Деление ядер урана. Механизм деления ядра. Цепная ядерная реакция. Коэффициент размножения нейтронов.

Деление тяжелых атомных ядер. В 1934 г. Ф. Жолио - Кюри высказал предположение овозможности использования энергии ядерных реакци й в практических целях, если удастся осуществить ядерные реакции. Эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение. Частицами, способными к осуществлению цепных реакций, оказались нейтроны. Т.к. они не обладали зарядом, следовательно имели возможность войти внутрь ядра, не испытывая кулоновского отталкивания. Нейтрон, оказавшись внутри ядра, занимал там определенное место, из-за чего ядро увеличивалось в размере и ядерные силы, не рассчитанные на новый размер ядра, не выдерживали возросшее давление, и ядро начинало делиться. Для деления удобно использовать медленные нейтроны, т.к.. быстрые нейтроны могли просто проскочить сквозь ядро, не дав возможность ядру разделиться т.к. время действия нейтрона было слишком мало для процесса деления.

Ядро урана состоит из 92 протонов и 146 нейтронов. При делении ядра урана на две равные части должно получиться два ядра изотопа празеодима. В ядре стабильного Изотопа празеодима 46 протоков и 62 нейтрона, а не 73 нейтрона, как в ядре изотопа празеодима Ра. Ядра с таким большим избытком нейтронов в природе не встречаются. Поэтому можно было ожидать, что деление ядра урана будет сопровождаться освобождением нескольких нейтронов, которые смогут поддержать развитие цепной реакции.
Практическое осуществление цепных реакций — не такая простая задача. Нейтроны, освобождающиеся при делении ядер урана, способны вызвать деление лишь ядер изотопа урана с массовым числом 235, и для этого пригодны даже медленные (тепловые) нейтроны. Деление же ядер изотопа урана с массовым числом 238 не происходит, нейтроны просто захватываются этими ядрами. В природном уране на долю изотопа с массовым числом 238 приходится 99,3 %, а “а долю изотопа с массовым числом 235 всего лишь 0,7 % Поэтому первый возможный путь осуществления цепной реакции деления связан с разделением изотопов урана и получением в чистом виде достаточно большого количества изотопа урана.

Использование цепной Ядерной реакции. • Если общее число свободных нейтронов в куске урана увеличивается со временем, то такая реакция носит взрывной характер.
• Если число свободных нейтронов уменьшается со временем, то в этом случае цепная реакция прекращается.
• В мирных целях возможно использовать энергию такой цепной реакции, в которой число нейтронов не меняется с течением времени.

Способы реализации:
• Необходимым условием для осуществления цепной реакции является наличие достаточно большого количества урана, так как в образцах малых размеров большинство нейтронов пролетает сквозь образец, не попав ни в одно ядро.
• Уменьшить потерю нейтронов, можно не только за счёт увеличения массы урана, но и с помощью специальной отражающей оболочки,. для этого кусок урана помещают в оболочку, сделанную из вещества, хорошо отражающего нейтроны (например, из бериллия). Отражаясь от этой оболочки, нейтроны возвращаются в уран и могут принять участие в делении ядер.
• Если кусок урана содержит слишком много примесей других химических элементов, то они поглощают большую часть нейтронов и реакция прекращается.
• Использование замедлителя нейтронов.

Вывод: возможность протекания цепной реакции определяется массой урана, количеством примесей в нём, наличием и замедлителя и т.д.

Использование цепной ядерной реакции в мирных целях. Устройство и принцип действия ядерного реактора.

Использование цепной Ядерной реакции. • Если общее число свободных нейтронов в куске урана увеличивается со временем, то такая реакция носит взрывной характер.
• Если число свободных нейтронов уменьшается со временем, то в этом случае цепная реакция прекращается.
• В мирных целях возможно использовать энергию такой цепной реакции, в которой число нейтронов не меняется с течением времени.

