Reacția dintre 6 Li și deuteriu, pentru a forma două particule alfa.
Reacțiile nucleare pot avea loc spontan sau coliziuni cu substanța energetică ridicată. Transformarea nucleară spontană este cauza radioactivitatii naturale.
Ca o reacție chimică, reacțiile nucleare pot fi endoterme și exoterme.
Reacțiile nucleare sunt clasificate în reacții de descompunere și reacțiile de sinteză. Un tip particular de reacție nucleară este diviziunea nucleului. Timing dezintegrarea nucleului și fisiune nucleară înseamnă complet diferite tipuri de reacții [].
1. Istoricul
Primele reacții nucleare induse artificial observate în 1919 de Ernest Rutherford. iradiind alfa particule de azot. Reacția a avut loc în cadrul schemei
.
2. Legile de conservare în reacții nucleare
În plus, există o serie de legi de conservare speciale inerente în interacțiunile nucleare, de exemplu, legea de conservare a taxa barionic.
3. Producția de energie a reacției nucleare
Dacă, apare suma maselor de repaus ale particulelor în reacție mai mare decât suma maselor de repaus ale particulelor după reacția de o astfel de reacție, eliberarea energiei. Această energie se numește randamentul energetic al reacției nucleare. Producția de energie a reacției nucleare se calculează cu formula: = AE Δmc 2 unde Δm - defect de masă. c - viteza luminii.
4. Tipuri de reacții nucleare
4.1. fuziunea nucleară
În timpul reacțiilor de fuziune nucleară ale elementelor ușoare, noi nuclee sunt formate, nucleul mai grele.
În general, reacția de sinteză este posibilă numai în condițiile în care miezurile au o energie cinetică ridicată, deoarece forțele de repulsie electrostatice împiedică convergență nuclei în mod egal încărcate, creând o barieră așa-numita Coulomb.
Artificial acest lucru poate fi realizat prin utilizarea acceleratoarele încărcat cu particule. unde ionii, protoni sau alfa-particule sunt accelerate de câmpul electric, sau reactoarele de fuziune, în care ionii de substanță obține energie cinetică datorată mișcării termice. În acest ultim caz, suntem reacției de fuziune.
4.1.1. Fuziunea nucleară în natură
În natură, reacția de fuziune a început în primele minute după Big Bang. In timpul protonii BBN formate doar lumină nuclee (deuteriu. Heliu. Litiu).
Acum, reacțiile nucleare care au loc în nuclee stele, de exemplu, la soare. Procesul de bază este formarea unui nucleu de heliu a patru protoni care pot să apară, sau un lanț proton-proton. sau ciclu Bethe-Weizsäcker.
Stelele, a căror masă este mai mare decât jumătate din M ☉. pot fi formate și alte elemente mai grele. Acest proces începe cu formarea de nuclee în triplu α-reacție de carbon. Nucleul rezultate interactioneaza cu protoni si alfa-particule și astfel formează elemente chimice la vârf de fier.
Formarea de nuclee grele (de la fier la bismut), are loc în membranele suficient stele masive în faza de roșu gigant în principal din cauza s-proces și parțial datorită p-proces. Navazhchi (instabile) nucleele se formează în timpul supernove.
4.2. Reacțiile nucleare de descompunere
Reacțiile datorate dezintegrarea alfa și beta radioactivitate. Când alfa-dezintegrarea nucleelor emise particule alfa 4 El, iar numărul de masă și sarcina nucleului sunt schimbate la 4 și respectiv 2. In dezintegrarea beta a nucleilor emise de electroni sau numărul de masă pozitroni nucleului nu este schimbat, iar taxa este mărită sau micșorată cu 1. Ambele tipuri apar spontan degradare.
4.3. fisiunea nucleară
O cantitate mică de izotopi capabile de fisiune - reacție la miezul care este împărțit în două părți majore. Fisiunea nucleară poate avea loc fie spontan, fie în mod forțat - sub influența altor particule, mai ales - neutroni.
