Kodoldalīšanās: process kodola skaldīšanas. kodolreakcijas

Rakstā runā par to, kas kodoldalīšanās, jo process ir atklāts un aprakstīts. Atklāj tās izmantošanu kā enerģijas avotu un kodolieročiem.

"Nedalāms" atoms

Divdesmit pirmais gadsimts ir piepildīts ar tādiem izteicieniem kā "atomenerģijas", "kodoltehnoloģiju", "radioaktīvie atkritumi". Šad un tad virsraksti pazibēja ziņojumus par iespēju radioaktīvo piesārņojumu augsnē, okeānu, Antarktikas ledus. Tomēr vienkāršie cilvēki bieži vien nav ļoti laba ideja par to, kas zinātnes jomā, un kā tas palīdz ikdienā. Jums vajadzētu sākt, iespējams, ar stāstiem. No paša pirmā jautājuma, kas uzdoti labi baro un labi ģērbies vīrietis, viņš gribēja zināt, kā pasaule darbojas. Kā acs redz, tad auss dzird kāpēc izņemot ūdeni atšķiras no akmens - tas ir tas, ko gudrie no neatminamiem laikiem aprūpi. Pat senajā Indijā un Grieķijā, daži interesējaties prāti norādīja, ka ir vismaz daļiņu (to sauc arī par "nedalāms"), ar īpašībām materiāla. Viduslaiku ķīmiķi apstiprināti domāju gudrs, un mūsdienu definīcija atoms ietver atomu - mazāko daļiņu vielas, kas ir pārvadātājs īpašību.

atom daļas

Tomēr attīstība tehnoloģijas (piemēram, fotogrāfijas), izraisīja fakts, ka atoms pārstājusi būt mazākais iespējami daļiņa jautājums. Lai gan atsevišķi atoms ir elektriski neitrāla, zinātnieki ātri saprata: tas sastāv no divām daļām ar dažādiem maksas. To pozitīvi lādētiem daļām numurs kompensē summu negatīvs, tāpēc atoms paliek neitrāls. Bet nebija viennozīmīga modelis atoma. Tā kā tajā laikā vēl joprojām dominē klasiskā fizika, ka tur bija dažādi pieņēmumi.

modelis atoms

Sākotnēji tika piedāvāts modelis "baltmaize ar rozīnēm". Pozitīva maksas, jo tas aizpilda visu telpu atoma un to, kā rozīnēm bulciņa, negatīvas maksa tiek sadalīta. Slavenie eksperimenti Rutherford identificēti šādi: ir ļoti smags elements ar pozitīvu lādiņu (kodolā), un apkārt ar daudz vieglākiem elektroniem centrā atoma. No kodolu simtiem reizes smagāka par summu no visiem elektronus masa (tas ir 99,9 procenti no masas, atomam). Tādējādi bija dzimis planētu modeli atoma Bohr. Tomēr daži no tās elementiem ir pretrunā ar pieņemts brīdī klasiskās fizikas. Tāpēc tika izstrādāta jaunās kvantu mehānika. Ar savu izskatu periods sākās nonclassical zinātni.

Atoms un radioaktivitāte

No visa iepriekš minētā kļūst skaidrs, ka kodols - tas ir smags, pozitīvi uzlādēts daļa atoma, kas veido lielāko daļu no tā. Kad kvantēšanas enerģijas un novietojums elektrons riņķo ap atoma ir bijuši labi izpētīta, tas ir laiks, lai saprastu būtību atoma kodolā. Tas nāca palīgā spīdīgu un negaidītu atklājumu radioaktivitātes. Tā ir palīdzējusi atklāt būtību smago centrālā atoma, jo radioaktīvo avotu - kodoldalīšanās. Mijā deviņpadsmitajā un divdesmitajā gadsimtā, atklāšanas krita viens pēc otra. Teorētiskais risinājums viena problēma, kas izraisa nepieciešamību noteikt jaunus pieredzi. Eksperimentālie rezultāti radīja teorijām un hipotēzēm, kas ir nepieciešami, lai apstiprinātu vai atspēkotu. Bieži vien lielākie atklājumi parādījās, tikai tāpēc, ka šādā veidā formula ir ērts skaitļošanas (piemēram, kvantu Max Planck). Sākumā laikmets fotogrāfijas, zinātnieki zināja, ka urāna sāļi gaisma kaltēta gaismas jutīgs filmu, taču viņi nezināja, ka pamatā šis fenomens ir kodola skaldīšanas. Tāpēc radioaktivitāte tika pētīts, lai saprastu būtību kodolenerģijas sabrukšanas. Ir skaidrs, ka emisijas kvantu pārejas tika radīts, bet nebija skaidrs, kas tas ir. Chet Kirī iegūti tīru rādiju un poloniju, apstrādājot urāna rūdas praktiski manuāli, lai saņemtu atbildi uz šo jautājumu.

