Príklad atómovej energie

Atómová energia je schopnosť pracovať, získané rozpadom atómov rádioaktívnych prvkov. Získava sa vďaka stimulácii tohto rozpadu.

Energia v jadrových procesoch

Chemické reakcie sú sprevádzané zmenami energie, zvyčajne vo forme tepla, ktoré vypadne (exotermické reakcie) alebo sa absorbuje (endotermické reakcie). Keď sa látka vytvorí zo základných prvkov, uvoľňuje sa teplo (pozitívne teplo tvorby), Hoci v niektorých prípadoch, ako napríklad pri získavaní ozónu z atómového kyslíka, by došlo k uvoľneniu horúce.

Ak sa tieto isté myšlienky aplikujú na (predpokladanú) tvorbu atómových jadier z protónov a neutrónov, je jasné, že pri tejto formácii sa uvoľní energia a vzhľadom na povahe zapojených väzieb, energia uvoľnená tu bude podstatne väčšia, a to natoľko, že strata hmoty, ktorá bude sprevádzať uvedené kolísanie energie, je už zamysliteľné. (Podľa Einsteinovho princípu je zmena energie ΔE ekvivalentná zmene hmotnosti Δm, takže ΔE = Δm * C², kde C je rýchlosť svetla).

Tak napríklad pre prvok Lítium Li-7, tvorený 3 protónmi a 4 neutrónmi, pri tvorbe gramatómu jadier lítia s atómovou hmotnosťou 7 budeme mať:

3 protóny = 3 * 1,00756 g = 3,02268 g

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

Výsledok súčtu je 7,05840 g.

Atómová hmotnosť lítia-7 má hodnotu 7,01645 g

Z porovnania hodnôt vyplýva, že zmena hmotnosti Δm = 0,04195 g a sú rovné 9,02 * 10¹¹ kalórií, vypočítané pomocou Einsteinovej rovnice ΔE = Δm * C².

Hypotetická reakcia tvorby jadra z protónov a neutrónov vydáva obrovské množstvo energie, miliónkrát lepšie ako väčšina bežných exotermických chemických reakcií.

Každá častica jadra o Nukleón (protón alebo neutrón)za to, že je súčasťou akéhokoľvek jadra, došlo k strate hmotnosti, ktorá nie je konštantná, ale má maximálnu hodnotu pre medzičlánky periodického systému atómových čísel 20 až 51, potom pomaly klesajúce so zvyšujúcim sa číslom atómový.

Atómová bomba

Urán 235 a Plutónium 239 sa delia bombardovaním neutrónmi a vyžarujú obrovské množstvo energie, pričom uvoľňujú nové neutróny.

Podmienkou pre uskutočnenie procesu množenia je, že viac ako jeden neutrón vytvorený v každom štiepení je schopných produkovať nové štiepenie alebo delenie.

V Uranium Stackvznikajúce neutróny čiastočne unikajú cez povrch materiálu a sú čiastočne absorbované Uránom 238 za vzniku ťažkého izotopu Uránu 239, ktorý sa postupne rozpadá na Neptúnium a Plutónium.

Ale ak ide o čistý urán 235 alebo plutónium 239, možnosť straty neutrónov cez ich povrch vedie k poznaniu Kritická veľkosť nevyhnutné na to, aby sa v ňom rozvinula reťazová reakcia.

The Kritická veľkosť Vzorka je tá, v ktorej sa takmer okamžite rozvinie reťazová reakcia, rozštiepenie atómu.

Ak má vzorka štiepiteľného materiálu (deliteľného bombardovaním neutrónmi) priemer menší ako stredná dráha, ktorú musí rýchly neutrón prejsť, aby vytvoril V procese štiepenia sa rozumie, že neutróny vznikajúce pri občasných štiepeniach putovaním neutrónov uniknú cez povrch bez toho, aby napadli iné jadro.

Naopak, ak je vzorka väčšia ako kritická veľkosť, príležitostne produkujú neutróny na svojej ceste vďaka nej budú mať veľkú pravdepodobnosť štiepenia nových jadier, čím sa zrýchleným tempom bude pokračovať v procese divízie.

Ak je vzorka väčšia ako kritická veľkosť, utrpí okamžitú explóziu, zatiaľ čo ak je menšia, dôjde k pomalému štiepeniu, ktorému je však potrebné sa vyhnúť. Na tento účel sa štiepiteľný materiál uchováva v tenkých vrstvách vo vnútri kadmiových nádob, ktoré sú uložené vo vode; príležitostne dopadajúce neutróny budú vodou spomalené a potom zachytené kadmiom predtým, ako sa dostanú k chránenému materiálu.

Rýchlym zmiešaním rôznych kúskov štiepiteľného materiálu, z ktorých každý je o niečo menší ako kritická veľkosť, sa vytvorí jedna hmota (atómová bomba), ktorá okamžite exploduje. Rýchlosť, s akou sa kusy štiepiteľného materiálu musia zbierať, musí byť veľmi vysoká, aby sa predišlo tomu, že sa začne reakcia Reťaz, keďže je veľmi blízko, uvoľnená energia rozptýli kúsky uvedeného materiálu predtým, než sa úplne dostane do kontaktu.

Existujú dva kusy štiepiteľného materiálu primerane chránené látkami zachytávajúcimi neutróny a sú od seba vzdialené niekoľko centimetrov. V príhodnej chvíli jedna figúrka vystrelí na druhú rýchlosťou rýchleho projektilu.

Podrobnosti o konštrukcii a mechanizme experimentálnej atómovej bomby, ktorá vybuchla skoro ráno 16. júla, 1945 v púšti v Novom Mexiku ich viedol profesor Oppenheimer, teoretický fyzik na Univerzite Kalifornia.

Boli vytvorené dve bomby zhodené o týždne neskôr proti Japonsku, prvý pre urán 235 a druhý pre plutónium.

Hoci energia uvoľnená pri štiepení jadra uránu je vypočítaná na asi 200 miliónov elektrónvoltov, teda asi 2x10¹⁰ V kilokalóriách na kilogram štiepeného uránu zostáva využiteľných len 1-5 %, čo zodpovedá výbušná energia dostupná na kilogram U-235 ekvivalentná energii približne 300 tonám trinitrotoluénu (TNT, trilita)

K výbušnej vlne, ktorá vznikla pri výbuchu atómovej bomby, sa pridávajú strašné zápalné účinky produkované intenzívnym vyžarovaným gama žiarením, ktoré určuje, ako miniatúrne Slnko, aj keď krátko trvanie.

The devastácia spôsobená izolovanými bombami nad japonskými mestami Hirošima a Nagasaki sú dôkazom obrovskej atómovej energie, ktorá sa uvoľňuje pri rozpade atómov.

Treba však dúfať, že atómovú energiu možno v budúcnosti použiť na mierové účely, najmä v prípadoch, keď je žiaduca veľká koncentrácia energie v malom množstve materiálu.

Príklady aplikácií pre atómovú energiu

Výroba tepelnej energie

Mechanická výroba energie

Výroba elektrickej energie

Vojnové účely s atómovou bombou

Zrážka subatomárnych častíc

Experimentovanie s novými technológiami

V baníctve pre trhací materiál

Na výskum nových materiálov