Παράδειγμα Ατομικής Ενέργειας

Η ατομική ενέργεια είναι η ικανότητα να δουλεύει, λαμβάνονται από την αποσύνθεση των ατόμων των Ραδιενεργών Στοιχείων. Επιτυγχάνεται χάρη στη διέγερση αυτής της αποσύνθεσης.

Ενέργεια σε πυρηνικές διεργασίες

Οι χημικές αντιδράσεις συνοδεύονται από μια παραλλαγή της Ενέργειας, γενικά με τη μορφή θερμότητας, η οποία βγαίνει (εξωθερμικές αντιδράσεις) ή απορροφάται (ενδοθερμικές αντιδράσεις). Όταν μια ουσία σχηματίζεται από τα συστατικά στοιχεία, εκπέμπεται θερμότητα (Θετική θερμότητα σχηματισμού), Αν και σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως η λήψη όζοντος από ατομικό οξυγόνο, θα υπήρχε απελευθέρωση ζεστό.

Εάν αυτές οι ίδιες ιδέες εφαρμόζονται στον (υποτιθέμενο) σχηματισμό ατομικών πυρήνων από πρωτόνια και νετρόνια, είναι σαφές ότι η ενέργεια θα απελευθερωθεί σε αυτόν τον σχηματισμό και δεδομένης της φύση των συνδέσμων που εμπλέκονται, η ενέργεια που απελευθερώνεται εδώ θα είναι πολύ μεγαλύτερη, τόσο ώστε η απώλεια μάζας που θα συνοδεύει την εν λόγω ενεργειακή διακύμανση είναι ήδη ζυγιστός. (Σύμφωνα με την αρχή του Αϊνστάιν, η αλλαγή στην Ενέργεια ΔE ισοδυναμεί με την αλλαγή μάζας Δm, έτσι ώστε ΔE = Δm * C

², όπου C είναι η ταχύτητα του φωτός).

Έτσι, για παράδειγμα, για το στοιχείο Lithium Li-7, που σχηματίζεται από 3 πρωτόνια και 4 νετρόνια, στο σχηματισμό ενός gram-atom πυρήνων λιθίου ατομικής μάζας 7, θα έχουμε:

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

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

Το αποτέλεσμα του αθροίσματος είναι 7.05840 g.

Η ατομική μάζα του λιθίου-7 έχει τιμή 7.01645 g

Ακολουθεί, συγκρίνοντας τις τιμές, ότι η μεταβολή της μάζας Δm = 0,04195 g, και είναι ίσες με 9,02 * 10¹¹ θερμίδες, υπολογισμένες με την εξίσωση Einstein ΔE = Δm * C².

Η υποθετική αντίδραση σχηματισμού πυρήνων από πρωτόνια και νετρόνια εκπέμπει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας, εκατομμύρια φορές ανώτερο από αυτό των πιο εξωθερμικών συνηθισμένων χημικών αντιδράσεων.

Κάθε σωματίδιο του πυρήνα o Nucleon (πρωτόνιο ή νετρόνιο), επειδή είναι μέρος οποιουδήποτε πυρήνα, έχει υποστεί απώλεια μάζας, η οποία δεν είναι σταθερή, αλλά έχει τη μέγιστη τιμή για τα ενδιάμεσα στοιχεία του περιοδικού συστήματος ατομικών αριθμών 20 έως 51, και αργότερα μειώνεται με αυξανόμενο αριθμό ατομικός.

Η ατομική βόμβα

Το ουράνιο 235 και το Πλουτώνιο 239 διαιρούνται με βομβαρδισμό νετρονίων και εκπέμπουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας, απελευθερώνοντας νέα νετρόνια.

Η προϋπόθεση για να πραγματοποιηθεί η διαδικασία πολλαπλασιασμού είναι ότι περισσότερα από ένα νετρόνια που παράγονται σε κάθε διάσπαση είναι ικανά να παράγουν μια νέα διάσπαση ή διαίρεση.

Στο Σωρός ουρανίου, τα παραγόμενα νετρόνια διαφεύγουν εν μέρει από την επιφάνεια του υλικού και απορροφώνται εν μέρει από το Uranium 238 για να σχηματίσει το βαρύ ισότοπο Uranium 239, το οποίο διασπάται διαδοχικά σε Neptunium και Πλουτώνιο.

Αλλά εάν είναι καθαρό Ουράνιο 235 ή Πλουτώνιο 239, η πιθανότητα απώλειας νετρονίων μέσω της επιφάνειας των ίδιων οδηγεί στη γνώση του Κρίσιμο μέγεθος απαραίτητο για την αλυσιδωτή αντίδραση να αναπτυχθεί μέσα σε αυτήν.

ο Κρίσιμο μέγεθος του δείγματος είναι εκείνο στο οποίο η αλυσιδωτή αντίδραση, χωρίζοντας το άτομο, αναπτύσσεται σχεδόν αμέσως.

