Esimerkki atomienergiasta

Atomienergia on kyky tehdä työtä, saatu radioaktiivisten alkuaineiden atomien hajoamisesta. Se saadaan tämän hajoamisen stimuloinnin ansiosta.

Energia ydinprosesseissa

Kemiallisiin reaktioihin liittyy energian vaihtelu, yleensä lämmön muodossa, mikä irtoaa (eksotermiset reaktiot) tai imeytyy (endotermiset reaktiot). Kun aine muodostuu ainesosista, lämpöä luovutetaan (Positiivinen muodostumislämpö), vaikka joissakin tapauksissa, kuten otsonin saamiseksi atomihapesta, tapahtuisi kuuma.

Jos näitä samoja ideoita sovelletaan atomien ytimien (oletettuun) muodostumiseen protoneista ja neutroneista, on selvää, että energia vapautuu tässä muodostumassa, ja kun otetaan huomioon linkkien luonteen vuoksi tässä vapautuva energia on huomattavasti suurempi, niin että mainitun energian vaihtelun aiheuttama massan menetys on jo pohdittavaa. (Einsteinin periaatteen mukaan energian muutos ΔE vastaa massan muutosta Δm, niin että ΔE = Δm * C², jossa C on valon nopeus).

Siten esimerkiksi 3 protonin ja 4 neutronin muodostamalle elementille Litium Li-7 muodostettaessa grammaa atomia, joiden atomimassa on 7, on:

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

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

Summan tulos on 7,05840 g.

Litium-7: n atomimassan arvo on 7,01645 g

Arvoja verrattaessa seuraa, että massan muutos Δm = 0,04195 g, ja ne ovat yhtä suuret kuin 9,02 * 10¹¹ kalorit laskettuna Einsteinin yhtälöllä ΔE = Δm * C².

Hypoteettinen reaktio ytimien muodostumisesta protoneista ja neutronista tuottaa valtavan määrän energiaa, miljoonia kertoja parempi kuin eksotermisimmissä tavallisissa kemiallisissa reaktioissa.

Jokainen ydin hiukkanen o Nukleoni (protoni tai neutroni), koska se on osa mitä tahansa ydintä, se on kokenut massahäviön, joka ei ole vakio, mutta jolla on suurin arvo atomilukujen 20 - 51 jaksollisen järjestelmän välielementeille, sitten laskee hitaasti lisääntyvän määrän kanssa atomi.

Atomipommi

Uraani 235 ja Plutonium 239 jakautuvat neutronipommituksilla ja päästävät valtavia määriä energiaa vapauttaen uusia neutroneja.

Kertomistapahtuman ehtona on, että useampi kuin yksi kussakin pilkkomuksessa tuotettu neutroni kykenee tuottamaan uuden pilkkomisen tai jakautumisen.

vuonna Uraanipino, tuotetut neutronit pakenevat osittain materiaalin pinnan läpi ja imeytyvät osittain uraanilla 238 muodostamaan raskas isotooppi Uraan 239, joka hajoaa peräkkäin Neptuniumiksi ja Plutonium.

Mutta jos se on puhdasta uraania 235 tai plutoniumia 239, neutronien häviämisen mahdollisuus saman pinnan läpi johtaa tuntemaan Kriittinen koko ketjureaktion kehittyminen sen sisällä.

Kriittinen koko näytteestä on se, jossa ketjureaktio, joka jakaa atomin, kehittyy melkein välittömästi.

Jos pilkkoutuvan (neutronipommituksella jaettavan) näytteen halkaisija on pienempi kuin keskimääräinen polku, jonka nopean neutronin on kuljettava tuottaakseen pilkkomisprosessin aikana, ymmärretään, että kulkeutuvien neutronien satunnaisissa halkeamissa tuottamat neutronit pääsevät pinnan läpi hyökkäämättä muita ydin.

Päinvastoin, jos näyte on suurempi kuin kriittinen koko, satunnaisesti tuotetut neutronit ovat matkalla läpi sen kautta heillä on suuri todennäköisyys jakaa uudet ytimet jatkaen siten kiihdytetyllä nopeudella jako.

Jos näyte on suurempi kuin kriittinen koko, se kärsi hetkellisestä räjähdyksestä, kun taas jos se on pienempi, tapahtuu hidas pilkkominen, jota tulisi kuitenkin välttää. Tätä varten irrotettava materiaali pidetään ohuina kerroksina kadmiumastioiden sisällä, joita pidetään vedessä; satunnaiset neutronit hidastuvat vedellä ja sitten kadmium sieppaavat ne ennen kuin ne pääsevät suojattuun materiaaliin.

Jos sekoitetaan nopeasti useita pilkkoutuvia materiaaleja, joista kukin on hieman pienempi kuin kriittinen koko, muodostuu yksi massa (atomipommi), joka räjähtää välittömästi. Nopeuden, jolla katkaistavan materiaalin palojen on kohdattava, on oltava erittäin suuri, jotta reaktio ei käynnistyisi Ketju on hyvin lähellä ja vapautunut energia hajottaa mainitun materiaalin palat ennen niiden täydellistä kosketusta.

On kaksi paloiteltavaa materiaalia, jotka on suojattu riittävästi neutronien poistajilla ja muutaman senttimetrin päässä toisistaan. Oikealla hetkellä yksi kappaleista ammutaan toiseen nopean ammuksen nopeudella.

Yksityiskohdat 16. heinäkuuta aikaisin aamulla räjähtäneen kokeellisen atomipommin rakenteesta ja mekanismista Vuonna 1945 New Mexicon autiomaassa heitä johti professori Oppenheimer, teoreettinen fyysikko Kaliforniassa.

Kaksi viikkoa myöhemmin Japania vastaan ​​pudotetut pommit muodostettiin, ensimmäinen Uranium 235: lle ja toinen Plutoniumille.

Vaikka uraanin ytimen pilkkomisen aikana vapautuva energia lasketaan noin 200 miljoonalla elektronivoltilla, ts. Noin 2x10¹⁰ Kilokaloria / kilogramma lohkaistua uraania, vain 1-5% on edelleen käyttökelpoinen, mikä vastaa a käytettävissä oleva räjähtävä energia kilogrammaa U-235: tä kohti, mikä vastaa noin 300 tonnin trinitrotolueenia (TNT, trilita)

Atomipommin räjähdyksessä syntyneeseen räjähtävään aaltoon lisätään kauheat sytyttävät vaikutukset tuottama voimakas gammasäteily, joka määrää kuinka pienikokoinen aurinko, vaikkakin lyhyesti kesto.

yksittäisten pommien aiheuttama tuho Japanin Hiroshiman ja Nagasakin kaupungit ovat osoitus valtavasta atomienergiasta, joka vapautuu atomien hajoamisessa.

Toivotaan kuitenkin, että atomienergiaa voidaan tulevaisuudessa käyttää rauhanomaiseen käyttöön varsinkin tapauksissa, joissa suuri energiakonsentraatio pienessä määrässä on toivottavaa materiaalia.

Esimerkkejä atomienergian sovelluksista

Lämmöntuotanto

Mekaaninen sähköntuotanto

Sähköntuotanto

Sodan tarkoituksiin Atomic Bomb

Subatominen hiukkasten törmäys

Uusien tekniikoiden kokeilu

Mining, räjäytysmateriaalille

Uusien materiaalien tutkimiseen