ატომური ენერგიის მაგალითი

ატომური ენერგია არის სამუშაოს შესრულების უნარი, მიიღება რადიოაქტიური ელემენტების ატომების დაშლა. იგი მიიღება ამ დაშლის სტიმულირების წყალობით.

ენერგია ბირთვულ პროცესებში

ქიმიურ რეაქციებს თან ახლავს ენერგიის ცვალებადობა, ზოგადად სითბოს სახით, რომელიც გამოდის (ეგზოთერმული რეაქციები) ან შეიწოვება (ენდოთერმული რეაქციები). როდესაც ნივთიერება წარმოიქმნება შემადგენელი ელემენტებისგან, გამოიყოფა სითბო (ფორმირების პოზიტიური სითბო), მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთ შემთხვევაში, მაგალითად, ატომური ჟანგბადისგან ოზონის მოპოვებისას, გამოიყოფა გამოყოფა ცხელი.

თუ იგივე იდეები გამოიყენება პროტონებიდან და ნეიტრონებიდან ატომური ბირთვების (სავარაუდო) ფორმირებაზე, ცხადია, ამ ფორმირებაში გამოიყოფა ენერგია და ჩართული კავშირების ბუნება, აქ გამოყოფილი ენერგია მნიშვნელოვნად მეტი იქნება, იმდენად, რომ მასის დაკარგვა, რომელიც თან ახლავს აღნიშნულ ენერგეტიკულ ვარიაციას, უკვე საფიქრებელი. (აინშტაინის პრინციპის თანახმად, ΔE ენერგიის ცვლილება ექვივალენტურია Δm მასის ცვლილებას, ასე რომ ΔE = Δm * C², სადაც C არის სინათლის სიჩქარე).

ამრიგად, მაგალითად, 3 პროტონისა და 4 ნეიტრონის მიერ წარმოქმნილი ელემენტისთვის Lithium Li-7, ატომური მასის 7 ლითიუმის ბირთვების გრამ-ატომის წარმოქმნისას, გვექნება:

3 პროტონი = 3 * 1.00756 გ = 3.02268 გ

4 ნეიტრონი = 4 * 1.00893 გ = 4.03572 გ

ჯამის შედეგია 7.05840 გ.

ლითიუმ -7-ის ატომური მასის ღირებულებაა 7.01645 გ

მნიშვნელობების შედარების შედეგად დადგინდა, რომ მასის ცვლილება Δm = 0,04195 გ, და ისინი ტოლია 9,02 * 10¹¹ კალორიებს, გამოითვლება აინშტაინის განტოლებით ΔE = Δm * C².

პროტონებისა და ნეიტრონებისგან ბირთვების წარმოქმნის ჰიპოთეტური რეაქცია უზარმაზარ ენერგიას გამოყოფს, მილიონჯერ უფრო მაღალია, ვიდრე უფრო ეგზოთერმული ჩვეულებრივი ქიმიური რეაქციები.

ბირთვი o თითოეული ნაწილაკი ნუკლეონი (პროტონი ან ნეიტრონი), ნებისმიერი ბირთვის ნაწილად ყოფნისთვის, მას აქვს მასის დაკარგვა, რომელიც არ არის მუდმივი, მაგრამ აქვს მაქსიმალური მნიშვნელობა 20 – დან 51 – მდე ატომური პერიოდული სისტემის შუალედური ელემენტებისათვის, შემდეგ კი ნელ – ნელა იკლებს რიცხვის მატებასთან ერთად ატომური.

ატომური ბომბი

ურანი 235 და პლუტონიუმი 239 იყოფა ნეიტრონების დაბომბვით და გამოყოფენ უზარმაზარ ენერგიას, გამოყოფენ ახალ ნეიტრონებს.

გამრავლების პროცესის პირობაა, რომ თითოეულ განხეთქილებაში წარმოებულ ერთზე მეტ ნეიტრონს შეუძლია ახალი განხეთქილების ან დაყოფის წარმოება.

იმ ურანის წყობა, წარმოებული ნეიტრონები ნაწილობრივ გარბის მასალის ზედაპირზე და ნაწილობრივ შეიწოვება 238 ურანის მიერ მძიმე იზოტოპის ურანის 239 წარმოქმნის მიზნით, რომელიც თანდათანობით იშლება ნეპტუნიუმში და პლუტონიუმი.

მაგრამ თუ ეს არის სუფთა ურანი 235 ან პლუტონიუმი 239, ნეიტრონების დაკარგვის შესაძლებლობა იმავე ზედაპირზე იწვევს კრიტიკული ზომა აუცილებელია, რომ ჯაჭვური რეაქცია განვითარდეს მასში.

კრიტიკული ზომა ნიმუში არის ის, რომელშიც ჯაჭვური რეაქცია, ატომის გაყოფით, თითქმის დაუყოვნებლივ ვითარდება.

