Tuuma lõhustumine: protsessi tuuma lõhustumise. tuuma reaktsioonid

Artikkel räägib, mida tuumalõhustumine kui protsess on avastatud ja kirjeldatud. Avalikustab selle kasutamine energiaallikana ja tuumarelvi.

"Jagamatu" aatom

Kahekümne esimese sajandi on täis selliseid väljendeid nagu "aatomienergia", "tuumatehnoloogia", "Radioaktiivsed jäätmed". Iga nüüd ja siis pealkirju pinnatud teateid võimalus radioaktiivse saastatuse pinnase ookeanide, Antarktika jää. Kuid tavalised inimesed ei ole sageli väga hea idee, mida teaduse ja kuidas see aitab igapäevaelus. Sa peaksid algama ehk lugudega. Alates kõige esimene küsimus, mis küsis hästi toidetud ja hästi riides mees, ta tahtis teada, kuidas maailm toimib. Kuidas silm näeb, kõrva kuuleb, miks kui vesi erineb kivi - see on see, mida targad juba ammusest ajast hooldus. Isegi iidse India ja Kreeka, mõned abivalmis mõtetes on näidanud, et seal on vähemalt osakeste (nimetatakse seda ka "jagamatu"), mille materjali omadusi. Keskaja keemikud on kinnitanud eelaimus tarkade ja kaasaegse määratluse aatomi järgmised: aatom - väikseim osake asja, mis on vedaja selle omadused.

aatom osad

Kuid tehnoloogia areng (nt fotod) viinud aatom lakanud olemast väikseima võimaliku osakese aine. Kuigi eraldi võetuna aatom on elektriliselt neutraalne, teadlased mõistsid kiiresti: see koosneb kahest osast erineva tasu. Arvu positiivselt laetud ühikute arvu negatiivse kompenseerib Seega jääb neutraalseks aatom. Aga ei olnud üheselt mõistetav mudel aatom. Kuna sel ajal endiselt domineerivad klassikalise füüsika, et seal olid erinevad eeldused.

mudel aatomiga

Esialgu mudel pakuti "veeretada rosinad." Positiivse laenguga, sest see täidab kogu ruumi aatom, ja see, nagu rosinad kakuke, levitada negatiivset laengut. Kuulus eksperimendid Rutherford kindlaks järgmised: on väga raske elemendi positiivne laeng (tuuma) ja ümbritsetud palju kergem elektrone kesklinnas aatomi. Mass tuumas on sadu kordi raskemad kui summa kõik elektronid (see on 99,9 protsenti massi aatom). Nii sündis planeetide mudel aatomi Bohr. Kuid mõned selle elemendid vastuolus aktsepteeriti ajal klassikalise füüsika. Seega uus kvantmehaanika töötati. Oma välimuse perioodil hakkas mitteklassikaline teadus.

Aatomiga ja radioaktiivsusega

Kõigest eespool selgub, et tuuma - see on raske, positiivselt laetud osa juures, mille moodustab suurema osa ta. Kui kvantimisfunktsioone energy ja asend elektrone orbiidi aatomiga on hästi uuritud, on aeg mõista, milline aatomi tuum. See tuli appi geniaalne ja ootamatu avastus radioaktiivsus. See on aidanud paljastada sisuliselt raske central aatom, nagu radioaktiivse allika - Tuumalõhustumise. Kell omakorda üheksateistkümnenda ja kahekümnenda sajandi avamise langes üksteise järel. Teoreetiline lahendus ühe probleemi põhjustab vajadust seada uusi kogemusi. Katsetulemused tekitas teooriaid ja hüpoteese, mida on vaja, et kinnitada või ümber lükata. Sageli suurim avastused ilmus, lihtsalt sellepärast, et sel viisil valemiga on mugav arvuti (näiteks quantum Max Planck). Alguses ajastu fotograafia, teadlased teadsid, et uraani soolad valguse käes kuivatatud valgustundlik film, kuid nad ei teadnud, et selle alusel nähtus on tuuma lõhustumise. Seetõttu radioaktiivsuse uuriti, et mõista, milline tuuma lagunemine. On ilmselge, et heite quantum üleminekud loodi, kuid ei olnud selge, mis see on. Chet Curie kaevandatud puhta raadiumi ja polooniumi, töötlemise uraanimaagi praktiliselt käsitsi saada vastust sellele küsimusele.

