Пример за атомна енергия

Атомната енергия е способността да се работи, получени от разпадането на атомите на радиоактивните елементи. Получава се благодарение на стимулирането на това разпадане.

Енергия в ядрените процеси

Химичните реакции са придружени от изменение на енергията, обикновено под формата на топлина, която се отделя (екзотермични реакции) или се абсорбира (ендотермични реакции). Когато веществото се образува от съставните елементи, се отделя топлина (положителна топлина на образуване), въпреки че в някои случаи, като например при получаване на озон от атомен кислород, ще има отделяне на горещо.

Ако същите тези идеи се приложат към (предполагаемото) образуване на атомни ядра от протони и неутрони, е ясно, че в тази формация ще се освободи енергия и като се има предвид естеството на свързаните връзки, енергията, която се освобождава тук, ще бъде значително по-голяма, до такава степен, че загубата на маса, която ще съпътства споменатото изменение на енергията, вече е тежък. (Според принципа на Айнщайн, промяната в енергията ΔE е еквивалентна на промяната в масата Δm, така че ΔE = Δm * C

², където C е скоростта на светлината).

Така, например, за елемента Литий Li-7, образуван от 3 протона и 4 неутрона, при образуването на грам-атом от литиеви ядра с атомна маса 7, ще имаме:

3 протона = 3 * 1.00756 g = 3.02268 g

4 неутрона = 4 * 1.00893 g = 4.03572 g

Резултатът от сумата е 7,05840 g.

Атомната маса на литий-7 има стойност 7,01645 g

От това следва, сравнявайки стойностите, че промяната в масата Δm = 0,04195 g и те са равни на 9,02 * 10¹¹ калории, изчислени с уравнението на Айнщайн ΔE = Δm * C².

Хипотетичната реакция на образуването на ядро ​​от протони и неутрони отделя огромно количество енергия, милиони пъти превъзхожда тази на най-екзотермичните обикновени химични реакции.

Всяка частица от ядрото o Нуклеон (протон или неутрон), за да бъде част от всяко ядро, то е претърпяло загуба на маса, която не е постоянна, но има максимална стойност за междинните елементи на периодичната система от атомни числа от 20 до 51, след което бавно намалява с увеличаване на броя атомен.

Атомната бомба

Уран 235 и Плутоний 239 се делят чрез неутронно бомбардиране и излъчват огромни количества енергия, освобождавайки нови неутрони.

Условието за процеса на размножаване е, че повече от един неутрон, произведен във всяко разцепване, е способен да създаде ново разцепване или разделяне.

В Степен на уран, произведените неутрони частично излизат през повърхността на материала и частично се абсорбират от Уран 238 за образуване на тежкия изотоп Уран 239, който се разпада последователно в Нептуний и Плутоний.

Но ако това е чист уран 235 или плутоний 239, възможността за загуба на неутрони през повърхността на същия води до познаване на Критичен размер необходими за развитието на верижната реакция в него.

The Критичен размер от пробата е тази, при която верижната реакция, разделяща атома, се развива почти веднага.

Ако пробата от разцепващ се материал (делима чрез неутронно бомбардиране) има диаметър, по-малък от средния път, по който трябва да премине бърз неутрон, за да се получи процес на разцепване, се разбира, че неутроните, произведени в случайни разделения от пътуващи неутрони, ще избягат през повърхността, без да атакуват други ядро.

Напротив, ако пробата е по-голяма от критичния размер, от време на време се получават неутрони чрез него те ще имат голяма вероятност да разделят нови ядра, като по този начин продължават с ускорена скорост процеса на разделение.

Ако пробата е по-голяма от критичния размер, тя ще претърпи мигновена експлозия, докато ако е по-малка, ще настъпи бавно разцепване, което обаче трябва да се избягва. За целта материалът, който се разцепва, се съхранява на тънки слоеве в контейнерите с кадмий, които се съхраняват във водата; случайни неутрони ще бъдат забавени от водата и след това уловени от кадмий, преди да достигнат защитения материал.

Ако няколко парчета разцепващ се материал бързо се смесят, всеки от които е малко по-малък от критичния размер, се образува единична маса (атомна бомба), която веднага експлодира. Скоростта, с която трябва да се съберат парчетата разграждащ се материал, трябва да бъде много висока, за да се избегне това, когато реакцията започне Веригата, тъй като е много близо, освободената енергия разпръсква парчетата от споменатия материал, преди напълно да влезе в контакт.

Има две парчета материал, които могат да се разцепват, които са адекватно защитени с поглътители на неутрони и на разстояние няколко сантиметра. В подходящия момент едната фигура се изстрелва по другата със скоростта на бърз снаряд.

Подробностите за конструкцията и механизма на експерименталната атомна бомба, експлодирала рано сутринта на 16 юли, 1945 г. в пустинята Ню Мексико, те бяха водени от професор Опенхаймер, теоретичен физик от Университета в Калифорния.

Конституирани са двете бомби, хвърлени седмици по-късно срещу Япония, първият за уран 235 и вторият за плутоний.

Въпреки че енергията, освободена при разцепването на ядрото на уран, се изчислява на около 200 милиона електронволта, тоест около 2х10¹⁰ Килокалории на килограм разцепен уран, остават използваеми само 1-5%, което съответства на a налична експлозивна енергия за килограм U-235, еквивалентна на тази на около 300 тона тринитротолуол (TNT, трилита)

Към взривната вълна, възникнала при експлозията на атомната бомба, се добавят ужасните запалителни ефекти произведени от интензивното излъчено гама лъчение, което определя как миниатюрно Слънце, макар и за кратко продължителност.

The разруха, причинена от изолирани бомби над японските градове Хирошима и Нагасаки са доказателство за огромната атомна енергия, която се отделя при атомна дезинтеграция.

Надяваме се обаче, че атомната енергия може да се прилага за мирни цели в бъдеще, особено в случаите, когато е желателна голяма концентрация на енергия в малко количество на материала.

Примери за приложения на атомна енергия

Производство на топлинна енергия

Механично производство на енергия

Производство на електрическа енергия

Военни цели с атомната бомба

Субатомно сблъсък на частици

Експериментиране за нови технологии

В минно дело, за взривни материали

За изследване на нови материали