Primjer atomske energije

Atomska energija je sposobnost obavljanja posla, dobiveni raspadom atoma radioaktivnih elemenata. Dobiva se zahvaljujući stimulaciji ovog raspada.

Energija u nuklearnim procesima

Kemijske reakcije popraćene su varijacijama energije, uglavnom u obliku topline, koja odlazi (egzotermne reakcije) ili se apsorbira (endotermne reakcije). Kada tvar nastane od sastavnih elemenata, toplina se odaje (pozitivna toplina nastajanja), iako bi u nekim slučajevima, poput dobivanja ozona iz atomskog kisika, došlo do oslobađanja vruće.

Ako se te iste ideje primijene na (pretpostavljenu) formaciju atomskih jezgri iz protona i neutrona, jasno je da će se u toj formaciji osloboditi energija, a s obzirom na prirodi povezanih spojeva, ovdje oslobođena energija bit će znatno veća, toliko da je gubitak mase koji će pratiti spomenutu energetsku promjenu već mjerljiv. (Prema Einsteinovom principu, promjena energije ΔE ekvivalentna je promjeni mase Δm, tako da je ΔE = Δm * C², gdje je C brzina svjetlosti).

Tako ćemo, na primjer, za element Litij Li-7, formiran od 3 protona i 4 neutrona, u tvorbi gram-atoma litijevih jezgri atomske mase 7, imati:

3 protona = 3 * 1.00756 g = 3.02268 g

4 neutrona = 4 * 1.00893 g = 4.03572 g

Rezultat zbroja je 7,05840 g.

Atomska masa litija-7 ima vrijednost 7,01645 g

Slijedi, uspoređujući vrijednosti, da je promjena mase Δm = 0,04195 g, a jednake su 9,02 * 10¹¹ kalorija, izračunato Einsteinovom jednadžbom ΔE = Δm * C².

Hipotetska reakcija stvaranja jezgre iz protona i neutrona daje enormnu količinu energije, milijune puta superiorniji od egzotermnijih uobičajenih kemijskih reakcija.

Svaka čestica jezgre o Nukleon (proton ili neutron), jer je dio bilo koje jezgre, doživio je gubitak mase, koji nije stalan, ali ima maksimalnu vrijednost za srednje elemente periodičnog sustava atomskih brojeva 20 do 51, a zatim se polako smanjuje s povećanjem broja atomska.

Atomska bomba

Uran 235 i Plutonij 239 dijele se neutronskim bombardiranjem i emitiraju ogromne količine energije, oslobađajući nove neutrone.

Uvjet za postupak množenja je da više od jednog neutrona proizvedenog u svakom cijepanju može stvoriti novo cijepanje ili dijeljenje.

U Stog urana, proizvedeni neutroni dijelom izlaze kroz površinu materijala, a dijelom se apsorbiraju Uranom 238 formirajući teški izotop Uran 239, koji se sukcesivno raspada u Neptunij i Plutonij.

Ali ako se radi o čistom uranu 235 ili plutonu 239, mogućnost gubitka neutrona kroz površinu istog dovodi do spoznaje Kritična veličina neophodan da bi se unutar njega razvila lančana reakcija.

The Kritična veličina uzorka je onaj u kojem se lančana reakcija, cijepajući atom, razvija gotovo odmah.

Ako uzorak cijepljivog materijala (djeljiv neutronskim bombardiranjem) ima promjer manji od srednjeg puta koji brzi neutron mora prijeći da bi stvorio U procesu cijepanja, podrazumijeva se da će neutroni nastali povremenim cijepanjem putujućih neutrona pobjeći površinom bez napada na bilo koji drugi jezgra.

Suprotno tome, ako je uzorak veći od kritične veličine, povremeno nastali neutroni na putu prema kroz nju će imati veliku vjerojatnost cijepanja novih jezgri, nastavljajući ubrzanom brzinom proces podjela.

Ako je uzorak veći od kritične veličine, pretpostavit će mu se trenutna eksplozija, dok ako je manji, dogodit će se polagano cijepanje, koje treba izbjegavati. Zbog toga se materijal koji se cijepi čuva u tankim slojevima unutar spremnika s kadmijem koji se čuvaju u vodi; povremene incidentne neutrone usporit će voda, a zatim ih zarobiti kadmij prije nego što dođu do zaštićenog materijala.

Ako se brzo pomiješa nekoliko komada cijepljivog materijala, svaki od njih nešto manji od kritične veličine, nastaje jedna masa (atomska bomba) koja odmah eksplodira. Brzina kojom se moraju sakupljati komadići cijepljivog materijala mora biti vrlo velika kako bi se to izbjeglo kad reakcija započne Lanac, budući da je vrlo blizu, oslobođena energija raspršuje komade spomenutog materijala prije nego što u potpunosti dođe u kontakt.

Postoje dva komada cijepljivog materijala koji su na odgovarajući način zaštićeni tvarima za uklanjanje neutrona i udaljeni su nekoliko centimetara. U pravom trenutku jedan se komad ispaljuje u drugi brzinom brzog projektila.

Detalji konstrukcije i mehanizma eksperimentalne atomske bombe koja je eksplodirala u zoru 16. srpnja, 1945. u pustinji New Mexico vodio ih je profesor Oppenheimer, teoretski fizičar sa Sveučilišta u Kalifornija.

Konstituirane su dvije bombe bačene nekoliko tjedana kasnije na Japan, prva za Uran 235, a druga za Plutonij.

Iako se energija oslobođena u cijepanju jezgre urana izračunava na oko 200 milijuna elektron-volti, odnosno oko 2x10¹⁰ Kilokalorija po kilogramu cijepljenog urana, samo 1-5% ostaje upotrebljivo, što odgovara a dostupna eksplozivna energija po kilogramu U-235 ekvivalentna onoj od oko 300 tona trinitrotoluena (TNT, trilita)

Eksplozivnom valu koji je nastao eksplozijom atomske bombe dodaju se strašni zapaljivi učinci proizvedeno intenzivnim emitiranim gama zračenjem, koje određuje kako će minijaturno Sunce, iako nakratko trajanje.

The razaranja izazvana izoliranim bombama nad japanskim gradovima Hirošima i Nagasaki dokaz su ogromne atomske energije koja se oslobađa u atomskom raspadu.

Nadamo se, međutim, da će se atomska energija u budućnosti moći primijeniti na miroljubive svrhe, posebno u slučajevima kada je poželjna velika koncentracija energije u maloj količini materijala.

Primjeri primjene atomske energije

Proizvodnja toplinske energije

Mehanička proizvodnja električne energije

Proizvodnja električne energije

Ratne svrhe s atomskom bombom

Subatomski sudar čestica

Eksperimentiranje za nove tehnologije

U rudarstvu, za miniranje materijala

Za istraživanje novih materijala