Charge starojums

Rutherford ir daudz darījis, lai pētījums par atomu struktūru un arī veicināja pētījums par to, kā sadalījums kodolu atoms. Zinātnieks ielieciet starojumu, ko izstaro radioaktīvo elementu magnētiskajā laukā un ieguva lielu rezultātu. Izrādījās, ka starojums sastāv no trīs komponentiem: viens bija neitrāla, un pārējie divi - pozitīvi un negatīvi uzlādēts. skaldīšana pētījums sākās ar identifikācijas tās sastāvdaļām. Ir pierādīts, ka kodols var sadalīt, lai sniegtu daļu no tās pozitīvu lādiņu.

Struktūra kodolā

Tas vēlāk izrādījās, ka atoma kodols sastāv ne tikai pozitīvi lādētu daļiņu no protoniem, bet neitrālu neitronu daļiņas. Kopā viņi sauc nucleons (no angļu «kodolu», kodolu). Tomēr zinātnieki ir atkal radusies problēma: masu kodolā (ti skaits nucleons) ne vienmēr atbilst tās maksas. Y apzīmē ūdeņraža kodols ir maksa +1 punkts un masa var būt trīs, divi, un viens. Jo pēc to periodiskās tabulas hēlija maksas Core 2 ar tās kodols ir 4 līdz 6 nucleons. Vairāk sarežģītas elementi var būt daudz lielāku skaitu dažādu masu ar tādu pašu maksu. Šādi variācijas atomiem sauc izotopiem. Un daži bija diezgan stabilo izotopu, citi ātri izjuka, jo viņiem tas bija raksturīga kodoldalīšanās. Kāds pamatojums atbilst skaitu nucleons stabilitāti kodolu? Kāpēc pievienot tikai vienu neitronu uz smago un diezgan stabilu kodolu noveda pie viņa sadalījumu atbrīvot no radioaktivitātes? Savādi pietiekami, lai šo svarīgo jautājumu vēl nav atrasts. Empīriski tika konstatēts, ka noteiktu skaitu protoniem un neitroniem atbilst stabilām konfigurācijas kodoliem. Ja core 2, 4, 8, 50 Neitroni un / vai protonu, kodols būs unikāli stabili. Šie skaitļi ir vēl sauc par burvju (un nosauca tos kā pieaugušajiem, zinātnieki, kodolfizikas). Tādējādi kodolsintēze ir atkarīga no to masas, kas ir skaits, to veidojošo nucleons.

Drop, vāks, kristāls

Nosaka koeficientu, kas ir atbildīga par stabilitāti pamatā, šobrīd nav iespējams. Ir daudz teoriju par atomu struktūras modeļus. Trīs no slavenākajiem un attīstīta bieži vien ir pretrunā ar otru dažādos jautājumos. Pirmais ir tas, ka pamatā - pilienu īpašu kodolenerģijas šķidrums. Kā ūdens, tā raksturojas ar plūstamība, virsmas spraiguma, saplūšanas un samazinājuma. Jo korpusa modeļa kodolu arī ir noteiktas enerģijas līmeni, kas ir piepildīta ar nucleons. Trešais nosaka, ka galvenais - vidēja, kas spēj lauzt konkrētu viļņa garumu (de Broglie), kurā atstarošanas indekss - ir potenciālā enerģija. Tomēr neviena modelis līdz šim nav pilnībā aprakstīt kāpēc noteiktā kritiskā masa ir šo konkrēto ķīmisko elementu, sadalīšana kodola sākas.

