19. Деление ядер. Деление ядер.

Тяжёлые ядра химических элементов, находящихся в конце периодической системы Менделеева, состоят из большого количества протонов. Между протонами возникает сильное кулоновское отталкивание, поэтому такие ядра могут самопроизвольно делиться на два, примерно одинаковых осколка. Закон изменения числа радиоактивных ядер с течением времени был сначала получен экспериментальным путём. Оказалось, что распад большого количества ядер любого радиоактивного изотопа подчиняется закону, который может быть выражен в следующей математической форме:

N- число оставшихся (нераспавшихся) ядер.

N_o- первоначальное количество ядер.

t- время.

Т1/2- период полураспада (время за которое половина всех первоначальных ядер распадётся)

Деление происходит также при столкновении ядра с частицами небольших энергий. Оба осколка перегружены нейтронами, поэтому, поэтому они испускают электроны (β^- - распад) и нейтроны. Вновь образованные нейтроны, становятся причиной распада следующих ядер. Если масса вещества достаточно велика (больше критической массы) возникает цепная реакция. В образцах малой массы и малого размера большинство нейтронов пролетает насквозь не попав ни в одно ядро. Минимальная масса (для урана-235 она составляет примерно 50 кг), достаточная для осуществления цепной реакции называется критической. При этом коэффициент размножения нейтронов становится больше единицы. Коэффициент размножения равен отношению числа вторичных нейтронов к числу первичных нейтронов в каждом акте реакции. Реакции деления являются экзотермическими (с выделением энергии). На этом принципе основано действие атомной бомбы (неуправляемая реакция) и работа атомных реакторов (управляемая ядерная реакция).

В 1938г. Ган, Штрассман и Мейтнер впервые осуществили деление урана-235 нейтронами. Продукты деления могут быть и другими, но все они радиоактивны и подчиняются закону сохранения заряда и закону сохранения массового числа. Радиоактивные осколки испытывают дальнейшие превращения конечным ядром которых является свинец (для ядер, встречающихся в природе).

В природе в естественном состоянии встречается только одно ядерное топливо – уран. А непосредственно изотопа ²³⁵U только 0,7% в природном уране. Для создания ядерного топлива природный уран обогащают изотопами ²³⁵U, или ²³³U, или ²³⁹Pu.

По назначению и мощности различают следующие виды ядерных реакторов.

1. Экспериментальные реакторы. Их мощность не превышает нескольких киловатт. Эти реакторы предназначены для научных целей.

2. Исследовательские реакторы. Их мощность не превышает 100МВт, а выделяемая энергия, как правило, не используется. Потоки нейтронов и γ-квантов используются для исследований в ядерной физике, физике твёрдого тела и т.д.

3. Реакторы, предназначенные для получения новых трансурановых элементов.

4. Энергетические реакторы. Они используются для выработки электроэнергии, теплоэнергии, в силовых установках на кораблях, для опреснения морской воды и т.д. Тепловая мощность таких реакторов достигает 3-5 ГВт.

Излучение радиоактивных веществ оказывает очень сильное действие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела на 0,001^оС, нарушает жизнедеятельность клеток.

Механизм поражающего действия излучения сводится к ионизации атомов и молекул, что приводит к изменению их химической активности. Поэтому в первую очередь поражаются быстро делящиеся клетки – клетки костного мозга. Из-за чего прекращается образование клеток крови, затем поражение клеток пищеварительного тракта и т.д.

Сильное влияние излучение оказывает на наследственность, поражая гены в хромосомах.

При работе с любым источником радиации необходимо принимать меры по радиационной защите.

1. удаление персонала от источника излучения на достаточно большое расстояние.

2. использовать преграды из поглощающих материалов.

Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения. Поглощённой дозой излучения называется отношение поглощённой энергии Е ионизирующего излучения к массе m облучаемого вещества:

В СИ поглощённую дозу выражают в грэях (Гр). На практике широко используется внесистемная единица экспозиционной дозы излучения – рентген (Р). В практической дозиметрии 1Р≈0,01Гр.

Вопросы и задачи:

1. Перечислить основные элементы (системы) ядер­ного реактора на медленных нейтронах.

Ответ: 1. Делящееся вещество. 2. Замедлитель (тяжелая вода, графит.). 3. отражатель. 4. Система охлаждения. 5. Система безопасности.

2. Каковы необходимые условия возникновения и протекания цепной ядерной реакции при делении тяжелых ядер атомов?

Ответ: 1. коэффициент размножения нейтронов k>1. 2. Размеры активной зоны не меньше критического.

3. Масса делящегося не меньше критической.

3. Какие элементарные частицы называются стабиль­ными? Назовите стабильные частицы.

Ответ: фотон, протон, электрон и нейтрино.

4. Что такое элементарные частицы и каково их главное свойство?

Ответ: Элементарные частицы не составные. Глсв-во – св-во превращаться друг в друга

5. Определить энергию связи ядра изотопа лития , если М_р-1,00814а. е. м., М_n =1,00899 а. е. м, иМ_я,= 7,01823 а. е. м.

Ответ: 39,24 МэВ

6. Определить энергию, которая выделится при пол­ной аннигиляции 1 кг вещества и 1 кг антивещества, если кинетическая энергия этих масс равна нулю.

Ответ: 1,125·10³⁰ МэВ. 18·10¹⁶Дж

7. При делении одного ядра изотопа урана-235 освобож­дается 200 МэВ энергии. Определить энергию, которая выделится при делении всех ядер 0,2 кг урана-235.

Ответ: 1,63·10¹³ Дж = 1,02·10²⁶ МэВ

8. Дополнить ядерную реакцию

Ответ: