Приклад атомної енергії

Атомна енергія - це здатність виконувати роботу, отримані в результаті розпаду атомів радіоактивних елементів. Це отримується завдяки стимулюванню цього розпаду.

Енергія в ядерних процесах

Хімічні реакції супроводжуються варіацією енергії, як правило, у формі тепла, яке відривається (екзотермічні реакції) або поглинається (ендотермічні реакції). Коли речовина утворюється із складових елементів, виділяється тепло (Позитивний теплоутворення), Хоча в деяких випадках, наприклад, при отриманні озону з атомарного кисню, відбудеться викид гарячий.

Якщо ці самі ідеї застосувати до (передбачуваного) утворення атомних ядер з протонів і нейтронів, то очевидно, що енергія буде виділятися в цьому утворенні, і враховуючи Внаслідок природи пов'язаних ланок енергія, що виділяється тут, буде значно більшою, настільки, що втрата маси, яка супроводжуватиме зазначені зміни енергії, вже є вагомий. (Відповідно до принципу Ейнштейна, зміна енергії ΔE еквівалентно зміні маси Δm, так що ΔE = Δm * C², де С - швидкість світла).

Так, наприклад, для елемента Літій Li-7, утвореного 3 протонами та 4 нейтронами, при утворенні грам-атома ядер літію атомною масою 7 ми 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.

З цього випливає, порівнюючи значення, що зміна маси Δm = 0,04195 г, і вони дорівнюють 9,02 * 10¹¹ калорій, розраховані за рівнянням Ейнштейна ΔE = Δm * C².

Гіпотетична реакція утворення ядер з протонів і нейтронів видає величезну кількість енергії, мільйони разів перевершує більш екзотермічні звичайні хімічні реакції.

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 атомних чисел від 20 до 51, потім повільно зменшуючись із збільшенням числа атомна.

Атомна бомба

Уран 235 і Плутоній 239 діляться нейтронними бомбардуваннями і виділяють величезну кількість енергії, виділяючи нові нейтрони.

Умовою процесу розмноження є те, що більше ніж один нейтрон, що утворюється в кожному розщепленні, здатний продукувати нове розщеплення або поділ.

В Купа урану, утворені нейтрони частково виходять через поверхню матеріалу, а частково поглинаються Ураном 238 з утворенням важкого ізотопу Уран 239, який послідовно розпадається на Нептуній і Плутоній.

Але якщо це чистий уран 235 або плутоній 239, можливість втрати нейтронів через поверхню того самого веде до знання Критичний розмір необхідний для того, щоб в ньому розвивалася ланцюгова реакція.

Критичний розмір зразка - це той, при якому ланцюгова реакція, розщеплюючи атом, розвивається майже відразу.

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

Навпаки, якщо зразок перевищує критичний розмір, час від часу нейтрони на шляху до через неї 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 його розмір менший, це призведе до повільного розщеплення, якого, однак, слід уникати. Для цього матеріал, що розщеплюється, зберігається тонкими шарами всередині кадмієвих контейнерів, які містяться всередині води; випадкові нейтрони, що падають, сповільнюються водою, а потім захоплюються кадмієм, перш ніж вони зможуть дістатися до захищеного матеріалу.

Якщо кілька шматочків матеріалу, що розщеплюється, швидко змішати, кожен з них дещо менший за критичний розмір, утворюється одна маса (атомна бомба), яка негайно вибухає. Швидкість, з якою повинні відповідати шматки матеріалу, що розщеплюється, повинна бути дуже високою, щоб уникнути такої ситуації, коли починається реакція Ланцюг, перебуваючи дуже близько, виділена енергія розсіює шматки згаданого матеріалу до повного контакту.

Є два шматки матеріалу, що розщеплюється, які належним чином захищені поглиначами нейтронів і розташовані на відстані декількох сантиметрів. У зручний момент одна з частин стріляє в іншу зі швидкістю швидкого снаряда.

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

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

Хоча енергія, що виділяється при розщепленні ядра урану, розраховується приблизно на 200 мільйонів електрон-вольт, тобто приблизно 2х10¹⁰ Кілокалорій на кілограм розщепленого урану залишається придатним лише 1-5%, що відповідає a доступна вибухова енергія на кілограм U-235, еквівалентна енергії приблизно 300 тонн тринітротолуолу (тротил, триліта)

До вибухової хвилі, що виникла в результаті вибуху атомної бомби, додаються страшні запальні ефекти виробляється інтенсивним випромінюванням гамма-випромінювання, яке визначає, як мініатюрне Сонце, хоча і ненадовго тривалість.

руйнування, спричинене ізольованими бомбами над японськими містами Хіросіма та Нагасакі є доказом величезної атомної енергії, що виділяється при розпаді атомів.

Однак сподіваємось, що атомна енергія може бути використана в мирних цілях у майбутньому, особливо у випадках, коли бажана велика концентрація енергії в невеликій кількості матеріалу.

Приклади застосування атомної енергії

Виробництво теплової енергії

Механічна генерація електроенергії

Виробництво електроенергії

Військові цілі з атомною бомбою

Субатомне зіткнення частинок

Експерименти щодо нових технологій

У видобутку корисних копалин для вибухових робіт

Для дослідження нових матеріалів