fizica Real
reacția nucleară - este interacțiunea nucleelor atomice cu un alt nucleu sau o particulă elementară este însoțită de o schimbare în compoziția și structura nucleului și eliberarea particulelor secundare, sau # 947; raze.
Ca urmare a reacțiilor nucleare se pot forma noi izotopi radioactivi, care nu sunt în lume în setările naturale. Prima reacție nucleară a fost realizată de E. Rutherford în 1919 în experimente pe detectarea protonilor din nucleele produselor de degradare. Rutherford bombardat Nitrogenii # 945; -particles. La coliziunea particulelor a avut loc reacția are nucleare după cum urmează:
Când reacțiile nucleare efectuate mai multe legi de conservare. impuls, energie, impuls unghiular, taxa. În plus față de aceste legi clasice de conservare în reacțiile nucleare este conservată așa-numita taxă baryon (adică numărul de nucleoni - protoni și neutroni). Acesta a efectuat o serie de alte legi de conservare, care sunt specifice pentru fizica nucleară și fizica particulelor elementare. Reacțiile nucleare pot proceda la un bombardament atomic rapid de particule încărcate (protoni, neutroni, # 945; -particles, ioni). Prima reacție a acestui tip a fost realizată prin intermediul unor protoni de mare energie produse în accelerator, în 1932:
Cu toate acestea, cele mai interesante pentru a fi utilizate în practică sunt reacțiile care apar în interacțiunea cu neutroni nuclee. Deoarece neutronii nu au nici o taxă, ei pot pătrunde liber în nuclee și pot provoca transformarea lor. Un fizician italian Fermi de primul pentru a studia reacțiile provocate de neutroni. El a descoperit că transformările nucleare cauzate nu numai rapid, dar, de asemenea, neutronii lenți se deplasează cu viteze termice. Reacțiile nucleare sunt însoțite de transformări energetice. Producția de energie a reacției nucleare este cantitatea
unde MA și MB - greutatea materialelor de pornire, MC și MD - greutatea produselor finale de reacție. valoare # 916; M este numit defectul de masă. Reacțiile nucleare pot continua cu separare (Q> 0) sau absorbție a energiei (Q <0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, которая называется порогом реакции.
Pentru reacția nucleară a fost o putere pozitivă, energia specifică a nucleonilor în nucleii materiile prime ar trebui să fie mai mică decât energia specifică a nucleonilor în nucleele produselor finale. Aceasta înseamnă că valoarea # 916; M trebuie să fie pozitiv. Există două moduri fundamental diferite de a elibera energia nucleară. 1. fisiunea nucleelor grele. Spre deosebire de dezintegrare radioactivă, însoțit de o emisie de # 945; - sau # 946; particule, reacție de fisiune - este procesul prin care nucleul instabil este divizat în două fragmente mari de masă comparabilă.
Din păcate, descoperirea sa nu a fost recunoscută, iar în 1939 fizicienii germani Otto Hahn și F. Strassmann, care știa despre experimentele Noddak declarat ca fisiune lor uraniu a fost descoperit. investigații continue a început Ida Noddak, au descoperit ca bombardamentul uraniu neutron apar elemente de mijloc a sistemului periodic - Izotopii radioactivi de bariu (Z = 56), cripton (Z = 36), etc. uraniu are loc în mod natural ca doi izotopi (. 99,3%) și (0,7%). Cand bombardat cu neutroni, nuclee de ambii izotopi pot fi împărțite în două fragmente. În această reacție de fisiune este cea mai intensă la lent neutronii (termică), în timp ce miezul intră în reacția de fisiune numai cu neutroni rapizi cu o energie de aproximativ 1 MeV. Principalul interes pentru energia nucleară este reacția de fisiune nucleară sunt cunoscute în prezent aproximativ 100 de izotopi diferite cu numere de masă de la aproximativ 90 până la 145, rezultând în fisiunea nucleului. Două reacții tipice de fisiune a miezului sunt de forma:
Vă rugăm să rețineți că în urma fisiunii nucleare, inițiată de neutroni, există noi neutroni pot provoca fisiunea altor nuclee. Produsele de fisiune nucleară de uraniu-235 pot fi alți izotopi ai bariu, xenon, stronțiu, rubidiu, etc. Energia cinetică eliberată în fisiunea bază de uraniu imens - .. Aproximativ 200 MeV. Effusing estimare prin împărțirea energiei nucleului se poate face cu ajutorul energiei specifice nucleonilor din nucleu.