თუ გასაყოფად მასალის ნიმუშს (იყოფა ნეიტრონის დაბომბვით) აქვს საშუალო დიამეტრით ნაკლები დიამეტრი, რომელიც სწრაფი ნეიტრონმა უნდა გაიაროს, განხეთქილების პროცესში გასაგებია, რომ ზოგჯერ ნეიტრონების მიერ წარმოქმნილი ნეიტრონები, რომლებიც მოგზაურობენ ნეიტრონების მიერ, იშლება ზედაპირზე, სხვა თავდასხმის გარეშე ძირითადი

ამის საწინააღმდეგოდ, თუ ნიმუში კრიტიკულ ზომაზე მეტია, ზოგჯერ წარმოიქმნება ნეიტრონები, რომლებიც მიდიან მისი საშუალებით მათ ახალი ბირთვების გაყოფის დიდი ალბათობა ექნებათ და ამით დაჩქარებული ტემპით განაგრძობენ პროცესს დაყოფა.

თუ ნიმუში კრიტიკულ ზომაზე მეტია, ის მომენტალურად იფეთქებს, ხოლო თუ ის უფრო მცირე ზომისაა, ნელი გახლეჩის წარმოქმნა, რომელიც თავიდან უნდა იქნას აცილებული. ამისათვის გასაყოფი მასალა ინახება კადმიუმის ჭურჭელში, რომელიც ინახება წყლის შიგნით; ზოგჯერ ინციდენტის ნეიტრონები შეანელებს წყალმა და შემდეგ აიღებს კადმიუმი, სანამ ისინი მიაღწევენ დაცულ მასალას.

თუ გასაყოფად მასალის რამდენიმე ცალი სწრაფად შეერია, თითოეული კრიტიკულ ზომაზე ოდნავ მცირეა, წარმოიქმნება ერთი მასა (ატომური ბომბი), რომელიც მაშინვე ფეთქდება. სიჩქარე, რომლითაც უნდა განიხილოს გასაყოფი მასალის ნაჭრები, უნდა იყოს ძალიან მაღალი, რომ თავიდან იქნას აცილებული ეს რეაქცია ჯაჭვი, რომელიც ძალიან ახლოს არის, გამოყოფილი ენერგია ხსნის ხსენებული მასალის ნაწილებს, სანამ კონტაქტში მოვა.

არსებობს გაყოფილი მასალის ორი ცალი, რომლებიც ადეკვატურად არის დაცული ნეიტრონების გამწმენდით და რამდენიმე სანტიმეტრის დაშორებით. შესაფერის მომენტში ერთი ნაჭერი მეორეზე სწრაფი ჭურვის სიჩქარით ისვრის.

ექსპერიმენტული ატომური ბომბის კონსტრუქციისა და მექანიზმის დეტალები, რომელიც აფეთქდა 16 ივლისის გამთენიისას, 1945 წელს ახალი მექსიკოს უდაბნოში მათ ხელმძღვანელობდა პროფესორი ოპენჰაიმერი, უნივერსიტეტის თეორიული ფიზიკოსი კალიფორნია.

იაპონიის წინააღმდეგ კვირების შემდეგ ჩამოვარდნილი ორი ბომბი შეიქმნა, პირველი ურანის 235 და მეორე პლუტონიუმისთვის.

მიუხედავად იმისა, რომ ურანის ბირთვის გახლეჩაში გამოყოფილი ენერგია გამოითვლება დაახლოებით 200 მილიონი ელექტრო-ვოლტამდე, ანუ დაახლოებით 2x10¹⁰ კილოკალორია გაყოფილი გაყოფილი ურანის თითო კილოგრამზე, მხოლოდ 1-5% რჩება გამოსადეგი, რაც შეესაბამება ასაფეთქებელი ენერგია, ხელმისაწვდომია თითო კილოგრამი U-235, რაც ექვივალენტურია დაახლოებით 300 ტონა ტრინიტროტოლუოლისა (TNT, ტრილიტა)

ატომური ბომბის აფეთქების შედეგად წარმოქმნილ ასაფეთქებელ ტალღას ემატება საშინელი ცეცხლგამჩენი შედეგები წარმოიქმნება ინტენსიური გამა გამოსხივება, რომელიც განსაზღვრავს მინიატურულ მზეს, თუმცა მოკლედ ხანგრძლივობა

განადგურება, რომელიც გამოწვეულია იზოლირებული ბომბებით იაპონიის ქალაქები ჰიროსიმასა და ნაგასაკიზე მეტყველებს უზარმაზარი ატომური ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ატომური დაშლის დროს.

იმედია, რომ მომავალში ატომური ენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას მშვიდობიანი მიზნებისთვის, განსაკუთრებით იმ შემთხვევებში, როდესაც ენერგიის დიდი კონცენტრაცია მცირე რაოდენობით არის სასურველი მასალის.

ატომური ენერგიის გამოყენების მაგალითები

თბოენერგიის წარმოება

მექანიკური ენერგიის წარმოება

ელექტროენერგიის წარმოება

ატომური ბომბი

სუბატომიური ნაწილაკების შეჯახება

ექსპერიმენტი ახალი ტექნოლოგიებისთვის

სამთო სამუშაოებში, ასაფეთქებელი მასალისთვის

ახალი მასალების გამოსაკვლევად