Применение ядерных реакций кратко
Обновлено: 06.07.2024
Первым применением ядерных реакций было использование радиоактивных вод и радиоактивных грязей, а вслед за тем и радиоактивного облучения в лечебных целях. Начиная со второй половины 30-х годов (после того как были открыты явления индуцированной радиоактивности, § 92), терапевтические учреждения многих стран мира стали систематически изучать лечебное действие различных радиоактивных изотопов. В послевоенные годы, когда благодаря ускорительным аппаратам и ядерным реакторам в широких масштабах наладилось производство радиоактивных изотопов, их применение прочно вошло в медицинскую практику и помогло восстановить здоровье, а во многих случаях и спасти жизнь большому числу людей. Например, при заболевании слизистых оболочек и злокачественных болезнях крови в лечебных целях дают принимать внутрь или вводят внутривенно радиоактивный изотоп фосфора (в виде раствора фосфорнокислого натрия). Радиоактивным изотопом иода лечат заболевания щитовидной железы. Для лечения ряда других болезней часто применяют радиоактивные изотопы:
В последние годы на текстильных заводах, на заводах бумажной промышленности, на заводах металлических и пластмассовых изделий и других радиоактивные изотопы стали применять для автоматического контроля качества изделий — их строгого соответствия установленным нормам. Так, с помощью радиоактивных изотопов можно точно измерять толщину различных пленок, определять площади поверхностей разных тел, повышать точность процессов взвешивания, просвечиванием массивных изделий у-лучами можно находить имеющиеся в них дефекты, причем во многих случаях установки для просвечивания деталей у-лучами оказываются рентабельнее рентгеновских аппаратов. Мощное радиоактивное облучение облегчает осуществление некоторых химико-технологических процессов, в частности процесса полимеризации (оно позволяет, например, при производстве полиэтилена снизить давление от 1000 до 100 атм).
Радиоактивные изотопы находят применение и при изготовлении некоторых лекарственных веществ. Дело в том, что обычный способ стерилизации нагреванием оказывается здесь часто непригодным,
особенно для антибиотиков (например, пенициллина, биомицина и т. д.). Использование для этой цели облучения и -лучами позволяет значительно упростить и удешевить существующие сейчас способы стерилизации.
Одновременно с использованием радиоактивных изотопов все большее значение приобретает ядерная энергетика, т. е. использование ядерных реакторов (в дальнейшем, вероятно, и термоядерных реакторов) на атомных электростанциях и в атомных двигателях.
К сожалению, первые применения ядерной энергии были направлены не на мирные, а на военные цели. Ядерная энергетика зародилась и выросла как следствие атомного вооружения.
Рис. 425. Схема атомной электростанции.
Первое мирное применение ядерной энергии в промышленных масштабах было осуществлено в 1954 г., когда в Советском Союзе вошла в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция мощностью Как уже указывалось выше, на этой электростанции был установлен реактор на тепловых нейтронах с графитовым замедлителем. В реактор загружался обогащенный уран, содержащий 5% изотопа и общая загрузка урана составляла около 550 кг.
Схема и принцип работы атомной электростанции иллюстрирует рис. 425. Основой схемы станции является двухконтурная система отвода тепла из реактора. Вода первичного контура под давлением 100 атм (при таком давлении температура кипения воды равна 309° С) циркулирует через реактор. Благодаря большому выделению тепла в активной зоне реактора вода нагревается и
температура ее на выходе из реактора поддерживается на уровне 260—270° С. Эта горячая вода поступает в теплообменники-парогенераторы, где передает свое тепло воде вторичного контура. В результате нагрева вода во вторичном контуре превращается в пар, который приводит в действие турбогенератор.
Благодаря применяемой здесь двухконтурной схеме отвода тепла исключается возможность проникновения радиоактивного пара в турбину и ее коммуникации. В результате для обслуживания турбогенератора не требуется применения какой-либо биологической защиты от радиоактивных излучений. Как известно, обычная вода является хорошим замедлителем нейтронов, а также довольно сильно поглощает тепловые нейтроны. Поэтому даже небольшие изменения плотности воды, проходящие через активную зону реактора, связанные с изменением температуры или с появлением утечки, способны оказать заметное влияние на ход ядерной реакции. В силу этого для надежного управления реактором желательно не допускать изменения плотности воды, а также ее кипения, так как последнее приводит к увеличению отложения солей на стенках каналов, по которым протекает вода (именно с этой целью давление воды в первичном контуре выбрано равным 100 атм).
