ТОП 10:

Выделение ядерной энергии происходит как при реакциях деления тяжелых ядер, так и при реакциях синтеза легких ядер.



Доказано, что синтез (объединение) легких ядер приводит к выделению ядерной энергии (термоядерной реакции), а деление таких ядер приводит к поглощению энергии (эндотермический процесс). Для тяжелых элементов экзотермическим (энерговыделяющим) процессом является деление ядер, а при синтезе таких ядер энергия поглощается. На графике эти процессы показаны соответствующими стрелками (рис. 10.4).

Например, при делении U238(A1=238, ε1=7,5Мэв) на два атомных ядра (осколка) с А2=119, ε2=8,6Мэв, получаем энергия связи Есв (энергия разобщения всех нуклонов данного ядра):

Есв (уран) = ε1·А1 = 7,5·238=1785 (Мэв).

При объединении этих нуклонов в два новых атомных ядра (с А=110) выделяется энергия:

Есв (А=119) = 2ε2·А2 = 2·8,6·119=2046 (Мэв).

Следовательно, в результате реакции деления ядер урана выделится ядерная энергия: ΔW=Есв(А=119)−Есв(уран)=261,8Мэв.

При синтезе двух ядер Натрия Na23(A1=23), ε1=7,9Мэв в ядро с массовым число A1=46, ε2=8,4Мэв, для разобщения всех нуклонов, образующих два ядра натрия, необходимо затратить

Есв(Na)=2ε1·А1=2·7,9·23=363,4(Мэв).

При объединении этих нуклонов в новое ядро с (А=46), выделится энергия Есв (А=46) = 8,4·46=386,4 (Мэв).

Следовательно, при этом синтезе выделяется

ΔW=Есв(А=46)−Есв(Na)=23(Мэв).

Наиболее выгодным является синтез водорода, так как у них Δε наибольше.

Таким образом, на графике ε(A), там где график растет (до А≈50), синтез (объединение) легких ядер приводит к выделению ядерной энергии (термоядерные реакции), а деление ядер приводит к поглощению энергии (эндотермический процесс). Там, где график убивается (А>100), наоборот, деление собой представляет экзотермический процесс, а синтез − эндотермический.

 

Устойчивость ядер доказывает существование особого вида взаимодействия между нуклонами (так называемые сильные взаимодействия), проявлением которого являются ядерные силы.

Свойства ядерных сил (сил сильных взаимодействия):

1. ядерные силы являются силами притяжения,

2. ядерные силы являются короткодействующими (они преобладают на расстояниях ~10-15 м и с увеличением расстояния быстро уменьшаются до нуля).

3. ядерным силам свойственна зарядовая независимость: они не зависят от заряда (Fpp=Fnn=Fpn) и имеют неэлектрическую природу.

4. ядерным силам свойственно насыщение, т.е. каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов. Поэтому (если не учитывать легкие ядра), с увеличением А и , они не меняются.

5. ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Например, протон и нейтрон образуют дейтрон ( ) только при условии параллельной ориентации их спинов.

6. ядерные силы не являются центральными, т.е. действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.

Существуют несколько моделей ядра

· Капельная модель ядра (1936г., Н.Бор, Я.И.Френкель). Она основана на аналогии между поведением нуклонов в ядре и поведением молекул в капле жидкости.

· Оболочная модель ядра (1949−50гг, Гепперт-Майер и Иенсен). Нуклоны распределены в ядре по дискретным энергетическим уровням (оболочкам), которые заполняются согласно принципу Паули, и связывает устойчивость ядер с заполнением этих уровень.

· Обобщенная модель ядра − синтез капельной и оболочечной моделей.

· Оптическая модель ядра.

 


Деление ядер и термоядерный синтез

Делиться может только возбужденное ядро; например, обстреливаемое нейтронами.

Если возбуждение невелико, то ядро, освобождаясь от излишка энергии путем испускания γ−фотона и нейтрона, возвращается в устойчивое состояние. Если возбуждение достаточно велико, то происходит деление ядра, при котором образуются два «осколки», разлетающихся с огромными скоростями в противоположные стороны, и 2-3, так называемые мгновенные нейтроны. «Осколки» радиоактивны и испускают γ−фотоны, β−частицы и запаздывающие (в течении нескольких минут после акта деления) нейтроны.

Для того, чтобы выделялось большое количество энергии надо чтобы реакция деления шла непрерывно, (была цепной). Для этого:

· При каждом акте деления должны появляться новые нейтроны,

· На их пути должны встречаться достаточное количество ядер деления (это обеспечивается критической массой).

Пример ядерных реакций:

или .

( −ксенон, −стронций, −барий, −криптон)

Радиоактивные «осколки» после ряда радиоактивного распада могут превращаться в стабильный изотоп, например, ксенон ( ) в лантан ( ).

Для термоядерного синтеза надо чтобы ядра сблизились на расстояние порядка 1013см; тогда дальнейшее их сближение (и объединение) совершат уже ядерные силы. Это достигается при высоких температурах(десятки миллионов градусов), когда их кинетическая энергия достигается 0,01 Мэв.

 


 

 
 


 
 


 

§3.6. Элементарные и фундаментальные частицы

 







Последнее изменение этой страницы: 2016-08-01; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.215.182.81 (0.004 с.)