Atominės energijos pavyzdys

Atominė energija yra gebėjimas dirbti, gautas skilus radioaktyviųjų elementų atomams. Jis gaunamas stimuliuojant šį skilimą.

Energija branduoliniuose procesuose

Chemines reakcijas lydi energijos kitimas, dažniausiai šilumos pavidalu, kuris išsiskiria (egzoterminės reakcijos) arba absorbuojamas (endoterminės reakcijos). Kai medžiaga susidaro iš sudedamųjų elementų, išsiskiria šiluma (teigiama formavimosi šiluma), Nors kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, gaunant ozoną iš atominio deguonies, atsirastų jo išsiskyrimas karšta.

Jei tos pačios idėjos bus taikomos (manomam) atomų branduolių susidarymui iš protonų ir neutronų, aišku, kad šiame darinyje išsiskirs energija. susijusių grandžių pobūdžio, čia išsiskirianti energija bus žymiai didesnė, todėl masės praradimas, lydintis minėtą energijos kitimą, jau yra apmąstoma. (Pagal Einšteino principą energijos pokytis ΔE yra lygus masės pokyčiui Δm, todėl ΔE = Δm * C², kur C yra šviesos greitis).

Taigi, pavyzdžiui, elementui Lithium Li-7, sudarytam iš 3 protonų ir 4 neutronų, susidarant 7 atominės masės ličio branduolių gramatomui, turėsime:

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

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

Sumos rezultatas – 7,05840 g.

Ličio-7 atominė masė yra 7,01645 g

Iš to išplaukia, kad lyginant reikšmes, masės pokytis Δm = 0,04195 g, o jie lygūs 9,02 * 10¹¹ kalorijų, apskaičiuotų pagal Einšteino lygtį ΔE = Δm * C².

Hipotetinė branduolio susidarymo reakcija iš protonų ir neutronų išskiria milžinišką energijos kiekį, milijonus kartų pranašesnis už daugelį egzoterminių įprastų cheminių reakcijų.

Kiekviena o branduolio dalelė Nukleonas (protonas arba neutronas), būdamas bet kurio branduolio dalimi, jis prarado masę, kuri nėra pastovi, bet turi didžiausią vertę tarpiniams periodinės atominių skaičių sistemos elementams nuo 20 iki 51, tada lėtai mažėja didėjant skaičiui atominis.

Atominė bomba

Uranas 235 ir Plutonis 239 dalijasi bombarduojant neutronais ir išskiria milžiniškus energijos kiekius, išskirdami naujus neutronus.

Dauginimosi proceso sąlyga yra ta, kad daugiau nei vienas neutronas, pagamintas kiekvieno skilimo metu, gali sukurti naują skilimą arba padalijimą.

Viduje konors Urano kaminas, pagaminti neutronai iš dalies išeina per medžiagos paviršių ir iš dalies yra absorbuojami uranui 238, kad susidarytų sunkus izotopas uranas 239, kuris paeiliui skyla į neptūną ir Plutonis.

Bet jei tai yra grynas uranas 235 arba plutonis 239, neutronų praradimo galimybė per to paties paviršių leidžia žinoti Kritinis dydis būtina, kad jame vystytųsi grandininė reakcija.

The Kritinis dydis Mėginys yra tas, kuriame beveik iš karto išsivysto grandininė reakcija, skaidanti atomą.

Jei skaldomos medžiagos mėginio (padalinamo bombarduojant neutronais) skersmuo yra mažesnis už vidutinį kelią, kurį greitasis neutronas turi įveikti, kad susidarytų skilimo procesą, suprantama, kad neutronai, susidarantys retkarčiais vykstančių neutronų skilimo metu, išbėgs per paviršių, neužpuldami jokių kitų branduolys.

Priešingai, jei mėginys yra didesnis nei kritinis dydis, retkarčiais susidaro neutronai per jį jie turės didelę tikimybę suskaldyti naujus branduolius, taip pagreitindami tęsdami padalinys.

Jei mėginys yra didesnis nei kritinis dydis, jis akimirksniu sprogs, o jei jis bus mažesnis, įvyks lėtas skilimas, kurio vis dėlto reikėtų vengti. Tam skaidoma medžiaga plonais sluoksniais laikoma kadmio induose, kurie laikomi vandens viduje; retkarčiais krintančius neutronus sulėtins vanduo, o paskui sugaus kadmis, kol jie pasieks saugomą medžiagą.

Greitai maišant įvairius skaldomos medžiagos gabalėlius, kurių kiekvienas yra šiek tiek mažesnis už kritinį dydį, susidaro viena masė (atominė bomba), kuri tuoj pat sprogsta. Greitis, kuriuo turi būti surenkami skaidomos medžiagos gabaliukai, turi būti labai didelis, kad to išvengtų prasidėjus reakcijai. Grandinė, būdama labai arti, išsiskirianti energija išsklaido minėtos medžiagos gabalėlius prieš visiškai susiliečiant.

Yra du skaidomos medžiagos gabalai, tinkamai apsaugoti neutronus sugeriančiomis medžiagomis ir nutolę vienas nuo kito kelių centimetrų atstumu. Tinkamu momentu vienas iš gabalų greito sviedinio greičiu iššaunamas į kitą.

Ankstų liepos 16 d. rytą sprogusios eksperimentinės atominės bombos konstrukcijos ir mechanizmo detalės 1945 m. Naujosios Meksikos dykumoje jiems vadovavo profesorius Oppenheimeris, teorinis fizikas iš Universiteto. Kalifornija.

Po kelių savaičių prieš Japoniją numestos dvi bombos buvo pagamintos, pirmasis – uranui 235, antrasis – plutoniui.

Nors urano branduolio skilimo metu išsiskirianti energija skaičiuojama apie 200 milijonų elektronų voltų, tai yra apie 2x10¹⁰ Kilokalorijų vienam kilogramui skaldyto urano lieka naudoti tik 1–5 %, o tai atitinka vienam kilogramui U-235 turima sprogstamoji energija, atitinkanti maždaug 300 tonų trinitrotolueno (TNT, trilita)

Prie sprogstamosios bangos, kilusios po atominės bombos sprogimo, pridedami baisūs padegamieji efektai sukelia intensyvi gama spinduliuotė, kuri nulemia, kaip miniatiūrinė Saulė, nors ir trumpai trukmės.

The pavienių bombų sukeltų niokojimų virš Japonijos miestų Hirosimos ir Nagasakio yra didžiulės atominės energijos, kuri išsiskiria atominiam skilimui, įrodymas.

Tačiau reikia tikėtis, kad atominė energija ateityje gali būti pritaikyta taikiems tikslams, ypač tais atvejais, kai norima didelė energijos koncentracija mažame kiekyje medžiagos.

Atominės energijos panaudojimo pavyzdžiai

Šiluminės energijos gamyba

Mechaninė energijos gamyba

Elektros energijos gamyba

Karo tikslai su atomine bomba

Subatominių dalelių susidūrimas

Naujų technologijų eksperimentavimas

Kasyboje, sprogdinimo medžiagoms

Naujų medžiagų tyrimams