Aatomienergia näide

Aatomienergia on võime tööd teha, saadud radioaktiivsete elementide aatomite lagunemisel. See saadakse tänu selle lagunemise stimuleerimisele.

Energia tuumaprotsessides

Keemiliste reaktsioonidega kaasneb energia variatsioon, tavaliselt soojuse kujul, mis eraldub (eksotermilised reaktsioonid) või imenduvad (endotermilised reaktsioonid). Kui aine moodustub koostisosadest, eraldatakse soojus (positiivne moodustumissoojus), Ehkki mõnel juhul, näiteks osooni saamiseks aatomhapnikust, toimuks kuum.

Kui neid samu ideid rakendatakse prootonitest ja neutronitest aatomituumade (eeldatava) moodustamise jaoks, on selge, et selles moodustises vabaneb energia ja arvestades Seonduvate ühenduste olemuse tõttu on siin eralduv energia märkimisväärselt suurem, nii et nimetatud energia varieerumisega kaasnev massikaotus on juba mõtisklev. (Einsteini põhimõtte kohaselt on energia muutus ΔE samaväärne massi muutusega Δm, nii et ΔE = Δm * C², kus C on valguse kiirus).

Näiteks 3 prootonist ja 4 neutronist moodustatud elemendi liitium Li-7 jaoks on aatommassiga liitiumituumade grammiaatomi moodustamisel 7:

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

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

Summa tulemus on 7,05840 g.

Liitium-7 aatomimassi väärtus on 7,01645 g

Väärtuste võrdlemisel järeldub, et massi muutus Δm = 0,04195 g ja need on võrdsed 9,02 * 10¹¹ kaloreid, arvutatuna Einsteini võrrandiga ΔE = Δm * C².

Hüpoteetiline tuumade moodustumine prootonitest ja neutronitest annab tohutult palju miljoneid kordi energiat parem kui eksotermilisematel tavalistel keemilistel reaktsioonidel.

Iga tuuma o osake Nukleon (prooton või neutron), mis on osa mis tahes tuumast, on see kogenud massikaotust, mis ei ole konstantne, kuid millel on maksimaalne väärtus aatomnumbrite 20 kuni 51 perioodilise süsteemi vaheelementide jaoks, seejärel väheneb nende arv aeglaselt aatomi.

Aatomipomm

Uraan 235 ja Plutoonium 239 jagunevad neutronite pommitamisega ja eraldavad tohutul hulgal energiat, vabastades uued neutronid.

Korrutamisprotsessi toimumise tingimus on see, et igas lõhustuses toodetud rohkem kui üks neutron suudab tekitada uue lõhustumise või jagunemise.

Aastal Uraanihunniktoodetud neutronid pääsevad osaliselt läbi materjali pinna ja neelduvad osaliselt Uraan 238, moodustades raske isotoobi Uraan 239, mis laguneb järjestikku Neptuuniumiks ja Plutoonium.

Kuid kui see on puhas Uraan 235 või Plutoonium 239, siis võimaldab neutronite kadumise võimalus sama pinna kaudu teada Kriitiline suurus vajalik, et ahelreaktsioon selles areneks.

The Kriitiline suurus proovist on see, kus aatomit lõhustav ahelreaktsioon areneb peaaegu kohe.

Kui lõhustatava materjali (neutronite pommitamisega jagatav) proovi läbimõõt on väiksem kui keskmine rada, mida kiire neutron peab läbima lõhustamisprotsessi käigus on arusaadav, et liikuvate neutronite abil aeg-ajalt jagunevates oludes tekkivad neutronid pääsevad läbi pinna teisi rünnata. tuum.

Vastupidi, kui proov on suurem kui kriitiline suurus, tekivad aeg-ajalt teel olevad neutronid selle kaudu on neil suur tõenäosus uute tuumade lõhestamiseks, jätkates seeläbi kiirendatud kiirusega jaotus.

Kui proov on suurem kui kriitiline suurus, kannatab see kohese plahvatuse all, samas kui see on väiksem, põhjustab see aeglast lõhustumist, mida tuleks siiski vältida. Selleks hoitakse lõhustatavat materjali õhukeste kihtidena kaadmiumanumate sees, mida hoitakse Vees; aeg-ajalt langevad neutronid aeglustub vee poolt ja seejärel kaadmiumi poolt kinni, enne kui nad jõuavad kaitstud materjalini.

Kui segatakse kiiresti mitu tükki lõhustatavat materjali, millest igaüks on kriitilisest suurusest mõnevõrra väiksem, moodustub üks mass (aatomipomm), mis kohe plahvatab. Kiirus, millega lõhustatava materjali tükid peavad kokku puutuma, peab olema väga suur, et seda reaktsiooni alustamisel vältida Ahel, olles väga lähedal, hajutab vabanev energia nimetatud materjali tükid enne täielikku kokkupuudet.

Seal on kaks tükeldatavat materjali, mis on neutronite eemaldajatega piisavalt kaitstud ja üksteisest paar sentimeetrit. Sobival hetkel tulistatakse üks mürsk teise otsa kiire mürsu kiirusega.

16. juuli varahommikul plahvatanud eksperimentaalse aatomipommi ehituse ja mehhanismi üksikasjad 1945 juhtis neid New Mexico kõrbes New Yorgi ülikooli teoreetiline füüsik professor Oppenheimer Californias.

Kaks nädalat hiljem Jaapani vastu visatud pomm moodustati, esimene Uraan 235 ja teine ​​Plutoonium.

Ehkki Uraani tuuma lõhustamisel vabanev energia arvutatakse umbes 200 miljoni elektronvoldi juures, see tähendab umbes 2x10¹⁰ Kilokalorid lõhustatud uraani kilogrammi kohta jäävad kasutatavaks ainult 1–5%, mis vastab a ühe kilogrammi U-235 kohta saadaval olev plahvatusenergia, mis on võrdne umbes 300 tonni trinitrotolueeni (TNT, trilita)

Aatomipommi plahvatuses tekkinud plahvatuslainele lisanduvad kohutavad süütavad mõjud mida tekitab intensiivne gammakiirgus, mis määrab, kuidas kääbus Päike, kuigi lühidalt kestus.

The üksikute pommide põhjustatud laastamine Jaapani linnade Hiroshima ja Nagasaki kohal on tõestus tohutu aatomienergia kohta, mis vabaneb aatomi lagunemisel.

Loodetakse siiski, et aatomienergiat saab tulevikus rakendada rahumeelseks kasutamiseks, eriti juhtudel, kui soovitav on suur energia kontsentratsioon väikeses koguses materjalist.

Aatomienergia rakenduste näited

Soojusenergia tootmine

Mehaaniline elektritootmine

Elektrienergia tootmine

Sõja eesmärgil koos aatomipommiga

Subatoomiline osakeste kokkupõrge

Uute tehnoloogiate katsetamine

Miningis, lõhkeaine jaoks

Uute materjalide uurimiseks