Fissjoni Nukleari: il-proċess ta 'fissjoni nukleari. reazzjonijiet nukleari

L-artikolu taħdidiet dwar dak fissjoni nukleari bħala l-proċess ġie skopert u deskritti. Turi l-użu tiegħu bħala sors ta 'armi nukleari enerġija u.

"Indiviżibbli" atomu

Seklu wieħed u għoxrin huwa replete ma 'tali espressjonijiet bħal "enerġija atomika", "teknoloġija nukleari", "skart radjuattiv". Kull issa u mbagħad l-aħbarijiet flashed rapporti dwar il-possibbiltà ta 'kontaminazzjoni radjoattiva tal-ħamrija, l-oċeani, l-silġ Antartiku. Madankollu, in-nies ordinarji huma spiss mhux idea tajba ħafna ta 'dak l-qasam tax-xjenza u kif din tgħin fil-ħajja ta' kuljum. Għandek tibda, forsi, ma 'l-istejjer. Mill-ewwel domanda, li talab raġel mitmugħin tajjeb u sew dressed, ried ikun jaf kif taħdem id-dinja. Kif il-għajn jara, il-widna jisma għaliex ħlief ilma differenti mill-ġebel - dan huwa dak li l-sages minn żmien kura antiki ħafna. Anke fl-Indja antika u l-Greċja, xi imħuħ tistaqsi ssuġġerew li hemm partiċelli minimu (huwa wkoll imsejjaħ "indiviżibbli"), bil-proprjetajiet tal-materjal. kimiċi medjevali ikkonfermati raden għaqli, u l-atomu definizzjoni moderna tinkludi atomu --iżgħar partiċelli ta 'sustanza li hu trasportatur ta' proprjetajiet.

partijiet atomu

Madankollu, l-iżvilupp tat-teknoloġija (pereżempju, ritratti) wasslu għall-atomu waqfet milli tkun l-iżgħar sustanza partikula possibbli. Għalkemm meħuda separatament atomu huwa newtrali elettrikament, xjentisti rrealizzaw malajr: tikkonsisti f'żewġ partijiet bi ħlasijiet differenti. In-numru ta 'unitajiet b'positive charge-numru ta' negattiv jikkumpensa b'hekk tibqa atomu newtrali. Iżda ma kien hemm l-ebda mudell mhux ambigwa tal-atomu. Peress dak iż-żmien għadu ddominat minn fiżika klassika, li kien hemm assunzjonijiet differenti.

mudell ta 'l-atomu

Inizjalment, kien ippropona l-mudell ta ' "ħobż abjad ma' żbib". Il-ħlas pożittiva kif timla l-ispazju kollu ta 'l-atomu u, bħal żbib fil-BUN, ħlasijiet negattivi huma mqassma. Il famużi esperimenti tal Rutherford identifikat dan li ġej: huwa element tqil ħafna ma ħlas pożittiv (-nukleu), u mdawra bl elettroni ħafna eħfef fil-ċentru tal-atomu. mijiet Kernel Piż ta 'drabi itqal mis-somma tal-elettroni kollha (li huwa 99.9 fil-mija bil-piż ta' atomi totali). Għalhekk twieled il-mudell planetarju 'l-atomu Bohr. Madankollu, xi elementi tagħha jikkontradixxu aċċettata fil-mument tal-fiżika klassika. Għalhekk, il-mekkanika kwantistika ġodda ġie żviluppat. Bl-dehra tagħha, l-perjodu beda xjenza nonclassical.

