Пример атомске енергије

Атомска енергија је способност обављања посла, добијени распадом атома радиоактивних елемената. Добија се захваљујући стимулацији овог распада.

Енергија у нуклеарним процесима

Хемијске реакције праћене су променом Енергије, углавном у облику топлоте, која се просипа (егзотермне реакције) или апсорбује (ендотермне реакције). Када се супстанца формира од саставних елемената, топлота се одаје (позитивна топлота формирања), мада би у неким случајевима, попут добијања озона из атомског кисеоника, дошло до ослобађања вруће.

Ако се те исте идеје примене на (претпостављену) формацију атомских језгара из протона и неутрона, јасно је да ће се енергија ослободити у овој формацији, а с обзиром на природе повезаних веза, овде ослобођена енергија биће знатно већа, толико да је губитак масе који ће пратити наведену енергетску варијацију већ пондерабле. (Према Ајнштајновом принципу, промена енергије ΔЕ еквивалентна је промени масе Δм, тако да је ΔЕ = Δм * Ц², где је Ц брзина светлости).

Тако ћемо, на пример, за елемент Литијум Ли-7, формиран од 3 протона и 4 неутрона, у формирању грам-атома литијумских језгара атомске масе 7, имати:

3 протона = 3 * 1.00756 г = 3.02268 г

4 неутрона = 4 * 1.00893 г = 4.03572 г

Резултат збира је 7.05840 г.

Атомска маса литијума-7 има вредност 7,01645 г

Следи, упоређујући вредности, да је промена масе Δм = 0,04195 г, а оне су једнаке 9,02 * 10¹¹ калорија, израчунато Ајнштајновом једначином ΔЕ = Δм * Ц².

Хипотетичка реакција формирања језгара из протона и неутрона даје огромну количину енергије, милион пута супериорнији од најегзотермнијих уобичајених хемијских реакција.

Свака честица језгра о Нуклеон (протон или неутрон), јер је део било ког језгра, доживео је губитак масе, који није сталан, али има максималну вредност за средње елементе периодичног система атомских бројева 20 до 51, а затим полако опадајући са повећањем броја атомска.

Атомска бомба

Уран 235 и Плутонијум 239 деле се неутронским бомбардирањем и емитују огромне количине енергије, ослобађајући нове неутроне.

Услов за процес множења је да је више од једног неутрона произведеног у сваком цепању способно да произведе ново цепање или поделу.

У Хрпа уранијума, произведени неутрони делимично излазе кроз површину материјала, а делимично се апсорбују Уранијумом 238 формирајући тешки изотоп Уранијум 239, који се сукцесивно распада у Нептунијум и Плутонијум.

Али ако се ради о чистом Уранијуму 235 или Плутонијуму 239, могућност губитка неутрона кроз површину истог доводи до сазнања о Критична величина неопходан да би се унутар њега развила ланчана реакција.

Тхе Критична величина Узорак је онај у коме се ланчана реакција, цепајући атом, развија готово одмах.

Ако узорак цепљивог материјала (дељив неутронским бомбардирањем) има пречник мањи од средње путање коју брзи неутрон мора прећи да би створио У процесу цепања подразумева се да ће неутрони произведени повременим цепањем путујућих неутрона побећи кроз површину без напада на било који други језгро.

Супротно томе, ако је узорак већи од критичне величине, повремено се стварају неутрони кроз њу ће имати велику вероватноћу цепања нових језгара, настављајући тако убрзаном брзином процес подела.

Ако је узорак већи од критичне величине, претрпиће тренутну експлозију, док ће, ако је мањи, произвести полагано цепање, што треба избегавати. Због тога се материјал који се може цепати чува у танким слојевима унутар кадмијумских контејнера који се чувају у води; повремени инцидентни неутрони ће успорити вода, а затим их заробити кадмијум пре него што стигну до заштићеног материјала.

Брзим мешањем различитих комада цепљивог материјала, сваки нешто мањи од критичне величине, настаје једна маса (атомска бомба), која одмах експлодира. Брзина којом се морају сакупљати комадићи цепљивог материјала мора бити врло велика да би се то избегло када реакција започне Ланац, будући да је врло близу, ослобођена енергија распршује комаде поменутог материјала пре него што у потпуности дође у контакт.

Постоје два комада цепљивог материјала који су адекватно заштићени средствима за уклањање неутрона и удаљени су неколико центиметара. У погодном тренутку један од комада се испаљује на други брзином брзог пројектила.

Детаљи конструкције и механизма експерименталне атомске бомбе која је експлодирала рано ујутро 16. јула, 1945. у пустињи Нови Мексико водио их је професор Оппенхеимер, теоријски физичар са Универзитета у Калифорнија.

Конституисане су две бомбе бачене недељама касније на Јапан, први за Уранијум 235, а други за Плутонијум.

Иако се енергија ослобођена у цепању језгра уранијума израчунава на око 200 милиона електрон-волти, односно око 2к10¹⁰ Килокалорија по килограму расцепљеног уранијума, само 1-5% остаје употребљиво, што одговара а доступна експлозивна енергија по килограму У-235 еквивалентна оној од око 300 тона тринитротолуена (ТНТ, трилита)

Експлозивном таласу насталом експлозијом атомске бомбе додају се страшни запаљиви ефекти произведено интензивним емитованим гама зрачењем, које одређује како ће минијатурно Сунце, иако на кратко трајање.

Тхе разарања изазвана изолованим бомбама над јапанским градовима Хирошима и Нагасаки доказ су огромне атомске енергије која се ослобађа у атомском распаду.

Надамо се, међутим, да ће се атомска енергија у будућности моћи примењивати у мирољубиве сврхе, посебно у случајевима када је пожељна велика концентрација енергије у малој количини материјала.

Примери примене атомске енергије

Производња топлотне енергије

Механичка производња електричне енергије

Производња електричне енергије

Ратне сврхе са атомском бомбом

Субатомски судар честица

Експериментирање за нове технологије

У рударству, за минирање материјала

За истраживање нових материјала