Пример атомной энергии

Атомная энергия - это способность делать работу, полученный в результате распада атомов радиоактивных элементов. Это получается благодаря стимуляции этого распада.

Энергия в ядерных процессах

Химические реакции сопровождаются изменением энергии, обычно в виде тепла, которое отходит (экзотермические реакции) или абсорбируется (эндотермические реакции). Когда вещество образуется из составных элементов, выделяется тепло (положительная теплота образования), хотя в некоторых случаях, например, при получении озона из атомарного кислорода, произойдет высвобождение горячий.

Если эти же идеи применить к (предполагаемому) образованию атомных ядер из протонов и нейтронов, становится ясно, что энергия будет выделяться в этом образовании, и учитывая характер задействованных звеньев, выделяемая здесь энергия будет значительно больше, настолько, что потеря массы, которая будет сопровождать указанное изменение энергии, уже весомый. (Согласно принципу Эйнштейна, изменение Энергии ΔE эквивалентно изменению массы Δm, так что ΔE = Δm * C², где C - скорость света).

Так, например, для элемента Литий Li-7, образованного 3 протонами и 4 нейтронами, при образовании грамм-атома ядер лития с атомной массой 7 мы будем иметь:

3 протона = 3 * 1,00756 г = 3,02268 г

4 нейтрона = 4 * 1,00893 г = 4,03572 г

Результат суммы 7,05840 г.

Атомная масса лития-7 составляет 7,01645 г.

Из сравнения значений следует, что изменение массы Δm = 0,04195 г, а они равны 9,02 * 10¹¹ калорий, рассчитанных по уравнению Эйнштейна ΔE = Δm * C².

Гипотетическая реакция образования ядер из протонов и нейтронов выделяет огромное количество энергии, в миллионы раз превосходит большинство обычных экзотермических химических реакций.

Каждая частица ядра o Нуклон (протон или нейтрон), поскольку оно является частью любого ядра, оно испытало потерю массы, которая не является постоянной, но имеет максимальное значение для промежуточных элементов периодической системы атомных номеров от 20 до 51, затем медленно убывающие с увеличением номера атомный.

Атомная бомба

Уран-235 и плутоний-239 делятся нейтронной бомбардировкой и выделяют огромное количество энергии, выделяя новые нейтроны.

Условием для процесса размножения является то, что более одного нейтрона, образующегося при каждом расщеплении, способны производить новое расщепление или деление.

в Урановая куча, нейтроны частично выходят через поверхность материала и частично поглощаются. ураном-238 с образованием тяжелого изотопа урана-239, который последовательно распадается на нептуний и Плутоний.

Но если это чистый уран-235 или плутоний-239, возможность потери нейтронов через поверхность того же самого позволяет знать Критический размер необходимо, чтобы в нем развивалась цепная реакция.

В Критический размер образца - это та, в которой цепная реакция, расщепляющая атом, развивается практически сразу.

Если образец расщепляемого материала (кратного нейтронной бомбардировки) имеет диаметр меньше, чем средний путь, который должен пройти быстрый нейтрон, чтобы произвести В процессе расщепления подразумевается, что нейтроны, образующиеся при случайных расщеплениях движущимися нейтронами, будут уходить через поверхность, не атакуя других. основной.

Напротив, если образец больше критического размера, иногда образующиеся нейтроны на своем пути через через него у них будет большая вероятность расщепления новых ядер, тем самым продолжая с ускоренной скоростью процесс разделение.

Если образец больше критического размера, он подвергнется мгновенному взрыву, а если он меньше, произойдет медленное расщепление, которого, однако, следует избегать. Для этого раскалываемый материал хранится тонкими слоями внутри контейнеров с кадмием, которые хранятся внутри воды; случайные падающие нейтроны будут замедляться водой, а затем захватываться кадмием, прежде чем они достигнут защищаемого материала.

Если несколько кусков расщепляемого материала быстро перемешать, каждый из которых несколько меньше критического размера, образуется единая масса (атомная бомба), которая немедленно взрывается. Скорость, с которой должны быть собраны куски расщепляемого материала, должна быть очень высокой, чтобы избежать этого, когда реакция начнется в Цепь находится очень близко друг к другу, и высвобождаемая энергия рассеивает части указанного материала, прежде чем они полностью войдут в контакт.

Есть два куска расщепляемого материала, которые должным образом защищены нейтронными поглотителями и находятся на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. В подходящий момент одна из частей стреляет по другой со скоростью быстрого снаряда.

Детали конструкции и механизма экспериментальной атомной бомбы, взорвавшейся ранним утром 16 июля, 1945 г. в пустыне Нью-Мексико, их возглавил профессор Оппенгеймер, физик-теоретик из Университета Калифорния.

Две бомбы, сброшенные через несколько недель на Японию, были признаны, первый для урана-235 и второй для плутония.

Хотя энергия, выделяющаяся при расщеплении ядра урана, рассчитана примерно на 200 миллионов электрон-вольт, то есть примерно 2х10¹⁰ Килокалорий на килограмм расщепленного урана остается пригодным для использования только 1-5%, что соответствует энергия взрыва, доступная на килограмм U-235, эквивалентна примерно 300 тоннам тринитротолуола (TNT, трилита)

К взрывной волне, возникшей при взрыве атомной бомбы, добавляются ужасные зажигательные эффекты. произведенное интенсивным испускаемым гамма-излучением, которое определяет, как миниатюрное Солнце, хотя ненадолго продолжительность.

В разрушения, вызванные отдельными бомбами над японскими городами Хиросима и Нагасаки являются доказательством огромной атомной энергии, которая высвобождается при атомном распаде.

Однако следует надеяться, что в будущем атомная энергия может быть применена в мирных целях. особенно в тех случаях, когда желательна большая концентрация энергии в небольшом количестве материала.

Примеры использования атомной энергии

Производство тепловой энергии

Производство механической энергии

Производство электроэнергии

Военные цели с атомной бомбой

Столкновение субатомных частиц

Эксперименты по новым технологиям

В горном деле, для взрывных работ

Для исследования новых материалов