die nuwe kwantummeganika ontwikkel. Met sy verskyning begin die tydperk nonclassical wetenskap.

Die atoom en radioaktiwiteit

Van al die bogenoemde is dit duidelik dat die kern - dit is 'n swaar, positief gelaaide deel van die atoom, wat die grootste deel van dit maak. Wanneer die kwantisering van energie en die posisie van 'n elektron wentel 'n atoom is goed bestudeer, is dit tyd om die aard van die atoomkern verstaan. Dit kom na die hulp van 'n briljante en onverwagte ontdekking van radioaktiwiteit. Dit het gehelp om die essensie van swaar sentrale atoom openbaar, as die radio-aktiewe bron - kernsplyting. By die draai van die negentiende en twintigste eeu, die opening het die een na die ander. Teoretiese oplossing van 'n probleem wat veroorsaak dat die behoefte om nuwe ervarings te stel. Die eksperimentele resultate het aanleiding gegee tot teorieë en hipoteses wat nodig is om te bevestig of te weerlê. Dikwels is die grootste ontdekkings verskyn, bloot omdat op hierdie wyse die formule is gerieflik vir rekenaar (soos kwantum Max Planck). Aan die begin van die era van fotografie, wetenskaplikes het geweet dat uraan soute lig-genees ligsensitiewe film, maar hulle het nie geweet dat die basis van hierdie verskynsel is kernsplyting. Daarom is die radioaktiwiteit bestudeer ten einde die aard van die kern verval verstaan. Dit is duidelik dat die emissie kwantum oorgange is gegenereer, maar dit is nie duidelik wat dit is. Chet Curie onttrek suiwer radium en polonium, die verwerking van uraan erts feitlik hand aan 'n antwoord op hierdie vraag te kry.

beheer bestraling

Rutherford het 'n baie gedoen vir die studie van atoomstruktuur en het ook bygedra tot die studie van hoe die verdeling van die kern van 'n atoom. Wetenskaplike sit die bestraling wat uitgestraal word deur 'n radio-aktiewe element in 'n magneetveld en het 'n groot gevolg. Dit blyk dat die bestraling bestaan uit drie komponente: een was neutraal en die ander twee - positief en negatief gelaai. fisie studie begin met die identifisering van die komponente. Dit is bewys dat die kern kan verdeel word, om deel van sy positiewe lading gee.

Die struktuur van die kern

Dit het later geblyk dat die atoomkern bestaan nie net van positief gelaaide deeltjies van protone, maar die neutrale neutron deeltjies. Saam noem ons hulle nukleone (uit Engels «kern», die kern). Maar, het wetenskaplikes weer 'n probleem ondervind: die massa van die kern (dws die aantal nukleone) nie altyd ooreenstem met sy lading. Y waterstof kern het 'n lading van 1, en die massa kan drie, twee, en een wees. In volgende dit in die periodieke tabel helium beheer kern 2, met sy kern bevat 4 tot 6 nukleone. Meer komplekse elemente kan 'n veel groter aantal verskillende massas met dieselfde lading het. Sulke variasies van atome genoem isotope. En 'n paar was nogal stabiele isotope, ander vinnig disintegreer, want vir hulle is dit gekenmerk deur kernsplyting. Wat basis in ooreenstemming met die aantal nukleone stabiliteit van kerne? Waarom die byvoeging van net een neutron om die swaar en baie stabiele kern gelei tot sy split vry te stel van radioaktiwiteit? Vreemd genoeg, die antwoord op hierdie belangrike vraag is nog nie gevind word nie. Empiries, is daar gevind dat 'n sekere aantal protone en neutrone ooreenstem met stabiele konfigurasies van kerne. As die kern 2, 4, 8, 50 neutrone en / of protone, die kern sal uniek stabiel. Hierdie getalle is selfs na verwys as magiese (en die naam van hulle as volwassenes, wetenskaplikes, kernfisika). So, kernsplyting hang af van hul massa, dit is, die getal van hulle samestellende nukleone.

Drop, cover, kristal

Bepaal die faktor wat verantwoordelik is, was dit nie moontlik op die oomblik vir die stabiliteit van die kern. Daar is baie teorieë oor atoomstruktuur modelle. Drie van die mees bekende en dikwels ontwikkel in stryd met mekaar in verskillende sake. Die eerste is dat die kern - 'n druppel van spesiale kern vloeistof. Soos vir water, is dit gekenmerk deur vloeibaarheid, oppervlakspanning, fusion en verval. In die dop model in die kern te, is daar sekere energievlakke, wat gevul is met nukleone. Die derde state wat die kern - 'n medium wat in staat is om spesifieke golflengte (de Broglie), waarin die brekingsindeks breek - is die potensiële energie. Tog het geen model tot dusver versuim het om ten volle te beskryf waarom 'n sekere kritieke massa van hierdie spesifieke chemiese element, die verdeling van die kern begin.

