Eksempel på atomenergi

Fysikk / by admin / November 13, 2021

Atomenergi er evnen til å utføre arbeid, oppnådd fra forfallet av atomene til de radioaktive elementene. Det oppnås takket være stimuleringen av denne desintegrasjonen.

Energi i kjernefysiske prosesser

Kjemiske reaksjoner er ledsaget av en variasjon av energi, vanligvis i form av varme, som går av (eksoterme reaksjoner) eller absorberes (endoterme reaksjoner). Når et stoff dannes fra de inngående elementene, avgis varme (positiv formasjonsvarme), Selv om det i noen tilfeller, for eksempel ved å skaffe ozon fra atomært oksygen, vil frigjøres varmt.

Hvis de samme ideene brukes på (antatt) dannelse av atomkjerner fra protoner og nøytroner, er det klart at energi vil bli frigjort i denne formasjonen, og gitt arten av de involverte leddene, vil energien som frigjøres her være betydelig større, så mye at tapet av masse som vil følge med nevnte energivariasjon allerede er grusomt. (I følge Einsteins prinsipp er endringen i energi ΔE ekvivalent med endringen i masse Δm, slik at ΔE = Δm * C², hvor C er lysets hastighet).

instagram story viewer

For eksempel, for elementet Litium Li-7, dannet av 3 protoner og 4 nøytroner, i dannelsen av et gram-atom av litiumkjerner med atommasse 7, vil vi ha:

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

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

Resultatet av summen er 7,05840 g.

Atommassen til Lithium-7 har en verdi på 7,01645 g

Det følger, ved å sammenligne verdiene, at endringen i massen Δm = 0,04195 g, og de er lik 9,02 * 10¹¹ kalorier, beregnet med Einstein-ligningen ΔE = Δm * C².

Den hypotetiske kjernedannelsesreaksjonen fra protoner og nøytroner gir fra seg en enorm mengde energi, millioner av ganger overlegen de fleste eksoterme vanlige kjemiske reaksjoner.

Hver partikkel av kjernen o Nukleon (proton eller nøytron), for å være en del av en hvilken som helst kjerne, har den opplevd et tap av masse, som ikke er konstant, men har en maksimal verdi for de mellomliggende elementene i det periodiske systemet med atomnummer 20 til 51, og deretter sakte avtagende med økende antall atomisk.

Atombomben

Uran 235 og Plutonium 239 deler seg ved nøytronbombardement, og sender ut enorme mengder energi, og frigjør nye nøytroner.

Betingelsen for at multiplikasjonsprosessen skal finne sted er at mer enn ett nøytron produsert i hver spaltning er i stand til å produsere en ny spaltning eller divisjon.

I Uranstabelnøytronene som produseres slipper delvis ut gjennom materialets overflate og absorberes delvis av Uranium 238 for å danne den tunge isotopen Uranium 239, som forfaller suksessivt til Neptunium og Plutonium.

Men hvis det er rent uran 235 eller plutonium 239, fører muligheten for tap av nøytroner gjennom overflaten til å vite Kritisk størrelse nødvendig for at kjedereaksjonen skal utvikle seg i den.

De Kritisk størrelse Prøven er den der kjedereaksjonen, som splitter atomet, utvikler seg nesten umiddelbart.

Hvis prøven av spaltbart materiale (deles ved nøytronbombardement) har en diameter som er mindre enn den gjennomsnittlige banen som et raskt nøytron må krysse for å produsere spaltningsprosessen, er det forstått at nøytronene som produseres i sporadiske spaltninger ved å reise nøytroner, vil rømme gjennom overflaten uten å angripe andre cellekjernen.

Tvert imot, hvis prøven er større enn den kritiske størrelsen, vil de tidvis produserte nøytronene på vei gjennom gjennom det vil de ha stor sannsynlighet for å splitte nye kjerner, og dermed fortsette, i en akselerert hastighet, prosessen med inndeling.

Hvis en prøve er større enn den kritiske størrelsen, vil den få en øyeblikkelig eksplosjon, mens hvis den er mindre, vil det oppstå en langsom spalting som imidlertid bør unngås. For dette holdes det spaltbare materialet i tynne lag inne i Kadmiumbeholdere som holdes inne i Vann; sporadiske innfallende nøytroner vil bremses ned av vannet og deretter fanges opp av kadmium før de kan nå det beskyttede materialet.

Ved å raskt blande ulike deler av spaltbart materiale, hver noe mindre enn den kritiske størrelsen, dannes en enkelt masse (atombombe) som umiddelbart eksploderer. Hastigheten som stykkene av spaltbart materiale må samles opp med, må være svært høy for å unngå det når reaksjonen starter i Når kjeden er veldig nær, sprer den frigjorte energien delene av materialet før de kommer helt i kontakt.

Det er to deler av spaltbart materiale som er tilstrekkelig beskyttet med nøytronfjernende stoffer og noen få centimeter fra hverandre. I det beleilige øyeblikket skytes en av brikkene mot den andre med hastigheten til et raskt prosjektil.

Detaljene om konstruksjonen og mekanismen til den eksperimentelle atombomben som eksploderte tidlig på morgenen 16. juli, 1945 i New Mexico-ørkenen ble de ledet av professor Oppenheimer, en teoretisk fysiker ved University of California.

De to bombene som ble sluppet uker senere mot Japan ble konstituert, den første for Uranium 235 og den andre for Plutonium.

Selv om energien som frigjøres i spaltningen av en urankjerne er beregnet til omtrent 200 millioner elektronvolt, det vil si omtrent 2x10¹⁰ Kilokalorier per kilo spaltet uran, bare 1-5 % gjenstår brukbart, noe som tilsvarer en eksplosiv energi tilgjengelig per kilogram U-235 tilsvarende den for omtrent 300 tonn trinitrotoluen (TNT, trilita)

Til den eksplosive bølgen som oppsto i eksplosjonen av atombomben kommer de forferdelige branneffektene produsert av den intense gammastrålingen som sendes ut, som bestemmer hvordan en miniatyrsol, men kort varighet.

De ødeleggelse forårsaket av isolerte bomber over de japanske byene Hiroshima og Nagasaki er bevis på den enorme atomenergien som frigjøres ved atomisk oppløsning.

Det er imidlertid å håpe at atomenergi kan brukes til fredelig bruk i fremtiden, spesielt i tilfeller hvor en stor konsentrasjon av energi i en liten mengde er ønskelig av materiale.