Kas notiek sabrukšana

Radioaktivitātes, kā minēts iepriekš, tika atrasts vielas, kas var atrast dabas urāna, polonijs, rādija. Piemēram, nesen ražoti, tīrs urāns ir radioaktīvs. sadalīšana process šajā gadījumā būs spontāni. Bez jebkādu ārēju ietekmi zināma urāna atomu izstarot alfa daļiņas spontāni pārveidots torija. Tas ir rādītājs, kas tiek saukta pusperiods. Tas parāda, uz laiku no sākotnējās daļu numuriem būs aptuveni pusi. Katrs radioaktīvo elementu pussabrukšanas savu - no daļu otrā uz Kaliforniju, lai simtiem tūkstošu gadu urāna un cēzija. Bet ir piespiedu darbība. Ja atomu kodoli bombardējot protonus vai alfa daļiņas (hēlijs kodoliem) ar lielu kinētisko enerģiju, tie var būt "split". Mehānisms transformācija, protams, atšķiras no tā, kā manas mammas mīļākā vāze ir bojāta. Tomēr zināma analoģija var izsekot.

atomu enerģija

Līdz šim mēs neesam reaģējuši uz praktisku jautājumu: kur dara enerģiju kodoldalīšanās. Uz sākumu tas ir nepieciešams, lai precizētu, ka laikā veidošanās kodolā ir īpaši kodolenerģijas spēks, ko sauc par spēcīga mijiedarbība. Tā kodolu veido kopums pozitīvs protoniem, jautājums paliek, kā viņi stick kopā, jo elektrostatiskais spēki ir pietiekami spēcīga, lai atvairītu tos no otra. Atbilde ir gan vienkārša, un ir: kodols tiek turēti rēķina ļoti ātru apmaiņu starp nucleons īpašas daļiņām - pions. Šī saite dzīvo ir neticami mazs. Pēc tam, kad izbeigts apmaiņu pī-mesons, kodols sadalās. tikpat labi tas ir zināms, ka masa kodolā ir mazāka par summu visu tās sastāvā nucleons. Šo parādību sauc par masu defekts. Faktiski, trūkst masa - ir enerģija, kas tiek tērēti integritāti kodola saglabāšanu. Pēc tam, kad atdalītas no atoma kodolā kādu daļu no šīs enerģijas tiek ražota atomelektrostacijās un pārvērsta siltumā. Tas nozīmē, ka enerģija kodola skaldīšana - ir skaidrs demonstrēšana Einšteina slaveno formulu. Atgādināt, formula ir izteikts kā: enerģija un masu var tikt pārvērsti viens otram (E = mc ^2).

Teorija un prakse

Tagad mums pastāstīt, kā tā tiek izmantota tikai teorētisks atklājums manā dzīve gigavati elektroenerģijas. Pirmkārt, jāatzīmē, ka, kontrolētos reakcijas tiek izmantota izraisīta dalīšanās. Visbiežāk tas ir urāns vai polonijs, kas ir bombardēti ar ātri neitroniem. Otrkārt, ir jāsaprot, ka kodolsintēze ir pievienota jaunu neitroniem. Tā rezultātā, skaits neitronu reakcijas zonā spēj ļoti ātri aug. Katrs neitronu satiekas ar jaunu, vēl veseli graudi, sadala tos, kas noved pie siltuma ražošanā pieaugums. Tā ir ķēdes reakcija kodola skaldīšanas. Nekontrolēta summas neitronu pieaugumu reaktorā var izraisīt sprādzienu. Tas, kas notika 1986. gada Černobiļas atomelektrostacijas. Tāpēc, reakcijas zonā vienmēr ir viela, kas absorbē lieko neitronus, lai novērstu katastrofu. Tas grafīta formā ilgi stieņi. skaldīšana likme var tikt palēnināts, iegremdējot stieņus reakcijas zonā. Equation atomreakcijas ir speciāli izgatavots katrai aktīvajai vielai un radioaktīvo bombardējot tās daļiņas (elektroniem, protoniem, alfa daļiņas). Tomēr galīgais enerģijas jauda aprēķināta saskaņā ar likumu saglabāšanai: E1 + E2 + E3 = E4. Tas nozīmē, ka kopējais sākotnējā kodola daļiņu enerģijas un (E1 + E2) ir jābūt vienādam ar iegūtā kodola enerģijas un brīvās enerģijas atbrīvo formā (E3 + E4). Atomreakcijas vienādojums arī rāda, kāda viela ir iegūta kā rezultātā sabruka. Piemēram, urāna U = Th + He, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. Tas nav norādīts izotopi ķīmijas elementu, bet tas ir svarīgi. Piemēram, ir trīs iespējas urāna kodoldalīšanās, kas ražo dažādas svina izotopu, un neona. Gandrīz simts procentiem no dalīšanās reakciju rada radioaktīvos izotopus. Tas nozīmē, ka samazinājuma urāna iegūst radioaktīvo toriju. Torijs, Proaktīnijs spēj sadalīties, ka - lai aktīnijs, un tā tālāk. Radioaktīvais šajā sērijā var būt, un bismuta, un titāna. Pat ūdeņradis, kas satur kodola diviem protoniem (ar ātrumu vienu protonu), citādi saukts - deitērija. Ūdens, kas veidojas ar ūdeņraža sauc smags un aizpilda pirmais ķēde kodolreaktors.

