شکافت هسته ای: روند شکافت هسته ای. واکنش های هسته ای

مقاله در مورد مذاکرات چه شکافت هسته ای به عنوان فرایند کشف شده است و توصیف کرد. افشا استفاده از آن به عنوان یک منبع انرژی و سلاح هسته ای است.

"ناپذیر" اتم

قرن بیست و یکم مملو از عبارات مانند "انرژی اتمی"، "فن آوری هسته ای"، "زباله های رادیو اکتیو" است. در هر حال حاضر و پس از آن سرفصل گزارش در مورد امکان آلودگی رادیو اکتیو از خاک، اقیانوسها، یخ قطب جنوب را دیدم. با این حال، مردم عادی اغلب نمی ایده بسیار خوبی از آنچه حوزه علم و چگونه آن را در زندگی روزمره کمک کند. شما باید شروع به، شاید، با این داستان ها. از همان اول این سوال، که یک مرد به خوبی تغذیه و خوب لباس پوشیدن و پرسید، او خواستند بدانند او چگونه جهان کار می کند. چگونه چشم می بیند، گوش می شنود که چرا از آب از سنگ متفاوت - این چیزی است که عقل از سر فرزانگان از مراقبت های بسیار قدیم است. حتی در هند و یونان باستان، بعضی از ذهن پژوهنده پیشنهاد کرده اند که حداقل ذرات (آن را نیز به نام "تفکیک")، با خواص مواد وجود دارد. شیمیدانان قرون وسطی تایید حدس می زنم عاقلانه، و اتم تعریف مدرن شامل یک اتم - کوچکترین ذره یک ماده است که یک حامل از خواص.

قطعات اتم

با این حال، توسعه فن آوری (به عنوان مثال، عکس) منجر به اتم متوقف می شود کوچکترین ماده ذرات امکان پذیر است. اگر چه به طور جداگانه گرفته اتم خنثی است، دانشمندان به سرعت متوجه شدم: آن از دو بخش با اتهامات مختلف تشکیل شده است. تعداد واحدهای بار مثبت تعداد منفی جبران نتیجه اتم خنثی باقی مانده است. اما هیچ مدل بدون ابهام از اتم وجود دارد. از آنجا که در آن زمان هنوز با فیزیک کلاسیک تحت سلطه، که پیش فرض های مختلف وجود دارد.

مدل اتم

در ابتدا، مدل "نان سفید با کشمش" پیشنهاد شد. بار مثبت آن را به عنوان پر کل فضای اتم باشد، و مثل کشمش در یک مستی، بار منفی در توزیع شده است. معروف آزمایش رادرفورد شناسایی موارد زیر است: یک عنصر بسیار سنگین با بار مثبت (هسته) است، و احاطه با الکترون بسیار سبک تر در مرکز اتم. صدها هسته وزن بار سنگین تر از مجموع تمام الکترونها (که 99.9 درصد وزن کل اتم). بنابراین مدل های سیاره ای از اتم بور متولد شد. با این حال، برخی از عناصر آن در تضاد در زمان فیزیک کلاسیک پذیرفته شده است. بنابراین، مکانیک کوانتومی جدید توسعه داده شد. با ظاهر آن دوره علم غیرکلاسیک آغاز شد.

اتم و رادیواکتیویته

از همه بالاتر روشن می شود که هسته - آن را به یک سنگین، بخش بار مثبت اتم، که به منزله بخش عمده ای از آن است. وقتی تدریج از انرژی و موقعیت یک الکترون ها در مدار یک اتم به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته، آن هم به درک ماهیت هسته اتم است. آن را به کمک یک کشف درخشان و غیر منتظره از رادیواکتیویته است. این کمک کرده است به فاش کردن جوهر اتم مرکزی سنگین، به عنوان منبع رادیو اکتیو - شکافت هسته ای. در نوبه خود از قرن نوزدهم و بیستم، باز یکی پس از دیگری سقوط کرد. راه حل نظری یک مشکل باعث نیاز به تنظیم تجربه های جدید. نتایج تجربی منجر به نظریه ها و فرضیه که به تایید یا رد مورد نیاز است. اغلب، بزرگترین اکتشافات ظاهر شد، تنها به دلیل در این راه از فرمول مناسب برای محاسبات (مانند کوانتومی ماکس پلانک) است. در آغاز عصر عکاسی، دانشمندان می دانستند که نمک اورانیوم نوری فیلم حساس به نور است، اما آنها نمی دانستند که اساس این پدیده شکافت هسته ای است. بنابراین، رادیواکتیویته به منظور درک ماهیت فروپاشی هسته ای مورد مطالعه قرار گرفت. واضح است که انتشار انتقال کوانتومی تولید شد، اما هنوز روشن نیست که آنچه در آن است. چت کوری استخراج رادیوم خالص و پلونیوم، پردازش سنگ معدن اورانیوم تقریبا به صورت دستی برای دریافت پاسخ به این سوال.

