Nuclear H: it proses fan nukleêre fission. nuclear reaksjes

It artikel fertelt oer wat in nukleêre fission as it proses is ûntdutsen en beskreaun. Representearret syn brûken as boarne fan enerzjy en nukleêre wapens.

"Ûndielbere" atom

Ienentweintichste ieu is replete mei sokke uteringen as "atomic enerzjy", "nukleêre technology", "radioaktyf ôffal". Ut en troch de krantekoppen flits wie rapporten oer de mooglikheid fan radioaktive fersmoarging fan de boaiem, de oseanen, de Antarktyske iis. Lykwols, gewoane minsken binne faak net hiel goed idee fan wat it gebiet fan wittenskip en hoe't it helpt yn it deistich libben. Jo moatte begjinne, miskien, mei de ferhalen. Ut it hiel earste fraach, dy't frege in goed-fed en goed klaaide man, hy woe witte hoe't de wrâld wurket. Hoe't it each sjocht, it ear heart wêrom as wetter ôfwykt fan de stien - dat is wat de wizen spilet fanâlds soarch. Ek yn it âlde Yndia en Grikelân, guon inquiring geasten hawwe suggerearre dat der in minimum dieltsje (it wurdt ek wol "ûndielbere"), mei de eigenskippen fan it materiaal. Medieval Skiekundigen befêstige tink wiis, en de moderne definysje atoom befetsje boppedat in atoom - de lytste dieltsje fan in stof dat is drager fan eigenskippen.

Atom parts

Lykwols, de ûntwikkeling fan technology (bygelyks, foto) late ta it atoom ophold te wêzen de lytste mooglike dieltsje ynhâldlik. Hoewol't nommen apart atoom is elektrysk neutraal, wittenskippers gau realisearre: it bestiet út twa dielen mei oare ladingen. It oantal posityf beladen ienheden it oantal negatyf kompinsearret dus bliuwt neutraal atoom. Mar der wie gjin unambiguous model fan it atoom. Sûnt op dat stuit noch dominearre troch klassike natuerkunde, dat der wienen ferskillende útgongspunten.

model fan it atoom

Yn it earstoan, it model fan 'wite bôle mei rozijnen "is foardroegen. De positive lading as it follet de hiele romte fan it atoom en it, lykas rozijnen yn in bun, negatyf kosten wurde ferdield. De ferneamde eksperiminten fan Rutherford identifisearre de neikommende: is in tige swiere elemint mei in positive lading (de kearn), en omjûn mei folle lichter elektroanen yn it sintrum fan it atoom. Kernel Weight hûnderten kearen swierder as de som fan alle elektroanen (dat is 99,9 persint troch gewicht fan totaal atomen). Sa ûntstie de planetêre model fan it atoom Bohr. Lykwols, in pear fan syn eleminten tsjin akseptearre op it momint fan de klassike natuerkunde. Dêrom, de nije kwantummeganika waard ûntwikkele. Mei syn oansjen de perioade begûn nonclassical wittenskip.

It atoom en radioactiviteit

Ut al it boppesteande wurdt dúdlik dat de kearn - it is in swiere, posityf belêste part fan it atoom, dat is it grutste part derfan. Doe't de quantization fan enerzjy en de posysje fan in elektron Orbit in atoom binne goed bestudearre, it is tiid om te begripen fan de natuer fan de atoomkearn. It kaam ta de help fan in briljante en ûnferwachte ûntdekking fan radioactiviteit. It hat holpen om reveal de essinsje fan swiere sintrale atoom, lykas it radioaktive boarne - kearnenerzjy fission. By it begjin fan 'e njoggentjinde en tweintichste ieu, de iepening foel de iene nei de oare. Teoretyske oplossing fan ien probleem wertroch it needsaak om nije ûnderfiningen. De eksperimintele resultaten joech oanlieding ta teoryen en hypotezen dy't nedich binne om te befêstigjen of wjerlizzen. Faak, de grutste fynsten ferskynd, simpelwei om't op dy wize de formule is handich foar Computing (lykas kwantum Max Planck). Oan it begjin fan de jiertelling fan fotografy, wittenskippers wisten dat uranium sâlten light-genêzen light-gefoelige film, mar hja wist net, dat de basis fan dit ferskynsel is kearnenerzjy fission. Dêrom, de radioactiviteit waard studearre om te ferstean it aard fan nukleêre ferfal. It leit foar de hân dat de útstjit kwantum transysjes waarden oanmakke, mar it waard net dúdlik wat it is. Chet Curie extracted suver radium en polonium, ferwurkjen uraniumerts hast de hân om in antwurd op dizze fraach.