Wat gebeur verval

Die radioaktiwiteit, soos hierbo genoem, is gevind in stowwe wat kan gevind word in die natuur: uraan, polonium, radium. Byvoorbeeld, die nuut vervaardigde, suiwer uraan is radioaktiewe. verdeel proses in hierdie geval sal spontaan wees. Sonder enige eksterne invloed sekere bedrag van uraan atome straal alfadeeltjies spontaan omskep in torium. Dit is 'n aanduiding, wat die halfleeftyd genoem. Dit wys, vir 'n tydperk van tyd van die aanvanklike deel nommers sal wees oor die helfte. Elke radioaktiewe element halfleeftyd van sy eie - van 'n fraksie van 'n sekonde na Kalifornië om honderde duisende jare vir uraan en sesium. Maar daar is 'n gedwonge aktiwiteit. As die atoomkerne bombardeer protone of alfadeeltjies (helium kerne) met 'n hoë kinetiese energie, kan hulle "split" wees. omskakeling meganisme, natuurlik, anders as hoe die ma se gunsteling breek 'n vaas. Dit kan egter 'n sekere analogie opgespoor word nie.

atoomkrag

Tot dusver het ons nie gereageer het op die praktiese vraag: waar kom die energie in kernsplyting. Om mee te begin is dit nodig om te verduidelik dat tydens die vorming van die kern is spesiale kern krag, bekend as die sterk interaksie. Sedert die kern bestaan uit 'n stel van positiewe protone, bly die vraag, hoe hulle saamstaan, want die elektrostatiese kragte het 'n sterk genoeg om hulle af te weer van mekaar. Die antwoord is beide eenvoudige en daar: die kern is ten koste van baie vinnige uitruil tussen nukleone spesiale deeltjies gehou - pions. Hierdie skakel woon is ongelooflik klein. Sodra beëindig die uitruil van pi-mesone, die kern disintegreer. net so goed dit is bekend dat die massa van die kern is minder as die som van al sy samestellende nukleone. Hierdie verskynsel staan bekend as die massa defek. Trouens, die vermiste massa - is die energie wat bestee word op die handhawing van die integriteit van die kern. Sodra geskei van die atoomkern 'n deel van hierdie energie word geproduseer in kernkragsentrales en omskep in hitte. Dit wil sê, die energie van kernsplyting - is 'n duidelike demonstrasie van bekende formule Einstein se. Onthou, die formule lui soos: energie en massa kan omskep word in mekaar (E = mc ^2).

Teorie en praktyk

Nou vertel ons hoe dit gebruik word suiwer teoretiese ontdekking in my lewe vir gigawatts van elektrisiteit. In die eerste plek, moet daarop gelet word dat in beheer reaksies veroorsaak fisie gebruik. Meestal is dit uraan of polonium, wat gebombardeer deur vinnige neutrone. In die tweede plek moet dit verstaan word dat kernsplyting gaan gepaard met die skepping van nuwe neutrone. As gevolg hiervan, die aantal neutrone in die reaksie sone in staat is om baie vinnig te groei. Elke neutron bots met 'n nuwe, meer hele korrels, split hulle, wat lei tot 'n toename in hitte-opwekking. Dit is 'n kettingreaksie van kernsplyting. Onbeheerde hoeveelhede neutron toename in die reaktor kan lei tot 'n ontploffing. Dit is wat gebeur het in 1986 by die Tsjernobil-kernkragsentrale. Daarom, in die reaksie sone is altyd 'n stof wat meer neutrone absorbeer om 'n katastrofe te voorkom. Dit grafiet in die vorm van 'n lang stokke. fisie koers kan vertraag deur verdiep die stange in die reaksie sone. Vergelyking kernreaksie is spesifiek gemaak vir elke aktiewe bestanddeel en radioaktiewe bombardeer sy deeltjies (elektrone, protone, alfadeeltjies). Maar die finale energie uitset bereken volgens die wet van behoud: E1 + E2 + E3 = E4. Dit wil sê die totale energie van die aanvanklike kern en deeltjie (E1 + E2) moet gelyk wees aan die energie van die gevolglike kern en die vrye energie vrygestel in die vorm van (E3 + E4) wees. Die vergelyking toon ook 'n kernreaksie, 'n stof verkry deur ontbinding. Byvoorbeeld, uraan U = Do + Hy, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. Dit is nie gegee isotope van die chemiese elemente, maar dit is belangrik. Byvoorbeeld, is daar drie moontlikhede uraan fisie, wat verskillende lood isotope, en neon produseer. Byna 'n honderd persent van die fisie reaksie produseer radioaktiewe isotope. Dit wil sê, die verval van uraan verkry radioaktiewe torium. Torium, protaktinium in staat is om te disintegreer, wat - na aktinium, en so aan. Radioaktiewe in hierdie reeks kan wees, en bismut, en titanium. Selfs waterstof bevat kern twee protone (teen 'n koers van een proton), anders genoem - deuterium. Water gevorm met waterstof genoem swaar en vul die eerste kring in 'n kernreaktor.

