В качестве другого примера приведем реакцию (Дж. Чедвик, 1932 г.), при которой впервые был выделен из ядра атома нейтрон. Реакция заключается в действии на ядра бериллия альфа-частицами. В результате реакции получаются ядра углерода и нейтроны:
Ядерные реакции
Ядерная реакция — процесс взаимодействия отдельного ядра с другим ядром или фундаментальной частицей, влекущий за собой изменение состава и структуры ядра, а также испускание вторичной частицы или кванта c.
Ядерные реакции происходят только тогда, когда ядра людей одного вещества сближаются друг с другом и попадают в радиус действия ядерных сил. Однако ядра всех химических веществ заряжены положительно. Поэтому, когда они приближаются друг к другу, их отталкивает Кулоб. Ядра могут сближаться друг с другом только в том случае, если им придана достаточная кинетическая энергия. Это может быть передано с помощью специальных ускорителей. Однако в случае легких ядер достаточно частицы А или Секондона, ядра второго человека.
Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году в эксперименте по обнаружению протон-протонных продуктов распада ядер. Ученые бомбардировали людей азотом с частицамиа. Когда частицы столкнулись, ядерная реакция развивалась в соответствии со следующими цифрами.
14. 7 n + 4 2 h e → 17. 8 o + 1 1 h
Первая реакция с использованием ускорителя произошла в 1932 году. Он смог разделить литиевого человека на две частицы.
7 3 l i + 1 1 h → 4 2 h e + 4 2 h e
На снимке траектории, полученном камерой Вильсона (см. изображение выше), кажется, что ядра летят в разных направлениях по одной и той же прямой линии. Это следует закону сохранения импульса (тяга протона намного меньше, чем толчок образующихся частиц — траектория протона не отображается на изображении).
Предупреждение. Число нуклонов до и после реакции постоянно.
Пример 1. Когда ядро бора бомбардируется 1 1. 5 b протонов производят 8 4 B e бериллия. Какие еще ядра образуются в этой реакции?
11. 5 b + 1 1 p = 8 4 b e + a. Z x
Число нуклонов до и после реакции постоянно. Таким образом, количество новых элементов груза равно разнице между суммой нагрузок бора и протона и Бейрута.
Огромное количество новых элементов равно разности между суммой массовых чисел бора и протона и массовым числом Бейрута.
Материя с зарядом 2 и массой 4 — это Солнце. Полученная система имеет вид
11. 5 b + 1 1 p = 8 4 b e + 4 2 h e
Энергетический выход ядерных реакций
В ядерной реакции распада лития при столкновении с быстрым протоном кинетическая энергия двух образовавшихся ядер была больше кинетической энергии протона, вступившего в реакцию. И разница между ними составила 7,3 Мэв. Это говорит о том, что ядерная трансформация сопровождается изменением внутренней энергии, т.е. изменением энергии связи. В рассматриваемой реакции энергия специальной связи с солнечными очками больше, чем энергия специальной связи с литиевым ядром. Таким образом, часть внутренней энергии литиевого ядра преобразуется в кинетическую энергию летящих частиц.
Изменение мощности ядерной связи означает, что полная энергия реагирующего ядра и спокойствия частиц не остается постоянной. Фактически, энергия ядерного покоя выражается в терминах энергии связи. Согласно закону сохранения энергии, изменение кинетической энергии в ходе ядерной реакции равно изменению энергии покоя реагирующих ядер и частиц.
Энергетическая эффективность ядерной реакции — это разница между энергией ядра и остальной частицы до и после реакции.
Где ma и мb — масса исходного продукта, mc и мd — масса готового продукта реакции.
Энергетическая эффективность ядерной реакции равна изменению кинетической энергии частиц, участвующих в реакции. Кроме того: a
- Если суммарная кинетическая энергия ядер и частиц после реакции больше, чем до реакции, то энергия выделяется .
- Если суммарная кинетическая энергия ядер и частиц после реакции меньше, чем до реакции, то энергия поглощается .
Энергия, выделяемая при ядерных реакциях, может быть огромной. Однако его практически невозможно использовать в соревновании ускоренных частиц (или ядер) с ядром мишени. Это связано с тем, что большинство ускоренных частиц проходят через ядро мишени, не вызывая реакции.
