Příklad atomové energie

Atomová energie je schopnost pracovat, získané z rozpadu atomů radioaktivních prvků. Získává se díky stimulaci tohoto rozpadu.

Energie v jaderných procesech

Chemické reakce jsou doprovázeny změnami energie, obvykle ve formě tepla, které odejde (exotermické reakce) nebo se vstřebá (endotermické reakce). Když se látka tvoří ze základních prvků, vydává se teplo (pozitivní teplo formace), Ačkoli v některých případech, například při získávání ozonu z atomového kyslíku, by došlo k uvolnění horký.

Pokud jsou tyto stejné myšlenky aplikovány na (předpokládanou) tvorbu atomových jader z protonů a neutronů, je jasné, že v této formaci bude uvolněna energie a vzhledem k vzhledem k povaze příslušných spojení bude zde uvolněná energie podstatně větší, a to tak, že úbytek hmotnosti, který bude doprovázet uvedenou energetickou variaci, je již zvažitelný. (Podle Einsteinova principu je změna energie ΔE ekvivalentní změně hmotnosti Δm, takže ΔE = Δm * C², kde C je rychlost světla).

Tak například pro prvek Lithium Li-7, tvořený 3 protony a 4 neutrony, při tvorbě gramatomu lithiových jader o atomové hmotnosti 7 budeme mít:

3 protony = 3 * 1,00756 g = 3,02268 g

4 neutrony = 4 * 1,00893 g = 4,03572 g

Výsledek součtu je 7,05840 g.

Atomová hmotnost lithia-7 má hodnotu 7,01645 g

Z toho vyplývá, při srovnání hodnot, že změna hmotnosti Δm = 0,04195 g, a jsou rovny 9,02 * 10¹¹ kalorií, počítáno pomocí Einsteinovy ​​rovnice ΔE = Δm * C².

Hypotetická reakce tvorby jader z protonů a neutronů vydává obrovské množství energie, milionkrát lepší než u exotermnějších běžných chemických reakcí.

Každá částice jádra o Nukleon (proton nebo neutron), protože je součástí jakéhokoli jádra, došlo ke ztrátě hmoty, která není konstantní, ale má maximální hodnotu pro mezilehlé prvky periodické soustavy atomových čísel 20 až 51, poté pomalu klesá s rostoucím počtem atomový.

Atomová bomba

Uran 235 a Plutonium 239 se dělí bombardováním neutrony a emitují enormní množství energie a uvolňují nové neutrony.

Podmínkou, aby došlo k procesu množení, je to, že více než jeden neutron produkovaný v každém štěpení je schopen produkovat nové štěpení nebo rozdělení.

V Hromada uranu, produkované neutrony částečně unikají povrchem materiálu a jsou částečně absorbovány Uranem 238 za vzniku těžkého izotopu Uran 239, který se postupně rozpadá na Neptunium a Plutonium.

Ale pokud je to čistý uran 235 nebo plutonium 239, možnost ztráty neutronů povrchem téhož vede k poznání Kritická velikost nezbytné pro to, aby se v ní mohla rozvíjet řetězová reakce

The Kritická velikost vzorku je ten, ve kterém se téměř okamžitě rozvíjí řetězová reakce, rozdělující atom.

Pokud má vzorek štěpitelného materiálu (dělitelný bombardováním neutrony) průměr menší než střední dráha, kterou musí rychlý neutron projít, aby vytvořil procesem štěpení se rozumí, že neutrony produkované v příležitostných štěpeních cestujícími neutrony uniknou povrchem bez napadení jakéhokoli jiného jádro.

Naopak, pokud je vzorek větší než kritická velikost, příležitostně produkované neutrony jsou na cestě k díky tomu budou mít velkou pravděpodobnost štěpení nových jader, a tak budou pokračovat ve zrychleném tempu v procesu divize.

Pokud je vzorek větší než kritická velikost, utrpí okamžitou explozi, zatímco pokud je menší, vytvoří pomalé štěpení, kterému by se však mělo zabránit. Za tímto účelem je štěpitelný materiál uchováván v tenkých vrstvách uvnitř kadmiových nádob, které jsou uchovávány uvnitř vody; příležitostné dopadající neutrony budou vodou zpomaleny a poté zachyceny kadmiem, než se dostanou k chráněnému materiálu.

Pokud se rychle smíchá několik kusů štěpitelného materiálu, každý o něco menší než kritická velikost, vytvoří se jediná hmota (atomová bomba), která okamžitě exploduje. Rychlost, s níž se musí kousky štěpitelného materiálu setkat, musí být velmi vysoká, aby se tomu zabránilo při zahájení reakce Řetěz, který je velmi blízko, uvolněná energie rozptýlí kousky uvedeného materiálu před úplným kontaktem.

Existují dva kusy štěpitelného materiálu, které jsou přiměřeně chráněny lapači neutronů a jsou vzdáleny několik centimetrů. Ve vhodnou chvíli je jeden z kusů vystřelen na druhý rychlostí rychlého střely.

Podrobnosti o konstrukci a mechanismu experimentální atomové bomby, která explodovala brzy ráno 16. července, 1945 v poušti Nového Mexika je vedl profesor Oppenheimer, teoretický fyzik na univerzitě v Kalifornie.

Byly ustaveny dvě bomby shodené o několik týdnů později proti Japonskuprvní pro uran 235 a druhý pro plutonium.

Přestože se energie uvolněná ve štěpení uranového jádra počítá na přibližně 200 milionů elektronvoltů, tj. Přibližně 2x10¹⁰ Kilokalorií na kilogram rozštěpeného uranu zůstává použitelné pouze 1–5%, což odpovídá výbušná energie dostupná na kilogram U-235, což odpovídá energii asi 300 tun trinitrotoluenu (TNT, trilita)

K výbušné vlně vzniklé při výbuchu atomové bomby se přidávají hrozné zápalné účinky produkovaný intenzivním gama zářením, které určuje, jak miniaturní Slunce, i když krátce doba trvání.

The devastace způsobená izolovanými bombami nad japonskými městy Hirošimou a Nagasaki jsou důkazem obrovské atomové energie, která se uvolňuje při atomovém rozpadu.

Doufáme však, že atomovou energii lze v budoucnu použít k mírovému využití, zejména v případech, kdy je žádoucí velká koncentrace energie v malém množství materiálu.

Příklady aplikací pro atomovou energii

Výroba tepelné energie

Mechanická výroba energie

Výroba elektrické energie

Válečné účely s atomovou bombou

Kolize subatomárních částic

Experimentování s novými technologiemi

V těžbě, pro trhací materiál

Pro výzkum nových materiálů