7. Квантовая физика в современных технологиях. Неклассические концепции в химии.

7.1. Ядерная энергетика

Z – порядковый номер элемента, число протонов в ядре;

А – массовое число, общее число протонов и нейтронов (нуклонов).

Изотопы – ядра с одинаковым Z, но разным А.

Дефект массы ядра:

Энергия связи ядра - энергия, необходимая для расщепления ядра на составляющие его нуклоны:

Устойчивость ядер

Удельная энергия связи - энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра:

Чем больше удельная энергия связи, тем более устойчиво ядро.

1. Реакция деления. а) Ядерные реакторы.

Первые реакторы – 1942 г., Э. Ферми, США и 1949 г., И.В. Курчатов, Россия.

Делящееся вещество – смесь изотопов урана U²³⁸ и U²³⁵ (или плутоний Рu²³⁹).

При попадании в ядро нейтрона оно делится, испуская два или три вторичных нейтрона. Может возникнуть цепная реакция.

В зависимости от скорости нейтроны делятся на быстрые и медленные.

Медленными нейтронами делится только изотоп урана U²³⁵. Природный уран U²³⁸ «обогащают» и используют их смесь.

Схема активного блока ядерного реактора

1 – Управляющий стержень (поглотитель нейтронов из бора или кадмия).

2 – Биологическая защита.

3 – Тепловая защита.

4 – Замедлитель (сам уран

и графит).

5 – Ядерное топливо.

6 – Теплоноситель.

б) Атомная бомба.

После взрыва пороха масса активного вещества становится больше критической и происходит неуправляемая цепная реакция.

2.Термоядерный синтез T ~ 10⁴ К

7.2. Полупроводники

Все твердые тела по их способности проводить электрический ток делятся на проводники (металлы), диэлектрики (изоляторы) и полупроводники.

• В проводниках валентные (внешние) электроны обобществляются всем объемом материала – являются свободными носителями заряда.

• В диэлектриках электроны связаны каждый со своим атомом.

• В полупроводниках при низких температурах (Т 0 К) электроны связаны каждый со своим атомом, а уже при комнатных температурах появляются свободные носители заряда.

Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры

При повышении температуры электроны отрываются от своих атомов. На месте электрона остается вакантное место – дырка.

Основные носители заряда в чистом полупроводнике: электроны и дырки.

Примесные полупроводники

Полупроводник n – типа получается при добавлении в расплав чистого полупроводника примеси, с валентностью больше на единицу.

Основные носители заряда: электроны.

Примесные полупроводники

Полупроводник р – типа получается при добавлении в расплав чистого полупроводника примеси, с валентностью меньше на единицу.

Основные носители заряда: дырки.

Применение полупроводников

р-n переход

1. Полупроводниковый диод

   • выпрямители тока

   • светоизлучающие диоды.

2. Транзисторы.

3. Солнечные батареи.

4. Фотоэлементы.

5. Тепловые сопротивления

Полупроводниковые микросхемы имеют плотность более 100 миллионов элементов на 1 см² кристалла.