Управление атомной электростанцией осуществляется с центрального пульта, где расположены приборы контроля за работой оборудования, показывающие положение управляющих стержней, давление, расход и температуру воды в первичном контуре, параметры пара, мощность реактора и др: Большое внимание уделено контролю за уровнем у-излучения во всех помещениях электростанции, что обеспечивает безопасность работы персонала.
Ниже в хронологическом порядке перечислены основные этапы работ по использованию ядерной энергии.
1939 г. Открыто (в Германии, Ганом и Штрассманом) явление деления ядер урана. За год опубликовано более 100 исследований этого явления, после чего работы в этой области засекречены.
1942 г. Построен (в Чикаго, Ферми) и испытан (при ничтожной мощности: 200 вт) первый ядерный реактор.
1943-1944 гг. В США на научную разработку атомной бомбы ассигновано 2 млрд. долларов. В несколько месяцев сооружена лаборатория в Лос-Аламосе и оснащены реакторами Аргонская и Окриджская лаборатории. В Хэнфорде сооружены производственные реакторы по выработке плутония, в Окридже — завод обогащения урана.
В 1945 г. В июне произведен первый экспериментальный взрыв атомной бомбы из плутония. Приборы, помещенные в массивной стальной башне, к которой была подвешена бомба, вместе с башней распылены и расплавлены. В августе урановой и плутониевой бомбами разрушены японские города Хиросима и Нагасаки; погибло более 100 тыс. человек. Тротиловый эквивалент бомб оценен в 20 000 т.
1954-1958 гг. В июле 1954 г. в СССР введена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция на 5000 квт. В 1957-1958 гг. построены первые атомные электростанции: в США (в Шипингпорте), в Англии (в Колдер-Холле) и Франции (в Маркуле). В СССР принята программа строительства больших атомных электростанций мощностью в несколько сот тысяч квт и менее мощных экспериментальных станций разного типа. В осуществление этой программы в Воронежской области и на Урале сооружаются мощные атомные электростанции. В 1958 г. пущена первая очередь атомной электростанции в Сибири на 100 000 квт.
В январе 1955 г. в США осуществлен рейс подводной лодки с атомным двигателем.
В августе 1955 г. на Первую международную конференцию (в Женеве) по мирному использованию атомной энергии представлено более 1000 научных докладов.
В 1958 г. в Женеве состоялась Вторая международная конференция по мирному использованию атомной энергии.
ядерная энергия может использоваться по-разному: производить тепло, электроэнергию, сохранять пищу, находить новые ресурсы или использоваться в качестве медицинского лечения.
Эта энергия получается из реакции, которая происходит в ядре атомов, минимальные единицы вещества химических элементов вселенной.
Эти атомы могут иметь разные формы, называемые изотопами. Они стабильны и нестабильны, в зависимости от изменений, которые они испытывают в ядре.
Именно нестабильность содержания нейтронов или атомной массы делает их радиоактивными. Именно радиоизотопы или нестабильные атомы производят ядерную энергию.
Радиоактивность, которую они испускают, может быть использована, например, в области медицины с радиотерапией. Один из методов, используемых в лечении рака, среди других применений.
Далее я принесу вам 10 видов использования ядерной энергии. Также можно увидеть 14 преимуществ и недостатков использования атомной энергии..
Список 10 примеров ядерной энергии
1- Производство электроэнергии
Ядерная энергия используется для производства электроэнергии более экономично и устойчиво, при условии, что она используется с пользой.
Электричество является фундаментальным ресурсом для современного общества, поэтому снижение затрат, которое происходит с ядерной энергией, может способствовать доступу большего количества людей к электрическим носителям..
Согласно данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) за 2015 год, в Северной Америке и Южной Азии лидирует мировое производство электроэнергии с помощью ядерной энергии. Оба превышают 2000 тераватт в час (ТВтч).
2- Улучшение урожая и увеличение мировых ресурсов
Хорошее использование ядерной энергии может способствовать решению этой проблемы, генерируя больше ресурсов. Фактически, ФАО разрабатывает совместные программы с МАГАТЭ для этой цели..
По данным Всемирной ядерной ассоциации, атомная энергия способствует увеличению продовольственных ресурсов за счет удобрений и генетических изменений в пищевых продуктах..
Использование ядерной энергии позволяет более эффективно использовать удобрения, довольно дорогое вещество. С некоторыми изотопами, такими как азот-15 или фосфор-32, растения могут использовать максимально возможное количество удобрений, не теряя их в окружающей среде..
