ตัวอย่างพลังงานปรมาณู

ฟิสิกส์ / by admin / November 13, 2021

พลังงานปรมาณูคือความสามารถในการทำงาน ได้จากการสลายตัวของอะตอมของธาตุกัมมันตรังสี. ได้มาจากการกระตุ้นของการสลายตัวนี้

พลังงานในกระบวนการนิวเคลียร์

ปฏิกิริยาเคมีจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน โดยทั่วไปจะอยู่ในรูปของความร้อน ซึ่ง หลุดออกมา (ปฏิกิริยาคายความร้อน) หรือถูกดูดกลืน (ปฏิกิริยาดูดความร้อน). เมื่อสสารก่อตัวขึ้นจากองค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบ ความร้อนจะถูกคายออก (ความร้อนเชิงบวกของการก่อตัว) แม้ว่าในบางกรณี เช่น ในการรับโอโซนจากออกซิเจนปรมาณู ก็จะมีการปลดปล่อย ร้อน.

หากแนวคิดเดียวกันนี้ถูกนำไปใช้กับการก่อตัวของนิวเคลียสอะตอมจากโปรตอนและนิวตรอน (สันนิษฐาน) เป็นที่ชัดเจนว่าพลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปแบบนี้และให้ ธรรมชาติของการเชื่อมโยงที่เกี่ยวข้อง พลังงานที่ปล่อยออกมาที่นี่จะมากขึ้นมากจนสูญเสียมวลที่จะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานดังกล่าวแล้ว น่าคิด (ตามหลักการของไอน์สไตน์ การเปลี่ยนแปลงของพลังงาน ΔE เท่ากับการเปลี่ยนแปลงของมวล Δm ดังนั้น ΔE = Δm * C²โดยที่ C คือความเร็วแสง)

ตัวอย่างเช่น สำหรับองค์ประกอบ ลิเธียม Li-7 ซึ่งเกิดจากโปรตอน 3 ตัวและนิวตรอน 4 ตัว ในรูปแบบกรัม-อะตอมของนิวเคลียสลิเธียมที่มีมวลอะตอม 7 เราจะได้รับ:

instagram story viewer

3 โปรตอน = 3 * 1.00756 ก. = 3.02268 ก.

4 นิวตรอน = 4 * 1.00893 ก. = 4.03572 ก.

ผลรวมคือ 7.05840 ก.

มวลอะตอมของลิเธียม-7 มีค่า 7.01645 g

ตามมาเมื่อเปรียบเทียบค่าการเปลี่ยนแปลงของมวล Δm = 0.04195 g และมีค่าเท่ากับ 9.02 * 10¹¹ แคลอรี คำนวณด้วยสมการไอน์สไตน์ ΔE = Δm * C².

ปฏิกิริยาการก่อตัวของนิวเคลียสตามสมมุติฐานจากโปรตอนและนิวตรอนให้พลังงานจำนวนมหาศาล นับล้านครั้ง เหนือกว่าปฏิกิริยาเคมีแบบคายความร้อนทั่วไปส่วนใหญ่

แต่ละอนุภาคของนิวเคลียส o นิวคลีออน (โปรตอนหรือนิวตรอน)สำหรับการเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสใด ๆ ก็ประสบกับการสูญเสียมวลซึ่งไม่คงที่ แต่มีค่าสูงสุด สำหรับองค์ประกอบกลางของระบบธาตุของเลขอะตอม 20 ถึง 51 แล้วค่อยๆ ลดลงตามจำนวนที่เพิ่มขึ้น อะตอม

ระเบิดปรมาณู

ยูเรเนียม 235 และพลูโทเนียม 239 แบ่งโดยการทิ้งระเบิดนิวตรอน และปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล ปล่อยนิวตรอนใหม่ออกมา

เงื่อนไขสำหรับกระบวนการคูณที่จะเกิดขึ้นคือมีนิวตรอนมากกว่าหนึ่งตัวที่ผลิตขึ้นในแต่ละความแตกแยกสามารถสร้างความแตกแยกหรือการแบ่งใหม่ได้

ใน กองยูเรเนียม, นิวตรอนที่ผลิตออกมาบางส่วนหนีผ่านพื้นผิวของวัสดุและถูกดูดซับบางส่วน โดยยูเรเนียม 238 เพื่อสร้างไอโซโทปไอโซโทปหนัก 239 ซึ่งสลายตัวเป็นเนปทูเนียมและ พลูโทเนียม

แต่ถ้าเป็นยูเรเนียมบริสุทธิ์ 235 หรือพลูโทเนียม 239 ความเป็นไปได้ที่จะสูญเสียนิวตรอนผ่านพื้นผิวเดียวกันจะทำให้รู้ว่า ขนาดวิกฤต จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาลูกโซ่ในการพัฒนาภายในนั้น

NS ขนาดวิกฤต ตัวอย่างคือกลุ่มตัวอย่างที่ปฏิกิริยาลูกโซ่ซึ่งแยกอะตอม พัฒนาเกือบจะในทันที

ถ้าตัวอย่างของวัสดุที่แยกออกได้ (แบ่งได้ด้วยการทิ้งระเบิดนิวตรอน) มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าเส้นทางเฉลี่ยที่นิวตรอนเร็วต้องเคลื่อนที่ผ่านเพื่อผลิต กระบวนการแตกแยกเป็นที่เข้าใจกันว่านิวตรอนที่ผลิตในการแยกเป็นครั้งคราวโดยการเดินทางนิวตรอนจะหลบหนีผ่านพื้นผิวโดยไม่โจมตีอื่น ๆ นิวเคลียส.