تابش شارژ

رادرفورد زیادی برای مطالعه ساختار اتمی انجام داده است و همچنین به مطالعه چگونه تقسیم هسته اتم کمک کرده است. دانشمند تابش توسط یک عنصر رادیواکتیو در یک میدان مغناطیسی ساطع قرار داده و یک نتیجه بزرگ است. معلوم شد که تابش متشکل از سه جزء: یکی بی طرف بود و دو نفر دیگر - مثبت و منفی شارژ می شود. مطالعه شکافت با شناسایی اجزای آن آغاز شد. ثابت شده است که هسته را می توان تقسیم، به بخشی از بار مثبت آن است.

ساختار هسته

بعد از آن پدید آمده است که هسته اتم تشکیل شده است نه تنها از مثبت ذرات پروتون، اما ذرات نوترون خنثی شده است. هسته آنها با هم نامیده می شوند (از انگلیسی «هسته»، هسته). با این حال، دانشمندان دوباره با مشکل مواجه است: جرم هسته (تعداد نوکلئون) همیشه به اتهام آن مطابقت دارد. Y جرم هیدروژن به اتهام 1، و جرم ممکن است سه، دو، و یک. در زیر آن را در جدول تناوبی هلیوم هسته شارژ 2، با هسته آن شامل 4 تا 6 هسته. عناصر پیچیده تر می توانید تعداد بسیار زیادی از توده های مختلف با همین اتهام است. چنین تغییرات اتم به نام ایزوتوپ می باشد. و برخی ایزوتوپ کاملا پایدار بود، دیگران به سرعت از هم پاشیده، چرا که برای آنها توسط شکافت هسته ای مشخص شد. چه پایه منسجم با تعداد نوکلئون پایداری هسته؟ چرا علاوه بر این از تنها یک نوترون به هسته های سنگین و کاملا پایدار منجر به تقسیم خود به انتشار رادیواکتیویته؟ به اندازه کافی عجیب، پاسخ به این سوال مهم است هنوز پیدا نشده است. تجربی، مشخص شد که تعداد معینی از پروتون و نوترون به تنظیمات پایدار هسته مطابقت دارد. اگر هسته 2، 4، 8، 50 نوترون و / یا پروتون، هسته منحصر به فرد با ثبات است. این اعداد حتی به عنوان جادویی اشاره (و به عنوان بزرگسالان، دانشمندان، فیزیک هسته ای به نام آنها). بنابراین، شکافت هسته ای بستگی به جرم خود، این است که، تعداد نوکلئون تشکیل دهنده خود را.

قطره، پوشش، کریستال

تعیین ضریب است که مسئول آن در حال حاضر برای ثبات هسته ممکن نبود. تئوری های مختلفی از مدل های ساختار اتمی وجود دارد. سه نفر از معروف ترین و اغلب در تقابل با یکدیگر در موضوعات مختلف توسعه یافته است. اول این است که هسته - یک قطره از مایع هسته ای ویژه ای. همانطور که برای آب، آن است که توسط سیالیت، کشش سطحی، ادغام و پوسیدگی است. در مدل پوسته در هسته نیز، سطح انرژی های خاص، که با هسته پر وجود دارد. کشورهای سوم که هسته - یک رسانه است که قادر به بر گرداندن طول موج خاص (دوبروی)، که در آن ضریب شکست - است انرژی پتانسیل. با این حال، هیچ مدل تا کنون موفق به طور کامل توضیح دهید چرا در یک توده مهم خاصی از این عنصر شیمیایی خاص، جدا از هسته آغاز می شود.

چه اتفاقی می افتد فروپاشی

اورانیوم، پلونیوم، رادیوم: رادیواکتیویته، همانطور که در بالا ذکر شد، در مواد است که می تواند در طبیعت یافت شده بود. به عنوان مثال، به تازگی تولید شده، اورانیوم خالص رادیواکتیو است. فرآیند تقسیم در این مورد خود به خود خواهد بود. بدون هر گونه نفوذ خارجی مقدار مشخصی از اتم های اورانیوم منتشر می کنند ذرات آلفا خود به خود به توریم تبدیل شده است. این شاخص است که نیمه عمر نامیده می شود. این نشان می دهد، برای یک دوره از زمان از شماره های اولیه بخش خواهد حدود نیمی باشد. هر عنصر رادیواکتیو نیمه عمر خود را - از یک کسری از ثانیه به کالیفرنیا به صدها نفر از هزاران سال برای اورانیوم و سزیم. اما یک فعالیت اجباری وجود دارد. اگر هسته های اتمی بمباران پروتون ها و ذرات آلفا (هسته هلیوم) با انرژی جنبشی بالا، می توان آنها را "تقسیم". مکانیسم تبدیل، البته، متفاوت از چگونه یک گلدان می شکند مورد علاقه مادر است. با این حال، یک قیاس خاص می تواند پیش بینی کرد.