L-atomu u radjuattività

Minn dan kollu, jidher ċar li l-għadma - huwa tqil, parti b'positive charge 'l-atomu, li jikkostitwixxi l-biċċa l-kbira ta' dan. Meta l- quantization ta 'enerġija u l-pożizzjoni ta' elettron orbiting atomu ġew studjati sew, huwa żmien li jifhmu n-natura tal-nukleu atomiku. Hija waslet għall-għajnuna ta 'skoperta brillanti u mhux mistennija ta' radjuattività. Hija għenet biex jikxfu l-essenza ta 'atomu ċentrali tqil, bħala s-sors radjuattiv - fissjoni nukleari. Fil-bidu tas-sekli dsatax u għoxrin, il-ftuħ waqgħet waħda wara l-oħra. Soluzzjoni teoretiku ta 'problema waħda li tikkawża l-ħtieġa li jiġu stabbiliti esperjenzi ġodda. Ir-riżultati sperimentali taw lok għal teoriji u l-ipoteżijiet li huma meħtieġa biex jikkonferma jew jirrifjuta. Spiss, l-akbar skoperti deher, sempliċement minħabba b'dan il-mod il-formula hija konvenjenti għall-komputazzjoni (bħal quantum Max Planck). Fil-bidu tal-era tal-fotografija, xjentisti kienu jafu li l-melħ uranju dawl Vulkanizzat sensittiv għad-dawl film, iżda dawn ma kinux jafu li l-bażi ta 'dan il-fenomenu huwa fissjoni nukleari. Għalhekk, ir-radjuattività ġiet studjata sabiex jifhmu n-natura ta 'tħassir nukleari. Huwa ovvju li l-tranżizzjonijiet quantum emissjoni kienu ġġenerati, iżda ma kienx ċar dak li hu. Chet Curie estratt radjum pur u polonju, l-ipproċessar mineral uranju prattikament manwalment li tinkiseb risposta għal din il-kwistjoni.

radjazzjoni ħlas

Rutherford għamel ħafna għall-istudju ta 'struttura atomika u kkontribwixxa wkoll għall-istudju ta' kif il-qsim tal-nukleu ta 'atomu. Xjentist tpoġġi l-radjazzjoni emessa mill element radjuattiv fil-kamp manjetiku u ltqajna riżultat kbir. Irriżulta li r-radjazzjoni tikkonsisti minn tliet komponenti: wieħed kien newtrali u l-tnejn l-oħra - b'positive charge u negattiv. Studju fissjoni bdiet bl-identifikazzjoni tal-komponenti tagħha. Ġie ppruvat li l-qalba jistgħu jinqasmu, biex jagħtu parti mill-ħlas pożittiv tagħha.

L-istruttura tal-nukleu

Hija aktar tard irriżulta li l-nukleu atomiku huwa magħmul mhux biss minn pożittiv ċċarġjati partiċelli ta 'protoni, iżda l-neutron newtrali. Flimkien dawn huma msejħa nucleons (mill-Ingliż "nukleu», l-għadma). Madankollu, ix-xjentisti reġgħu ltaqgħet ma 'problema: il-massa tal-nukleu (jiġifieri n-numru ta' nucleons) mhux dejjem jikkorrispondu għall-ħlas tagħha. Y nukleu idroġenu għandu ħlas ta +1, u l-massa tista 'tkun tlieta, tnejn, u wieħed. Fil wara dan fil-perjodiku elju tabella ħlas qalba 2, bl nukleu tiegħu jkun fiha 4 sa 6 nucleons. Elementi aktar kumplessi jista 'jkollhom numru ferm akbar ta' mases differenti bl-istess ħlas. Tali varjazzjonijiet ta 'atomi imsejħa isotopi. U xi wħud kienu iżotopi pjuttost stabbli, oħrajn malajr ddiżintegrat, għaliex għalihom kienet ikkaratterizzata minn fissjoni nukleari. Liema bażi konsistenti man-numru ta 'nucleons istabbiltà tal nuklei? Għaliex iż-żieda ta newtroni wieħed biss għan-nukleu tqal u pjuttost stabbli wassal għall-qasma tiegħu li jirrilaxxa ta 'radjuattività? Jusqu'à présent, ir-risposta għal din il-mistoqsija importanti għadu ma nstabet. Empirikament, instab li ċertu numru ta 'protoni u newtroni jikkorrispondu għall-konfigurazzjonijiet stabbli ta' nuklei. Jekk il-qalba 2, 4, 8, 50 newtroni u / jew protoni, l-għadma se unikament stabbli. Dawn in-numri huma saħansitra imsejħa maġika (u msemmi bħala adulti, xjentisti, fiżika nukleari). Għalhekk, fissjoni nukleari tiddependi fuq il-massa tagħhom, jiġifieri, in-numru ta 'nucleons kostitwenti tagħhom.

