КНИГИ        регистрация / вход

Законы сохранения в ядерных реакциях

СОДЕРЖАНИЕ: Деление ядер урана. Синтез легких ядер.

Рассмотрим три ядра AZX, A1Z1X1, A2Z2X2, таких, что A = A1 + A2, Z = Z1 + Z2. Будем предполагать, что ядро X "состоит" из ядер X1 и X2.

Записывая для каждого ядра соотношение (1), получим

M(Z, A) = M(Z1, A1) + M(Z2, A2) - W/c2,
(4)

где

W = Eсв(Z, A) - Eсв(Z1, A1) -Eсв(Z2, A2).
(5)

Если W 0, то ядро X устойчиво относительно распада на ядра Ядро, масса которого больше суммы масс ядер X1, X2, неустойчиво и может распасться. При этом внутриядерная энергия - W перейдет в кинетическую энергию осколков X1 и X2.

Кроме энергии в ядерных реакциях сохраняется электрический заряд Z = Z1 + Z2, число нуклонов A = A1 + A2. Выполняются также и ряд дополнительных законов сохранения, о которых будет сказано в разделе, посвященном свойствам элементарных частиц.

Рис. 5

Деление ядер урана

Анализ зависимости Eсв(Z, A) (см. Рис. 2) показывает, что для тяжелых ядер с Z 82 выполняется условие W0. Например, изотоп 23592U самопроизвольно распадается с полупериодом 7·108 лет. Оказалось также, что этот изотоп расщепляется при поглощении нейтрона. При этом, в каждом акте деления ядра возникают два ядра-осколка, 8-10 -квантов и в среднем 2,5 нейтронов. Если эти нейтроны вызывают новые акты деления, то возникает самоподдерживающаяся цепная реакция. При делении каждого ядра выделяется 200 МэВ (см. левую половину Рис. 5, где схематично изображена реакция

235U + n --> 140Cs + 93Rb + n + n + 250МэВ).

При делении 1 кг урана 235U выделяется 8,19·1013 Дж. (Удельная теплота сгорания нефти в 20 миллионов раз меньше.)

В природном уране содержится только 0,711% изотопа 23592U. В естественной смеси изотопов, в которой на одно ядро 23592U приходится 140 ядер 23892U, нейтроны не способны поддерживать реакцию. Можно, однако, получить цепную реакцию в смесях природного (или слабообогащенного 2%) урана со специальными веществами - замедлителями нейтронов. При обогащении до 20 - 25% надобность в замедлителях отпадает. При этом происходит превращение 23892U в плутоний 23994Pu, который делится также легко как и 23592U - процесс воспроизводства ядерного топлива.

Реакция идет по схеме последовательных - распадов:

23892U + n --> 23992U +  (23 мин.) -->23993Np + e- (2,4 дня) --> 23994Pu + e-.

(В скобках указаны времена полураспадов.) Только три страны - Россия, Франция и Япония - имеют достаточный опыт в этой высокой технологии.

Рис. 6

Первые реакторы созданы в США (1942 г.) и в СССР (1946 г.). В настоящее время во Франции ядерная энергетика дает 73% всей вырабатываемой энергии, в США - 22%, в России - 13%.

Общий вид одной из АЭС, построенной в США, показан на Рис. 6.

Синтез легких ядер

Если W 0, то распад ядра энергетически запрещен. Но в обратном процессе - слиянии ядер X1 и X2 - энергия исходной системы должна уменьшится на величину W. Продукты синтеза приобретут кинетическую энергию W.

На правой половине Рис. 5 изображена реакция слияния

2H + 2H --> 3He + n + 3,2 МэВ.

Однако наибольший интерес представляют реакции

21H + 31H --> 42He + n + 17,6 МэВ,
21H + 32He --> 42He + 11H + 18,3 МэВ.

Высвобождающаяся энергия, отнесенная к одному нуклону дейтерия, значительно больше энергетического выхода на один нуклон делящегося изотопа урана-235. Для реализации таких реакций необходимо сблизить ядра на расстояние R 10-14м, затратив энергию k0 e2/R 0,15 0,3 МэВ, поэтому реакции остаются энергетически выгодными. Поскольку тритий очень радиоактивен, то реакция с использованием 3He более безопасна.

Надежды на практическую реализацию управляемого термоядерного синтеза продолжают оставаться "умеренно оптимистическими" на протяжении более 40 лет.

