Primer atomske energije

Atomska energija je sposobnost dela, pridobljeni iz razpada atomov radioaktivnih elementov. Dobljen je zahvaljujoč spodbujanju tega razpada.

Energija v jedrskih procesih

Kemične reakcije spremlja sprememba energije, običajno v obliki toplote, ki odpade (eksotermne reakcije) ali se absorbira (endotermne reakcije). Ko snov nastane iz sestavnih elementov, se odda toplota (pozitivna toplota tvorbe), Čeprav bi v nekaterih primerih, na primer pri pridobivanju ozona iz atomskega kisika, prišlo do sproščanja vroče.

Če te iste ideje uporabimo za (predpostavljeno) tvorbo atomskih jeder iz protonov in nevtronov, je jasno, da se bo v tej tvorbi sprostila energija in glede na povezave, bo tukaj sproščena energija bistveno večja, tako da bo izguba mase, ki bo spremljala omenjene spremembe energije, že mogoča. (Po Einsteinovem principu je sprememba energije ΔE enakovredna spremembi mase Δm, tako da je ΔE = Δm * C², kjer je C svetlobna hitrost).

Tako bomo na primer za element Litij Li-7, ki ga tvorijo 3 protoni in 4 nevtroni, pri tvorbi gram-atoma litijevih jeder z atomsko maso 7 imeli:

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

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

Rezultat vsote je 7,05840 g.

Atomska masa litija-7 ima vrednost 7,01645 g

Iz primerjave vrednosti sledi, da je sprememba mase Δm = 0,04195 g in so enake 9,02 * 10¹¹ kalorij, izračunano z Einsteinovo enačbo ΔE = Δm * C².

Hipotetična reakcija nastajanja jeder iz protonov in nevtronov oddaja ogromno energije, milijone krat boljši od eksotermnih običajnih kemičnih reakcij.

Vsak delček jedra o Nukleon (proton ali nevtron), ker je bil del katerega koli jedra, je izgubil maso, ki ni konstantna, ima pa največjo vrednost za vmesne elemente periodičnega sistema atomskih števil od 20 do 51, nato pa se počasi zmanjšuje z naraščajočim številom atomska.

Atomska bomba

Uran 235 in Plutonij 239 se delita z nevtronskim bombardiranjem in oddajata ogromno energije, sproščajoč nove nevtrone.

Pogoj za postopek množenja je, da lahko več kot en nevtron, ki nastane v vsaki cepitvi, ustvari novo cepitev ali delitev.

V Kup uranaproizvedeni nevtroni delno uhajajo skozi površino materiala in se deloma absorbirajo z Uranom 238, da tvori težki izotop Uran 239, ki zaporedoma propada v Neptunij in Plutonij.

Če pa gre za čisti uran 235 ali plutonij 239, možnost izgube nevtronov skozi površino istega vodi k poznavanju Kritična velikost potrebno, da se v njem razvije verižna reakcija.

The Kritična velikost vzorca je tista, pri kateri se verižna reakcija, ki cepi atom, razvije skoraj takoj.

Če ima vzorec materiala, ki se lahko cepi (deljiv z nevtronskim bombardiranjem), premer manjši od srednje poti, po kateri mora hiter nevtron prehoditi, da ustvari Pri postopku cepitve se razume, da bodo nevtroni, ki nastanejo v občasnih razcepih potujočih nevtronov, ušli skozi površino, ne da bi napadli katero koli drugo jedro.

Nasprotno, če je vzorec večji od kritične velikosti, občasno nastali nevtroni na poti do skoznjo bodo imeli veliko verjetnost, da bodo cepili nova jedra in tako pospešeno nadaljevali proces delitev.

Če je vzorec večji od kritične velikosti, bo v trenutku eksplodiral, če pa je manjši, bo povzročil počasno cepitev, ki pa se ji je treba izogniti. Za to se material, ki se lahko cepi, hrani v tankih plasteh v posodah s kadmijem, ki se hranijo v vodi; občasne nevtrone bo voda upočasnila in nato zajela kadmij, preden bodo lahko prišli do zaščitenega materiala.

Če se na hitro zmeša več kosov cepljivega materiala, od katerih je vsak nekoliko manjši od kritične velikosti, nastane ena sama masa (atomska bomba), ki takoj eksplodira. Hitrost, s katero se morajo kositi kosi materiala, ki se cepi, mora biti zelo velika, da se temu izognemo, ko se začne reakcija Veriga, ki je zelo blizu, sproščena energija razprši koščke omenjenega materiala, preden popolnoma pride v stik.

Obstajata dva kosa materiala, ki ga je mogoče cepiti, ki sta ustrezno zaščitena z odstranjevalci nevtronov in na razdalji nekaj centimetrov. V pravem trenutku se eden od kosov sproži proti drugemu s hitrostjo hitrega izstrelka.

Podrobnosti konstrukcije in mehanizma poskusne atomske bombe, ki je eksplodirala zgodaj zjutraj 16. julija, 1945 v puščavi New Mexico jih je vodil profesor Oppenheimer, teoretični fizik z Univerze v Ljubljani Kalifornija.

Dve bombi, padli tedne kasneje proti Japonski, sta bili ustanovljeni, prvi za uran 235 in drugi za pluton.

Čeprav je energija, ki se sprosti v cepitvi uranovega jedra, izračunana na približno 200 milijonov elektronskih voltov, to je približno 2x10¹⁰ Kilokalorij na kilogram cepljenega urana ostane uporabnih le 1-5%, kar ustreza a razpoložljiva eksplozivna energija na kilogram U-235, kar ustreza približno 300 ton trinitrotoluena (TNT, trilita)

Eksplozivnemu valu, ki je nastal v eksploziji atomske bombe, so dodani strašni zažigalni učinki ki ga povzroča močno gama sevanje, ki določa, kako miniaturno Sonce, čeprav na kratko trajanje.

The opustošenje, ki ga povzročajo izolirane bombe nad japonskimi mesti Hirošima in Nagasaki so dokaz ogromne atomske energije, ki se sprošča ob atomskem razpadu.

Upamo pa, da se bo atomska energija v prihodnosti lahko uporabljala za miroljubne namene, zlasti v primerih, ko je zaželena velika koncentracija energije v majhni količini materiala.

Primeri uporabe atomske energije

Proizvodnja toplotne energije

Mehanska proizvodnja električne energije

Proizvodnja električne energije

Vojni namen z atomsko bombo

Subatomsko trčenje delcev

Eksperimentiranje za nove tehnologije

V rudarstvu, za razstreljevanje materiala

Za raziskovanje novih materialov