Изучение деления ядра атома урана показало, что при этом выделяется 3–4 нейтрона: 238U → 145La + 90Br + 3n.
52. Ядерные реакции. Деление ядер урана
И еще меньше было людей, которые, как Курчатов, верили в прикладные возможности этой науки. Именно этим объясняю я тот, к примеру, факт, что почти все приборы для исследований — счетчики частиц, усилители импульсов — мы делали своими руками. Один из таких приборов стал темой моей дипломной работы, а руководителем ее был Игорь Васильевич. Бороды он еще не носил. Спустя года два — я продолжал заниматься прибористикой — Курчатов прислал ко мне на консультацию студента Флерова, задиристого и самолюбивого.
Тема его диплома была близка моей, оба мы были молоды и вскоре стали работать сообща, хотя формально были сотрудниками разных институтов. А спустя какое-то время, кажется, это было в самом конце тридцать восьмого года, о ядре заговорили всерьез. Умы взбудоражило сообщение, что Ган и Штрассман в Германии открыли деление ядер урана нейтронами. Они пытались получить новый элемент, а натолкнулись на новое явление.
Явление, интересное прежде всего своим энерговыделением — огромным количеством энергии, высвобождавшейся при каждом элементарном акте. Курчатов поручил нам с Флеровым повторить эти опыты, воспроизвести их. Уран был в виде урановой смолки , радон-бериллиевый источник нейтронов — тоже, а на регистрирующих приборах мы оба к тому времени собаку съели. Результаты Гана и Штрассмана заинтересовали не только Курчатова, заинтересовали прежде всего энергетической стороной дела.
И естественно, многие физики задумались, а не могут ли эти ядра делиться сами по себе, спонтанно. Нильс Бор рассчитал даже время жизни урана по спонтанному делению и получил 1022 лет. Либби попробовал обнаружить спонтанное деление экспериментально, но сумел установить лишь нижний предел — 1014 лет — и прекратил опыты. Начиная свои опыты, мы не ставили целью открытие спонтанного деления, а искали энергетический «порог» деления урана, т.
В нашем распоряжении была обычная ионизационная камера и обычная по тем временам регистрирующая радиоаппаратура, смонтированная собственноручно. В каждом приличном опыте положено прежде всего смотреть нулевой эффект, т. И всякий раз, когда измеряли пулевой эффект, он не был равен нулю: камера нет-нет, да щелкнет! Объясняли это чем угодно, но только не спонтанным делением: проезжими трамваями, космическим излучением, несовершенством усилительной аппаратуры, влиянием посторонних нейтронных источников.
Когда первый раз сообщили об этом Курчатову, реакция его была не слишком положительной: «Это какая-то грязь». От греха подальше, т. Но и там камера щелкала. Остались трамваи, космика, осталась та же аппаратура, но исключать возможность нового явления — самопроизвольного деления ядер — тоже не было оснований кроме теоретических расчетов Бора.
Идея эта родилась при обсуждении результатов опытов с Курчатовым.
За историю работы человечества с делящимися материалами такие аварии возникали неоднократно например, «заряд-демон» и авария на ядерном объекте Токаймура , поэтому можно довольно уверенно предсказать, что произойдет. Как выглядит самый страшный сценарий Что будет, если все же ускоряющаяся цепная реакция запустится где-то в объеме топливосодержащей лавы? В какой-то момент нейтронный поток начнет экспоненциально расти, и за несколько миллисекунд мощность цепной реакции достигнет киловатта или мегаватта — в общем, достаточного уровня, чтобы быстро прогреть топливный материал и окружающую среду. Сработают отрицательные физические связи: ядерный допплер-эффект в уране и выкипание воды, соотношение генерации новых нейтронов в делении урана и их поглощения станет меньше единицы — и реакция остановится. Весь этот цикл займет не больше секунды, но будет заметен только приборам наблюдения по резкому всплеску нейтронного и гамма-излучения. Затем «очнувшийся» материал остынет и может вновь заполниться водой. Соответственно, цикл с ростом мощности реакции и прогревом может повториться — и так будет происходить, пока содержание воды в этой области станет слишком маленьким для эффективного замедления нейтронов. Если это и происходило в 2016-2019 году, то в процессе выпаривания воды из ЛТСМ в объеме Нового Безопасного Конфаймента должна была вырасти концентрация радиоактивных аэрозолей, которые наверняка задержала система фильтрации НБК и заметили бы датчики системы контроля ядерной и радиационной безопасности, но никаких прямых данных у нас об этом нет. При этом вышеописанный сценарий — это цепь из крайне смелых допущений.