non-mierīga atoms

Tādi izteicieni kā "bruņošanās sacensības", "Aukstā kara", "kodoldraudi" līdz mūsdienu cilvēks var šķist vēsturiskā un nozīmes. Bet tad, kad katrs ziņu izlaidums bija kopā ar ziņām gandrīz visā pasaulē, par to, cik daudz izgudroja kodolieročus, un kā pret to cīnīties. Cilvēki būvēja pazemes bunkuri un veikti krājumu gadījumā kodolenerģijas ziemā. Veselas ģimenes strādāja izveidi patversmēm. Pat mierīga izmantošana kodolskaldīšanas reakcijas var novest pie katastrofas. Šķiet, ka Černobiļas ir mācījis cilvēcei precizitāti šajā jomā, bet elementi planētas bija spēcīgāka: zemestrīce Japānā sāp ļoti spēcīgu stiprināšanu AES "Fukushima". Enerģijas atomreakcijas izmanto iznīcināšanu daudz vieglāk. Tehnoloģija ir nepieciešama tikai ierobežotu sprādziena spēku, tā, lai nejauši iznīcināt visu planētu. Visvairāk "humāns" bumbas, ja jūs varat zvanīt tas, nepiesārņo apkārtni starojumu. Kopumā visbiežāk viņi izmanto nekontrolētu ķēdes reakciju. Kas atomelektrostacijās cenšas ar visiem līdzekļiem, lai izvairītos no bumbas, lai panāktu ļoti primitīvu veidā. Par jebkura fiziska radioaktīvo elementu, pastāv daži kritiskā masa tīras vielas, kurā ķēdes reakcija rodas pati. Urāna, piemēram, ir tikai piecdesmit kilogrami. Tā urāns ir ļoti grūti, tas ir tikai neliels metāla lodīšu 12-15 centimetru diametrā. Pirmais atomu bumbas samazinājās par Hirosimas un Nagasaki, tika veikta tieši uz šo principu: divi nevienlīdzība daļas no tīra urāna vienkārši kombinētais un izraisīja biedējošs sprādziens. Mūsdienu ieroči, iespējams, ir daudz sarežģītāka. Tomēr par kritiskā masa nav nepieciešams aizmirst, ka starp mazā apjomi no tīras radioaktīva viela laikā uzglabāšanu būtu šķēršļi, kas kavē gabalus kopā.

starojums avoti

Visi elementi no atomu kodols ar maksu nekā 82 radioaktīvas. Gandrīz visi no vieglākām ķīmisko elementu ir radioaktīvos izotopus. Smagāks kodols, mazāk tās kalpošanas laiku. Daži elementi (piemēram, California) var tikai jāiegūst sintētiski - virzot smags atomi ar vieglākas daļiņas, bieži vien ar paātrinātāji. Tā kā tie ir ļoti nestabili Zemes garozā tie nav: veidošanās planēta, tie ātri bojāties uz citiem elementiem. Vielas, ar vairāk gaismas kodolu, piemēram, urāna, ir iespējams iegūt. Šis process ir garš, piemērots urāna ieguve, pat ļoti bagātas rūdas satur mazāk nekā vienu procentu. Trešais veids, iespējams, liecina, ka jauna ģeoloģiskā laikmets ir sācies. Šī ieguve radioaktīvo elementu no radioaktīvajiem atkritumiem. Pēc darba degvielu spēkstacija, par zemūdeni vai gaisa pārvadātājs, kas maisījumu izejvielas un gala urāns, rezultāts dalīšanas. Šobrīd, tas tiek uzskatīts par cietie radioaktīvie atkritumi un maksā sarežģīto problēmu, jo tie ir jāiznīcina tādā veidā, ka tie piesārņo vidi. Tomēr pastāv iespēja, ka gatavs koncentrēts radioaktīvās vielas, kas tuvākajā nākotnē (piemēram, polonijs), tiks ražoti no šiem atkritumiem.