С другой стороны, трансгенные продукты позволяют увеличить производство продуктов питания за счет изменения или обмена генетической информацией. Один из способов получить эти мутации через ионное излучение.
Однако есть много организаций, которые выступают против этого вида практики за их вред для здоровья и окружающей среды. Это случай Гринпис, который выступает за органическое сельское хозяйство.
3- Борьба с вредителями
Ядерная энергия позволяет разработать технику стерилизации насекомых, которая служит для предотвращения вредителей в посевах..
Это техника стерильных насекомых (SIT). Согласно отчету ФАО за 1998 год, это был первый метод борьбы с вредителями, в котором использовалась генетика..
Этот метод заключается в разведении насекомых определенного вида, которые обычно вредны для сельскохозяйственных культур, в контролируемом пространстве.
Самцов стерилизуют небольшим молекулярным излучением и оставляют в пораженной области для спаривания с самками. Чем больше бесплодных самцов насекомых разводят в неволе, тем меньше будет диких и плодовитых насекомых..
Таким образом, избежать экономических потерь в области сельского хозяйства. Эти программы стерилизации использовались в разных странах. Например, Мексика, где, по данным Всемирной ядерной ассоциации, имела успех.
4- Сохранение продуктов питания
Борьба с вредителями от радиации с помощью ядерной энергии, позволяет лучше сохранить пищу.
Методы облучения позволяют избежать массовых потерь пищи, особенно в тех странах, где жаркий и влажный климат.
Кроме того, атомная энергия используется для стерилизации бактерий, присутствующих в таких продуктах, как молоко, мясо или овощи. Это также способ продлить жизнь скоропортящихся продуктов, таких как клубника или рыба.
По мнению защитников ядерной энергии, эта практика не влияет на питательные вещества продуктов и не оказывает вредного воздействия на здоровье.
Они не думают так же, как большинство экологических организаций, которые продолжают защищать традиционный метод сбора урожая..
5- Увеличение ресурсов питьевой воды
Ядерные реакторы производят тепло, которое можно использовать для опреснения воды. Этот аспект особенно полезен для тех засушливых стран, где не хватает ресурсов питьевой воды..
Этот метод облучения позволяет превратить соленую морскую воду в чистую воду, пригодную для питья..
Кроме того, по данным Всемирной ядерной ассоциации, гидрологические методы с использованием изотопов позволяют более точно отслеживать природные водные ресурсы..
МАГАТЭ разработало совместные программы с такими странами, как Афганистан, для поиска новых водных ресурсов в этой стране..
6- Использование ядерной энергии в медицине
Одним из выгодных видов использования радиоактивности ядерной энергией является создание новых методов лечения и технологий в области медицины. Это то, что известно как ядерная медицина.
Эта отрасль медицины позволяет профессионалам быстрее и точнее ставить диагнозы своим пациентам, а также лечить их..
По данным Всемирной ядерной ассоциации, десять миллионов пациентов в мире ежегодно получают ядерную медицину, и более 10 000 больниц используют радиоактивные изотопы при лечении..
Атомная энергия в медицине может быть найдена в рентгеновских лучах или в лечении, столь же важном как радиотерапия, широко используемая в раке.
Это лечение имеет недостаток; Это может вызвать побочные эффекты в здоровых клетках организма, повредить их или вызвать изменения, которые обычно восстанавливаются после излечения..
7- Промышленное применение
Радиоизотопы, присутствующие в ядерной энергии, позволяют лучше контролировать выбросы в окружающую среду..
С другой стороны, атомная энергия довольно эффективна, не оставляет отходов и намного дешевле, чем другие виды промышленного производства..
Инструменты, используемые на атомных станциях, приносят гораздо большую выгоду, чем они стоят. Через несколько месяцев они экономят деньги, которые стоят в начальный момент, до того, как они амортизируются..
С другой стороны, меры, используемые для калибровки количества радиации, также обычно содержат радиоактивные вещества, обычно гамма-лучи. Эти приборы избегают прямого контакта с измеряемым источником.
Этот метод особенно полезен при работе с веществами, которые могут быть чрезвычайно едкими для человека.
Атомные электростанции производят чистую энергию. По данным Национального географического общества, их можно строить в сельских или городских районах, не оказывая серьезного воздействия на окружающую среду..
Хотя, как мы видели, в недавних событиях, таких как Фукусима, отсутствие контроля или авария могут иметь катастрофические последствия для больших гектаров территории и для населения поколений лет и лет.
Если сравнивать его с энергией, производимой углем, то верно, что он выбрасывает меньше газов в атмосферу, избегая парникового эффекта.