Резюмируя, можно сказать, что за 35 прошедших с аварии лет, исследователи, видимо, достаточно хорошо знают об угрозах в останках четвертого энергоблока и барьерах на пути их распространения. Рост нейтронного потока был заранее предсказан расчетно и не является показателем роста опасности, а скорее подтверждает правильность заложенных моделей. Валентин Гибалов.
Источник: livescience. Его назвали уран-241, сообщает Live Science. Последнее — редкость.
Число их протонов находится в промежутке от 89 до 103.
Расследование показало, что концентрация урана-235 в руднике такая же, как в отработанной атомной станции, но деление ядер произошло 1,8 миллиарда лет назад. Учёные предположили, что это единственный на планете «природный ядерный реактор», сработавший сам по себе. Однако, открыватели атомной энергии давно доказали, что ядерная реакция может быть получена только искусственным путем.
Что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
Не все они размещены в самом блоке автоматики. У человека глаза и осязательные рецепторы находятся на поверхности тела. А вкусовые и слуховые рецепторы, будучи внутри тела, соединены с внешней средой каналами: ротовой полостью или слуховым каналом. Мышечные рецепторы не контактируют со средой. Данные от всех рецепторов поступают в мозг, где обрабатываются с принятием решений на их основе. Очень похоже работает и система взведения. В блок автоматики, мозг ядерного заряда, стекаются данные от многих приборов и датчиков.
Обрабатывая их, система взведения реализует алгоритмы повышения готовности заряда к взрыву. Так, чековые или концевые выключатели находятся на поверхности носителя ядерного заряда. Размыкаются контакты, выдергиваются чеки, и в блок автоматики поступает сигнал об отделении носителя от стартового сооружения, самолета-носителя, самоходной установки или подлодки. Другие приборы связаны со средой, в которой движется носитель, и измеряют ее параметры. Если это крылатая или баллистическая ракета, используются манометрические, барометрические или аэродинамические датчики. Первые выдают сигнал при достижении заданной разности наружного статического давления и давления в специальной емкости в приборе, сообщая о достижении заданного перепада высоты.
Вторые реагируют на значение наружного статического воздушного давления. Третьи срабатывают при заданной разнице статического и полного давления, создаваемого напором встречного воздуха при заданной скорости носителя. Сигналы датчиков вызывают включения или отключения электрических цепей в блоке автоматики. Ядерная боевая часть крылатой противокорабельной ракеты. Вид со стороны блока автоматики. Но если ракета не достигла контрольной высоты или не развила контрольную скорость, то блок автоматики не отключит эту ступень предохранения.
И заряд не взорвется, как бы дальше ни развивалась история нештатного полета и падения ракеты. Похоже действуют гидроприборы, если носителем ядерного заряда является торпеда. Гидростатические приборы реагируют на заданное статическое давление морской воды, гидродинамические датчики измеряют перепад полного и статического давлений воды при движении торпеды. Есть и группы приборов, не связанных со средой, подобно скрытым в теле человека мышечным рецепторам. Это датчики линейных ускорений и инерционные включатели, которые включают или выключают электрические цепи блока автоматики при контрольных значениях перегрузки по трем осям. Есть временные приборы, переключающие электрические цепи по истечении заданного времени.
