Деление ядер урана

Деление ядер урана
Дома: §51,52, сообщения
Еще в 1922 году, один из крупнейших советских ученых,
Историческая
геохимик В. И. Вернадский,
указалсправка
на значение
Владимир Иванович
Вернадский
(28
основополагающих исследований
по ядерной
физике
и
февраля (12 марта)
1863,
Санкт- то
не поскупился на предостережения.
Уже
недалеко
6 января
1945,
Москва)в —
время, предупреждалПетербург
ученый, —
когда
человек
получит
русский
учёный
XX века,
руки энергию атома,выдающийся
такой источник
энергии,
который
естествоиспытатель,
мыслитель
и он
даст ему возможность
построить свою жизнь
так, как
деятель;
создательгоды,
пожелает. Это может общественный
произойти либо
в ближайшие
многихтолько
научных
Один
из
либо через сто лет. Верно
то,школ.
что так
будет.
представителей
космизма.
Использует ли человек
эту силу длярусского
добра или
для
В круг его
входили геология
самоуничтожения? Созрел
ли интересов
он для использования
и кристаллография,
минералогия
и
этой силы, которую ему
непременно передаст
наука?
геохимия, организаторская
деятельность в науке и общественная
деятельность, радиогеология и
биология, биогеохимия и философия.
Лауреат Сталинской премии I степени.
В конце 1938 г. немецкие учёные Отто Ган и Фриц Штрассманн
Благодаря
с профессором
Ханом, Лиза
Мейтнер
сообщили, переписке
что при облучении
урана медленными
нейтронами
была
первой
из посторонних
о делении
ядра
урана «раскалываются»
наинформирована
несколько частей.
Исследователи
атома заблаговременно
строили
планы
урана.
Об этом
еще не знали
даже физики
из института
того, как
практически
использовать
энергию
деления
Отто
Хана,
а Лиза Мейтнер
уже
размышляла
о необычном
урана.
Некоторые
надежды
пробудила
обзорная
статья,
ядерном
эффекте.вЭту
проблему она обсуждала
своим
опубликованная
"Натурвиссеншафтен"
9 июнясо
1939
года:
племянником,
Отто Робертом
Фришем.
Фриш, заключенную
эмигрант, как
"Можно ли использовать
в технике
энергию,
и вЛиза
Мейтнер,
начал
работать
в институте
Нильса
Бора в
ядрах
атомов?"
Автором
обзора
был физик
Зигфрид
Копенгагене.
Исследователи
первыми
дали
физическое
Флюгге, ассистент
института
Отто Хана.
Флюгге
рассчитал,
толкование
эффекта,выделяющейся
открытого Ханом
Штрасманом,
исходя из энергии,
прии делении
ядра,ичто 1
указали,
чтоурана
такоедолжно
"разваливание"
два поднять
близких 1
покм3 воды
м3 оксида
хватить, на
чтобы
величине
массой восколка
109 т наэнергетически
высоту 27 км.возможно:
Физик описал также, что
U именно
+ n = Ванеобходимо,
+ Kr
по представлениям того времени, для
создания "урановой машины", вырабатывающей
энергию.
26 января 1939 года в Вашингтоне состоялась
конференция по теоретической физике, на которую был
приглашен и Бор. Он доложил собранию о делении
атома урана. Не успел он договорить до конца, как
несколько американских физиков вскочили, как
ужаленные, со своих мест. В смокингах ворвались они в
свои лаборатории, чтобы собственноручно проверить
открытие, которое они прозевали.
30 января 1939 года под крупным заголовком "Огромная
энергия, высвобожденная атомом урана" газета "НьюЙорк таймс" сообщила об удачных повторных
экспериментах американцев: "Деление атома урана на
две части, из которых каждая представляет собой
гигантское атомарное пушечное ядро с огромной
энергией в 100 000 000 электронвольт ,- это
величайшая энергия атома, которая когда-либо
высвобождалась человеком".
Советские физики
Несколько
исследовательских
Я. Б. Зельдович
группи -Ю.
в США,
Б. Харитон
в СССР, во
Франции, дали
первыми
Германии,
математический
Австрии - врасчет
1939 году
цепной
ухватились
реакцииза
деление
урана.
Ихурана,
коллега
открытое
Я. И. Френкель
Ханом и сформулировал
Штрасманом. В течение
одного года появилось
независимо
от Мейтнер,
более
Фриша,
стаБора
научных
и Уилера
публикаций
- теорию
по
теме "Nuclear
распада
урана.
Fission".
Наконец,
Пожалуй,
в июненикогда
1940 года
еще
Г. новое
Н. Флеров и
открытие
К.
А. Петржак
не было
обнаружили,
так быстро
чтоиатомы
основательно
урана распадаются
обработано,не
перепроверено
только
под действием
и истолковано.
нейтронов,
Накопилась
но также иуйма
экспериментального
самопроизвольно,
бези внешнего
теоретического
воздействия.
материала.
Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон дают интервью
Я. И. Френкель
Тяжелое ядро, возбужденное при резонансном захвате
нейтрона, может разделиться на две приблизительно равные
части (реакция деления тяжелых ядер). Образовавшиеся части
называются осколками деления. Неустойчивость тяжелых ядер
обусловлена взаимным отталкиванием большого числа протонов,
находящихся в ядрах.