9- Космические миссии
Ядерная энергия также использовалась для экспедиций в космосе.
Системы ядерного деления или радиоактивного распада используются для выработки тепла или электричества с помощью радиоизотопных термоэлектрических генераторов, которые обычно используются для космических зондов.
Последним пространственным экспериментом, который был проведен с помощью этого метода, был запуск корабля Curiosity в рамках исследований, проводимых вокруг планеты Марс..
По данным Всемирной ядерной ассоциации, последняя намного больше предыдущих и способна производить больше электроэнергии, чем солнечные панели..
10- Ядерное оружие
Военная индустрия всегда была одной из первых, которая обновлялась в области новых технологий и технологий. В случае ядерной энергии, это не будет меньше.
Существует два типа ядерного оружия: те, которые используют этот источник в качестве движителя для производства тепла, электричества в различных устройствах или те, которые непосредственно ищут взрыв.
В этом смысле можно различать транспортные средства, такие как военный самолет или хорошо известная атомная бомба, которая генерирует устойчивую цепь ядерных реакций..
Последние могут быть изготовлены из разных материалов, таких как уран, плутоний, водород или нейтроны.
По данным МАГАТЭ, Соединенные Штаты были первой страной, которая создала ядерную бомбу, поэтому она была одной из первых, кто осознал преимущества и опасности этой энергии..
С тех пор эта страна как великая мировая держава установила мирную политику в использовании ядерной энергии.
Программа сотрудничества с другими государствами, которая началась с выступления президента Эйзенхауэра в 1950-х годах перед Организацией Объединенных Наций и Международным агентством по атомной энергии.
Негативные эффекты ядерной энергии
Некоторые из опасностей использования атомной энергии следующие:
1- Разрушительные последствия ядерных аварий
Один из самых больших рисков для ядерной или атомной энергии - аварии, которые могут произойти в реакторах в любое время..
Как уже было продемонстрировано в Чернобыле или на Фукусиме, эти катастрофы оказывают разрушительное воздействие на жизнь с высоким уровнем загрязнения радиоактивными веществами в растениях, животных и в воздухе..
Чрезмерное воздействие радиации может привести к таким заболеваниям, как рак, а также к порокам развития и непоправимому ущербу в будущих поколениях.
2- Вредные эффекты трансгенных продуктов
Среди других классификаторов они утверждают, что этот метод является очень разрушительным из-за большого количества воды и масла, которые потребляют.
Это также имеет экономические последствия, такие как тот факт, что эти методы могут заплатить только за них и получить доступ к нескольким, разрушая мелких фермеров.
3- Ограничение производства урана
Как нефть и другие источники энергии, используемые людьми, уран, один из наиболее распространенных ядерных элементов, конечно. То есть он может быть исчерпан в любое время.
Вот почему многие защищают использование возобновляемых источников энергии вместо ядерной энергии.
4- Требуются большие установки
Производство с использованием ядерной энергии может быть дешевле, чем другие виды энергии, но стоимость строительства заводов и реакторов высока.
Кроме того, мы должны быть очень осторожны с этим типом конструкции и с персоналом, который будет работать на них, потому что он должен быть высококвалифицированным, чтобы избежать любой возможной аварии.
Крупнейшие ядерные аварии в истории
Атомная бомба
На протяжении всей истории было множество атомных бомб. Первый состоялся в 1945 году в Нью-Мексико, но два самых важных, без сомнения, были те, которые взорвались в Хиросиме и Нагасаки во время Второй мировой войны. Их звали Маленький Человек и Толстяк соответственно.
Чернобыльская авария
Он произошел на АЭС в городе Припять, Украина, 26 апреля 1986 года. Он считается одной из самых серьезных экологических катастроф рядом с аварией на Фукусиме..
Помимо произошедших смертей, почти все работники завода, были тысячи людей, которые должны были быть эвакуированы и которые никогда не могли вернуться в свои дома.
Сегодня город Припять по-прежнему является городом-призраком, который подвергался разграблению и который стал туристической достопримечательностью для самых любопытных.
Авария на Фукусиме
Это произошло 11 марта 2011 года. Это вторая самая серьезная ядерная авария после Чернобыля..
Это произошло в результате цунами в восточной Японии, которое взорвало здания, где находились ядерные реакторы, выпустив большое количество радиации наружу.
Тысячи людей пришлось эвакуировать, а город понес серьезные экономические потери.