Только по мере верного прохождения этих последовательностей система предохранения и взведения постепенно повышает взрывоготовность заряда. И сразу обнуляет ее при значимых отклонениях фактических событий от планового сценария работы носителя. Кто нажмет на спусковой крючок Но вот все этапы движения носителем пройдены, он уже в непосредственной близости к цели. Все ступени предохранения сняты, и заряд готов взорваться в любое мгновение. Кто примет решение и даст главную команду на подрыв? Пусковая система, или исполнительная система подрыва.
Ее задача — выработка главной команды на подрыв заряда, которую выполнит блок автоматики и его система подрыва заряда. Главная команда запустит процесс подрыва, поэтому система называется пусковой.
При полном делении 1 г урана выделяется такое же количество теплоты, как при сгорании 3 т. Реакция, в которой частицы вызывающие ее нейтроны , образуются, как продукты данной реакции называется ядерной цепной реакцией. Ядерная цепная реакция характеризуется коэффициентом размножения нейтронов. Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в каком-либо поколении к числу нейтронов в предшествующем поколении. Наименьшую массу делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция, называют критической массой. Если применить замедлитель нейтронов и отражающую оболочку из бериллия, то критическая масса снижается до 250 г.
Проблемы атомной энергетики делятся на три категории - отходы, риск и стоимость. Приведём примеры каждой из них. Отходы Одна из самых больших озабоченностей общественности по поводу атомной энергетики в последние десятилетия связана с тем, что делать с урановым топливом после того, как оно настолько насытится делящимися продуктами, что перестанет быть эффективным для производства энергии. Высокоактивные отходы содержат изотопы, радиоактивность которых может снизиться за тысячи лет до уровня, примерно соответствующего уровню радиоактивности руды, из которой они были получены. В настоящее время в мире хранится более четверти миллиона тонн высокорадиоактивных отходов, ожидающих захоронения или переработки. Так ли это плохо?
Хотя хранящиеся ядерные отходы не представляют непосредственной угрозы, если они хорошо изолированы, вопросы долгосрочного обращения с ними, а также возможность неправильного обращения и несчастных случаев делают хранение растущего количества ядерных отходов неоднозначной проблемой. Массивные контейнеры хранят отработанное ядерное топливо в надёжных и безопасных сухих хранилищах Одним из видов отходов можно считать и выбросы углерода. Хотя процесс деления и преобразования ядерной энергии в электричество относительно свободен от выбросов углерода, общий бюджет углерода, связанный с добычей и переработкой руды, необходимой для деления, и строительством конкретной электростанции, не равен нулю. По некоторым оценкам , этот показатель значительно выше - от 10 до 130 граммов CO2 в отдельных случаях. Таким образом, замена угольных электростанций на атомные позволит ежегодно сберегать в атмосфере несколько миллионов тонн CO2, не говоря уже о твёрдых частицах и других загрязняющих веществах. Углеродный след солнечных и ветряных электростанций более или менее сопоставим с нижним пределом для атомной энергетики.
В целом, атомная энергия в лучшем случае не содержит столько же углерода, сколько солнечная и ветровая, хотя и связана с непопулярной проблемой отходов, которую мало кто хочет иметь у себя под боком. Риски Прошло более трёх десятилетий с тех пор, как советская Украина дала миру представление о том, как может выглядеть наихудший сценарий ядерной аварии. Чернобыльская АЭС, расплавившаяся во время технических испытаний в 1986 году, превратилась в радиоактивные руины на фоне отравленного радиоактивными осадками ландшафта. Саркофаг над остатками четвёртого блока Чернобыльской АЭС В 2011 году после землетрясения в Японии произошла авария на атомной станции "Фукусима".
Деление ядер урана. Цепная реакция Физика 9 класс 55 Инфоурок Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуальной работы. Они содержат оптимальное количество графической и анимационной информации для сосредоточения внимания и удержания интереса ребят без отвлечения от сути занятия.
Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется?
