Nükleer Fizyon: Nükleer fisyon süreci. nükleer reaksiyonlar

makale süreci olarak nükleer fizyon keşfedilmiş ve tarif edilmiştir ne bahsediyor. enerji ve nükleer silahların kaynağı olarak kullanımını açıklamaktadır.

"Bölünmez" atom

Yirmi birinci yüzyıl "atom enerjisi", "nükleer teknoloji", "radyoaktif atık" gibi ifadelerle doludur. Arada manşetler toprağa, okyanuslar, Antartika buz radyoaktif kirlenme olasılığı hakkında raporlar parladı. Ancak, sıradan insanlar genellikle bilimin hangi alanda ve nasıl günlük yaşamda yardımcı olur çok iyi bir fikir değildir. Sen hikayeleri ile, belki de başlamalıdır. Bir iyi beslenmiş ve iyi giyimli adam istedi ilk soru, itibaren, o dünyanın nasıl öğrenmek istedi. Göz görür nasıl sudan daha taş farklı olmasının nedeni, kulak duyar - bunun ne olduğunu ezelden bakımı Bilgeler. Hatta antik Hindistan ve Yunanistan'da bazı soran beyinler asgari parçacık malzemesinin özelliklerine, (o da "bölünmez" denir) olduğunu ileri sürmüşlerdir. teyit Ortaçağ kimyagerler akıllı tahmin ve modern tanımı atomu bir atomu, - özellikleri taşıyıcısı olan bir maddenin küçük parçacık.

atomu parça

atomu mümkün olan en küçük partikül madde olmaktan için Ancak, teknolojinin geliştirilmesi (örneğin, fotoğraflar) yol açtı. ayrı ayrı alındıkları atomu elektriksel olarak nötr olsa da, bilim adamları çabucak fark: Farklı ücretleri iki bölümden oluşmaktadır. negatif sayısı bu şekilde telafi pozitif yüklü birimlerinin sayısı Nötr atom kalır. Ama atomun hiçbir kesin bir model oldu. o zaman bu yana hala farklı varsayımlar olduğunu, klasik fiziğin hakim.

atomu modeli

Başlangıçta, "kuru üzüm ile beyaz ekmek" modeli önerilmiştir. Bir topuz kuru üzüm gibi atom ve bunun, tüm alanını doldurur olarak pozitif yük, negatif yükler dağıtılır. Ünlü Rutherford'un deneyleri aşağıda sıraladık: bir pozitif yük (nukleus) ile çok ağır element ve atomun merkezinde daha hafif elektronlarla çevrili. (Toplam atomlu ağırlıkça yüzde 99.9 olan) elektronların toplamından daha ağır kez Çekirdek Ağırlığı yüzlerce. Böylece atomu Bohr planet modeli doğdu. Ancak, bazı elementlerini klasik fiziğin anda kabul çelişiyor. Bu nedenle, yeni kuantum mekaniği geliştirildi. Onun ortaya çıkmasıyla dönem klasik olmayan bilim başladı.

atomu ve radyoaktivite

bunun bir kısmını oluşturan atomu, bir ağır, pozitif yüklü bir parçasıdır - yukarıda tüm çekirdek açık hale gelir kaynaktan. Ne zaman enerji nicemleme ve atom yörüngedeki elektronun pozisyonu iyi çalışılmış, bu atom çekirdeği doğasını anlama zamanıdır. Bu radyoaktivite parlak ve beklenmedik keşif yardımına geldi. nükleer fizyon - Bu radyoaktif kaynağı olarak, ağır santral atom özünü ortaya çıkarmak için yardımcı olmuştur. On dokuzuncu ve yirminci yüzyılın başlarında, açılış peş peşe düştü. yeni deneyimler koyma ihtiyacı neden bir problemin teorik çözüm. Deneysel sonuçlar teorileri ve onaylamak veya çürütmek için gerekli olan hipotezler yol açtı. Çoğu zaman, büyük keşifler bu şekilde, formül (kuantum Max Planck gibi) işlem için uygundur, çünkü ortaya çıktı. Fotoğrafın çağının başında, bilim adamları uranyum tuzları ışığa duyarlı filmi ışıkla sertleşen biliyordu, ama onlar bu fenomenin temelinde nükleer fizyon olduğunu bilmiyordum. Bu nedenle, radyoaktivite, nükleer çürüme doğasını anlamak için çalışılmıştır. Emisyon kuantum geçişleri oluşturulduğunu ifade açıktır, ama buna ne olduğu açık değildi. Chet Curie bu soruya bir cevap almak için neredeyse elle uranyum cevherinin işlenmesi, saf radyum ve polonyum çıkarılan.