Пример 2. Деление уранового ядра.235 В результате захвата нейтронов 92 U образуются ядра бария142. 56 B A и криптона 91 36 K R, и три свободных нейтрона. Специальные соединения для ядер бария составляют 8,38 Мэв/нуклон, крипта — 8,55 Мэв/нуклон и урана — 7,59 Мэв/нуклон. Какая энергия выделяется из уранового ядра?
235. 92 U + 1 0 N → 14 2. 56 B a + 9 1 36 k r + 3 1 0 n
Из условий вопроса мы знаем, сколько энергии имеет каждый нуклон. Нуклон — это один протон или нейтрон. Каждый элемент до и после реакции имеет некоторое массовое число.
Поэтому, чтобы найти высвободившуюся энергию, нужно умножить количество нуклонов на их поведение и найти разницу между действиями до и после реакции.
q = e s в u a u -e s в b a a b a -e s в k r a k r
q = 7, 59-235-8, 38-142-8, 55-91 = -184, 36 (m e v)
Отрицательные числа возникают потому, что общее действие, соединяющее ядра образовавшихся элементов, больше, чем мужские силовые связи внутри урана. Это означает, что энергия, высвобождаемая в этой реакции, составляет 184,36 МЭВ.
Ядерные реакции на нейтронах
Нейтроны не загружены. В результате они свободно проникают в отдельные жилы и вызывают изменения. Например, конкуренция за нейтроны с ядром алюминиевого человека может вызвать следующую реакцию
2 7 1 3 a l + 1 0 n → 2 4 11 n a + 4 2 h e
Итальянский физик Энрико Ферми, изучавший ядерные реакции с нейтронами, обнаружил, что ядерные превращения вызываются как быстрыми, так и медленными нейтронами. Кроме того, использование медленных нейтронов часто дает лучшие результаты. Поэтому быстрые нейтроны начали замедляться в воде. После столкновения с ядром водорода, которое имеет почти такую же массу, как и нейтроны, эти нейтроны расслабляются. Их скорость теперь равна скорости теплового переноса молекул воды.
Число нуклонов до и после реакции постоянно. Таким образом, количество новых элементов груза равно разнице между суммой нагрузок бора и протона и Бейрута.
Ядерные реакции
Ядерные реакции широко определяются как процессы, возникающие в результате взаимодействия многих сложных ядер или элементарных частиц. Ядерные реакции — это также реакции, в которых между исходными частицами есть хотя бы одно ядро, которые объединяются другим ядром или фундаментальной частицей, что приводит к ядерной реакции и созданию новой частицы.
Ядерные реакции обычно направляются ядерными силами. Однако, поскольку ядерные силы не действуют на фотоны и электроны, $ \ гамма — ядерные реакции в ядре высокоэнергетического кванта или быстрого электрона происходят под действием электромагнитных, а не ядерных сил. Ядерная реакция — это процедура, которая происходит, когда нейтрон сталкивается с другой частицей, но в терпеливом взаимодействии.
Ядерные реакции могут происходить в естественных условиях (в нутре звезды, в космических лучах). Изучение ядерных реакций происходит в лабораторных условиях, где энергия передается заряженным частицам с помощью ускорителя. В этом случае более тяжелые частицы неподвижны и называются частицами-мишенями. На них воздействуют более легкие частицы, входящие в состав ускоряющего пучка. В ускорителе с обратным пучком разделение пучка на мишень и луч не имеет смысла.
Энергия положительно заряженных частиц в пучке должна быть по крайней мере на порядок больше, чем кулоновский потенциальный барьер атомного ядра. В 1932 году Дж. Кокрофт и Э. Уолтон первыми осуществили искусственный распад ядра лития под действием удара протона. Его энергия была меньше, чем высота кулоновской плотины. Проникновение протонов в ядро лития происходило посредством туннельных переходов через кулоновский потенциальный барьер. Для отрицательно заряженных нейтралов не существует кулоновского потенциального барьера, и ядерные реакции могут происходить даже с использованием тепловой энергии рассеянных частиц.
Готовые работы на аналогичную тему
Наиболее распространенные и показательные записи о ядерных реакциях приходят из химии. Левая часть — это сумма частиц до реакции, а правая часть — сумма конечных продуктов реакции.