charge strieling

Rutherford hat dien in protte foar de stúdzje fan atomic struktuer en ek bydroegen oan de stúdzje fan hoe't de ferdieling fan 'e kearn fan in atoom. Scientist sette de strieling ynfoege, troch in radioaktive elemint yn in magnetysk fjild en krige in grutte resultaat. It die bliken dat de strieling bestiet út trije ûnderdielen: men wie neutraal en de oare twa - posityf en negatyf laden. fission stúdzje begûn mei de identifikaasje fan syn komponinten. It is bewiisd dat de kearn wurde kin opdield, te jaan diel fan syn positive lading.

De struktuer fan 'e nukleus

It letter ûntstie dat de atoomkearn wurdt gearstald net allinnich fan posityf laden dieltsjes fan de protoanen, mar de neutraal neutron dieltsjes. Tegearre wurde se neamd nucleons (út it Ingelsk «kearn», de kearn). Lykwols, wittenskippers hawwe wer tsjinkaam in probleem: de massa fan 'e kearn (dus it oantal nucleons) net altyd oerien mei syn lading. Y hydrogen nucleus hat in lading fan +1, en de massa kinne trije, twa, en ien. Yn neikommende it yn 'e periodike tabel helium lading kearn 2, mei syn kearn befettet 4 oant 6 nucleons. Mear komplekse eleminten kinne hawwe in folle grutter tal ferskillende massa mei deselde lading. Sokke fariaasjes fan atomen neamd isotopen. En wat wienen hiel stabile isotopen, oaren gau disintegrated, want foar harren waard karakterisearre troch de nukleêre fission. Wat basis slút oan by it oantal nucleons stabiliteit fan kearnen? Wêrom de tafoeging fan mar ien neutron oan de swiere en frij stabyl kearn late ta syn split te litten fan radioactiviteit? Gek genôch, it antwurd op dizze wichtige fraach is noch net fûn. Empirically, dat waard fûn út dat in bepaald oantal protoanen en neutroanen korrespondearret mei stabile formaasjes fan kearnen. As de kearn 2, 4, 8, 50 neutroanen en / of protoanen, de kearn sil in hiel bysûndere wize stabyl. Dy sifers wurde sels oantsjut as magysk (en neamde har as folwoeksenen, wittenskippers, nukleêre natuerkunde). Sa, nukleêre fission ôfhinklik fan harren massa, dat is, it tal fen hjar Constituent nucleons.

Drop, cover, kristal

Bepale de faktor dy't ferantwurdlik is, it wie net mooglik op it stuit foar de stabiliteit fan de kearn. Der binne in protte teoryen fan atomêre struktuer modellen. Trije fan 'e meast ferneamde en ûntwikkele faak oerdwers mei inoar yn ferskillende saken. It earste is dat de kearn - in dripke bysûndere nukleêre floeiber. As foar wetter, dan wurdt karakterisearre troch fluidity, oerflak spanning, fusion en ferfal. Yn 'e skyl model yn de kearn ek, der binne bepaalde enerzjy nivo' s, dy't fol mei nucleons. De tredde steaten dat de kearn - in medium dat by steat is om refract spesifike golflingte (De Broglie), wêrby't it brekkingsyndeks - is de potinsjele enerzjy. Lykwols, gjin model hat oant no ta net slagge om folslein beskriuwen wêrom op in beskate krityske massa fan dit bysûndere gemysk elemint, it splitting fan de kearn begjint.

