Atominės energijos pavyzdys

Atominė energija yra gebėjimas dirbti, gautas skaidant radioaktyviųjų elementų atomus. Jis gaunamas dėl šio suirimo stimuliacijos.

Energija branduoliniuose procesuose

Chemines reakcijas lydi energijos kitimas, paprastai šilumos pavidalu išsiskiria (egzoterminės reakcijos) arba absorbuojasi (endoterminės reakcijos). Kai medžiaga susidaro iš sudedamųjų elementų, išskiriama šiluma (teigiama susidarymo šiluma), nors kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, gaunant ozoną iš atominio deguonies, galėtų išsiskirti karšta.

Jei tos pačios idėjos bus taikomos (tariamai) atominių branduolių susidarymui iš protonų ir neutronų, akivaizdu, kad šiame formavime išsiskirs energija ir atsižvelgiant į jungčių pobūdį, čia išsiskirianti energija bus žymiai didesnė, kad masės nuostoliai, kurie lydės minėtus energijos pokyčius, jau yra apmąstomas. (Pagal Einšteino principą energijos ΔE pokytis prilygsta masės Δm pokyčiui, taigi ΔE = Δm * C², kur C yra šviesos greitis).

Taigi, pavyzdžiui, elementui Ličio Li-7, kurį sudaro 3 protonai ir 4 neutronai, susidarant gramo atomo 7 atominės masės ličio branduoliui, turėsime:

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

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

Sumos rezultatas yra 7.05840 g.

Ličio-7 atominės masės vertė yra 7,01645 g

Palyginus vertes, išplaukia, kad masės pokytis Δm = 0,04195 g ir jie lygūs 9,02 * 10¹¹ kalorijų, skaičiuojant pagal Einšteino lygtį ΔE = Δm * C².

Hipotetinė branduolių susidarymo iš protonų ir neutronų reakcija suteikia milžinišką energijos kiekį, milijonus kartų pranašesnis už daugumą egzoterminių įprastų cheminių reakcijų.

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

Atominė bomba

Uranas 235 ir Plutonis 239 dalijasi iš neutronų bombardavimo ir išskiria milžinišką kiekį energijos, išlaisvindami naujus neutronus.

Padauginimo proceso sąlyga yra ta, kad daugiau nei vienas neutronas, susidarantis kiekviename skilime, gali sukurti naują skilimą ar dalijimąsi.

Viduje konors Urano kaminas, pagaminti neutronai iš dalies išbėga per medžiagos paviršių ir iš dalies absorbuojami sudarė sunkųjį urano 239 izotopą, kuris nuosekliai skyla į Neptūnį ir Plutonis.

Bet jei tai yra grynas uranas 235 arba plutonis 239, tai galimybė prarasti neutronus to paties paviršiaus dėka sužino Kritinis dydis reikalingos grandininei reakcijai joje išsivystyti.

The Kritinis dydis mėginio yra ta, kurioje grandinės reakcija, padalijusi atomą, vystosi beveik iš karto.

Jei skaidomos medžiagos (dalijamos iš neutronų bombardavimo) mėginio skersmuo yra mažesnis už vidutinį kelią, kurį greitas neutronas turi pereiti, kad gautų skilimo proceso metu suprantama, kad neutronai, susidarantys kartais skilinėjant keliaujantiems neutronams, išbėgs per paviršių, nepuoldami į jokį kitą šerdis.

Priešingai, jei mėginys yra didesnis už kritinį dydį, kartais susidaro neutronai per ją jie turės didelę tikimybę suskaidyti naujus branduolius, taip pagreitintu greičiu tęsdami padalijimas.

Jei mėginys yra didesnis nei kritinis dydis, jis patirs momentinį sprogimą, tuo tarpu jei jis yra mažesnis, lėtas skilimas įvyks, tačiau jo reikėtų vengti. Dėl to skaldoma medžiaga laikoma plonais sluoksniais kadmio talpyklose, kurios laikomos vandens viduje; kartais atsitinkantys neutronai bus sulėtinti vandens ir užfiksuoti kadmio, kol jie pasieks saugomą medžiagą.

Jei greitai sumaišomi keli skaidomos medžiagos gabalai, kurių kiekvienas yra šiek tiek mažesnis už kritinį dydį, susidaro viena masė (atominė bomba), kuri tuoj pat sprogsta. Skaldomos medžiagos gabalėlių surinkimo greitis turi būti labai didelis, kad būtų išvengta reakcijos pradžios Grandinė, būdama labai arti, išsiskyrusi energija išsklaido minėtos medžiagos gabalėlius prieš visiškai kontaktuodama.

Yra dvi skaidomos medžiagos dalys, kurios yra tinkamai apsaugotos neutronų valytuvais ir yra kelių centimetrų atstumu. Tinkamu momentu vienas iš gabalų šaudomas į kitą greito sviedinio greičiu.

Ankstyvą liepos 16 d. Rytą sprogusios eksperimentinės atominės bombos konstrukcijos ir mechanizmo detalės 1945 m. Naujosios Meksikos dykumoje jiems vadovavo profesorius Oppenheimeris, teoretinis fizikas iš Kalifornijoje.

Sukurtos dvi bombos, numestos po kelių savaičių prieš Japoniją, pirmasis skirtas uranui 235, o antrasis - plutoniui.

Nors urano branduolio skilimo metu išsiskirianti energija apskaičiuojama esant maždaug 200 milijonų elektronvoltų, tai yra maždaug 2x10¹⁰ Kilokalorijos kilogramui skelto urano, lieka naudoti tik 1–5%, o tai atitinka a sprogstamoji energija, tenkanti vienam kilogramui U-235, lygi maždaug 300 tonų trinitrotolueno (TNT, trilita)

Prie sprogstamosios bangos, kilusios sprogus atominei bombai, pridedami baisūs uždegimo efektai kurią sukelia intensyvi gama spinduliuotė, kuri, nors ir trumpai, lemia, kaip miniatiūrinė Saulė trukmė.

The izoliuotų bombų sukeltas niokojimas virš Japonijos miestų Hirosimos ir Nagasakio yra milžiniškos atominės energijos, kuri išsiskiria atomo skilimo metu, įrodymas.

Tačiau reikia tikėtis, kad atominė energija ateityje gali būti naudojama taikiai, ypač tais atvejais, kai pageidautina didelė energijos koncentracija nedideliu kiekiu medžiagos.

Atominės energijos taikymo pavyzdžiai

Šiluminės energijos gamyba

Mechaninė energijos gamyba

Elektros energijos gamyba

Karo tikslams su atomine bomba

Subatominis dalelių susidūrimas

Naujų technologijų eksperimentavimas

„Kasyboje“, skirta sprogdinimo medžiagai

Naujų medžiagų tyrimams