Области применения ядерных реакций в энергетике, военной сфере и медицине. Научные исследования и синтез новых элементов. Расщепление или слияние ядер. Применение циклотронных радионуклидов в медицине. Ядерное оружие и последствия его применения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.04.2011 |
| Размер файла | 12,2 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
ядерный реакция
Применение ядерных реакций
Область применения ядерных реакций очень обширна. В настоящее время ядерные реакции применяются в следующих областях деятельности человечества:
· Энергетика
· Военная сфера
· Синтез новых элементов
· Медицина
· Научные исследования
Как Вы можете увидеть, ядерные реакции проникли практически во все сферы деятельности человека. Рассмотрим их по отдельности.
Энергетика. Энергетика - важнейшая отрасль хозяйства и промышленности. Не зря мой проект рассматривает именно проблемы этой отрасли. Благодаря тому, что человек научился проводить управляемую ядерную реакцию и аккумулировать полученную энергию, затрачивая при этом минимальное количество сырья, намного уменьшилось потребление традиционных видов органического топлива. Секрет успеха ядерной энергетики заключается в том, что количество сырья практически неисчерпаемо на Земле. По расчетам специалистов урана при текущем потреблении хватит на Земле еще на несколько десятков тысяч лет. Обычно, для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобрабразуется в тепло. Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, делались попытки создать ядерный двигатель для самолётов.
Военная сфера. Применение цепных ядерных реакций в военной сфере вызывает наибольшее количество вопросов и опасений. При проведении неуправляемой, т.е. взрывной, ядерной реакции с целью уничтожения чего-либо. погибает все живое на огромных пространствах. Не зря ядерное оружие относят к числу оружия массового поражения. Впервые силу ядерного оружия ощутили на себе японцы - жители городов Хиросима и Нагасаки - в конце Второй мировой войны. Последствия сказываются и в наше время. Дело в том, что при взрыве в окружающую среду выплескивается огромное количество радиации. вредной для человека. В наши дни в вышеназванных городах все еще рождаются дети с аномальными отклонениями физического состояния - это потомки тех людей. которые подверглись радиационному облучению в день взрывов.
Синтез новых элементов. Ядерные реакции являются, по сути. реакциями получения новых элементов, т.к. при расщеплении или слиянии ядер получаются другие элементы таблицы Менделеева. Существуют несколько видов реакций - альфа-распад, бета-распад и гамма-распад.
Медицина. В связи с прогрессом в развитии техники ускорителей и новых диагностических систем, таких как сцинтилляционные камеры, однолучевой и позитронно-эмиссионный томографы, низкоэнергетические детекторы типа многопроволочных пропорциональных камер и др., все большее значение в медицинских и биохимических исследованиях приобретают различные радионуклиды. В современной ядерной медицине для научно-исследовательских, диагностических и терапевтических целей применяют свыше 50 циклотронных радионуклидов с периодом полураспада от нескольких минут до нескольких лет. В работе рассматриваются общие положения, методы и экспериментальные результаты, определяющие получение наиболее важных и широко используемых в настоящее время, а также перспективных для ядерной медицины и биохимии циклотронных радионуклидов. Среди них группа ультракороткоживуших изотопов (11С, 13N, 15O, 18F), некоторые гамма-излучатели (123I, 201Tl, 67Ga, 111In), генераторные радионуклиды (18Rb,81mKr,82Sr, 82Rb, 52Fe, 52mMn и др.), группа перспективных радионуклидов специального назначения (26Al, 67Cu, 97Ru, 237Pu) и ряд других изотопов.
Научные исследования. Ядерные реакции довольно широко применяются в научных работах в определенных сферах. Существуют целые научные города, занимающиеся научными исследованиями с использованием ядерных технологий. Самый яркий пример - подмосковная Дубна, недавно получившая официальный статус наукограда.
Подобные документы
Особенности осуществления ядерных реакций, их сопровождение энергетическими превращениями. Термоядерные реакции в природных условиях. Строение ядерного реактора. Цепные ядерные реакции, схема их развития. Способы и области применения ядерных реакций.
презентация [774,1 K], добавлен 12.12.2014
Понятие и сущность ядерных реакций. История выявления и виды радиоактивных превращений. Принципы и особенности деления тяжелых ядер. Общая характеристика некоторых радионуклидов и продуктов деления урана-235. Строение и свойства многоэлектpонных атомов.
контрольная работа [112,9 K], добавлен 28.09.2010
Ядерное оружие - совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления. Конструкция, мощность боеприпасов; последовательность событий при военном и мирном ядерном взрыве. Экологические последствия применения данного оружия.