Laadige kiirguse

Rutherford on teinud palju, et uuritakse aatomi struktuuri ja aitas kaasa ka uuring, kuidas jagamise aatomi tuumas. Teadlane panna kiirgus radioaktiivne element magnetväljas ja sai suurepärase tulemuse. Selgus, et kiirgus koosneb kolmest komponendist: üks oli neutraalne ja teised kaks - positiivselt kui ka negatiivselt laetud. lõhustumine uuring algas identifitseerimise selle koostisosadest. On tõestatud, et põhiline saab jagada, et saada osa oma positiivse laengu.

Struktuuri tuumas

Hiljem selgus, et aatomi tuum koosneb mitte ainult positiivselt laetud osakesed prootonid, kuid neutraalse neutronite osakesi. Koos neid nimetatakse nucleons (inglise «tuuma», tuuma). Kuid teadlased on uuesti tekkinud probleem: mass tuuma (st arvu nucleons) ei vastanud alati oma tasu. Y vesinik tuumas on vastutav 1 ja mass võib olla kolm, kaks, ja üks. Järgnevatel see perioodilisuse tabeli heeliumi tuum eest +2, samas kui tema tuum sisaldab 4.-6 nucleons. Keerukamate elementide võib olla palju suurem arv erinevaid masse sama tasu. Sellised variatsioonid aatomite nimetatakse isotoope. Ja mõned olid päris stabiilseid isotoope, teised kiiresti lagunes, sest neil oli see iseloomustab tuuma lõhustumise. Mis alusel kooskõlas arvu nucleons stabiilsust tuumade? Miks lisamine ainult üks neutron on raske ja üsna stabiilne tuum viinud tema split vabastada radioaktiivsuse? Kummalisel kombel, vastus sellele olulisele küsimusele ei ole veel leitud. Empiiriliselt, leiti, et teatud arv prootonite ja vastavad stabiilne koosseisude tuumade. Kui tuum 2, 4, 8, 50 neutronit ja / või prootonite kernel erakordne stabiilsus. Need numbrid on isegi nimetatakse maagiline (ja nimega neid täiskasvanutele, teadlased, tuumafüüsika). Seega tuumalõhustumise sõltub nende mass, mis on arv nende nukleonite.

Drop, kate, kristall

Määrata tegur, mis vastutab, ei olnud võimalik hetkel stabiilsuse tuuma. On palju teooriaid aatomi struktuuri mudelid. Kolm kõige kuulsam ja arenenud sageli üksteisega vastuolus erinevates küsimustes. Esimene on see, et tuum - tilk erilist tuumaenergia vedelik. Nagu vesi, seda iseloomustab voolavust, pindpinevus, fusion ja lagunemine. Koorega mudel tuuma liiga on teatud taseme energia, mis on täis nucleons. Kolmandad riigid, keda tuum - keskmise, mis on võimeline murravad spetsiifilise lainepikkusega (de Broglie), kusjuures murdumisnäitaja - on potentsiaalne energia. Siiski ei mudel ei ole siiani täielikult kirjeldada, miks teatud kriitiline mass selle konkreetse keemilise elemendi, tükeldamine tuumas algab.