Drop, ikopru, kristall

Iddetermina l-fattur li huwa responsabbli, ma kienx possibbli fil-mument għall-istabbiltà tas-nukleu. Hemm teoriji ħafna ta 'mudelli istruttura atomika. Tlieta mill-aktar famużi u żviluppati spiss mhux konformi ma 'xulxin fi kwistjonijiet differenti. L-ewwel hija li l-qalba - qatra ta 'likwidu nukleari speċjali. Fir-ilma, huwa kkaratterizzat minn fluwidità, tensjoni tal-wiċċ, il-fużjoni u tħassir. Fil-mudell qoxra fil-qalba wisq, hemm ċerti livelli ta 'enerġija, li huma mimlija bil nucleons. L-istati terzi li l-qalba - mezz li huwa kapaċi li rifratt wavelength speċifiku (de Broglie), fejn l-indiċi refrattiv - huwa l-enerġija potenzjali. Madankollu, l-ebda mudell s'issa naqset għal deskrizzjoni sħiħa għaliex f'ċertu massa kritika ta 'dan l-element kimiku partikolari, il-qsim tal-nukleu jibda.

X'jiġri tmermir

-Radjuattività, kif imsemmi hawn fuq, instab f'sustanzi li jistgħu jinstabu fin-natura: uranju, polonju, radium. Per eżempju, il-prodott ġdid, uranju pur huwa radjuattiv. proċess qsim f'dan il-każ se jkun spontanji. Mingħajr l-ebda influwenza ċertu ammont esterna ta 'atomi uranju jarmi frak alpha spontanjament trasformata torju. Huwa indikatur, li huwa msejjaħ il-half-life. Dan juri, għal perjodu ta 'żmien mill-numri parti inizjali se tkun madwar nofs. Kull element radjuattiv half-life ta tagħha stess - minn frazzjoni ta 'sekonda li Kalifornja għal mijiet ta' eluf ta 'snin għall-uranju u caesium. Iżda hemm attività sfurzat. Jekk il-nuklei atomiċi bombarding protoni jew partiċelli alpha (nuklei elju) bl-enerġija kinetika għolja, huma jistgħu jkunu "maqsum". mekkaniżmu ta 'kambju, naturalment, differenti minn kif favorit tal-omm pawżi vażun. Madankollu, analoġija ċerti jistgħu jiġu traċċati.

enerġija atomika

S'issa aħna ma rrispondewx għall-mistoqsija prattiku: fejn ma l-enerġija fil-fissjoni nukleari. Għal bidu huwa neċessarju li jiġi ċċarat li matul il-formazzjoni tal-nukleu huma forza nukleari speċjali, imsejjaħ il-interazzjoni qawwija. Peress li l-qalba jikkonsisti minn sett ta 'protoni pożittivi, il-kwistjoni tibqa', kif dawn stick flimkien, minħabba li l-forzi elettrostatiċi qawwija biżżejjed biex ireġġgħu lilhom minn xulxin. It-tweġiba hija kemm sempliċi, u hemm: il-qalba tinżamm għad-detriment ta 'skambju rapidu ħafna bejn nucleons partikoli speċjali - pions. Din ir-rabta jgħix är oerhört żgħar. Ladarba terminat l-iskambju ta 'pi-mesons, il-qalba disintegrates. biss kif ukoll huwa magħruf li l-massa tal-nukleu huwa inqas mis-somma ta 'dak kollu nucleons kostitwenti tiegħu. Dan il-fenomenu huwa msejjaħ il-difett massa. Fil-fatt, il-massa nieqsa - hija l-enerġija li jintefqu fuq tinżamm l-integrità tal-qalba. Ladarba jinfired mill-nukleu atomiku xi parti ta 'din l-enerġija hija prodotta fl-impjanti nukleari u kkonvertiti fil-sħana. Dan huwa, l-enerġija tal-fissjoni nukleari - hija turija ċara ta 'formula famuża Einstein. Recall, il-formola taqra kif: enerġija u l-massa jistgħu jiġu kkonvertiti xulxin (E = mc ^2).

