Príklad atómovej energie

Fyzika / by admin / July 04, 2021

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

Energia v jadrových procesoch

Chemické reakcie sprevádza variácia energie, zvyčajne vo forme tepla, ktorá odchádza (exotermické reakcie) alebo sa vstrebáva (endotermické reakcie). Keď sa látka vytvorí z prvkov, z ktorých sa skladá, vydáva sa teplo (kladné teplo formácie), aj keď v niektorých prípadoch, napríklad pri získavaní ozónu z atómového kyslíka, dôjde k uvoľneniu horúci.

Ak sa rovnaké myšlienky použijú na (predpokladanú) formáciu atómových jadier z protónov a neutrónov, je zrejmé, že pri tejto formácii sa bude uvoľňovať energia a vzhľadom na vzhľadom na povahu použitých prepojení bude tu uvoľnená energia podstatne vyššia, a to tak, že úbytok hmotnosti, ktorý bude sprevádzať uvedenú variáciu energie, je už zamysliteľný. (Podľa Einsteinovho princípu je zmena energie ΔE ekvivalentná zmene hmotnosti Δm, takže ΔE = Δm * C², kde C je rýchlosť svetla).

Napríklad pre prvok Lítium Li-7, tvorený 3 protónmi a 4 neutrónmi, budeme mať pri formovaní gramatómu lítiových jadier s atómovou hmotnosťou 7:

instagram story viewer

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 toho vyplýva, pri porovnaní hodnôt, že zmena hmotnosti Δm = 0,04195 g, a sú rovné 9,02 * 10¹¹ kalórie, vypočítané pomocou Einsteinovej rovnice ΔE = Δm * C².

Hypotetická reakcia na tvorbu jadra z protónov a neutrónov vydáva obrovské množstvo energie, miliónkrát. lepšie ako pri exotermickejších bežných chemických reakciách.

Každá častica jadra o Nukleón (protón alebo neutrón), pretože bol súčasťou ktoréhokoľvek jadra, zaznamenal stratu hmotnosti, ktorá nie je konštantná, ale má maximálnu hodnotu pre medziľahlé prvky periodickej sústavy atómových čísel 20 až 51, potom pomaly klesá s pribúdajúcim počtom atómový.

Atómová bomba

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

Podmienkou pre uskutočnenie procesu množenia je, aby viac ako jeden neutrón vyprodukovaný v každom štiepení bol schopný produkovať nové štiepenie alebo delenie.

V Zásobník uránu, produkované neutróny čiastočne unikajú povrchom materiálu a sú čiastočne absorbované uránom 238 za vzniku ťažkého izotopu uránu 239, ktorý sa postupne rozpadá na neptúnium a Plutónium.

Ale ak je to čistý urán 235 alebo plutónium 239, možnosť straty neutrónov povrchom toho istého vedie k poznaniu Kritická veľkosť potrebné na to, aby sa v ňom mohla rozvinúť reťazová reakcia.

The Kritická veľkosť vzorky je tá, v ktorej sa reťazová reakcia, ktorá štiepi atóm, vyvíja takmer okamžite.

Ak má vzorka štiepiteľného materiálu (deliteľná neutrónovým bombardovaním) priemer menší ako stredná dráha, ktorú musí rýchly neutrón prejsť, aby vytvoril procesom štiepenia sa rozumie, že neutróny produkované v občasných štiepeniach putujúcimi neutrónmi uniknú povrchom bez toho, aby napadli akýkoľvek iný jadro.

Naopak, ak je vzorka väčšia ako kritická veľkosť, príležitostne vyprodukované neutróny sú na ceste k prostredníctvom neho budú mať veľkú pravdepodobnosť štiepenia nových jadier, a teda pokračovať v zrýchlenom tempe v procese rozdelenie.

Ak je vzorka väčšia ako kritická veľkosť, utrpí okamžitú explóziu, zatiaľ čo ak je menšia, vytvorí pomalé štiepenie, čomu by sa však malo zabrániť. Za týmto účelom sa štiepiteľný materiál uchováva v tenkých vrstvách vo vnútri nádob na kadmium, ktoré sa nachádzajú vo vode; voda občas spomalí príležitostné neutróny a potom ich zachytí kadmium skôr, ako sa dostanú k chránenému materiálu.

Ak sa rýchlo zmieša niekoľko kusov štiepiteľného materiálu, každý o niečo menší ako kritická veľkosť, vytvorí sa jedna hmota (atómová bomba), ktorá okamžite exploduje. Rýchlosť, s ktorou sa musia kúsky štiepiteľného materiálu stretnúť, musí byť veľmi vysoká, aby sa tomu zabránilo pri začiatku reakcie Pretože je reťaz veľmi blízko, uvoľnená energia rozptýli kúsky uvedeného materiálu pred úplným kontaktom.

Existujú dva kúsky štiepateľného materiálu, ktoré sú primerane chránené zachytávačmi neutrónov a sú od seba vzdialené niekoľko centimetrov. V príhodný okamih je jeden z kusov vystrelený na druhý rýchlosťou rýchleho strely.

Podrobnosti o konštrukcii a mechanizme experimentálnej atómovej bomby, ktorá explodovala 16. júla skoro ráno, 1945 v púšti Nového Mexika ich viedol profesor Oppenheimer, teoretický fyzik na univerzite v Kalifornia.

Boli zložené dve bomby, ktoré boli zhodené o niekoľko týždňov neskôr proti Japonsku, prvý pre urán 235 a druhý pre plutónium.

Aj keď sa energia uvoľnená v štiepení jadra uránu počíta s asi 200 miliónmi elektrónvoltov, to znamená asi 2x10¹⁰ Kilokalórií na kilogram rozštiepeného uránu zostáva použiteľných iba 1 - 5%, čo zodpovedá množstvu výbušná energia dostupná na kilogram U-235, čo zodpovedá asi 300 tonám trinitrotoluénu (TNT, trilita)

K výbušnej vlne vzniknutej pri výbuchu atómovej bomby sa pridávajú hrozné zápalné účinky produkovaný intenzívnym gama žiarením emitovaným, ktoré určuje, ako miniatúrne Slnko, aj keď krátko trvanie.

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

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