Şarj radyasyon

Rutherford atom yapısının çalışması için çok şey ve aynı zamanda bir atomun çekirdeğinin nasıl bölünme çalışma katkıda bulunmuştur. Bilim adamı bir manyetik alanda bir radyoaktif element tarafından yayılan radyasyon koymak ve büyük bir sonuç aldık. Bu radyasyon üç bileşenden oluştuğunu ortaya çıktı: Bir nötr ve diğer iki - pozitif ve negatif yüklü. fizyon çalışma bileşenlerinin tanımlanması ile başladı. Onun pozitif yükün bir kısmını vermek, çekirdek ayrılabilir olduğu kanıtlanmıştır.

Çekirdeğin yapısı

Daha sonra atom çekirdeği, sadece pozitif oluşan proton parçacıklar, ancak bu nötr nötron yüklü parçacıklar olduğu ortaya çıktı. (Çekirdek İngiliz «çekirdekten» dan) Birlikte denir nükleonları. Ancak, bilim adamları yine bir sorunla karşılaştı: çekirdeğinin kütlesi (yani nükleon sayısı) her zaman yüküne karşılık vermedi. Y, hidrojen çekirdeği +1 bir yüke sahiptir ve seri üç, iki, ve bir vektör olabilir. çekirdeğinde 4 ila 6 nükleonları içerir ile, periyodik helyum yük iç kısım 2 içine, aşağıdaki in. Daha karmaşık elementler aynı ücret ile farklı kitlelerin çok daha büyük bir sayı olabilir. izotoplar adı atomlu Bu tür varyasyonlar. Ve bazı oldukça kararlı izotoplar onlar için nükleer fizyon ile karakterize çünkü diğerleri hızla dağıldı, idi. çekirdeklerinin nükleonları istikrar sayısıyla tutarlı neye dayanarak? Ağır ve oldukça stabil çekirdeğine tek nötron eklenmesi radyoaktivite serbest bırakmak için yaptığı bölünmüş yol açtı Neden? Garip bir şekilde, bu önemli sorunun cevabı henüz bulunamamıştır. Ampirik olarak, bu proton ve nötron belirli sayıda çekirdeklerinin stabil konfigürasyonlara uygun olduğu tespit edilmiştir. Çekirdek 2, 4, 8, 50 nötron ve / veya proton, çekirdek olacak benzersiz stabil ise. Bu numaralar bile büyülü anılacaktır (ve yetişkinler, bilim adamları, nükleer fizik olarak adlandırılır) vardır. Böylece, nükleer fisyon, onların kurucu nükleon sayısı ise onların kitle, bağlıdır.

Bırak, kapak, kristal

sorumlu olan faktör belirleyin, bu çekirdeğin istikrar için şu anda mümkün değildi. atomik yapı modellerinin birçok teori vardır. En ünlü üç farklı konularda birbirleriyle kavgalı sık geliştirdi. ilk çekirdek olduğu - özel nükleer sıvı damlası. su için olduğu gibi, akışkanlık, yüzey gerilimi, füzyon ve azalması ile karakterize edilir. çok çekirdek kabuk modelinde, nükleonlar doldurulur belli enerji seviyeleri vardır. Üçüncü durumları çekirdek - - Belirli bir dalga boyuna kırılma endeksi (burada de Broglie) kırmak için güçlü bir ortam , potansiyel enerjisi. Ancak, hiçbir modeli şimdiye kadar tam olarak bu özel kimyasal elementin belli bir critical mass de neden açıklamak için başarısız oldu, çekirdeğinin parçalanması başlar.