ในทางตรงกันข้าม ถ้าตัวอย่างมีขนาดใหญ่กว่าขนาดวิกฤต นิวตรอนที่ผลิตขึ้นเป็นครั้งคราวจะเคลื่อนผ่าน พวกมันจะมีโอกาสสูงที่จะแยกนิวเคลียสใหม่ ดังนั้นจึงดำเนินการต่อไปในอัตราเร่ง แผนก.

หากตัวอย่างมีขนาดใหญ่กว่าขนาดวิกฤต ตัวอย่างจะเกิดการระเบิดในทันที แต่ถ้าตัวอย่างมีขนาดเล็กกว่า จะเกิดการแตกแยกอย่างช้าๆ ซึ่งอย่างไรก็ตาม ควรหลีกเลี่ยง สำหรับสิ่งนี้ วัสดุที่แยกได้จะถูกเก็บไว้ในชั้นบาง ๆ ภายในภาชนะแคดเมียมที่เก็บไว้ในน้ำ นิวตรอนที่ตกกระทบเป็นครั้งคราวจะถูกทำให้ช้าลงโดยน้ำแล้วจับโดยแคดเมียมก่อนที่จะไปถึงวัสดุที่ได้รับการป้องกัน

โดยการผสมวัสดุที่แยกได้หลายชิ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งแต่ละชิ้นมีขนาดเล็กกว่าขนาดวิกฤต จึงเกิดมวลก้อนเดียว (ระเบิดปรมาณู) ซึ่งจะระเบิดทันที ความเร็วที่จะต้องรวบรวมชิ้นส่วนของวัสดุที่แยกได้จะต้องสูงมากเพื่อหลีกเลี่ยงเมื่อปฏิกิริยาเริ่มต้นใน โซ่อยู่ใกล้กันมาก พลังงานที่ปล่อยออกมาจะกระจายชิ้นส่วนของวัสดุดังกล่าวก่อนที่จะสัมผัสอย่างเต็มที่

มีวัสดุที่แยกออกได้สองชิ้นซึ่งมีการป้องกันอย่างเพียงพอด้วยสารขับนิวตรอนและห่างกันสองสามเซนติเมตร ในช่วงเวลาที่เหมาะสม ชิ้นส่วนชิ้นหนึ่งถูกยิงใส่อีกชิ้นหนึ่งด้วยความเร็วของกระสุนปืนที่รวดเร็ว

รายละเอียดการก่อสร้างและกลไกของการทดลองระเบิดปรมาณูที่ระเบิดในช่วงเช้าของวันที่ 16 กรกฎาคม ค.ศ. 1945 ในทะเลทรายนิวเม็กซิโก นำโดยศาสตราจารย์ออพเพนไฮเมอร์ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัย แคลิฟอร์เนีย.

ระเบิดสองลูกที่ทิ้งระเบิดใส่ญี่ปุ่นในสัปดาห์ต่อมาถูกประกอบขึ้นครั้งแรกสำหรับยูเรเนียม 235 และครั้งที่สองสำหรับพลูโทเนียม.

แม้ว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาจากความแตกแยกของนิวเคลียสยูเรเนียมจะคำนวณได้ที่ประมาณ 200 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ นั่นคือประมาณ 2x10¹⁰ กิโลแคลอรีต่อกิโลกรัมของยูเรเนียมที่แยกไว้ เหลือเพียง 1-5% เท่านั้นที่ยังคงใช้งานได้ ซึ่งสอดคล้องกับ พลังงานระเบิดที่มีอยู่ต่อกิโลกรัมของ U-235 เทียบเท่ากับ trinitrotoluene ประมาณ 300 ตัน (TNT, ทริลิตา)

เพื่อคลื่นระเบิดที่เกิดจากการระเบิดของระเบิดปรมาณูจะเพิ่มผลการก่อไฟที่น่ากลัว เกิดจากรังสีแกมมาเข้มข้นที่ปล่อยออกมา ซึ่งเป็นตัวกำหนดว่าดวงอาทิตย์ขนาดจิ๋วนั้นเป็นอย่างไร แม้ว่าจะเป็นเวลาสั้นๆ ก็ตาม ระยะเวลา.

NS ความหายนะที่เกิดจากระเบิดแยก เหนือเมืองฮิโรชิมาและนางาซากิของญี่ปุ่นเป็นข้อพิสูจน์ถึงพลังงานปรมาณูขนาดมหึมาที่ปล่อยออกมาจากการแตกตัวของอะตอม

อย่างไรก็ตาม หวังว่าจะสามารถนำพลังงานปรมาณูมาใช้ให้เกิดประโยชน์อย่างสันติได้ในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ต้องการพลังงานที่มีความเข้มข้นมากในปริมาณเล็กน้อย ของวัสดุ