Energia specifică a nucleonilor în nucleele cu numărul de masă A ≈ 240 aproximativ 7,6 MeV / u, în timp ce în nucleele cu numere de masă A = 90-145 energie specifică este aproximativ egală cu 8.5 MeV / u. În consecință, în fisiunea nucleului de uraniu este eliberată energie aproximativ 0,9 MeV / u și 210 MeV în aproximativ un atom de uraniu. În fisiunea completă a tuturor nucleelor conținute în 1 g de uraniu, energia eliberată este aceeași ca și în arderea cărbunelui sau a 3 t 2,5 tone. Produsele de fisiunea nucleelor de uraniu sunt instabile, deoarece acestea conțin un număr mare de neutroni în exces. Într-adevăr, raportul N / Z pentru cele mai multe nuclee grele de aproximativ 1,6 (Fig. 2) pentru nuclee cu numere de masă de 90 până la 145 se raportul de aproximativ 1,3-1,4. Prin urmare, fragmentele de bază se confruntă cu o serie de consecutive # 946; - degradare, rezultând numărul de protoni din nucleu crește și scade numărul de neutroni atât de mult până când un nucleu stabil. In fisiunea U-235 nucleu care este cauzată de coliziunea cu un neutron, 2 sau 3 este eliberat neutroni. În condiții favorabile, acești neutroni pot lovi alte nuclee de uraniu și diviziunea cauză. În această etapă, va avea de la 4 la 9 neutroni pot determina noi dezintegrările nuclee de uraniu și t. D. Un astfel de proces avalanșă numită reacție în lanț. reacție în lanț de fisiune Conducerea uraniului este prezentată în Fig. 1.
Figura 1. Schema reacției în lanț.
Bine retarder este, de asemenea, grafit, a cărui miez nu absoarbe neutronii. În interacțiunea elastică cu deuteriu sau carbon nuclee neutronii sunt încetinite vitezelor termice. Utilizarea de moderatori de neutroni și membrane speciale de beriliu, care reflecta neutroni, reduce masa critică la 250 g în bombe atomice reacție nucleară în lanț necontrolat are loc cu rapidă a conecta două piese 235, fiecare dintre acestea având o greutate de ușor sub valoarea critică. Aparatul, în care reacția controlată susținută de fisiune nucleară se numește nucleară (sau atomică) reactor. Circuitul unui reactor nuclear pentru a încetini neutronii este prezentată în Fig. 2.
Figura 2. Diagrama unui dispozitiv reactor nuclear.
reacție termonucleară
Al doilea mod de a elibera energia nucleară este asociată cu reacțiile de sinteză. Prin fuziunea nucleelor ușoare și formarea unui nou kernel trebuie să fie alocată o cantitate mare de energie. Se poate observa din curba energiei de legare specifică a numărului de masă A (fig. 1).
Până la nuclee cu număr de masă 60 energie specifică nucleonilor crește odată cu creșterea A. Prin urmare, sinteza oricărui nucleu cu A <60 из более легких ядер должен сопровождаться выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза будет в этом случае меньше массы первоначальных частиц. Реакции слияния легких ядер носят название термоядерных реакций, так как они могут протекать только при очень высоких температурах. Чтобы два ядра вступили в реакцию синтеза, они должны сблизится на расстояние действия ядерных сил порядка 2·10 –15 м, преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов. Для этого средняя кинетическая энергия теплового движения молекул должна превосходить потенциальную энергию кулоновского взаимодействия. Расчет необходимой для этого температуры T приводит к величине порядка 10 8. 10 9 К. Это чрезвычайно высокая температура. При такой температуре вещество находится в полностью ионизированном состоянии, которое называется плазмой. Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях, в расчете на один нуклон в несколько раз превышает удельную энергию, выделяющуюся в цепных реакциях деления ядер. Так, например, в реакции слияния ядер дейтерия и трития