Ядерный реактор — это устройство, предназначенное для осуществления управляемой ядерной реакции. Управление ядерной реакцией заключается в регулировании скорости размножения свободных нейтронов в уране, чтобы их число оставалось неизменным. При этом цепная реакция будет продолжаться СТОЛЬКО времени, СКОЛЬКО ЭТО необходимо, не прекращаясь и не приобретая взрывной характер.
1. Ядерное ТОПЛИВО используется уран-235

2. Отражатель нейтронов - для уменьшения утечки нейтронов.
З. Замедлители - Стержни и пластины С ядерным ТОПЛИВОМ.
4. Регулирующие стержни - Материал СИЛЬНО поглощает нейтроны
5. теплоносители - устройство отводящее тепло (вода), в дальнейшем поступает на турбины.
6. Защитная оболочка - бетон, задерживающий излучение

Понятие о термоядерной реакции. Применение ядерной энергетики. Получение радиоактивных изотопов и их применение.

Ядерную энергию можно получить и путём соединения ядер лёгких элементов. В качестве примера рассмотрим процесс образования ядра лёгкого элемента гелия.
Ядро атома гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов, можно образовать, например, из ядер двух изотопов водорода — тяжёлого водорода (дейтерия) и сверхтяжёлого (трития).
Сближаясь, ядра дейтерия и трития попадают в сферу действия мощных сил ядерного притяжения. Эти силы связывают два Нейтрона и два протона в устойчивую систему, представляющую собой ядро атома гелия. При этом лишний нейтрон выбрасывается с огромной скоростью.
В процессе образования ядра гелия ядерные силы совершают большую работу, результатом которой является увеличение кинетической энергии взаимодействующих частиц. Кинетическая энергия, возникающая за счёт работы ядерных сил, отдаётся в окружающую среду путём выбрасывания нейтрона, а также у—излучением. При этих ядерных реакциях выделяется энергия, примерно в 10 раз большая, чем при реакции деления ядер тяжёлых элементов (на единицу массы реагирующего вещества).
В отличие от деления ядер тяжёлых элементов реакция соединения ядер лёгких элементов может протекать только при очень высоких температурах, измеряемых миллионами и даже десятками миллионов градусов. Это обусловлено тем, что только при таких сверхвысоких температурах движение ядер становится настолько быстрым, что обеспечивает сильные взаимные удары ядер, при которых возможно непосредственное их соединение. Ядерные реакции, происходящие при очень высоких температурах, называются термоядерным и.

Получение радиоактивных изотопов и их применение
• Высокая проникающая способность у—излучения, которая много больше, чем рентгеновского, используется для измерения толщины, а также для того, чтобы обнаруживать внутренние дефекты.
• Ионизирующее действие излучения используется для нейтрализации статического электричества, например, в текстильной промышленности.
• Ионизирующее действие излучения используется в медицине для разрушения злокачественных опухолей; у- излучение убивает микробы и применяется для стерилизации инструментов и одежды, для предохранения овощей, фруктов, мяса от порчи и т.д.
• При поглощении радиоактивного излучения выделяется тепло, которое можно использовать для обогрева.
• добавляя к металлу радиоактивный изотоп и измеряя радиоактивность смазочных масел, можно установить, насколько быстро снашивается трущаяся поверхность, и подобрать наиболее подходящие материалы как для детали, так и для смазочных материалов.
• В химии метод меченых атомов используется для определения растворимости очень малорастворимых веществ.
• Меченые атомы помогают установить, как действуют на растения, вводимые в почву удобрения и усваиваются важнейшие элементы; изучают фотосинтез в растениях.
• С помощью радиоактивной «метки» можно следить за движением крови в организме и обнаружить нарушения кровообращения; меченые атомы позволяют наблюдать за усвоением питательных веществ и лекарств.
• в археологии.
по содержанию нераспавшегося радиоуглерода в ископаемых находках, можно определить их возраст