презентация [2,4 M], добавлен 17.01.2015
Заряд, масса, размер и состав атомного ядра. Энергия связи ядер, дефект массы. Ядерные силы и радиоактивность. Плотность ядерного вещества. Понятие ядерных реакций и их основные типы. Деление и синтез ядер. Квадрупольный электрический момент ядра.
презентация [16,0 M], добавлен 14.03.2016
Изучение деления ядер, открытие цепных реакций на деление ядер урана. Создание ядерных реакторов, ядерной энергетики и оружия. Термоядерный синтез легких ядер в звездах. Что должен знать физик-ядерщик. Общие клинические проявления лучевой болезни.
реферат [16,7 K], добавлен 14.05.2011
Энергия связи атомного ядра, необходимая для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны. Условия, необходимые для ядерной реакции. Классификация ядерных реакций. Определение коэффициента размножения нейтронов. Ядерное оружие, его поражающие свойства.
презентация [2,2 M], добавлен 29.11.2015
Ознакомление с понятием термоядерных реакций; особенности из применения в военном деле, энергетике и медицине. Рассмотрение схемы термоядерной реакции синтеза гелия. Изучение устройства и функционального назначения тороидальной магнитной камеры с током.
Термоядерные реакции
Масса покоя ядра урана больше суммы масс покоя осколков, на которые делится ядро.
Для легких ядер дело обстоит как раз наоборот.
Так, масса покоя ядра гелия значительно меньше суммы масс покоя двух ядер тяжелого водорода, на которые можно разделить ядро гелия.
Это означает, что при слиянии легких ядер масса покоя уменьшается и, следовательно, должна выделяться значительная энергия.
Подобного рода реакции слияния легких ядер могут протекать только при очень высоких температурах.
Поэтому они называются термоядерными.
Термоядерные реакции — это реакции слияния легких ядер при очень высокой температуре.
Для слияния ядер необходимо, чтобы они сблизились на расстояние около 10 -12 см, т. е. чтобы они попали в сферу действия ядерных сил.
Этому сближению препятствует кулоновское отталкивание ядер, которое может быть преодолено лишь за счет большой кинетической энергии теплового движения ядер.
Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях в расчете на один нуклон, превышает удельную энергию, выделяющуюся при цепных реакциях деления ядер.
Так, при слиянии тяжелого водорода — дейтерия — со сверхтяжелым изотопом водорода — тритием — выделяется около 3,5 МэВ на один нуклон.
При делении же урана выделяется примерно 1 МэВ энергии на один нуклон.
Термоядерные реакции играют большую роль в эволюции Вселенной.
Энергия излучения Солнца и звезд имеет термоядерное происхождение.
По современным представлениям, на ранней стадии развития звезда в основном состоит из водорода.
Температура внутри звезды столь велика, что в ней протекают реакции слияния ядер водорода с образованием гелия.
Затем при слиянии ядер гелия образуются и более тяжелые элементы.
Термоядерные реакции играют решающую роль в эволюции химического состава вещества во Вселенной.
Все эти реакции сопровождаются выделением энергии, обеспечивающей излучение света звездами на протяжении миллиардов лет.
Осуществление управляемых термоядерных реакций на Земле сулит человечеству новый, практически неисчерпаемый источник энергии.
Наиболее перспективной в этом отношении реакцией является реакция слияния дейтерия с тритием:
В этой реакции выделяется энергия 17,6 МэВ.
Поскольку трития в природе нет, он должен вырабатываться в самом термоядерном реакторе из лития.
Экономически выгодная реакция, как показывают расчеты, может идти только при нагревании реагирующих веществ до температуры порядка сотен миллионов кельвин при большой плотности вещества (10 14 —10 15 частиц в 1 см 3 ).
Такие температуры могут быть в принципе достигнуты путем создания в плазме мощных электрических разрядов.
Основная трудность на этом пути состоит в том, чтобы удержать плазму столь высокой температуры внутри установки в течение 0,1 — 1 с.
Никакие стенки из вещества здесь не годятся, так как при столь высокой температуре они сразу же превратятся в пар.
Единственно возможным является метод удержания высокотемпературной плазмы в ограниченном объеме с помощью очень сильных магнитных полей.
Однако до сих пор решить эту задачу не удалось из-за неустойчивости плазмы.
Неустойчивость приводит к диффузии части заряженных частиц сквозь магнитные стенки.
На этой установке удалось получить плазму температурой 1,3 • 10 7 К.
Однако проблема ее удержания еще не решена.
Помимо энергетического преимущества, при термоядерных реакциях не образуются радиоактивные отходы, т. е. не надо решать проблемы загрязнения окружающей среды.
