Przykład energii atomowej

Energia atomowa to zdolność do wykonywania pracy, otrzymany z rozpadu atomów pierwiastków promieniotwórczych. Uzyskuje się ją dzięki stymulacji tego rozpadu.

Energia w procesach jądrowych

Reakcjom chemicznym towarzyszy zmiana energii, zwykle w postaci ciepła, która odpada (reakcje egzotermiczne) lub jest wchłaniany (reakcje endotermiczne). Kiedy substancja powstaje z elementów składowych, wydziela się ciepło (dodatnie ciepło formowania), Chociaż w niektórych przypadkach, takich jak uzyskiwanie ozonu z tlenu atomowego, nastąpiłoby uwolnienie gorący.

Jeśli te same pomysły zostaną zastosowane do (zakładanego) tworzenia jąder atomowych z protonów i neutronów, jasne jest, że energia zostanie uwolniona w tej formacji i biorąc pod uwagę z natury zaangażowanych połączeń, energia uwalniana tutaj będzie znacznie większa, do tego stopnia, że ​​utrata masy, która będzie towarzyszyć wspomnianej zmianie energii, jest już ważki. (Zgodnie z zasadą Einsteina zmiana energii ΔE jest równoważna zmianie masy Δm, tak że ΔE = Δm * C², gdzie C jest prędkością światła).

Tak więc, na przykład, dla pierwiastka litu Li-7, utworzonego z 3 protonów i 4 neutronów, w tworzeniu gramatomu jąder litu o masie atomowej 7 będziemy mieli:

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

4 neutrony = 4 * 1.00893 g = 4,03572 g

Wynik sumy to 7,05840 g.

Masa atomowa litu-7 ma wartość 7,01645 g

Porównując wartości wynika, że ​​zmiana masy Δm = 0,04195 g i są one równe 9,02 * 10¹¹ kalorie obliczone za pomocą równania Einsteina ΔE = Δm * C².

Hipotetyczna reakcja tworzenia jądra z protonów i neutronów emituje ogromną ilość energii, miliony razy lepszy od większości egzotermicznych zwykłych reakcji chemicznych.

Każda cząsteczka jądra o Nukleon (proton lub neutron), ponieważ jest częścią dowolnego jądra, doświadczył utraty masy, która nie jest stała, ale ma wartość maksymalną dla elementów pośrednich układu okresowego liczb atomowych od 20 do 51, a następnie powoli malejącej wraz ze wzrostem liczby atomowy.

Bomba atomowa

Uran 235 i pluton 239 dzielą się przez bombardowanie neutronami i emitują ogromne ilości energii, uwalniając nowe neutrony.

Warunkiem zajścia procesu mnożenia jest to, aby więcej niż jeden neutron wytworzony w każdym rozszczepieniu był zdolny do wytworzenia nowego rozszczepienia lub podziału.

w Stos uranu, wytworzone neutrony częściowo uciekają przez powierzchnię materiału i są częściowo pochłaniane przez Uran 238, tworząc ciężki izotop Uran 239, który rozpada się kolejno na Neptun i Pluton.

Ale jeśli jest to czysty uran 235 lub pluton 239, możliwość utraty neutronów przez powierzchnię tego samego prowadzi do poznania Rozmiar krytyczny niezbędne do rozwoju reakcji łańcuchowej.

ten Rozmiar krytyczny Próbka to taka, w której reakcja łańcuchowa, rozszczepiająca atom, rozwija się niemal natychmiast.

Jeśli próbka materiału rozszczepialnego (podzielna przez bombardowanie neutronami) ma średnicę mniejszą niż średnia droga, którą musi przebyć prędki neutron, aby wytworzyć proces rozszczepiania, zrozumiałe jest, że neutrony wytwarzane w sporadycznych rozszczepieniach przez przemieszczające się neutrony uciekną przez powierzchnię bez atakowania innych jądro.

Wręcz przeciwnie, jeśli próbka jest większa niż rozmiar krytyczny, sporadycznie wytwarzane neutrony są w drodze dzięki niej będą mieli duże prawdopodobieństwo rozszczepienia nowych jąder, kontynuując w ten sposób w przyspieszonym tempie proces podział.

Jeśli próbka jest większa niż Rozmiar Krytyczny, nastąpi natychmiastowa eksplozja, natomiast jeśli jest mniejsza, nastąpi powolne rozszczepienie, którego jednak należy unikać. W tym celu rozszczepialny materiał jest utrzymywany w cienkich warstwach w pojemnikach z kadmem, które są przechowywane w wodzie; okazjonalnie wypadające neutrony będą spowalniane przez wodę, a następnie wychwytywane przez kadm, zanim dotrą do chronionego materiału.

Przez szybkie mieszanie różnych kawałków rozszczepialnego materiału, z których każdy jest nieco mniejszy niż rozmiar krytyczny, powstaje pojedyncza masa (bomba atomowa), która natychmiast eksploduje. Szybkość, z jaką muszą być zbierane kawałki rozszczepialnego materiału, musi być bardzo wysoka, aby uniknąć tego, gdy reakcja rozpocznie się w Łańcuch, będąc bardzo blisko, uwolniona energia rozprasza kawałki wspomnianego materiału przed całkowitym zetknięciem się.

Istnieją dwa kawałki rozszczepialnego materiału odpowiednio zabezpieczone substancjami wychwytującymi neutrony i oddalone od siebie o kilka centymetrów. W odpowiednim momencie jeden z kawałków wystrzeliwany jest na drugi z prędkością szybkiego pocisku.

Szczegóły budowy i mechanizmu eksperymentalnej bomby atomowej, która eksplodowała wczesnym rankiem 16 lipca, 1945 na pustyni w Nowym Meksyku kierował nimi profesor Oppenheimer, fizyk teoretyk z University of Kalifornia.

Powstały dwie bomby zrzucone kilka tygodni później na Japonię, pierwszy dla uranu 235, a drugi dla plutonu.

Chociaż energia uwalniana podczas rozszczepiania jądra uranu jest obliczona na około 200 milionów elektronowoltów, czyli około 2x10¹⁰ Kilokalorii na kilogram rozszczepionego uranu, tylko 1-5% pozostaje do użytku, co odpowiada energia wybuchu dostępna na kilogram U-235 odpowiada energii około 300 ton trinitrotoluenu (TNT, trylita)

Do fali wybuchowej powstałej w wyniku wybuchu bomby atomowej dodano straszliwe efekty zapalające wytwarzane przez intensywne emitowane promieniowanie gamma, które określa jak miniaturowe Słońce, choć krótko Trwanie.

ten zniszczenia spowodowane przez pojedyncze bomby nad japońskimi miastami Hiroszima i Nagasaki są dowodem ogromnej energii atomowej, która jest uwalniana podczas atomowego rozpadu.

Należy jednak mieć nadzieję, że w przyszłości energia atomowa będzie mogła zostać zastosowana do pokojowych zastosowań, szczególnie w przypadkach, gdy pożądana jest duża koncentracja energii w małej ilości materiału.

Przykłady zastosowań energii atomowej

Wytwarzanie energii cieplnej

Mechaniczne wytwarzanie energii

Wytwarzanie energii elektrycznej

Cele wojenne z bombą atomową

Zderzenie cząstek subatomowych

Eksperymentowanie dla nowych technologii

W górnictwie, do materiałów wybuchowych

Do badań nowych materiałów