Teorija u prattika

Issa jgħidulna kif dan jintuża iskoperta purament teoretika fil-ħajja tiegħi għal gigawatts ta 'elettriku. L-ewwelnett, għandu jiġi nnotat li fir-reazzjonijiet kkontrollati fissjoni indotti huwa użat. Ħafna drabi huwa uranju jew polonju, li hija bbumbardjati minn newtroni mgħaġġla. It-tieni nett, għandu jiġi mifhum li fissjoni nukleari ikun akkumpanjat mill-ħolqien ta 'newtroni ġodda. Bħala riżultat, in-numru ta 'newtroni fil-żona ta' reazzjoni huwa kapaċi li jikbru malajr ħafna. Kull newtroni collides ma ġodda, qlub aktar sħaħ, qasmiet minnhom, li twassal għal żieda fil-ġenerazzjoni tas-sħana. Din hija reazzjoni katina tal-fissjoni nukleari. ammonti mhux ikkontrollat ta 'żieda newtroni fil-reattur tista' twassal għal splużjoni. Dan huwa dak li ġara fl-1986 fl-impjant nukleari ta 'Chernobyl. Għalhekk, fiż-żona reazzjoni huwa dejjem sustanza li jassorbi newtroni żejda biex jipprevjenu katastrofi. Dan grafita fil-forma ta 'vireg twal. rata fissjoni jista jkun naqas billi tgħaddas il-vireg fiż-żona reazzjoni. Ekwazzjoni reazzjoni nukleari hija magħmula speċifikament għal kull sustanza attiva u radjoattiva bombarding partikoli tiegħu (elettroni, protoni, partiċelli alpha). Madankollu, l-output finali tal-enerġija kkalkulata skond il-liġi ta 'konservazzjoni: E1 + E2 + E3 = E4. Dan huwa, l-enerġija totali tal-partiċella qalba inizjali u (E1 + E2) għandu jkun ugwali għall-enerġija tal-qalba li jirriżulta u l-enerġija ħielsa rilaxxati fil-forma ta '(E3 + E4). L-ekwazzjoni turi wkoll reazzjoni nukleari, sustanza miksuba minn dekompożizzjoni. Per eżempju, uranju U = Th + Hu, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. Mhuwiex minħabba isotopi ta 'l-elementi kimiċi, iżda dan huwa importanti. Per eżempju, hemm tliet possibbiltajiet fissjoni uranju, li jipproduċu isotopi differenti ċomb, u neon. Kważi mija fil-mija tar-reazzjoni ta 'fissjoni jipproduċi isotopi radjoattivi. Jiġifieri, l-tħassir ta 'uranju miksuba torju radjuattiv. Torju, protactinium huwa kapaċi li jiddiżintegraw, li - għall actinium, u l-bqija. Radjuattiv f'din is-sensiela jista 'jkun, u bismut, u tat-titanju. Anke idroġenu fih nukleu żewġ protoni (b'rata ta 'protoni wieħed), inkella msejħa - dewterju. Ilma iffurmat bl-idroġenu imsejħa tqal u timla l-ewwel ċirkwit f'reattur nukleari.