В настоящее время существует уверенность в том, что рано или поздно термоядерные реакторы будут созданы.
Ученые нашей страны достигли больших успехов в создании управляемых термоядерных реакций.
Эти работы были начаты под руководством академиков Л. А. Арцимовича и М. А. Леонтовича и продолжаются их учениками.
Пока же удалось осуществить лишь неуправляемую реакцию синтеза взрывного типа в водородной (или термоядерной) бомбе.
Осуществление управляемых термоядерных реакций способно решить энергетическую проблему человечества.
Неуправляемые термоядерные реакции в водородных бомбах могут человечество уничтожить.
Применение ядерной энергии
Применение ядерной энергии для преобразования ее в электрическую впервые было осуществлено в нашей стране в 1954 г.
В г. Обнинске была введена в действие первая атомная электростанция (АЭС) мощностью 5000 кВт.
Энергия, выделяющаяся в ядерном реакторе, использовалась для превращения воды в пар, который вращал затем связанную с генератором турбину.
Развитие ядерной энергетики
По такому же принципу действуют введенные в эксплуатацию Нововоронежская, Ленинградская, Курская, Кольская и другие АЭС.
Реакторы этих станций имеют мощность 500-1000 МВт.
Атомные электростанции строятся прежде всего в европейской части страны.
Это связано с преимуществами АЭС по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими на органическом топливе.
Ядерные реакторы не потребляют дефицитного органического топлива и не загружают перевозками угля железнодорожный транспорт.
Атомные электростанции не потребляют атмосферный кислород и не засоряют среду золой и продуктами сгорания.
Однако размещение АЭС в густонаселенных областях таит в себе потенциальную угрозу.
В реакторах на тепловых (т. е. медленных) нейтронах уран используется лишь на 1—2%.
Полное использование урана достигается в реакторах на быстрых нейтронах, в которых обеспечивается также воспроизводство нового ядерного горючего в виде плутония.
В 1980 г. на Белоярской АЭС состоялся пуск первого в мире реактора на быстрых нейтронах мощностью 600 МВт.
Ядерной энергетике, как и многим другим отраслям промышленности, присущи вредные или опасные факторы воздействия на окружающую среду.
Наибольшую потенциальную опасность представляет радиоактивное загрязнение.
Сложные проблемы возникают с захоронением радиоактивных отходов и демонтажем отслуживших свой срок атомных электростанций.
Срок их службы около 20 лет, после чего восстановление станций из-за многолетнего воздействия радиации на материалы конструкций невозможно.
АЭС проектируется с расчетом на максимальную безопасность персонала станции и населения.
Опыт эксплуатации АЭС во всем мире показывает, что биосфера надежно защищена от радиационного воздействия предприятий ядерной энергетики в нормальном режиме эксплуатации.
Однако взрыв четвертого реактора на Чернобыльской АЭС показал, что риск разрушения активной зоны реактора из-за ошибок персонала и просчетов в конструкции реакторов остается реальностью, поэтому принимаются строжайшие меры для снижения этого риска.
Ядерные реакторы устанавливаются также на атомных подводных лодках и ледоколах.
Ядерное оружие
Неуправляемая цепная реакция с большим коэффициентом увеличения нейтронов осуществляется в атомной бомбе.
Для того чтобы происходило почти мгновенное выделение энергии (взрыв), реакция должна идти на быстрых нейтронах (без применения замедлителей).
Взрывчатым веществом служит чистый уран или плутоний .
Чтобы мог произойти взрыв, размеры делящегося материала должны превышать критические.
Это достигается либо путем быстрого соединения двух кусков делящегося материала с докритическими размерами, либо же за счет резкого сжатия одного куска до размеров, при которых утечка нейтронов через поверхность падает настолько, что размеры куска оказываются надкритическими.
То и другое осуществляется с помощью обычных взрывчатых веществ.
При взрыве атомной бомбы температура достигает десятков миллионов кельвин.
При такой высокой температуре очень резко повышается давление и образуется мощная взрывная волна.
Одновременно возникает мощное излучение.
Продукты цепной реакции при взрыве атомной бомбы сильно радиоактивны и опасны для жизни живых организмов.
Атомные бомбы применили США в конце Второй мировой войны против Японии.
В 1945 г. были сброшены атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки.
В термоядерной (водородной) бомбе для инициирования реакции синтеза используется взрыв атомной бомбы, помещенной внутри термоядерной.