Количественное описание реакций
Количественное описание ядерных реакций в терминах квантовой механики возможно только статистическим путем. Это означает, что мы можем говорить о различных возможных процессах, которые характеризуют ядерные реакции. Таким образом, реакция $$ b+B $$ от $$a+A^ к $$b+B^ полностью характеризуется в этом понимании дифференциальным эффективным сечением рассеяния $$ d \ sigma / d^Omega в начальном и конечном состояниях, соответственно, где присутствуют две частицы. В пределах твердого пересечения $$d \ Omega \ theta d \ varphi $, где $ \theta$ и ${varphi $ — полярный и азимутальный углы вылета одной из частиц, а угол $ \theta$ рассчитывается по следующей формуле. Происхождение ударной частицы. Зависимость дифференциального сечения от углов $\theta$ и $\varphi$ называется угловым распределением частиц, образующих реакцию. Общее или полное сечение, характеризующее интенсивность реакции, — это дифференциальное реальное сечение, интегрированное по всем значениям углов $\theta$ и $\varphi$: эффективное сечение — это сечение реакции.
Эффективное сечение можно интерпретировать как область, в которой падающая частица вызывает определенную ядерную реакцию. Фактическое сечение ядерной реакции измеряется в барн 400 \ b = ^ \ m $2$.
Ядерные реакции характеризуются эффективностью реакции. Выход ядерной реакции $ W $ — это доля частиц в пучке, которые вступают в ядерное взаимодействие с частицей-мишенью. Если $ S $ — поперечное сечение пучка, а $ I $ — плотность потока пучка, то $ N =IS$ частиц попадает в одну и ту же область мишени каждую секунду. Из них отклик в секунду составляет в среднем $\ треугольник N = IS \ сигма n $ частиц. Где $ \ сигма $ — эффективное сечение частиц пучка, а $n$ — концентрация ядер в мишени. Итак.
Различные классификации ядерных реакций
Ядерные реакции можно классифицировать в соответствии со следующими свойствами
- за природою частиц, которые участвуют в реакции;
- за массовым числом ядер, которые участвуют в реакции;
- за энергетическим (тепловым) эффектом;
- за характером ядерных преобразований.
По значению энергии $E$ реагирующей частицы можно выделить такие реакции.
- при малых энергиях ($E\le 1\ кэВ$);
- при низких энергиях (400\ кэВ\le E\le 1\ МэВ$);
- при средних энергиях (400\ МэВ\le E\le 100\ МэВ$);
- при значимых энергиях ($100\ МэВ\le E\le 1\ ГэВ)$;
- при высоких энергиях (400\ ГэВ\le E\le 500\ ГэВ$);
- при сверхвысоких энергиях ($E>500\ ГэВ$).
В зависимости от энергии частиц одного и того же ядра $A$, происходят различные превращения ядерных реакций. Например, рассмотрим реакцию бомбардировки изотопов фтора нейтронами разных энергий.
В зависимости от природы частиц, участвующих в ядерной реакции, их можно разделить на следующие типы
- под действием нейтронов;
- под действием фотонов;
- под действием заряженных частиц.
В зависимости от массового числа ядра ядерные реакции делятся на следующие типы
В зависимости от характера преобразований, происходящих в ядре, реакции протекают следующим образом.
- радиационный захват;
- кулоновское возбуждение;
- деление ядер;
- реакция взрыва;
- ядерный фотоэффект.
При изучении ядерных реакций используются следующие законы
- закон сохранения энергии;
- закон сохранения импульса;
- закон сохранения электрического заряда;
- закон сохранения барионного заряда;
- закон сохранения лептонного заряда.
Законы сохранения позволяют предсказать, какие разумные возможные реакции могут или не могут быть осуществлены из-за неудовлетворения одного или нескольких законов сохранения. В связи с этим законы сохранения играют особенно важную роль в ядерных реакциях.
Ядерные реакции характеризуются энергией $ q $ ядерной реакции. Если реакция протекает с выделением энергии $ q> 0 $, то реакция называется экзотермической
Первый в Советском Союзе и во всей Европе ядерный реактор (Ф-1) был запущен в 1946 году под руководством академика Игоря Корцатова. Он проработал почти 66 лет и был закрыт в 2012 году.