In anul 1939 a fost dezvăluit faptul că uraniul-235 nuclee nu sunt capabile doar pentru fisiune spontană (două nuclee ușoare), cu eliberarea
200 energie MeV și emisia de două sau trei neutroni, dar, de asemenea, la neutronilor de fisiune induse inițiate. Având în vedere că, ca urmare a acestei separări este emis, de asemenea, neutroni, care pot provoca noi reacții de fisiune induse de uraniu nuclee vecine a devenit evidentă posibilitatea unei reacții nucleare în lanț. Această reacție nu apare în natură numai pentru că uraniul natural este format din 99,3% din uraniu 238. și în reacția de fisiune poate doar uraniu-235, care a conținut numai 0,7% în uraniu natural.
Mecanismul reacțiilor de fisiune nucleară este după cum urmează. forțele nucleare prin interacțiunea prin schimb de particule virtuale (în majoritatea cazurilor, se produce o interacțiune-pionul nucleon) sunt descentrat caracter. Acest lucru înseamnă că nucleonii nu poate comunica simultan cu toate nucleonii din nucleu, în special în nuclee bagatonuklonnih. Cu un număr mare de nucleoni cauzează o densitate asimetria forțelor nucleare și în continuare conexiunea nucleon asimetrie, și, prin urmare, asimetria energiei de-a lungul nucleului. Kernel-ul ia forma, care diferă semnificativ de sferic. În acest caz, interacțiunea electrostatică dintre protoni de energie pot aborda magnitudinea interacțiunii puternice.
Astfel, datorită asimetriei barierei energetice este depășită prin împărțirea și miez se desparte în nuclee mai ușoare, asimetric în greutate.
Uneori, kernel-ul poate tunel într-o stare de energie mai mic.
5. reacții nucleare în viața unei persoane
5.1. Bombă atomică
O reacție în lanț de fisiune de nuclee atomice în secolul XX au devenit folosite în bombe atomice. Datorită faptului că o reacție nucleară intensă trebuie să aibă o masă critică (masa necesară pentru dezvoltarea reacției în lanț), apoi pentru a efectua o explozie atomică de mai multe piese cu greutăți mai mici de critice sunt conectate, se formează masa supercritic și ia naștere reacție în lanț de fisiune însoțit eliberează cantități mari de energie - se produce explozie nucleară.
5.2. reactor nuclear
Pentru a converti energia termică a cariei nuclee la energie electrică cu ajutorul unui reactor nuclear. În calitate de combustibil în reactor este un amestec de uraniu 235 și uraniu-238 sau plutoniu-239. După contactul cu neutroni rapizi la nucleul unui atom de uraniu-238 este transformarea sa în plutoniu -239 și descompunerea ulterioară a elibera energie. Procesul poate fi ciclic, dar acest lucru necesită reactoare care operează pe neutroni rapizi. Acum, ca principală componentă în reactoare folosite izotop de uraniu-235. Pentru interacțiunea sa cu neutroni rapizi, care au nevoie să fie încetinirea. Retarder aplică:
- grafit - bună decelerare absorbție slabă potrivit pentru Uraniu-238 ca și combustibil
- apă:
- „Apă de lumină“ H 2 O - foarte bună absorbție retard neutronilor semnificativ, ceea ce afectează cantitatea de energie eliberată
- apă grea D 2 O - foarte bună decelerare slabă de absorbție a neutronilor.
În funcție de tipul de apă utilizat în reactoare, D 2 O sau H 2 O, reactoarele cu apă grea sunt împărțite într-o lumină și, respectiv. Reactoarele cu apă grea folosesc drept combustibil de uraniu-238 nuclid în apă ușoară - Uraniu-235. Pentru a controla reacția putrezire și încetarea tijelor de reglare utilizate care conțin izotopi de bor sau cadmiu. Energia care este eliberată în timpul reacției de fisiune în lanț, elimină lichid de răcire. Prin urmare, este încălzit, iar atunci când intră apa se încălzește, transformându-se în vapori de (adesea lichidul de răcire este apa în sine). O pereche de transformă o turbină cu abur care antrenează rotorul alternatorului.