Нетривиальным решением оказалось то, что взрыв атомной бомбы используется не для повышения температуры, а для сильнейшего сжатия термоядерного топлива излучением, образующимся при взрыве атомной бомбы.
В нашей стране основные идеи создания термоядерной бомбы были выдвинуты после Великой Отечественной войны А. Д. Сахаровым.
С созданием ядерного оружия победа в войне стала невозможной.
Ядерная война способна привести человечество к гибели, поэтому народы всего мира настойчиво борются за запрещение ядерного оружия.
Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика
Расщепление ядра атома и способность использовать ядерную энергию, как в созидательных (атомная энергетика), так и разрушительных (атомная бомба) целях стало, пожалуй, одним из самых значимых изобретений прошлого ХХ века. Ну а в основе всей той грозной силы, что таиться в недрах крохотного атома лежат ядерные реакции.
Определение
Под ядерными реакциями в физике понимается процесс взаимодействия атомного ядра с другим подобным ему ядром либо разными элементарными частичками, в результате чего происходит изменения состава и структуры ядра.
Немного истории
Первая ядерная реакция в истории была сделана великим ученым Резерфордом в далеком 1919 году во время опытов по обнаружению протонов в продуктах распада ядер. Ученый бомбардировал атомы азота альфа частицами, и при соударении частиц происходила ядерная реакция.
А так выглядело уравнение этой ядерной реакции. Именно Резерфорду принадлежит заслуга открытия ядерных реакций.
Затем последовали многочисленные опыты ученых по осуществлению различных типов ядерных реакций, например, весьма интересной и значимой для науки была ядерная реакция, вызванная бомбардировкой атомных ядер нейтронами, которую провел выдающийся итальянский физик Э. Ферми. В частности Ферми обнаружил, что ядерные преобразования могут быть вызваны не только быстрыми нейтронами, но и медленными, который двигаются с тепловыми скоростями. К слову ядерные реакции, вызванные воздействием температуры, получили название термоядерных. Что же касается ядерных реакций под действием нейтронов, то они очень быстро получили свое развитие в науке, да еще какое, об этом читайте дальше.
Типичная формула ядерной реакции.
Какие ядерные реакции есть в физике
В целом известные на сегодняшний день ядерные реакции можно разделить на:
- деление атомных ядер
- термоядерные реакции
Ниже детально напишем о каждой из них.
Деление атомных ядер
Но вернемся к физике, ядерная реакция урана при расщеплении его ядра обладает просто таки колоссальной энергией, которую наука смогла поставить себе на службу. Как же происходит подобная ядерная реакция? Как мы написали выше, она происходит вследствие бомбардировки ядра атома урана нейтронами, от чего ядро раскалывается, при этом возникает огромная кинетическая энергия, порядка 200 МэВ. Но что самое интересное, в качестве продукта ядерной реакции деления ядра урана от столкновения с нейтроном, возникает несколько свободных новых нейтронов, которые, в свою очередь, сталкиваются с новыми ядрами, раскалывают их, и так далее. В результате нейтронов становится еще больше и еще больше ядер урана раскалывается от столкновений с ними – возникает самая настоящая цепная ядерная реакция.
Вот так она выглядит на схеме.
При этом коэффициент размножения нейтронов должен быть больше единицы, это необходимое условие ядерной реакции подобного вида. Иными словами, в каждом последующем поколении нейтронов, образованных после распада ядер, их должно быть больше, нежели в предыдущем.
Стоит заметить, что по похожему принципу ядерные реакции при бомбардировке могут проходить и во время деления ядер атомов некоторых других элементов, с теми нюансами, что ядра могут бомбардироваться самыми разными элементарными частичками, да и продукты таких ядерных реакций будут разниться, чтобы описать их более детально, нужна целая научная монография
Термоядерные реакции
В основе термоядерных реакций лежат реакции синтеза, то есть, по сути, происходит процесс обратный делению, ядра атомов не раскалываются на части, а наоборот сливаются друг с другом. При этом также происходит выделение большого количества энергии.
Термоядерные реакции, как это следует из самого из названия (термо – температура) могут протекать исключительно при очень высоких температурах. Ведь чтобы два ядра атомов слились, они должны приблизиться на очень близкое расстояние друг к другу, при этом преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов, такое возможно при существовании большой кинетической энергии, которая, в свою очередь, возможна при высоких температурах. Следует заметить, что на Солнце происходят термоядерные реакции водорода, впрочем, не только на нем, но и на других звездах, можно даже сказать, что именно она лежит в самой основе их природы всякой звезды.
Видео
И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи, ядерным реакциям.
Читайте также: