Exemplu de energie atomică

Energia atomică este capacitatea de a lucra, obtinut din dezintegrarea atomilor Elementelor Radioactive. Se obține datorită stimulării acestei dezintegrari.

Energia în procesele nucleare

Reacţiile chimice sunt însoţite de o variaţie a Energiei, în general sub formă de căldură, care se desprinde (reacții exoterme) sau este absorbit (reacții endoterme). Când o substanță se formează din elementele constitutive, se degajă căldură (căldură de formare pozitivă), Deși în unele cazuri, cum ar fi obținerea de ozon din oxigenul atomic, ar exista o eliberare de Fierbinte.

Dacă aceleași idei sunt aplicate formării (presupuse) a nucleelor ​​atomice din protoni și neutroni, este clar că energia va fi eliberată în această formațiune și având în vedere natura legăturilor implicate, energia eliberată aici va fi considerabil mai mare, atât de mult încât pierderea de masă care va însoți respectiva variație de energie este deja ponderabil. (Conform principiului lui Einstein, modificarea Energiei ΔE este echivalentă cu modificarea masei Δm, astfel încât ΔE = Δm * C², unde C este viteza luminii).

Astfel, de exemplu, pentru elementul Litiu Li-7, format din 3 protoni și 4 neutroni, în formarea unui gram-atom din nuclee de Litiu de masă atomică 7, vom avea:

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

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

Rezultatul sumei este de 7,05840 g.

Masa atomică a litiului-7 are o valoare de 7,01645 g

Rezultă, comparând valorile, că modificarea masei Δm = 0,04195 g, iar acestea sunt egale cu 9,02 * 10¹¹ calorii, calculate cu ecuația Einstein ΔE = Δm * C².

Reacția ipotetică de formare a nucleului din protoni și neutroni eliberează o cantitate enormă de energie, de milioane de ori superioară majorității reacțiilor chimice obișnuite exoterme.

Fiecare particulă a nucleului o Nucleon (proton sau neutron), pentru a fi parte a oricărui nucleu, a suferit o pierdere de masă, care nu este constantă, dar are o valoare maximă pentru elementele intermediare ale sistemului periodic al numerelor atomice de la 20 la 51, apoi scăzând lent odată cu creșterea numărului atomic.

Bomba atomică

Uraniul 235 și Plutoniul 239 se divid prin bombardamentul cu neutroni și emit cantități enorme de energie, eliberând noi neutroni.

Condiția pentru ca procesul de multiplicare să aibă loc este ca mai mult de un neutron produs în fiecare clivaj să fie capabil să producă un nou clivaj sau diviziune.

În Stiva de uraniu, neutronii produși scapă parțial prin suprafața materialului și sunt parțial absorbiți de Uraniu 238 pentru a forma izotopul greu Uraniu 239, care se descompune succesiv în Neptuniu și Plutoniu.

Dar dacă este pur Uraniu 235 sau Plutoniu 239, posibilitatea pierderii de neutroni prin suprafața aceluiași duce la cunoașterea Dimensiune critică necesar pentru ca reacția în lanț să se dezvolte în cadrul acesteia.

The Dimensiune critică Proba este cea în care reacția în lanț, scindarea atomului, se dezvoltă aproape imediat.

Dacă proba de material scindabil (divizibil prin bombardamentul cu neutroni) are un diametru mai mic decât calea medie pe care trebuie să o parcurgă un neutron rapid pentru a produce proces de clivaj, se înțelege că neutronii produși în diviziunile ocazionale de neutroni care călătoresc vor scăpa prin suprafață fără a ataca niciun alt nucleu.

Dimpotrivă, dacă eșantionul este mai mare decât dimensiunea critică, neutronii produși ocazional, în drum prin prin ea, vor avea o mare probabilitate de a scinda noi nuclee, continuând astfel, într-un ritm accelerat, procesul de Divizia.

Dacă o probă este mai mare decât dimensiunea critică, va suferi o explozie instantanee, în timp ce dacă este mai mică, va avea loc o scindare lentă care, totuși, ar trebui evitată. Pentru aceasta, materialul scindabil este păstrat în straturi subțiri în interiorul recipientelor de cadmiu care sunt păstrate în apă; neutronii incidenti ocazional vor fi încetiniți de apă și apoi capturați de cadmiu înainte de a putea ajunge la materialul protejat.

Prin amestecarea rapidă a diferitelor bucăți de material scindabil, fiecare ceva mai mică decât dimensiunea critică, se formează o singură masă (bombă atomică), care explodează imediat. Viteza cu care trebuie colectate bucățile de material scindabil trebuie să fie foarte mare pentru a evita ca atunci când reacția începe în Lanțul, fiind foarte apropiat, energia eliberată dispersează bucățile din materialul menționat înainte de a intra complet în contact.

Există două bucăți de material scindabil protejate adecvat cu substanțe de captare a neutronilor și la câțiva centimetri una dintre ele. La momentul oportun, una dintre piese este trasă pe cealaltă cu viteza unui proiectil rapid.

Detaliile construcției și mecanismului bombei atomice experimentale care a explodat în dimineața devreme a zilei de 16 iulie, 1945, în deșertul New Mexico, au fost conduși de profesorul Oppenheimer, un fizician teoretician la Universitatea din California.

Cele două bombe aruncate săptămâni mai târziu împotriva Japoniei au fost constituite, primul pentru uraniu 235 și al doilea pentru plutoniu.

Deși energia eliberată în scindarea unui nucleu de uraniu este calculată la aproximativ 200 de milioane de electroni-volți, adică aproximativ 2x10¹⁰ Kilocalorii per kilogram de uraniu scindat, doar 1-5% rămân utilizabile, ceea ce corespunde unui energie explozivă disponibilă per kilogram de U-235 echivalent cu cea a aproximativ 300 de tone de trinitrotoluen (TNT, trilita)

La valul exploziv provenit din explozia bombei atomice se adaugă teribilele efecte incendiare produs de radiația gamma intensă emisă, care determină modul în care un Soare în miniatură, deși pe scurt durată.

The devastările cauzate de bombe izolate peste orașele japoneze Hiroshima și Nagasaki sunt dovada enormei Energii Atomice care se eliberează în dezintegrarea atomică.

Totuși, este de sperat că energia atomică poate fi aplicată în viitor pentru utilizări pașnice, mai ales în cazurile în care este de dorit o concentrație mare de energie într-o cantitate mică de material.

Exemple de aplicații ale energiei atomice

Generare de energie termică

Generarea de energie mecanică

Generare de energie electrică

Scopuri de război cu bomba atomică

Ciocnirea particulelor subatomice

Experimentare pentru noi tehnologii

În minerit, pentru material de sablare

Pentru cercetarea de noi materiale