Wat bart der kearnkrêft

De radioactiviteit, lykas sein hjirboppe, waard fûn yn stoffen dy't te finen yn de natoer: uranium, polonium, radium. Bygelyks, de nij produsearre, suver uranium is radioaktyf. splitting proses yn dit gefal sil wêze spontaan. Sûnder ien of oare eksterne ynfloed bepaalde bedrach fan uranium atomen emit alpha dieltsjes spontaan omfoarme ta thorium. It is in indicator, dat hjit de heale-libben. It docht bliken, foar in perioade fan tiid út it earste diel nûmers sille wêze oer de helte. Eltse radioaktive elemint heal-libben fan syn eigen - fan in fraksje fan in sekonde nei Kalifornje te hûnderttûzenen jierren foar uranium en cesium. Mar der is in twongen aktiviteit. As de atomêre kearnen bombarding protoanen of alpha dieltsjes (helium kearnen) mei hege Kinetic enerzjy, se kin wêze "split". ferbouwing mechanisme, fansels, oars hoe't de mem it moaiste brekt in faas. Lykwols, in beskate analogy te beharkjen.

atomic enerzjy

Sa fier ha wy net reagearre op it praktyske fraach: wêr docht de enerzjy yn nukleêre fission. Foar in begjin is it nedich om te ferdúdlikjen dat yn de foarming fan de kearn binne spesjale nukleêre krêft, neamd de sterke ynteraksje. Sûnt de kearn bestiet út in tal positive protoanen, de fraach bliuwt, hoe't se aan elkaar, omdat de Electrostatic krêften hawwe sterk genôch te stjitten se út elkoar. It antwurd is sawol ienfâldige, en dêr: de kearn is bewarre op kosten fan hiel snelle útwikseling tusken nucleons spesjale dieltsjes - pions. Dizze keppeling libbet is ongelooflijk lyts. Ien kear in ein de útwikseling fan PI-mesons, de kearn disintegrates. krekt sa't ek it is bekend dat de massa fan de kearn is minder as de som fan al fan syn Constituent nucleons. Dit ferskynsel wurdt neamd de massa lek. Yn feite, de missende massa - is de enerzjy dy't bestege wurdt oan it yn stân hâlden fan de yntegriteit fan de kearn. Ienkear skieden fan de atoomkearn wat part fan dizze enerzjy wurdt produsearre yn kearnsintrales en omboud ta waarmte. Dat is, de enerzjy fan de nukleêre fission - is in dúdlik demonstraasje fan Einstein syn ferneamde formule. Recall, de formule lêst as: enerzjy en massa kinne wurde omsetten yn elkoar (E = mc ^2).

Teory en praktyk

No fertel ús hoe't it brûkt wurdt suver teoretyske ûntdekking yn myn libben foar gigawatts fan elektrisiteit. Oan de iene kant, hjir moat opmurken wurde dat yn regele reaksjes feroarsake fission wurdt brûkt. Meast faak is it uranium of polonium, dat wurdt bombardeard troch fluch neutroanen. Twads, dan moat wurde begrepen dat nukleêre fission wurdt begelaat troch it skeppen fan nije neutroanen. Dêrtroch it tal neutroanen yn 'e reaksje sône is by steat om te groeie hiel fluch. Eltse neutron collides mei nije, mear hiele kernels, splitst harren, dy't liedt ta in groei fan waarmte generaasje. Dit is in ketting reaksje fan kearnenerzjy fission. Uncontrolled mannichten neutron ferheging fan de reaktor kin liede ta in eksploazje. Dat is wat barde yn 1986 op de Tsjernobyl kearnsintrale. Dêrom, yn 'e reaksje sône is altyd in stof dy't absorbearret oerstallige neutroanen te kommen in needlot. Dit graphite yn de foarm fan lange roeden. fission rate kin rêstich troch immersing de stêven yn 'e reaksje sône. Fergeliking nuclear reaksje wurdt makke spesjaal foar eltse aktive stof en radioaktyf bombarding syn dieltsjes (elektroanen, protoanen, alpha dieltsjes). Lykwols, it úteinlike enerzjy útfier berekkene neffens de wet fan behâld: E1 + E2 + E3 = E4. Dat is, de totale enerzjy fan 'e inisjele kearn particle en (E1 + E2) moat wêze gelyk oan de enerzjy fan it úteinlike kearn en de frije enerzjy útbrocht yn de foarm fan (E3 + E4). De fergeliking ek toant in nukleêre reaksje, in stof krigen troch ûntleden. Bygelyks, uranium U = Th + Hy, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. It is net jûn isotopen fan de gemyske eleminten, mar dit is wichtich. Bygelyks, der binne trije mooglikheden uranium fission, dy't produsearje ferskillende lead isotopen, en neon. Hast hûnderd prosint fan de fission reaksje levert radioaktive isotopen. Dat is, it ferfal fan uranium krigen radioaktyf thorium. Thorium, protactinium is by steat om te disintegrate, dat - nei actinium, ensafuorthinne. Radioactive yn dizze rige kinne wêze, en bismuth, en titanium. Ek hydrogen befettet kearn twa protoanen (mei in rinte fan ien proton), oars neamd - deuterium. Wetter foarme mei wetterstof neamd swier en follet it earste sirkwy yn in kearnreaktor.