Εάν το δείγμα του διασπάσιμου υλικού (διαιρούμενο με βομβαρδισμό νετρονίων) έχει διάμετρο μικρότερη από τη μέση διαδρομή που πρέπει να διασχίσει ένα γρήγορο νετρόνιο για να παράγει Διαδικασία διάσπασης, γίνεται κατανοητό ότι τα νετρόνια που παράγονται κατά καιρούς σε διασπάσεις από τα ταξίδια νετρόνια θα διαφύγουν μέσω της επιφάνειας χωρίς να επιτεθούν σε κανένα άλλο πυρήνας.

Αντίθετα, εάν το δείγμα είναι μεγαλύτερο από το κρίσιμο μέγεθος, τα περιστασιακά παράγονται νετρόνια, στο δρόμο τους μέσω αυτού, θα έχουν μεγάλη πιθανότητα διάσπασης νέων πυρήνων, συνεχίζοντας έτσι, με επιταχυνόμενο ρυθμό, τη διαδικασία διαίρεση.

Εάν ένα δείγμα είναι μεγαλύτερο από το κρίσιμο μέγεθος, θα υποστεί στιγμιαία έκρηξη, ενώ εάν είναι μικρότερο θα προκαλέσει αργή διάσπαση, η οποία, ωστόσο, θα πρέπει να αποφεύγεται. Για αυτό, το διασπώμενο υλικό διατηρείται σε λεπτά στρώματα μέσα σε δοχεία καδμίου που διατηρούνται μέσα στο νερό. περιστασιακά προσπίπτοντα νετρόνια θα επιβραδυνθούν από το νερό και στη συνέχεια θα συλληφθούν από κάδμιο προτού φτάσουν στο προστατευμένο υλικό.

Εάν αναμιχθούν γρήγορα πολλά κομμάτια διασπώμενου υλικού, το καθένα κάπως μικρότερο από το κρίσιμο μέγεθος, σχηματίζεται μία μόνο μάζα (ατομική βόμβα), η οποία εκρήγνυται αμέσως. Η ταχύτητα με την οποία πρέπει να συναντηθούν τα κομμάτια του διασπώμενου υλικού πρέπει να είναι πολύ υψηλή για να αποφευχθεί αυτό όταν αρχίσει η αντίδραση Η αλυσίδα, που είναι πολύ κοντά, η ενέργεια που απελευθερώνεται διασπά τα κομμάτια του εν λόγω υλικού πριν έρθει σε πλήρη επαφή.

Υπάρχουν δύο κομμάτια αποσπώμενου υλικού που προστατεύονται επαρκώς με σαρωτές νετρονίων και απέχουν λίγα εκατοστά. Την κατάλληλη στιγμή ένα από τα κομμάτια πυροδοτείται στο άλλο με την ταχύτητα ενός γρήγορου βλήματος.

Οι λεπτομέρειες της κατασκευής και του μηχανισμού της πειραματικής ατομικής βόμβας που εξερράγη νωρίς το πρωί της 16ης Ιουλίου, 1945 στην έρημο του Νέου Μεξικού, με επικεφαλής τον καθηγητή Oppenheimer, έναν θεωρητικό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Καλιφόρνια.

Οι δύο βόμβες έπεσαν εβδομάδες αργότερα εναντίον της Ιαπωνίας, το πρώτο για το Ουράνιο 235 και το δεύτερο για το Πλουτώνιο.

Παρόλο που η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση ενός πυρήνα ουρανίου υπολογίζεται σε περίπου 200 εκατομμύρια ηλεκτρόνια-βολτ, δηλαδή περίπου 2x10¹⁰ Kilocalories ανά χιλιόγραμμο διασπασμένου ουρανίου, μόνο 1-5% παραμένει χρησιμοποιήσιμο, το οποίο αντιστοιχεί σε a διαθέσιμη εκρηκτική ενέργεια ανά χιλιόγραμμο U-235 που ισοδυναμεί με περίπου 300 τόνους τρινιτροτολουολίου (TNT, τριλίτα)

Στο εκρηκτικό κύμα που προήλθε από την έκρηξη της ατομικής βόμβας προστίθενται τα τρομερά εμπρηστικά αποτελέσματα παράγεται από την έντονη ακτινοβολία γάμμα που εκπέμπεται, η οποία καθορίζει πώς ένας μικροσκοπικός Ήλιος, αν και για λίγο διάρκεια.

ο καταστροφή που προκλήθηκε από απομονωμένες βόμβες πάνω από τις ιαπωνικές πόλεις της Χιροσίμα και του Ναγκασάκι είναι απόδειξη της τεράστιας ατομικής ενέργειας που απελευθερώνεται στην ατομική αποσύνθεση.

Ελπίζουμε, ωστόσο, ότι η Ατομική Ενέργεια μπορεί να εφαρμοστεί σε ειρηνικές χρήσεις στο μέλλον, ειδικά σε περιπτώσεις όπου είναι επιθυμητή μια μεγάλη συγκέντρωση ενέργειας σε μικρή ποσότητα υλικού.

Παραδείγματα εφαρμογών ατομικής ενέργειας

Παραγωγή θερμικής ισχύος

Μηχανική παραγωγή ισχύος

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

Πολεμικοί σκοποί με την Ατομική Βόμβα

Υποατομική σύγκρουση σωματιδίων

Πειραματισμός για νέες τεχνολογίες

Στην Εξόρυξη, για υλικό ανατίναξης

Για έρευνα νέων υλικών