Если бы удалось осуществить управляемые термоядерные реакции в промышленных услових, то это дало бы доступ к практически неисчерпаемым источникам энергии и избавило бы человечество от угрозы энергетического кризиса. С другой стороны, если взорвутся те огромные запасы водородных бомб, которые накоплены (и продолжают накапливаться многими странами, несмотря на окончание т.н. холодной войны), то человечество и большая часть всего живого на Земле будет уничтожено.

СКАЧАТЬ ДОКУМЕНТ

Предложения интернет-магазинов

Физика. 8 класс. Учебник. ФГОС

Автор(ы): Минькова Раиса Дмитриевна, Иванов Александр Иванович   Издательство: АСТ, 2013 г.

Цена: 483 руб.   Купить

Учебник входит в состав нового УМК по физике для 7-9 классов и издаётся вместе с рабочей тетрадью для учащихся и методическим пособием для учителей. Учебники соответствуют требованиям федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) и включены в федеральный перечень школьных учебников. Основные темы курса 8 класса - "Законы сохранения", " Внутренняя энергия. Теплопередача и работа", "Изменение агрегатных состояний вещества", "Электрические явления".


Физика. 7 класс. Рабочая тетрадь № 2 для учащихся общеобразовательных учреждений. ФГОС

Автор(ы): Хижнякова Людмила Степановна, Синявина Анна Афанасьевна, Холина Светлана Александровна   Издательство: Вентана-Граф, 2017 г.  Серия: Физика. Эврика (Алгоритм успеха)

Цена: 165 руб.   Купить

Рабочие тетради № 1 и 2 вместе с учебником, тетрадью для лабораторных работ, методическим пособием для учителя составляют учебно-методический комплект по физике для 7 класса общеобразовательных учреждений. Комплект является частью системы "Алгоритм успеха". В тетради № 2 представлены задания по темам "Законы сохранения в механике", "Равновесие сил. Простые механизмы", "Гидро и аэростатика". Соответствует ФГОС. Издание второе, переработанное.


Физика. 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений

Автор(ы): Шахмаев Николай Михайлович, Бунчук Алексей Васильевич   Издательство: Мнемозина, 2011 г.  Серия: Физика

Цена: 449 руб.   Купить

В учебнике изложены основы механики (кинематика, динамика и законы сохранения), некоторые вопросы гидро- и аэростатики, а также механические колебания и волны. Отмеченный звездочкой (*) дополнительный материал поможет школьникам глубже понять суть физических явлений и лучше разобраться в технических устройствах. Каждый параграф завершается рубрикой "Проверьте себя". Раздел "Приложения" содержит лабораторные работы и ответы к задачам. Учебник снабжен большим количеством цветных иллюстраций. В комплект к учебнику подготовлены задачник (под ред. А. В. Бунчука) и рабочая тетрадь (автор Б. Н. Сафонов, под ред. А. В. Бунчука), которые содержат качественные, расчетные и экспериментальные задания различных уровней сложности, сгруппированные по тематическим разделам. 4-е издание, стереотипное. Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации.


Физика. 9 класс. Тесты к учебнику А. В. Перышкина, Е. М. Гутник. Вертикаль. ФГОС

Автор(ы): Слепнева Нина Ивановна   Издательство: Дрофа, 2016 г.  Серия: Физика

Цена: 154 руб.   Купить

Пособие представляет собой сборник тестов для тематического и рубежного контроля. Может быть использовано как при работе с учебником, соответствующим ФК ГОС, так и при работе с учебником, соответствующим ФГОС. Тесты для текущего контроля составлены по темам "Материальная точка. Путь, перемещение", "Прямолинейное равномерное движение", "Прямолинейное равноускоренное движение", "Законы Ньютона", "Свободное падение", "Закон всемирного тяготения", "Импульс тела. Закон сохранения импульса", "Механическая работа и энергия", "Механические колебания", "Механические волны. Звук", "Действие магнитного поля на проводник с током", "Явление электромагнитной индукции", "Элктромагнитные колебания", "Электромагнитные волны", "Природа света. Оптические спектры", "Строение атомного ядра". Цель рубежных тестов - проверить достижение предметных и метапредметных результатов, установленных ФГОС.

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ  [можно без регистрации]
перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта - спам опубликован не будет

Ваше имя:

Комментарий

Все материалы в разделе "Математика"