Ne çürümesini olur

Uranyum polonyum, radyum: yukarıda belirtildiği gibi radyoaktivite, doğada bulunabilir maddeler bulunmuştur. Örneğin, yeni üretilmiş, saf bir uranyum radyoaktif. Bu durumda bölme işlemi kendiliğinden olacaktır. Uranyum atomlarının herhangi bir dış etki belirli bir miktar alfa parçacıklarını yayan olmadan kendiliğinden toryum dönüştürülmüştür. Bu yarı ömrü denir bir göstergesi vardır. Bu yarısı olacak ilk bölümü numaralarından bir süre boyunca, göstermektedir. Her radyoaktif element yarı ömrü kendi - California'ya ikinci bir fraksiyonu gelen yüzlerce uranyum ve sezyum için binlerce yıl için. Ama bir zorla aktivite vardır. atom çekirdeklerinin protonlar veya yüksek kinetik enerji ile alfa parçacıklarını (helyum çekirdekleri) bombardıman, bunlar "bölme" olabilir. Annenin en sevdiği bir vazo kırılır nasıl farklı tabii dönüşüm mekanizması. Ancak, belli bir benzetme izlenebilir.

atom enerjisi

nükleer fisyon enerjisi yapar: Şimdiye kadar pratik soruya yanıt vermeyen. Başlangıç için o çekirdeğin oluşumu özel nükleer kuvvet olduğumuz bir sırada, güçlü etkileşim denen netleştirmek için gereklidir. Çekirdek pozitif proton kümesinden oluşur beri birbirlerine destek nasıl elektrostatik kuvvetler birbirinden onları kovmak için yeterince güçlü olduğu için, soru, kalır. yanıt yok, basit ve hem de: Çekirdek Nükleonlar özel parçacıklar arasında çok hızlı değişimi pahasına tutulur - cular. yaşar Bu bağlantı inanılmaz küçük. Bir kez pi-mezonların değişimini sona çekirdek parçalanır. sadece de o çekirdeğin kütlesi oluşturan nükleonların tüm toplamından daha az olduğu bilinmektedir. Bu olgu, kütle kusur olarak adlandırılır. Aslında, eksik kütle - çekirdeğin bütünlüğünü koruma harcanmaktadır enerjidir. atom çekirdeği ayrılan kez bu enerjinin bir kısmını nükleer santrallerde üretilen ve ısıya dönüştürülür. Yani nükleer fisyon enerjisi vardır - Einstein'ın ünlü formülünün açık bir göstergesidir. Enerji ve kütle, birbirine (E = mc ²⁾ dönüştürülebilir: olarak, geri çağırma formülü ^okunur.

Teori ve pratik

o elektrik gigawatts için hayatımda tamamen teorik keşif nasıl kullanıldığını Şimdi bize. İlk olarak, kontrollü reaksiyonlarda indüklenen fisyon kullanıldığı not edilmelidir. Çoğu zaman hızlı nötronlar tarafından bombardımana uğrar uranyum veya polonyum vardır. İkinci olarak, nükleer fizyon yeni nötron oluşturulması eşlik eder anlaşılmalıdır. Sonuç olarak, reaksiyon bölgesinde nötron sayısı çok hızlı bir şekilde büyüyebilir. Her nötron ısı üretimine artışa yol açar bunları böler, yeni, daha bütün çekirdekler ile çarpışır. Bu nükleer fizyon bir zincir reaksiyonudur. reaktör içinde nötron artışının kontrol edilemeyen miktarda bir patlamaya yol açabilir. Yani Çernobil nükleer santralindeki 1986 yılında ne oldu. Bu nedenle, tepkime bölgesinde bir faciayı önlemek için daha fazla nötronları emen bir madde her zaman. uzun çubuk formunda bu grafit. fizyon oranı reaksiyon bölümü içinde çubuklar daldırılmasıyla yavaşlatılabilir. Denklem nükleer reaksiyon , her bir aktif madde ve radyoaktif olarak partiküller (elektronlar, protonlar, alfa parçacıkları) bombardıman için özel olarak yapılır. Ancak, nihai enerji çıkışı korunumu yasasına göre hesaplanır: E1 + E2 + E3 = E4. Bu toplam başlangıç çekirdek partikülün enerji ve (E1 + E2) elde edilen çekirdeğin enerji ve (E3 + E4) şeklinde açığa çıkan serbest enerjisine eşit olmalıdır vardır. Denklem da nükleer reaksiyon, ayrışma ile elde edilen bir madde göstermektedir. Örneğin, uranyum, U = Pe + O U = Pb +, Ne, U = Hg + Mg. Kimyasal elementlerin izotopları verilmez, ancak bu önemli. Örneğin, farklı bir kurşun izotoplar ve neon üreten üç olasılık uranyum fizyon vardır. fizyon reaksiyonu yaklaşık yüzde yüz radyoaktif izotoplar üretir. Yani, uranyum çürüme radyoaktif toryum elde edilmiştir. actinium için, vb - Toryum, protaktinyum yani parçalanmaya edebiliyor. Bu olabilir serisi ve bizmut ve titanyum Radyoaktif. Aksi çekirdekte (bir proton bir oranda) iki protonu ihtiva eden da hidrojen, - döteryum. hidrojen ile oluşturulan su ağır denilen ve bir nükleer reaktör içinde birinci devre doldurur.

