Atomenergie-Beispiel

Atomenergie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, aus dem Zerfall der Atome der radioaktiven Elemente gewonnen. Es wird dank der Stimulation dieses Zerfalls erhalten.

Energie in nuklearen Prozessen

Chemische Reaktionen werden von einer Variation der Energie begleitet, im Allgemeinen in Form von Wärme, die löst sich (exotherme Reaktionen) oder wird absorbiert (endotherme Reaktionen). Bei der Bildung eines Stoffes aus den Bestandteilen wird Wärme abgegeben (Positive Formationswärme), obwohl in einigen Fällen, z. B. bei der Gewinnung von Ozon aus atomarem Sauerstoff, eine Freisetzung von heiß.

Wendet man dieselben Gedanken auf die (angenommene) Bildung von Atomkernen aus Protonen und Neutronen an, ist klar, dass bei dieser Bildung Energie freigesetzt wird, und wenn Natur der beteiligten Verbindungen wird die hier freigesetzte Energie erheblich größer sein, so dass der Massenverlust, der mit dieser Energievariation einhergeht, bereits ist wägbar. (Nach dem Einsteinschen Prinzip entspricht die Energieänderung ΔE der Massenänderung Δm, so dass ΔE = Δm * C

², wobei C die Lichtgeschwindigkeit ist).

So haben wir zum Beispiel für das Element Lithium Li-7, das aus 3 Protonen und 4 Neutronen gebildet wird, bei der Bildung eines Grammatoms von Lithiumkernen der Atommasse 7:

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

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

Das Ergebnis der Summe beträgt 7,05840 g.

Die Atommasse von Lithium-7 hat einen Wert von 7,01645 g

Aus dem Vergleich der Werte folgt, dass die Massenänderung Δm = 0,04195 g und sie gleich 9,02 * 10. sind¹¹ Kalorien, berechnet mit der Einstein-Gleichung ΔE = Δm * C².

Die hypothetische Reaktion der Kernbildung aus Protonen und Neutronen gibt millionenfach eine enorme Energiemenge ab den meisten exothermen gewöhnlichen chemischen Reaktionen überlegen.

Jedes Teilchen des Kerns aus Nukleon (Proton oder Neutron), da es Teil eines Kerns ist, hat es einen Massenverlust erfahren, der nicht konstant ist, sondern einen maximalen Wert hat für die Zwischenelemente des Periodensystems der Ordnungszahlen 20 bis 51, dann mit steigender Zahl langsam abnehmend atomar.

Die Atombombe

Uran 235 und Plutonium 239 teilen sich durch Neutronenbeschuss und emittieren enorme Energiemengen, wodurch neue Neutronen freigesetzt werden.

Voraussetzung für das stattfindende Multiplikationsverfahren ist, dass mehr als ein bei jeder Spaltung erzeugtes Neutron in der Lage ist, eine neue Spaltung oder Teilung zu erzeugen.

In dem Uranhaufen, entweichen die erzeugten Neutronen teilweise durch die Materialoberfläche und werden teilweise absorbiert von Uran 238 zum schweren Isotop Uran 239, das sukzessive in Neptunium und. zerfällt Plutonium.

Wenn es sich jedoch um reines Uran 235 oder Plutonium 239 handelt, führt die Möglichkeit des Verlusts von Neutronen durch die Oberfläche desselben zur Kenntnis der Kritische Größe notwendig, damit sich die Kettenreaktion darin entwickeln kann.

Das Kritische Größe Die Probe ist diejenige, in der sich die Kettenreaktion, bei der das Atom gespalten wird, fast sofort entwickelt.

Wenn die Probe aus spaltbarem Material (teilbar durch Neutronenbeschuss) einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der mittlere Weg, den ein schnelles Neutron zurücklegen muss, um die Spaltungsprozess, es versteht sich, dass die Neutronen, die bei gelegentlichen Spaltungen durch wandernde Neutronen erzeugt werden, durch die Oberfläche entweichen, ohne andere anzugreifen Ader.

Im Gegenteil, wenn die Probe größer als die kritische Größe ist, werden die gelegentlich erzeugten Neutronen auf ihrem Weg durch dadurch haben sie eine große Wahrscheinlichkeit, neue Kerne zu spalten, und setzen so den Prozess der Einteilung.

Wenn eine Probe größer als die kritische Größe ist, erleidet sie eine sofortige Explosion, während sie, wenn sie kleiner ist, eine langsame Spaltung erzeugt, die jedoch vermieden werden sollte. Dazu wird das spaltbare Material in dünnen Schichten in Cadmiumbehältern aufbewahrt, die im Wasser aufbewahrt werden; Gelegentlich einfallende Neutronen werden durch Wasser abgebremst und dann von Cadmium eingefangen, bevor sie das geschützte Material erreichen können.

Durch schnelles Mischen verschiedener Stücke spaltbaren Materials, jedes etwas kleiner als die kritische Größe, wird eine einzige Masse (Atombombe) gebildet, die sofort explodiert. Die Geschwindigkeit, mit der die spaltbaren Materialstücke gesammelt werden müssen, muss sehr hoch sein, um zu vermeiden, dass beim Start der Reaktion in Da die Kette sehr nahe ist, verteilt die freigesetzte Energie die Stücke des Materials, bevor sie vollständig in Kontakt kommen.

Es gibt zwei Stücke aus spaltbarem Material, die mit Neutronenfängern ausreichend geschützt sind und einige Zentimeter voneinander entfernt sind. Im richtigen Moment wird eines der Teile mit der Geschwindigkeit eines schnellen Projektils auf das andere geschossen.

Die Details des Aufbaus und des Mechanismus der experimentellen Atombombe, die am frühen Morgen des 16. Juli explodierte, 1945 in der Wüste von New Mexico wurden sie von Professor Oppenheimer, einem theoretischen Physiker an der University of Kalifornien.

Die beiden Bomben, die Wochen später gegen Japan abgeworfen wurden, waren konstituiert, der erste für Uran 235 und der zweite für Plutonium.

Obwohl die bei der Spaltung eines Urankerns freigesetzte Energie mit etwa 200 Millionen Elektronenvolt berechnet wird, also etwa 2x10¹⁰ Kilokalorien pro Kilogramm gespaltenem Uran bleiben nur noch 1-5% verwertbar, das entspricht a pro Kilogramm U-235 verfügbare explosive Energie, die der von etwa 300 Tonnen Trinitrotoluol (TNT, trilita)

Zu der explosiven Welle, die durch die Explosion der Atombombe entstanden ist, kommen die schrecklichen Brandwirkungen hinzu erzeugt durch die emittierte intensive Gammastrahlung, die bestimmt, wie eine Miniatursonne, wenn auch kurz Dauer.

Das Verwüstung durch vereinzelte Bomben über den japanischen Städten Hiroshima und Nagasaki sind ein Beweis für die enorme Atomenergie, die beim atomaren Zerfall freigesetzt wird.

Es ist jedoch zu hoffen, dass Atomenergie in Zukunft friedlichen Zwecken zugeführt werden kann, insbesondere in Fällen, in denen eine große Energiekonzentration in geringer Menge erwünscht ist des Materials.

Beispiele für Atomenergieanwendungen

Thermische Stromerzeugung

Mechanische Stromerzeugung

Stromerzeugung

Kriegszwecke mit der Atombombe

Kollision mit subatomaren Teilchen

Experimentieren mit neuen Technologien

Im Bergbau, für Sprengmaterial

Für die Erforschung neuer Materialien