atomu mhux paċifika

Espressjonijiet bħal "ġirja għall-armi", "Gwerra Bierda", "theddida nukleari" għall-bniedem modern jista 'jidher storika u irrilevanti. Imma ladarba kull stqarrija għall-aħbarijiet kienet akkumpanjata minn rapporti ta 'aħbarijiet kważi kollha madwar id-dinja dwar kemm ivvintat armi nukleari u kif ġlieda dan. Nies kienu bini bunkers taħt l-art u l-ħażniet magħmula fil-każ ta 'xitwa nukleari. familji sħaħ ħadem fuq il-ħolqien ta 'xelters. Anke użu paċifiku ta 'reazzjonijiet ta' fissjoni nukleari jista 'jwassal għal diżastru. Jidher li Chernobyl għallmet umanità l-eżattezza f'dan il-qasam, iżda l-elementi tal-pjaneta kienet aktar b'saħħitha:-terremot fil-Ġappun iweġġgħu tisħiħ qawwija ħafna tal-NPP "Fukushima". reazzjoni nukleari enerġija użata għall-qerda ta 'ħafna aktar faċli. Teknoloġija teħtieġ biss forza limitat ta 'l-isplużjoni, sabiex ma involontarjament jeqirdu l-pjaneta kollu. L-aktar "b'mod uman" bombi, jekk inti tista 'sejħa hija, ma jniġġes l-viċinanza ta' radjazzjoni. B'mod ġenerali, ħafna drabi huma jużaw reazzjoni b'katina mhux kontrollata. Dak fl-enerġija nukleari pjanti jistinkaw bil-mezzi kollha biex jevitaw il-bombi li jinkiseb mod ħafna primitive. Għal kull element radjuattiv naturali, hemm xi massa kritika ta 'sustanza pura li fih jinqala' reazzjoni katina innifsu. Uranju, per eżempju, huwa biss ħamsin kilogramma. Peress uranju hija iebsa ħafna, din hija biss ballun żgħar tal-metall 12-15 ċentimetri fid-dijametru. L-ewwel bombi atomiċi niżel fuq Hiroshima u Nagasaki, saru preċiżament fuq dan il-prinċipju: żewġ partijiet ugwali ta 'uranju pur sempliċiment magħquda u taw lok għal splużjoni terrifying. armi moderni huma probabbilment aktar kumplessi. Madankollu, madwar il-massa kritika mhuwiex meħtieġ li ninsew li bejn l-volumi żgħar ta 'sustanza radjoattiva pura matul il-ħażna għandhom ikunu ostakoli li jipprevjenu l-biċċiet flimkien.

sorsi ta 'radjazzjoni

L-elementi kollha tal-nukleu atomiku bil-ħlas matul 82 huma radjuattivi. Kważi kollha ta 'l-elementi kimiċi eħfef jkollhom isotopi radjoattivi. Il itqal-nukleu, l-anqas il-ħajja tagħha. Xi elementi (bħal Kalifornja) tista 'tinkiseb biss b'mod sintetiku - imbuttar atomi tqal bil-partiċelli eħfef, ħafna drabi bil aċċeleraturi. Peress li dawn huma instabbli ħafna, dawn mhumiex preżenti fil-qoxra tad-dinja: l-formazzjoni tal-pjaneta, dawn malajr imħassra f'elementi oħra. Sustanzi nuklei aktar dawl, bħall-uranju, huwa possibbli li estratt. Dan il-proċess huwa twil, tajbin għall-tħaffir għall-uranju, anki minerali ħafna sinjuri fihom inqas minn wieħed fil-mija. It-tielet mod, forsi, jindika li Epoch ġeoloġiku ġdida tkun bdiet. Dan estrazzjoni ta 'elementi radjuattivi mill-iskart radjuattiv. Wara fjuwil jaħdmu impjant, fuq sottomarin jew iġorr l-ajruplani, taħlita ta 'materjal u uranju finali, ir-riżultat tad-diviżjoni tal-bidu. Fil-mument, huwa meqjus bħala skart radjuattiv solidu u l-ispejjeż jniggeż, peress li jintremew b'tali mod li dawn ma jniġġes l-ambjent. Madankollu, hemm possibbiltà li s-sustanzi radjuattivi lesti kkonċentrati fil-futur qarib (per eżempju, polonju), se jiġu prodotti minn dan l-iskart.