0:51 Процесс деления ядра Урана под воздействием попавшего в него нейтрона. Для осуществления ценной реакции пригодны лишь ядра Цепная реакция деления ядер урана. Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуально. Деление ядра урана вследствие бомбардировки При делении ядра урана 2-3 мгновенных нейтрона скидывается, получаются два осколка с отношением масс преимущественно около 1:1.4, т.е., любимые массы около 95 и 135. Изучение деления ядра атома урана показало, что при этом выделяется 3–4 нейтрона: 238U → 145La + 90Br + 3n.
Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
Выделение энергии в ядерных реакторах происходит за счёт деления ядер урана и плутония. новости космоса. Повторные реакции деления ядер урана и плутония, зафиксированные на Чернобыльской АЭС, потенциально опасны и требуют серьезных наблюдений. Смотреть видео онлайн Деление ядер урана. Длительность видео: 57 сек.
Парадоксы ядерной гонки
После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1). Смотреть видео онлайн Деление ядер урана. Длительность видео: 57 сек. Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую. Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии.
Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть?
Скандальному всегда охотно верят, а при такой возбуждающей и напряженной работе, которая шла тогда, само собой разумеется, высказывались и противоречивые мнения. Было бы очень жаль, если бы о предыстории одного из величайших открытий естествознания сохранилось искаженное представление, как это уже случилось однажды с предысторией открытия Рентгена. К сказанному следует добавить в той же мере историческое, как и, если можно так выразиться, исследовательско-психологическое замечание. В конце 1934 г. Читая сегодня эту фразу, мы видим в ней ясное предсказание возможности деления ядер. Но в свое время это пророчество Ноддак казалось не заслуживающим внимания и уводящим в сторону. Оно действительно не имело под собой экспериментальной базы; хотя и соотнесенное с фактом образования искусственных радиоактивных изотопов почти для всех химических элементов, оно совершенно игнорировало тот факт, что все без исключения известные случаи превращения ядер приводили к образованию соседних ядер. Лиза Мейтнер, чуждая по своей природе всякой вольной фантазии, отказалась обсуждать гипотезу Иды Ноддак. У этой гипотезы не было физической основы, тогда как против образования трансуранов в тот период не говорил ни один факт, ни одно теоретическое соображение. Да и сама Ида Ноддак —это кажется знаменательным — не настаивала на своей гипотезе не говоря уже о подкреплении ее собственными опытами , хотя в последующие годы не раз не удавалось достигнуть полной ясности в деле радиохимического определения трансуранов. О своем «приоритете» она заявила лишь после того, как Ган и Штрассман произвели расщепление урана.
Теперь мы знаем, что в уран-нейтронных реакциях рождаются и трансураны, и с помощью традиционных представлений было сделано немало «недопустимых» открытий, вплоть до открытия способов образования не встречающихся в природе химических элементов. Кроме того, Ида Ноддак предполагала, что тяжелые ядра распадаются при «их обстреле быстрыми нейтронами», тогда как существенным элементом открытия Гана и Штрассмана было расщепление урана медленными нейтронами. Открытым оставался даже принципиальный вопрос, продолжают ли трансураны последний ряд периодической системы — радий 88 , актиний 89 , торий 90 , протактиний 91 и уран 92 ,— так что трансуран 93 встает под рением, а трансураны 94, 95 и 96 соответственно под осмием, иридием и платиной, с элемента же 97 начинается новый ряд периодической системы, как с золота, серебра и др. К этому добавились громадные экспериментальные трудности. Сложный характер полученных кривых, отражавших спад активности первичных тел и нарастание активности вторичных, делал их анализ трудным и ненадежным. Понятно поэтому, почему первоначальные результаты нередко приходилось исправлять в течение последующей работы, а некоторые сообщенные результаты вообще были лишь вероятными — и это у таких щепетильных и придирчивых исследователей! Таким путем и в предположении, что образуются трансураны и соседние с ураном элементы, удалось к 1937 г. Первый и второй ряды реакций возникали преимущественно под влиянием медленных нейтронов; их называли тогда «усиленными». Указанный в третьем ряду изотоп урана с периодом по- лураспада 23 мин образовывался, согласно уточненным данным, преимущественно под влиянием быстрых нейтронов вполне определенной энергии; такие процессы называются резонансными. О них подробнее будет сказано ниже.