olmayan sakin atomu

Böyle modern insana "silahlanma yarışı", "Soğuk Savaş", "nükleer tehdit" İfadeler tarihi ve alakasız görünebilir. Ama bir kez her haber bülteni hemen hemen tüm çok nükleer silah icat ve nasıl mücadele konusunda dünyada haberlere eşlik etti. İnsanlar nükleer kış durumunda yeraltı sığınakları ve yapılan stokları inşa ediyorlardı. Bütün aileler barınaklar oluşturulması üzerinde çalıştı. Nükleer fisyon reaksiyonlarının bile barışçıl kullanımı felakete yol açabilir. O Çernobil insanoğluna bu alanda doğruluğunu öğretmiştir gibi görünüyor, ama gezegenin elemanları güçlüydü: Japonya'daki deprem NPP "Fukushima" çok sağlam güçlendirilmesini zarar. çok daha kolay yok edilmesi için kullanılan enerji nükleer reaksiyon. yanlışlıkla tüm gezegeni yok etmeyecek şekilde Teknolojisi, patlama sadece sınırlı kuvvet gerektiriyor. Eğer denirse en "insani" bombalar, radyasyon çevresini kirletmez. Genel olarak, en çok da kontrolsüz bir zincir reaksiyonunu kullanmaktır. Nükleer enerji ne bitkiler herkes tarafından çaba çok ilkel bir şekilde ulaşmak için bomba önlemek anlamına gelir. Herhangi bir doğal radyoaktif element, bir zincir reaksiyonu kendi kendini ortaya çıktığı saf maddenin bazı critical mass vardır. Uranyum, örneğin, sadece elli kilogram olduğunu. uranyum çok sert bir olduğundan, sadece küçük bir metal top çapı 12-15 santimetre. İlk atom bombaları, Hiroşima ve Nagasaki'ye atılan bu ilke tam yapılmıştır: basitçe kombine saf uranyum iki eşit olmayan parça ve korkunç bir patlama meydana getirmiştir. Modern silahların muhtemelen daha karmaşıktır. Ancak, critical mass unutmak gerekli değildir, depolama sırasında saf radyoaktif maddenin küçük hacimler parçaları bir araya önleyen engeller arasında olmalıdır olduğu.

radyasyon kaynakları

82 üzerinde bir ücret ile atom çekirdeğinin tüm unsurları radyoaktif bulunmaktadır. Hemen hemen tüm hafif kimyasal elementlerin radyoaktif izotopları var. yaşam süresi daha az, çekirdek ağır. genellikle hızlandırıcılar, daha hafif partiküller ağır atomu itme - (Kaliforniya gibi) bazı elemanlar, sentetik olarak elde edilebilir. onlar çok kararsız oldukları için yer kabuğunda bulunmayan: gezegen oluşumu, hızla diğer elemanların içine çürümüş. Uranyum gibi daha hafif çekirdekler ile Maddeler, ayıklamak mümkündür. Bu süreç çok zengin cevherler az bir yüzde ihtiva bile, uzun uranyum madenciliği için uygundur. üçüncü yol, belki de yeni bir jeolojik çağ başladığını bildirir. radyoaktif atıkların radyoaktif elemanlar bu ekstraksiyonu. bir denizaltı ya da bir uçak taşıyıcı malzeme ve nihai uranyum, bölünme sonucu bir başlangıç karışımı, bir guç santralinde yakıt çalıştıktan sonra. Şu anda, bir katı radyoaktif atık olarak kabul edilir ve onlar çevreyi kirletmeyen şekilde bertaraf gibi, dikenli sorunu mal olur. Bununla birlikte, (örneğin, poloniumla için) yakın gelecekte hazır konsantre edildi radyoaktif maddeler, bu atık üretilecek bir olasılığı vardır.