Atomenerģijas piemērs

Fizika / by admin / July 04, 2021

Atomenerģija ir spēja strādāt, kas iegūts no radioaktīvo elementu atomu sabrukšanas. To iegūst, pateicoties šīs sadalīšanās stimulēšanai.

Enerģija kodolprocesos

Ķīmiskās reakcijas pavada Enerģijas variācijas, parasti siltuma veidā izdalās (eksotermiskās reakcijas) vai absorbējas (endotermiskās reakcijas). Kad viela veidojas no sastāvdaļu elementiem, tiek izdalīts siltums (pozitīvais veidošanās siltums), Lai gan dažos gadījumos, piemēram, iegūstot ozonu no atomu skābekļa, varētu izdalīties karsts.

Ja šīs pašas idejas tiek piemērotas atomu kodolu (pieņemto) veidošanai no protoniem un neitroniem, ir skaidrs, ka šajā veidošanās procesā tiks atbrīvota enerģija, ņemot vērā iesaistīto saišu raksturs, šeit izdalītā enerģija būs ievērojami lielāka, tāpēc ka masas zudums, kas pavadīs minētās enerģijas variācijas, jau ir apdomājams. (Saskaņā ar Einšteina principu enerģijas ΔE izmaiņas ir līdzvērtīgas masas Δm izmaiņām tā, ka ΔE = Δm * C², kur C ir gaismas ātrums).

Tā, piemēram, elementam Litijs Li-7, ko veido 3 protoni un 4 neitroni, veidojot grama atomu ar 7 atoma masas litija kodoliem, mums būs:

instagram story viewer

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

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

Summas rezultāts ir 7.05840 g.

Litija-7 atomu masas vērtība ir 7,01645 g

Salīdzinot vērtības, izriet, ka masas izmaiņas Δm = 0,04195 g, un tās ir vienādas ar 9,02 * 10¹¹ kalorijas, aprēķinātas pēc Einšteina vienādojuma ΔE = Δm * C².

Hipotētiskā kodolu veidošanās reakcija no protoniem un neitroniem izdala milzīgu enerģijas daudzumu, miljoniem reižu pārāka par eksotermiskākām parastajām ķīmiskajām reakcijām.

Katra kodola o daļiņa Nukleons (protons vai neitrons), tā kā daļa no jebkura kodola ir piedzīvojusi masas zudumu, kas nav nemainīgs, bet kuram ir maksimālā vērtība atomu skaitļu periodiskās sistēmas starpposma elementiem no 20 līdz 51, pēc tam lēnām samazinās, palielinoties skaitlim atomu.

Atombumba

Urāns 235 un Plutonijs 239 dalās ar neitronu bombardēšanu un izstaro milzīgu daudzumu enerģijas, atbrīvojot jaunus neitronus.

Pavairošanas procesa nosacījums ir tāds, ka katrā šķelšanā saražoti vairāk nekā viens neitrons spēj radīt jaunu šķelšanos vai dalīšanos.

Iekš Urāna kaudze, saražotie neitroni daļēji izplūst caur materiāla virsmu un daļēji uzsūcas ar urāna 238 palīdzību, veidojot Urāna 239 smago izotopu, kas secīgi sadalās Neptūnijā un Plutonijs.

Bet, ja tas ir tīrs urāns 235 vai plutonijs 239, neitronu zuduma iespēja caur tā paša virsmu Kritiskais lielums nepieciešams, lai tajā attīstītos ķēdes reakcija.

The Kritiskais lielums parauga ir tā, kurā ķēdes reakcija, sadalot atomu, attīstās gandrīz nekavējoties.

Ja sadalāmā materiāla (dalāms ar neitronu bombardēšanu) parauga diametrs ir mazāks par vidējo ceļu, kas jāiet ātram neitronam, lai iegūtu šķelšanās procesā, ir saprotams, ka neitroni, kas dažkārt sadalās, ceļojot neitroniem, izkļūs pa virsmu, neuzbrūkot nevienam citam kodols.

Gluži pretēji, ja paraugs ir lielāks par kritisko lielumu, reizēm rodas neitroni ceļā uz caur to viņiem būs liela varbūtība sadalīt jaunus kodolus, tādējādi paātrinātā ātrumā turpinot sadalīšana.

Ja paraugs ir lielāks par kritisko izmēru, tas piedzīvos tūlītēju eksploziju, turpretī, ja tas ir mazāks, tas radīs lēnu šķelšanos, no kuras tomēr vajadzētu izvairīties. Šim nolūkam šķelamo materiālu tur plānos slāņos Kadmija traukos, kas tiek turēti Ūdenī; neregulāri nejaušie neitroni palēnināsies ar ūdeni un pēc tam tos uztvers kadmijs, pirms tie varēs nokļūt aizsargātajā materiālā.

Ja ātri tiek sajaukti vairāki sadalāmā materiāla gabali, katrs nedaudz mazāks par kritisko izmēru, veidojas viena masa (atombumba), kas uzreiz eksplodē. Ātrumam, ar kuru jāsaskaras sadalāmā materiāla gabaliem, jābūt ļoti lielam, lai izvairītos no tā, kad sākas reakcija Ķēde, atrodoties ļoti tuvu, atbrīvotā enerģija izkliedē minētā materiāla gabalus, pirms tie pilnībā nonāk saskarē.

Ir divi sadalāmā materiāla gabali, kas ir atbilstoši aizsargāti ar neitronu iznīcinātājiem un atrodas dažu centimetru attālumā viens no otra. Īstajā brīdī viens no gabaliem tiek izšauts uz otru ar ātras lādiņa ātrumu.

Sīkāka informācija par eksperimentālās atombumbas uzbūvi un mehānismu, kas eksplodēja 16. jūlija agrā rītā. 1945. gadā Ņūmeksikas tuksnesī viņus vadīja profesors Oppenheimers, teorētiskais fiziķis Kalifornijā.

Divas nedēļas vēlāk nomestās bumbas pret Japānu tika izveidotas, pirmais urānam 235 un otrais plutonijam.

Kaut arī urāna kodola šķelšanā izdalītā enerģija tiek aprēķināta ar aptuveni 200 miljoniem elektronvoltu, tas ir, apmēram 2x10¹⁰ Kilokalorijas uz kilogramu šķeltā urāna ir izmantojamas tikai 1–5% apmērā, kas atbilst a sprādzienbīstamā enerģija, kas pieejama uz kilogramu U-235, ir vienāda ar aptuveni 300 tonnām trinitrotoluola (TNT, trilita)

Sprādzienbīstamajam vilnim, kas radies atombumbas eksplozijā, tiek pievienoti briesmīgie aizdedzinošie efekti ko rada intensīvais izstarotais gamma starojums, kas, kaut arī īsi, nosaka, kā miniatūra Saule ilgums.

The postījumi, ko izraisījušas izolētas bumbas virs Japānas pilsētām Hirosimas un Nagasaki ir pierādījums milzīgajai atomenerģijai, kas izdalās atomu sadalīšanās laikā.

Tomēr ir cerība, ka Atomenerģiju nākotnē var izmantot mierīgai izmantošanai, īpaši gadījumos, kad ir vēlama liela enerģijas koncentrācija nelielā daudzumā materiāla.