Mis juhtub lagunemine

Radioaktiivsus, nagu eespool mainitud, leiti aineid, mis võib leida looduses: uraani, poloonium, raadium. Näiteks äsja toodetud puhas uraan on radioaktiivsed. lõhestamisprotsess antud juhul on spontaanne. Ilma igasuguse välise mõju teatud kogus uraani aatomid kiirgavad alfaosakeste spontaanselt muundatakse toorium. See on näitaja, mida nimetatakse poolestusaeg. See näitab, võtta aega algsest osa numbrid on umbes pool. Iga radioaktiivne element poolväärtusaeg oma - alates sekundi murdosa California sadu tuhandeid aastaid uraani ja tseesium. Aga seal on sunnitud tegevuse. Kui aatomituumadega pommitab prootonid või alfa osakesed (heeliumituumadest) suure kineetilise energia, nad võivad olla "split". muundurmehhanismi muidugi erinevad, kuidas ema lemmik murrab vaas. Kuid teatud analoogia võib leida.

aatomienergia

Seni ei ole me vastanud praktiline küsimus: Kus see energia Tuumalõhustumise. Sest alguses on vaja selgitada, et moodustamise ajal tuumas on eriline tuuma jõud, mida nimetatakse tugev vastastikmõju. Kuna Tuum koosneb komplekt positiivne prootonid, jääb küsimus, kuidas nad kokku hoidma, sest elektrostaatiline jõud on piisavalt tugev, et tõrjuma neid üksteisest. Vastus on nii lihtne, ja seal: tuum hoitakse kulul väga kiire vahetuse nucleons erilist osakesi - piionid. See link elab on uskumatult väike. Kui lõpetatakse vahetamise pi-mesonite tuum lagunevad. sama hästi on teada, et mass tuumas on väiksem kui summa kõigi oma nukleonite. Seda nähtust nimetatakse massi defekt. Tegelikult puuduvat massi - on energia, mis on kulutatud terviklikkuse säilitamiseks tuuma. Kui eraldatud aatomituuma mingi osa sellest energiast toodetakse tuumaelektrijaamades ja muundatakse soojust. See tähendab, et energia tuuma lõhustumise - on selge näide sellest, Einsteini kuulsa valemi. Meenuta, valemiga sõnastatud: energia ja massi on võimalik konverteerida üksteist (E = mc ^2).

Teooria ja praktika

Nüüd ütle meile, kuidas seda kasutatakse puhtalt teoreetiline avastus minu elu GW elektrit. Esiteks tuleb märkida, et kontrollitud reaktsioonides indutseeritud lõhustumise kasutatakse. Kõige sagedamini on uraani või poloonium, mis on pommitatakse kiirete neutronite. Teiseks tuleb mõista, et tuumalõhustumise kaasneb uute neutronite. Selle tulemusena arvu neutroneid Reaktsioonitsooni suudab kasvada väga kiiresti. Iga neutron põrkub uue, kogu tuumad, lõhub need, mis viib suurenenud soojusenergiat. See on ahelreaktsioon tuumalõhustumiseni. Kontrollimatu kogustes neutronite suurenemine reaktori võib viia plahvatus. See, mis juhtus 1986. aastal Tšernobõli tuumaelektrijaama. Seetõttu reaktsioonitsoonis on alati aine, mis neelab liig neutronite vältimiseks katastroofi. See grafiit kujul kaua vardad. Määr tuumalõhustumine saab aeglustunud, kasta vardad Reaktsioonitsooni. Võrrand tuumareaktsioonist tehakse spetsiaalselt iga toimeaine ja radioaktiivsete pommitab osakestel (elektronid, prootonid, alfa osakesed). Kuid lõpliku energia toodang arvutatakse jäävuse seadus: E1 + E2 + E3 = E4. See tähendab, et kogu energia esialgse tuuma osakese ja (E1 + E2) peab olema võrdne energia saadud tuum ja vaba vabanenud energia kujul (E3 + E4). Võrrand näitab ka tuumareaktsioonist ainet saadakse laguneks. Näiteks uraani U = Th + He, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. See ei ole antud isotoope keemilised elemendid, kuid see on oluline. Näiteks on kolm võimalust uraani lõhustumise toob kaasa erinevad plii isotoopide ja neoon. Ligi sada protsenti lõhustumise reaktsiooni tulemusena tekivad radioaktiivsed isotoobid. See tähendab, uraani lagunemisel saadud radioaktiivsed toorium. Tooriumi, protactinium suudab laguneda, et - et Actinium, ja nii edasi. Radioaktiivsed selles seerias võib olla vismut ja titaani. Isegi vesinik sisaldas tuumas kahe prootonid (kiirusega üks prooton), teise nimega - deuteerium. Vesi on moodustunud vesiniku nimetatakse rasked ja täidab esmase tsirkulatsiooni tuumareaktori.