نیروی اتمی

در آن نشانی از انرژی در شکافت هسته ای: تا کنون ما به این سوال عملی پاسخ نداده است. برای شروع آن برای روشن است که در طول شکل گیری هسته قرار دارند نیروی هسته ای خاص، به نام تعامل قوی لازم است. از آنجا که هسته متشکل از مجموعه ای از پروتون مثبت، سوال باقی می ماند، چگونه آنها را به هم بچسبند، زیرا نیروهای الکترواستاتیک به اندازه کافی قوی برای مقابله با آنها از یکدیگر داشته باشند. پاسخ هر دو ساده و وجود دارد: هسته در هزینه ارز بسیار سریع بین نوکلئونها ذرات خاص ریزه - پیونها. این لینک زندگی می کند فوق العاده کوچک است. هنگامی که فسخ تبادل پی- مزونها، هسته متلاشی. فقط به عنوان به خوبی از آن شده است که جرم هسته کمتر از مجموع تمام نوکلئون تشکیل دهنده آن است. این پدیده نقص جرم نامیده می شود. در واقع، جرم از دست رفته - انرژی است که در حفظ یکپارچگی هسته صرف شده است. هنگامی که از هسته اتم جدا بخشی از این انرژی در نیروگاه های هسته ای تولید شده و تبدیل به گرما. این است که، انرژی شکافت هسته ای - یک تظاهرات روشنی از فرمول معروف اینشتین است. به یاد بیاورید، فرمول آمده است: انرژی و جرم را می توان به یکدیگر (E = MC ²⁾ تبدیل شده ^است.

تئوری و عمل

حالا به ما بگویید که چگونه آن را کشف صرفا نظری در زندگی من برای گیگاوات برق استفاده می شود. در مرحله اول، باید توجه داشت که در واکنش های کنترل شکافت القا شده استفاده شده است. اغلب اوقات اورانیوم یا پلوتونیوم را، است که توسط نوترون های سریع بمباران است. دوم، آن را باید درک کرد که شکافت هسته ای است با ایجاد نوترون جدید همراه است. در نتیجه، تعداد نوترون در منطقه واکنش قادر به رشد بسیار سریع است. هر برخورد نوترون با جدید، دانه تمام تر، آنها را تجزیه، که منجر به افزایش تولید گرما. این یک واکنش زنجیره ای شکافت هسته ای است. مقدار کنترل نشده از افزایش نوترون در راکتور می تواند به انفجار منجر شود. این چیزی است که در سال 1986 در نیروگاه هسته ای چرنوبیل اتفاق افتاده است. بنابراین، در منطقه واکنش همیشه یک ماده است که جذب نوترون اضافی برای جلوگیری از یک فاجعه. این گرافیت به شکل میله های طولانی است. آهنگ شکافت را می توان با غوطه ور کردن میله در منطقه واکنش کاهش یافته است. معادله واکنش های هسته ای به طور خاص برای هر ماده فعال و رادیو اکتیو بمباران ذرات آن (الکترون، پروتون، ذرات آلفا) ساخته شده است. با این حال، خروجی نهایی انرژی با توجه به قانون بقای محاسبه می شود: E1 + E2 + E3 = E4. این است که، انرژی کل ذره هسته اولیه و (E1 + E2) باید به انرژی هسته ای را حاصل و انرژی آزاد در قالب (E3 + E4) منتشر برابر باشد. معادله نیز یک واکنش هسته ای، یک ماده به دست آمده از تجزیه نشان می دهد. به عنوان مثال، اورانیوم U = TH + او، U = سرب + نئون، U = جیوه + میلی گرم. این است که به ایزوتوپهای عناصر شیمیایی داده نشده است، اما این مهم است. به عنوان مثال، سه احتمال شکافت هسته اتم اورانیوم، که تولید ایزوتوپ های مختلف سرب، و نئون است. نزدیک به یک صد درصد از واکنش شکافت ایزوتوپهای رادیواکتیو تولید می کند. این است که، در نتیجه واپاشی اورانیوم به دست آمده توریم رادیواکتیو است. توریم، پروتاکتینیوم قادر به از هم پاشیدن است، که - به آکتینیوم و غیره. رادیواکتیو در این سری می باشد، و بیسموت، و تیتانیوم. حتی هیدروژن حاوی هسته دو پروتون (با نرخ یک پروتون)، در غیر این صورت به نام - دوتریوم. آب تشکیل با هیدروژن به نام های سنگین و پر می کند مدار برای اولین بار در یک راکتور هسته ای.