nie-vreedsame atoom

Uitdrukkings soos "wapenwedloop", "Koue Oorlog", "kern bedreiging" vir die moderne mens kan historiese en irrelevant lyk. Maar een keer elke nuusvrystelling het gepaard gegaan met nuusberigte byna oral in die wêreld oor hoeveel uitgevind kernwapens en hoe om dit te beveg. Mense is ondergrondse bunkers en het voorrade opbou in die geval van 'n kern winter. Hele gesinne gewerk op die skepping van skuilings. Selfs vreedsame gebruik van kernsplyting reaksies kan lei tot 'n ramp. Dit wil voorkom asof Tsjernobil mensdom die akkuraatheid in hierdie gebied het geleer, maar die elemente van die planeet was sterker: die aardbewing in Japan seer baie sterk versterking van die NPP "Fukushima". Energie kernreaksie gebruik vir die vernietiging van 'n baie makliker. Tegnologie vereis slegs 'n beperkte krag van die ontploffing, sodat dit nie per ongeluk die hele planeet te vernietig. Die meeste "menslike" bomme, as jy dit so kan noem, nie die omgewing van bestraling besoedel. In die algemeen, die meeste gebruik hulle 'n onbeheerde kettingreaksie. Wat in kernkragsentrales streef deur alle beteken om die bomme te vermy om 'n baie primitiewe manier te bereik. Vir enige natuurlike radioaktiewe element, daar is 'n paar kritieke massa van suiwer stof waarin 'n kettingreaksie ontstaan self. Uraan, byvoorbeeld, is net vyftig kilogram. Sedert uraan is 'n baie harde, dit is net 'n klein metaal bal 12-15 sentimeter in deursnee. Die eerste atoombomme op Hirosjima en Nagasaki, was juis op hierdie beginsel gemaak: twee ongelyke dele van suiwer uraan bloot gekombineer en het aanleiding gegee tot 'n skrikwekkende ontploffing. Moderne wapens is waarskynlik meer kompleks. Maar oor die kritieke massa is nie nodig om te vergeet dat tussen die klein volumes van suiwer radioaktiewe stof tydens stoor hindernisse wat die stukke bymekaar te voorkom moet wees.

bestraling bronne

Al die elemente van die atoomkern met 'n klag oor 82 is radioaktiewe. Byna al die ligter chemiese elemente radioaktiewe isotope. Die swaarder die kern, hoe minder sy leeftyd. Sommige elemente (soos Kalifornië) kan slegs verkry word sinteties - stoot swaar atome met 'n ligter deeltjies, dikwels met versnellers. Want hulle is baie onstabiel, hulle is nie teenwoordig in die aarde se kors: die vorming van die planeet, hulle vinnig verval in ander elemente. Stowwe met meer ligte kerne, soos uraan, is dit moontlik om te onttrek. Hierdie proses is lank, wat geskik is vir uraan mynbou, selfs in 'n baie ryk erts minder as een persent bevat. Die derde manier, miskien, dui daarop dat 'n nuwe geologiese epog begin het. Hierdie onttrekking van radioaktiewe elemente van radioaktiewe afval. Na werk brandstof in 'n kragstasie, op 'n duikboot of 'n vliegdekskip, 'n mengsel van die begin van materiaal en finale uraan, die gevolg van verdeeldheid. Op die oomblik is, is dit beskou as 'n soliede radioaktiewe afval en kos netelige kwessie, aangesien hulle van die hand gesit in so 'n manier dat hulle nie die omgewing besoedel. Daar is egter 'n moontlikheid dat die gereed-gekonsentreer radioaktiewe stowwe in die nabye toekoms (byvoorbeeld, polonium), sal geproduseer word van hierdie afval.