mitterahuotstarbelisse aatom

Väljendid nagu "võidurelvastumine", "Cold War", "tuumaoht" kaasaegse mees võib tunduda ajaloolise ja ebaoluline. Aga kord pressiteates oli kaasas uudised peaaegu üle kogu maailma, kui palju leiutatud tuumarelvadest ja kuidas võidelda seda. Inimesed olid hoone maa-alune punkrid ja tehtud varude tuumaavarii talvel. Kogu perede töötas varjupaikade loomine. Isegi tuumaenergia rahuotstarbelise kasutamise lõhustumine reaktsioonid võivad põhjustada katastroofi. Tundub, et Tšernobõli on õpetanud inimkonnale täpsust selles valdkonnas, kuid planeedi elemente oli tugevam: Jaapani maavärina haiget ülitugeva tugevdamine NPP "Fukushima". Energia tuumareaktsiooni kasutatakse hävitamise palju lihtsam. Tehnoloogia vajab vaid piiratud jõuga plahvatust, et mitte kogemata hävitada kogu planeedi. Kõige "humaanne" pommid, kui võite helistada see, ei saasta läheduses kiirgust. Üldiselt kõige sagedamini kasutavad nad kontrollimatult ahelreaktsiooni. Mis tuumajaamades püüdma kõik tähendab, et vältida pomme saavutada väga primitiivne viis. Suhe füüsiline radioaktiivne element on olemas teatud kriitilise massi puhta aine milles ahelreaktsiooni tekib iseenesest. Uraani näiteks on ainult viiskümmend kilogrammi. Kuna uraani on väga raske, see on vaid väike metallist palli 12-15 cm läbimõõduga. Esimene heidetud aatompommid Hiroshima ja Nagasaki, tehti just sellel põhimõttel: kaks ebavõrdse osast puhtast uraani lihtsalt kokku ja tekitas hirmuäratav plahvatus. Modern relvad on ilmselt keerulisem. Kuid umbes kriitiline mass ei ole vajalik unustada, et vahel väikestes kogustes puhast radioaktiivse aine ladustamise ajal peaks olema tõkked, mis takistavad tükid kokku.

kiirgusallikaid

Kõik elemendid aatomi tuuma laengut üle 82 on radioaktiivsed. Peaaegu kõik heledama keemilised elemendid on radioaktiivsed isotoobid. Mida raskem on tuum, seda vähem tööiga. Mõned elemendid (näiteks California) saab üksnes sünteetiliselt - surudes raskete aatomitega heledamat osakesed, sageli kiirendeid. Kuna nad on väga ebastabiilne maakoore neid ei ole olemas: moodustamine planeedi nad kiiresti kõdunenud teisi elemente. Aineid, rohkem valgust tuumade nagu uraan, on võimalik eraldada. See protsess on pikk, sobib uraani kaevandamise, isegi väga rikas maagid sisaldavad vähem kui üks protsent. Kolmas võimalus ehk näitab, et uue geoloogilise epohhi on alanud. See kaevandamise radioaktiivsed elemendid radioaktiivsed jäätmed. Pärast tööpäeva kütust elektrijaamast allveelaeva või lennukikandja, segu lähteaine ja lõplik uraani jagunemise tulemusena. Praegu peetakse seda tahkete radioaktiivsete jäätmete ja maksab okkaline küsimus, sest need kõrvaldatakse viisil, et nad ei saasta keskkonda. Siiski on tõenäoline, et lähitulevikus, valmis kontsentreeritud radioaktiivsete ainete (nt poloonium), hakatakse tootma seda jäätmeid.