Приклад атомної енергії

Атомна енергія - це здатність виконувати роботу, отримані в результаті розпаду атомів радіоактивних елементів. Його отримують завдяки стимуляції цього розпаду.

Енергія в ядерних процесах

Хімічні реакції супроводжуються зміною енергії, як правило, у вигляді тепла, яке відривається (екзотермічні реакції) або поглинається (ендотермічні реакції). Коли речовина утворюється з складових елементів, виділяється тепло (позитивна теплота утворення), Хоча в деяких випадках, наприклад при отриманні озону з атомарного кисню, відбувалося б виділення гарячий.

Якщо ці самі ідеї застосувати до (передбачуваного) утворення атомних ядер з протонів і нейтронів, то зрозуміло, що при цьому утворенні буде вивільнятися енергія, і враховуючи характер залучених зв'язків, енергія, що виділяється тут, буде значно більшою, настільки, що втрата маси, яка буде супроводжувати зазначені зміни енергії, вже є вагомий. (Згідно з принципом Ейнштейна, зміна енергії ΔE еквівалентна зміні маси Δm, так що ΔE = Δm * C², де C – швидкість світла).

Так, наприклад, для елемента Літій Li-7, утвореного 3 протонами і 4 нейтронами, при утворенні грама-атома ядер Літію з атомною масою 7 матимемо:

3 протони = 3 * 1,00756 г = 3,02268 г

4 нейтрони = 4 * 1,00893 г = 4,03572 г

Результат Суми 7,05840 г.

Атомна маса літію-7 має значення 7,01645 г

Звідси, порівнюючи значення, випливає, що зміна маси Δm = 0,04195 г, а вони дорівнюють 9,02 * 10¹¹ калорій, розрахованих за рівнянням Ейнштейна ΔE = Δm * C².

Гіпотетична реакція утворення ядра з протонів і нейтронів виділяє величезну кількість енергії в мільйони разів перевершує більшість екзотермічних звичайних хімічних реакцій.

Кожна частинка ядра o Нуклон (протон або нейтрон), будучи частиною будь-якого ядра, воно зазнало втрати маси, яка не є постійною, але має максимальне значення для проміжних елементів періодичної системи з атомними номерами від 20 до 51, потім повільно зменшуючись зі збільшенням числа атомний.

Атомна бомба

Уран 235 і плутоній 239 поділяються шляхом нейтронного бомбардування і виділяють величезну кількість енергії, вивільняючи нові нейтрони.

Умовою для процесу розмноження є те, що більше одного нейтрона, що утворюється в кожному розщепленні, здатні викликати нове розщеплення або поділ.

В Урановий стек, утворені нейтрони частково витікають через поверхню матеріалу, а частково поглинаються ураном 238 з утворенням важкого ізотопу урану 239, який послідовно розпадається на нептуній і плутоній.

Але якщо це чистий уран 235 або плутоній 239, можливість втрати нейтронів через поверхню того ж самого призводить до того, що Критичний розмір необхідний для розвитку в ньому ланцюгової реакції.

The Критичний розмір Зразок — це той, у якому майже відразу розвивається ланцюгова реакція, розщеплюючи атом.

Якщо зразок матеріалу, що розщеплюється (ділиться нейтронним бомбардуванням) має діаметр, менший за середній шлях, який повинен пройти швидкий нейтрон, щоб отримати У процесі розщеплення, зрозуміло, що нейтрони, що утворюються при випадкових розщепленнях, що мандрують нейтронами, будуть виходити через поверхню, не атакуючи жодного іншого ядро.

Навпаки, якщо зразок перевищує критичний розмір, нейтрони, які час від часу виробляються, на шляху через через нього вони матимуть велику ймовірність розщеплення нових ядер, таким чином продовжуючи, прискореною швидкістю, процес поділ.

Якщо зразок перевищує критичний розмір, він зазнає миттєвого вибуху, тоді як якщо він менший, відбудеться повільне розщеплення, якого, однак, слід уникати. Для цього матеріал, що розщеплюється, зберігається тонкими шарами всередині кадмієвих контейнерів, які зберігаються у воді; випадкові падаючі нейтрони сповільнюються водою, а потім захоплюються кадмієм, перш ніж вони зможуть досягти захищеного матеріалу.

Швидко змішуючи різні шматки матеріалу, що розщеплюється, кожен з яких є трохи меншим за критичний, утворюється єдина маса (атомна бомба), яка негайно вибухає. Швидкість, з якою повинні бути зібрані шматки матеріалу, що розщеплюється, повинна бути дуже високою, щоб уникнути цього, коли реакція починається в Ланцюг, будучи дуже близьким, вивільнена енергія розсіює шматки згаданого матеріалу до повного контакту.

Є два шматки матеріалу, що розщеплюється, належним чином захищених речовинами, що поглинають нейтрони, на відстані кількох сантиметрів один від одного. У сприятливий момент одна з фігур стріляє в іншу зі швидкістю швидкого снаряда.

Деталі конструкції та механізму експериментальної атомної бомби, яка вибухнула рано вранці 16 липня, У 1945 році в пустелі Нью-Мексико їх очолив професор Оппенгеймер, фізик-теоретик з Університету Каліфорнія.

Дві бомби, скинуті через кілька тижнів проти Японії, були створені, перший для урану 235 і другий для плутонію.

Хоча енергія, що виділяється при розщепленні ядра урану, обчислюється приблизно в 200 мільйонів електрон-вольт, тобто приблизно 2x10¹⁰ Кілокалорій на кілограм розщепленого урану, лише 1-5% залишається придатним для використання, що відповідає доступна вибухова енергія на кілограм U-235 еквівалентна приблизно 300 тонн тринітротолуолу (тротил, триліта)

До вибухової хвилі, що виникла під час вибуху атомної бомби, додаються жахливі запальні ефекти виробляється інтенсивним гамма-випромінюванням, яке визначає, як мініатюрне Сонце, хоча й коротко тривалість.

The спустошення, викликане ізольованими бомбами над японськими містами Хіросіма і Нагасакі є доказом величезної атомної енергії, яка виділяється при атомному розпаді.

Однак слід сподіватися, що атомна енергія може бути використана для мирного використання в майбутньому, особливо в тих випадках, коли бажана велика концентрація енергії в невеликій кількості матеріалу.

Приклади застосування атомної енергії

Виробництво теплової енергії

Механічна генерація електроенергії

Виробництво електроенергії

Цілі війни з атомною бомбою

Зіткнення субатомних частинок

Експерименти над новими технологіями

У гірничодобувній промисловості, для вибухових матеріалів

Для дослідження нових матеріалів