64.Ядерные реакции. Энергетический выход ядерных реакций

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов. В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях. Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году в опытах по обнаружению протонов в продуктах распада ядер. Резерфорд бомбардировал атомы азота α-частицами. При соударении частиц происходила ядерная реакция, протекавшая по следующей схеме:

При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам сохранения при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (то есть числа нуклонов – протонов и нейтронов). Выполняется также ряд других законов сохранения, специфических для ядерной физики и физики элементарных частиц. Ядерные реакции могут протекать при бомбардировке атомов быстрыми заряженными частицами (протоны, нейтроны, α-частицы, ионы).

Превращения ядер сопровождается изменением их внутренней энергии (энергии связи).

Разность сумм энергии покоя ядер и частиц до реакции и после реакции называется энергетическим выходом ядерной реакции.

Расчет энергетического выхода ядерной реакции:

- рассчитать сумму масс (m1) ядер и частиц до реакции;

- рассчитать сумму масс ( m2) ядер и частиц после реакции;

- рассчитать изменение массы

- рассчитать энергетический выход реакции, т.е. изменение энергии равно произведению изменения массы на квадрат скорости света.

65.Деление тяжелых атомных ядер. Ядерные реакторы. Ядерная энергетика и экологические проблемы

Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Процесс деления может протекать только в том случае, когда потенциальная энергия начального состояния делящегося ядра превышает сумму масс осколков деления. Поскольку удельная энергии связи тяжёлых ядер уменьшается с увеличением их массы, это условие выполняется почти для всех ядер с массовым числом .

Однако, как показывает опыт, даже самые тяжёлые ядра делятся самопроизвольно с очень малой вероятностью. Это означает, что существует энергетический барьер (барьер деления), препятствующий делению. Для описания процесса деления ядер, включая вычисление барьера деления, используется несколько моделей, но ни одна из них не позволяет объяснить процесс полностью.

Ядерный реактор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор в мире, «Чикагскую поленницу-1» (англ. Chicago Pile-1), запустили под трибунами университетского стадиона в 1942 году сотрудники Чикагского университета под руководством Энрико Ферми, в рамках проекта Манхэттен по разработке ядерного оружия. Спустя 4 года в Лаборатории № 2 Академии наук СССР по руководством Курчатова с теми же целями был пущен первый в Европе реактор Ф1. Первая в мире атомная электростанция в Обнинске с энергетическим реактором АМ-1 была запущена 1954 году.

Ядерные реакторы — весьма разнообразные по конструкции и областям применения устройства. По характеру использования реакторы можно условно разделить на:

-исследовательские (экспериментальные) реакторы, диапазон применения которых весьма широк: например реакторы, в которых потоки нейтронов и гамма-квантов, создаваемые в активной зоне, используются для исследований и физических экспериментов в области ядерной физики, физики твёрдого тела, радиационной химии, биологии, для испытания материалов, предназначенных для работы в интенсивных нейтронных потоках (в том числе материалов ядерных реакторов), для производства изотопов;

-изотопные (оружейные, промышленные) реакторы, используемые для наработки изотопов, используемых в ядерных вооружениях, например 239Pu, к ним относят реакторы-конвертеры и реакторы-размножители;

-энергетические реакторы, предназначенные для получения электрической и тепловой энергии, используемой в энергетике, а также для опреснения воды;

-транспортные реакторы для привода силовых установок кораблей и подводных лодок.