Деление тяжелого ядра на два осколка сопровождается выделением
энергии порядка 1 МэВ на каждый нуклон. Это следует из того, что
удельная энергия связи для ядер средней массы составляет примерно
8,7 МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6 МэВ.
Например, при делении ядра урана
выделяется энергия порядка 200 МэВ.
, содержащего 238 нуклонов,
Схема развития цепной реакции деления ядер урана
представлена на рисунке
При делении ядра урана-235, которое вызвано
столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3
нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут
попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом
этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать
новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный
процесс называется цепной реакцией.
Условием возникновения цепной реакции
является наличие размножающихся нейтронов.
Коэффициентом размножения нейтронов k называется
Коэффициент размножения зависит от природы
отношение числа нейтронов, возникающих в некотором звене
делящегося вещества, а для данного изотопа — от его
реакции, к числу таких нейтронов в предшествующем звене.
количества, а также размеров и формы активной зоны —
пространства,
где происходит
цепная реакция.
Необходимое
условие
развития цепной
реакции: k>1. Такая
реакция называется развивающаяся
реакция. При k=1 идет самоподдерживающаяся реакция. При k<
Минимальные размеры активной зоны, при которых возможно
1 идет затухающая реакция.
осуществление цепной реакции, называется критическими
размерами.
Минимальная масса делящегося вещества, находящегося в
системе критических размеров, необходимая для осуществления
цепной реакции, называется критической массой.
Цепная реакция в уране с повышенным содержанием урана235 может развиваться только тогда, когда масса урана
превосходит критическую массу. В небольших кусках урана
большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают
наружу. Для чистого урана-235 критическая масса составляет
около 50 кг.
Применение замедлителей нейтронов и
специальной
оболочки
из вобериллия,
котораяесли
Критическую массу
урана можно
много раз уменьшить,
отражает так нейтроны,
позволяет
снизить
использовать
называемые замедлители
нейтронов.
Дело в том,
что
нейтроны, рождающиеся
критическую
массу до 250при
г. распаде ядер урана, имеют
слишком большие скорости, а вероятность захвата медленных
нейтронов ядрами урана-235 в сотни раз больше, чем быстрых.
Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода D2O.
Обычная вода при взаимодействии с нейтронами сама
превращается в тяжелую воду.
Цепные реакции делятся
на управляемые и неуправляемые. Взрыв атомной
бомбы —пример неуправляемой реакции.
В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция
возникает при быстром соединении двух кусков урана-235, каждый
из которых имеет массу несколько ниже критической.
Критическая масса
Летит нейтрон по трассе,
В реакции цепной,
Критическая масса,
И будет взрыв большой!
Управляемые цепные реакции осуществляются в ядерных
реакторах.
Понятие о ядерной энергетике. Ядерный реактор
Устройство, в котором поддерживается
управляемая реакция деления ядер,
называется ядерным (или атомным) реактором.
Схема ядерного реактора на медленных нейтронах
приведена на рисунке
Первый ядерный реактор был построен в
1942 году в США под руководством Э. Ферми.
В нашей стране первый реактор был построен в
1946 году под руководством И. В. Курчатова.
Первая в мире атомная
электростанция была построена в
1954 г. в г. Обнинске. За ее создание
Д. И. Блохинцев, Н. А. Доллежаль, А.
К. Красин и В. А. Малых были
награждены Ленинской премией.
Пуск в действие этой
электростанции доказал всему
человечеству, что «атом может быть
мирным». После этого АЭС стали
строить в Англии (1956 г.), США
(1957 г.), Франции, Италии и других
странах
Проект плавучей атомной
электростанции
Название
Год
Класс постройки
Ядерные реакторы нашли применение и в силовых
"Ленин"
1959
Выведен из эксплуатации в 1989
установках, используемых гна кораблях атомного
флота. Во второй половине 50-х гг. сначала в США, а
"Арктика"
1975
"Арктика"
затем и у нас в стране
построены атомные
"Сибирь"
1977 были
"Арктика"
"Россия"
1985
подводные лодки.
В 1957 г."Арктика"
был спущен на воду
"Севморпуть"
атомный ледокол1988
«Ленин»Лихтеровоз
— первое мирное судно с
"Таймыр"
1989
"Таймыр"
ядернойСоюз"
силовой1990
установкой
на борту. Впоследствии
"Советский
"Арктика"
"Вайгач"
1990
"Таймыр"
у нас в стране было
создано
еще несколько
"Ямал"
1993
аналогичных ледоколов.
В "Арктика"
60—70-е гг. атомные суда
невоенного назначения стали создавать в США
(«Саванна»), ФРГ («Отто Ган») и Японии («Муцу»).
Источник энергии
Источник энергии прячет природа,
А мы всё считаем доходы, расходы,
В Земле залегают и нефть, и уран,
В баллонах находится жидкий пропан.
Энергия солнца, энергия ветра,
Нужна нам сегодня, нужна нам и завтра,
Сжигаем мы уголь, солярку и газ,
На свете не сыщешь прожорливей нас!
А море так щедро нам дарит приливы,
Учёный для поиска ищет мотивы,
Успеха он требует здесь и сейчас,
Энергия Космоса скрыта от нас!