Приведенные результаты были свободны от внутренних противоречий и нашли всеобщее признание; не последнюю роль в этом играл большой авторитет авторов. Однако вскоре доверие к ним было поколеблено сообщением Ирэн Кюри и Павла Савича о том, что при облучении урана нейтронами образуется элемент с меньшим номером, торий, не замеченный далемской группой. Этим открытием все было поставлено под сомнение; в Далемском институте заговорили об открытии «разрушения урана нейтронами». Но Лиза Мейтнер, повторив опыты, не нашла торий, и открытие его действительно оказалось ошибочным. Впоследствии этот эпизод дал повод для компрометирующей ее легенды. В январе 1957 г. Это письмо Кюри и Савич упоминают в их следующей работе и соглашаются с ним. Все это зарегистрировано в наших лабораторных дневниках... Впоследствии я много раз думала, что для меня было бы лучше, если бы мы опубликовали тогда свое возражение против тория, хотя я и считаю, что письменное сообщение было коллегиальнее». Следующая работа Кюри и Савича вызвала еще большее возбуждение: они показали, что согласно новому радиохимическому анализу «3,5-часовое вещество», возникающее из урана под действием медленных нейтронов, отличается от тория, протактиния и актиния и напоминает лантан, т.
Это утверждение, однако, не было ими развито; новое вещество рассматривалось как трансуран, отличный по своим свойствам от прежних трансуранов и не укладывающийся в ряды Гана — Мейтнер — Штрассмана. О каком-либо фундаментальном пересмотре всех прежних данных не было и речи; по-прежнему господствовало убеждение, что ядерные реакции всегда приводят к образованию изотопов только исходного элемента или соседних с ним элементов. Лиза Мейтнер, письменно информированная Ганом о ходе работы, писала 4 октября 1938 г. В ответ на последующие сообщения Гана о его новых сомнениях в методах отделения пришли тревожные встречные вопросы «Так что же, все сомнительно? Вопреки всем сомнениям, Ган и Штрассман в своем печатном сообщении от 8 ноября 1938 г. Кроме того, был найден второй такой же ряд превращений изотопов радия при бомбардировке тория быстрыми нейтронами: о нем, по существу, уже сообщали Мейтнер, Штрассман и Гаи после того, как еще в 1935 г. Предварительная схема торий-нейтронных реакций имела вид: Атомы радия а также актиния и тория в разных реакциях данной и предыдущей схем предполагались имеющими одинаковую массу, так как они возникали из одинаковых атомов урана и тория, т. Выяснение факта существования столь многочисленных изомеров радия было бы весьма значительным научным открытием, если бы оно не оказалось фиктивным. Вновь и вновь возникал вопрос, действительно ли это радий? Особое значение придавалось обогащению изомеров в силу их крайне малых количеств и, следовательно, малой интенсивности излучения.
Этими опытами началась последняя фаза великого открытия. Ни отделения, ни обогащения изомеров радия не удалось достичь ни одним из примененных методов: то, что предполагалось радием и безошибочно характеризовалось точным значением периода полураспада, всегда и с постоянной интенсивностью сопровождало барий. Радиохимическое разделение радия и бария не удалось. Оно было, наконец, признано невозможным. В последовавшие за этим рождественскую неделю 1938 г. Их развитие запечатлено в обширной, почти полностью сохранившейся переписке между тремя главными участниками — Отто Ганом, Лизой Мейтнер и Отто- Робертом Фришем племянником Лизы Мейтнер, физиком, работавшим до 1933 г. Эти частные письма дают редкую возможность проследить ход одного из самых плодотворных открытий от первого предчувствия до последнего прояснения, о чем печатные сообщения всегда создают лишь неполную картину; например, о ходе открытия Рентгена до сих пор почти ничего неизвестно. Сейчас как раз И часов вечера; в четверть двенадцатого хотел вернуться Штрассман, так что я могу собираться домой. Что-то все-таки есть в этих «изотопах радия», причем такое редкое, что мы пока сообщаем только Тебе... Они отделяются от всех элементов, кроме бария; и так во всех реакциях.