non-peaceful atom

Ekspresjes lykas "earms ras", "Kâlde Oarloch", "nukleêre bedriging" nei moderne minske kin lykje histoaryske en relevant. Mar ien kear alle nijs release waard begelaat troch nijs rapporten hast oer de hiele wrâld oer hoefolle útfûn nukleêre wapens en hoe te bestriden is. Minsken waarden bouwen ûndergrûnske bunkers en makke foarrieden yn it gefal fan in nukleêre winter. Hiele famyljes wurke oan it ta stân kommen fan opfang. Sels freedsum brûken fan kearnenerzjy fission reaksjes kinne liede ta ramp. It soe lykje dat Tsjernobyl leard hat it minskdom de krektens yn dit gebiet, mar de eleminten fan de planeet wie sterker: de ierdbeving yn Japan hurt hiel robúste fersterking fan de NPP "Fukushima". Enerzjy nukleêre reaksje brûkt foar de fernieling fan in protte makliker. Technology freget mar in beheinde krêft fan 'e eksploazje, dus as it net om inadvertently ferneatigjen de hiele planeet. De measte "minskliker" bommen, as jo jo neame dat, net fersmoargje de omkriten fan strieling. Yn it algemien, meast faak se brûke in uncontrolled ketting reaksje. Wat yn kearnsintrales stribje troch alles betsjut te kommen dat de bommen te kommen ta in tige primityf wize. Foar alle natuerlike radioaktive elemint, der is wat krityske massa fan klearebare stof dêr't in keatling reaksje ûntstiet sels. Uranium, bygelyks, is mar fyftich kilo. Sûnt uranium is in hiel hurd, it is mar in lyts metalen bal 12-15 sm yn diameter. De earste atomic bommen sakke op Hiroshima en Nagasaky, waarden makke krekt op dit prinsipe: twa 'e ûngelikense dielen fan klearebare uranium gewoan kombinearre en joech oanlieding ta in skriklike eksploazje. Moderne wapens binne nei alle gedachten komplekser. Lykwols, oer de krityske massa is net nedich om te ferjitten, dat tusken de lytse dielen fan suver radioaktive stof yn opslach moat wêze barriêres dy't foarkomme de stikken byinoar.

strieling boarnen

Al de eleminten fan de atoomkearn mei in lading mear as 82 binne radioaktyf. Hast al fan de lichtere gemyske eleminten hawwe radioaktive isotopen. De swierder de kearn, de minder syn libben. Guon eleminten (lykas Kalifornje) kin allinne krigen wurde syntetysk - triuwe swiere atomen mei lichtere dieltsjes, faak mei accelerators. Sûnt se hiel ynstabyl, se binne net oanwêzich yn 'e ierdkoarste: de foarming fan' e planeet, se gau slop yn oare eleminten. Stoffen mei mear ljocht kearnen, sa as uranium, is it mooglik om te extract. Dit proses is lang, geskikt foar uranium mynbou, sels yn tige rike Ertsen befetsje minder as ien persint. De tredde wize, miskien, jout oan dat der in nij geologyske tiid is begûn. Dit ûntginning fan radioaktive eleminten út radioaktyf ôffal. Nei't wurke brânstof yn in macht plant, op in ûnderseeboat of in fleandekskip, in griemmank fan begjint materiaal en lêste uranium, it gefolch fan 'e divyzje. Op it stuit, dat wurdt sjoen as in stevige radioaktyf ôffal en kostet thorny dei, sa't se binne ôffierd op sa'n manier dat se net fersmoargje it miljeu. Lykwols, der is der in mooglikheid dat de ready-konsintrearre radioaktive stoffen yn de heine takomst (bygelyks, polonium), wurdt produsearre út dit ôffal.