اتم های غیر صلح آمیز

عبارات مانند "مسابقه تسلیحاتی"، "جنگ سرد"، "تهدید هسته ای" به انسان مدرن ممکن است تاریخی و بی ربط به نظر می رسد. اما یک بار در هر انتشار اخبار توسط گزارش های خبری تقریبا در سراسر جهان در مورد چه مقدار اختراع سلاح های هسته ای و نحوه مبارزه با آن همراه بود. مردم بنا شد پناهگاه های زیر زمینی و سهام ساخته شده در صورت زمستان هسته ای. کل خانواده در ایجاد پناهگاه کار کرده است. حتی استفاده صلح آمیز از واکنش های شکافت هسته ای ممکن است به فاجعه منجر شود. به نظر می رسد که چرنوبیل آموخته است انسان دقت در این زمینه، اما عناصر این سیاره قوی تر: زلزله در ژاپن صدمه دیده تقویت بسیار قوی از NPP "فوکوشیما". انرژی واکنش های هسته ای مورد استفاده برای نابودی بسیار ساده تر. فناوری نیاز به تنها یک نیروی محدود از انفجار، به طوری که به طور ناخواسته از بین بردن تمام این سیاره است. بیشترین بمب "انسانی"، اگر شما می توانید آن را پاسخ، از مجاورت تابش آلوده نمی کند. به طور کلی، اغلب آنها یک واکنش زنجیره ای کنترل نشده استفاده کنید. چه در نیروگاه های هسته ای در تلاش با تمام معنی برای جلوگیری از بمب برای رسیدن به یک راه بسیار بدوی. برای هر عنصر رادیواکتیو طبیعی، برخی از توده مهم از ماده خالص که در آن یک واکنش زنجیره ای خود مسئله ساز است. اورانیوم، به عنوان مثال، فقط پنجاه کیلوگرم است. از آنجا که اورانیوم بسیار سخت است، آن را فقط یک توپ فلزی کوچک 12-15 سانتی متر قطر دارد. بمب اتمی اولین بار در هیروشیما و ناکازاکی، دقیقا در این اصل ساخته شده اند: دو قسمت نابرابر اورانیوم خالص به سادگی ترکیب شده و منجر به یک انفجار وحشتناک است. سلاح های مدرن احتمالا پیچیده تر است. با این حال، در مورد جرم بحرانی است که لازم نیست به فراموش کرد که بین حجم های کوچکی از ماده رادیواکتیو خالص در طول ذخیره سازی باید موانعی که قطعات با یکدیگر جلوگیری شود.

منابع تابش

همه عناصر از هسته اتم با بار بیش از 82 رادیو اکتیو هستند. تقریبا همه از عناصر شیمیایی سبک تر داشته ایزوتوپهای رادیواکتیو. طول عمر خود را سنگین تر هسته، کمتر است. برخی از عناصر (مانند کالیفرنیا) تنها می تواند به دست آمده مصنوعی - هل دادن اتم های سنگین با ذرات سبک تر، اغلب با شتاب دهنده. از آنجا که آنها بسیار ناپایدار هستند، آنها در حال حاضر در پوسته زمین نیست: شکل گیری این سیاره، آنها به سرعت به عناصر دیگر فاسد. مواد با هسته نور بیشتر، مانند اورانیوم، این امکان برای استخراج است. این فرایند طولانی، مناسب برای استخراج اورانیوم از معدن است، حتی در سنگ معدن بسیار غنی حاوی کمتر از یک درصد است. راه سوم، شاید، نشان می دهد که عصر زمین جدید را آغاز کرده است. این در استخراج عناصر رادیو اکتیو از زباله های رادیو اکتیو. پس از سوخت مشغول به کار در یک نیروگاه، در یک زیر دریایی یا یک ناو هواپیمابر، مخلوطی از شروع مواد و اورانیوم نهایی، نتیجه بخش است. در حال حاضر، آن را در نظر گرفته است زباله های رادیو اکتیو جامد و هزینه مسئله موجب ناراحتی، به عنوان آنها را از در چنین راهی که آنها را به محیط زیست را آلوده نمی دور انداخته شوند. با این حال، این امکان وجود دارد که مواد رادیو اکتیو آماده متمرکز در آینده ای نزدیک (به عنوان مثال، پلونیوم)، خواهد شد از این زباله های تولید شده وجود دارد.