Только с барием — если только это не наваждение — фракционирование отказывает. Наши изотопы радия имеют свойства бария. Мы не добились явного обогащения ни с BaBr 2, ни с хроматами и т. А на прошлой неделе я выделил первую фракцию тория-Х, так все шло, как должно. Потом в субботу Штрассман и я фракционировали один из наших изотопов «Ra» с мезоторием-I как индикатором; мезоторий обогатился, как полагается, а наш радий — нет. Хотя еще нельзя исключить случайного стечения обстоятельств, мы все же все более приходим к ужасному заключению: наши изотопы радия ведут себя не как радий, а как барий... Я договорился со Штрассманом, что мы пока скажем это только Тебе.
Схема развития цепной реакции деления ядер уран: Скорость цепной ядерной реакции характеризуется коэффициентом размножения нейтронов k — это отношение числа нейтронов в данном этапе цепной ядерной реакции к их числу в предыдущем этапе. Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы так называемый коэффициент размножения нейтронов был больше единицы. Другими словами, в каждом последующем поколении нейтронов должно быть больше, чем в предыдущем. Коэффициент размножения определяется: числом нейтронов, образующихся в каждом элементарном акте; условиями, в которых протекает реакция — часть нейтронов может поглощаться другими ядрами или выходить из зоны реакции. Самоподдерживающаяся цепная реакция в уране с повышенным содержанием может развиваться только тогда, когда масса урана превосходит так называемую критическую массу. Для чистого критическая масса составляет около 50 кг при минимальном объеме шара радиусом 9см. Критическую массу урана можно во много раз уменьшить, если использовать замедлители нейтронов, так как нейтроны, рождающиеся при распаде ядер урана, имеют слишком большие скорости, а вероятность захвата медленных нейтронов ядрами в сотни раз больше, чем быстрых. Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода D2O. Обычная вода при взаимодействии с нейтронами сама превращается в тяжелую воду. Хорошим замедлителем является также графит, ядра которого не поглощают нейтронов. При упругом взаимодействии с ядрами дейтерия или углерода нейтроны замедляются до тепловых скоростей. Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из бериллия, которая отражает нейтроны, позволяет снизить критическую массу до 250 г. В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает при быстром соединении двух кусков , каждый из которых имеет массу несколько ниже критической. Ядерный или атомный реактор - устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер. В активную зону вводятся регулирующие стержни, содержащие кадмий или бор, которые интенсивно поглощают нейтроны.
Всё приготовили, а никакого эксперимента в привычном смысле этого слова так, собственно, и не провели. Мы начали, как нас учили, как требовал Игорь Васильевич: прежде чем приступить к эксперименту, посмотри — и внимательно посмотри! Слушаем — у нас была ещё акустическая система. Видим всякие импульсы: это — от сети, это — от того-то. И вдруг — щелчок: как от деления ядра при облучении нейтронами! Тогда аспиранты решили позвонить своему научному руководителю, который, выслушав их, сказал: «Это, скорее всего, какая-то грязь. Но и там ничего не изменилось. Согласно другой точке зрения, физика Юрия Лукича Соколова, поначалу на еле слышимый щелкающий фон аспиранты даже не обратили внимания, так как он не портил статистику измерений, но именно Курчатов воспротивился данной точке зрения и предложил изготовить ещё более чувствительный прибор. Под контролем Курчатова начались интенсивные поиски агента, вызывающего деление. Было отвергнуто несколько догадок и, в конце концов, осталось единственное предположение, состоявшее в том, что деление происходит под воздействием космических лучей.
Учёные предположили, что это единственный на планете «природный ядерный реактор», сработавший сам по себе. Однако, открыватели атомной энергии давно доказали, что ядерная реакция может быть получена только искусственным путем.