Ядерный реактор. Термоядерные реакции
В этом видеоуроке показано, что предлагает реактор. В нем рассматривается, как контролируются цепные ядерные реакции на атомных электростанциях. Вы узнаете, какие реакции называются реакциями синтеза. Вы также узнаете о некоторых условиях, при которых происходят реакции синтеза.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к другим учебным видео в этом наборе, вы должны приобрести их из списка и добавить в свой личный кабинет.
Конспект урока «Ядерный реактор. Термоядерные реакции»
Открытие тяжелого деления привело к появлению и развитию ядерной (или индивидуальной) энергетики, основанной на использовании энергии, запасенной в ядре человека. Установка, преобразующая эту энергию в электричество, называется электростанцией (ЭС).
Интересно, что, называя энергию, выделяемую в ядре, ядерной, мы допускаем двойную неточность. Во-первых, он является ядром, а не человеком, который разрушается. Во-вторых, выражение «индивидуальная энергия» буквально означает «неделимая энергия». Чтобы устранить эти неточности, Фредерик Содди предложил термин «объемная энергия» (т.е. «разделенная энергия»). Однако «объемная» энергия не была искоренена и осталась «А-сказкой». Его правильное название — ядерная энергия.
Как вы знаете, современные атомные электростанции используют энергию цепей деления для выработки электроэнергии. Помните, что цепная реакция — это реакция, в которой частицы, вызывающие реакцию деления, образуются как продукт той же реакции.
Как мы уже знаем, цепные реакции контролируются или регулируются.
Чтобы контролировать цепную реакцию, необходимо управлять процессом размножения нейтронов так, чтобы количество нейтронов в реакции оставалось в основном стабильным.
Например, при коэффициенте размножения нейтронов около одного целого и шести миллиметров (k ≈ 1,006) ядерная цепная реакция может оказаться неуправляемой. Если этот порог будет превышен хотя бы незначительно, произойдет немедленный ядерный взрыв.
Управляемые реакции деления ядер происходят в ядерных реакторах.
Ядерный реактор — это устройство, в котором под воздействием нейтронов осуществляются управляемые цепные ядерные реакции.
Энергия, выделяемая при делении, переносится осколками деления, нейтронами, гамма-лучами и электронами. В конечном итоге вся энергия деления ядра (около 200 МЭВ) преобразуется во внутреннюю энергию, которая выделяется как в самом реакторе, так и в окружающем материале. Это используется для производства электроэнергии.
Напомним, что первая контролируемая цепная ядерная реакция деления произошла в США в 1942 году под руководством итальянского физика Энрико Ферми.
Секретная разработка ядерного реактора стала первым крупным техническим достижением Манхэттенского проекта (создание атомной бомбы во время Второй мировой войны). В качестве топлива использовался природный (необогащенный) уран в виде спрессованного оксида общей массой около 37 тонн (около 33 т UO2 Приблизительно 3,7 тонны U3O8) и металлические стержни общей массой около 5 и 6/10 тонн (5,6 т). Для координатора был выбран тонер общей массой около 350 тонн.
Сердечник был разработан в виде слоистых графитовых блоков, укрепленных деревянной рамой. Каждый второй слой блоков имел полость, в которую укладывалось ядерное топливо, образуя кубическую решетку. Цепная реакция с k = 1,0006 длилась всего 28 минут, после чего реактор был остановлен.
Это подтверждено опытом. Если это условие выполняется, то интенсивность парообразования зависит от природы вещества, в котором происходит это явление. Чем больше количество атомов в веществе, тем выше интенсивность.
Термоядерные реакции
В основе термоядерных реакций лежат реакции синтеза. Это означает, что на самом деле происходит обратный процесс от деления. Ядро не распадается на части, а сплавляется. В этом случае также высвобождается большое количество энергии.
Реакции термоядерного синтеза могут происходить только при очень высоких температурах, как следует из их названия (тепловая температура). Чтобы два ядра слились, они должны подойти очень близко друг к другу и преодолеть электрическое отталкивание своих положительных зарядов. Это возможно при наличии большого количества кинетической энергии при высоких температурах. Термоядерная реакция водорода есть не только на Солнце, но и в других звездах, и она даже занимает центральное место в природе всех звезд.
Видео
И, наконец, наша статья, обучающее видео на тему ядерных реакций.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании этой статьи я старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Я признателен за обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Вы также можете посетить сайт 私の電子メール[email protected]またはFacebookにあなたの提案/質問/提案を書いてください.
