Ბირთვული დაშლა პროცესი ბირთვული დაშლა. ბირთვული რეაქცია

სტატიაში საუბრობს რა ბირთვული დაშლა, როგორც პროცესი უკვე აღმოჩენილი და აღწერილი. ამხილა მისი გამოყენება, როგორც ენერგიის წყარო და ბირთვული იარაღი.

"განუყოფელი" atom

ოცდამეერთე საუკუნეში სავსეა გადმოსცემს, როგორც "ატომური ენერგიის", "ბირთვული ტექნოლოგიების", "რადიოაქტიური ნარჩენების". ყველა ახლა და შემდეგ ერთად, განათებული ანგარიშები შესაძლებლობის შესახებ რადიაციული დაბინძურების ნიადაგის, ოკეანეების, Antarctic ყინული. თუმცა, ჩვეულებრივი ხალხი ხშირად არ არის ძალიან კარგი იდეა რა სფეროში მეცნიერებისა და როგორ ეხმარება ყოველდღიურ ცხოვრებაში. თქვენ უნდა დაიწყოს, ალბათ, ისტორიები. პირველივე კითხვა, რომელიც სთხოვა კარგად იკვებება და კარგად ჩაცმული კაცი, რომ მას სურს იცოდეს, თუ როგორ მუშაობს მსოფლიოში. როგორ თვალი ხედავს, ყური ესმის, რატომ, ვიდრე წყალი განსხვავდება ქვის - ეს არის ის, რაც ბრძენები ოდითგანვე ზრუნვა. კი უძველესი ინდოეთი და საბერძნეთი, ზოგიერთი აზროვნება არ ვარაუდობს, რომ არსებობს მინიმუმ ნაწილაკების (იგი ასევე მოუწოდა "განუყოფელი"), რომელზეც თვისებები მასალა. შუა საუკუნეების ქიმიკოსები დაადასტურა ვხვდები ჭკვიანი და თანამედროვე განმარტება atom მოიცავს atom - ყველაზე პატარა ნაწილაკი ნივთიერება, რომელიც მატარებელია თვისებები.

atom ნაწილები

თუმცა, ტექნოლოგიის განვითარება (მაგალითად, ფოტომასალა) გამოიწვია atom შეწყვიტა იყოს პატარა შესაძლო ნაწილაკების ნივთიერება. მიუხედავად იმისა, რომ ცალკე აღებული atom არის ელექტრულად ნეიტრალური, მეცნიერები სწრაფად მიხვდა: ეს ორი ნაწილისგან შედგება სხვადასხვა ბრალდებით. რაოდენობა დადებითად დამუხტული ერთეული ნეგატიური კომპენსირებას ამით რჩება ნეიტრალური atom. მაგრამ არ იყო ცალსახა მოდელი ატომი. მას შემდეგ, რაც იმ დროს ჯერ კიდევ დომინირებს კლასიკურ ფიზიკაში, რომ არსებობს სხვადასხვა ვარაუდები.

მოდელი atom

თავდაპირველად, მოდელი "თეთრი პური ქიშმიშის" იყო შემოთავაზებული. დადებითი მუხტი როგორც ეს ავსებს მთელ სივრცეში ატომის და ქიშმიშივით ფუნთუშა, უარყოფითი მუხტი ნაწილდება. ცნობილი ექსპერიმენტი Rutherford გამოავლინა შემდეგი: ძალიან მძიმე ელემენტს დადებითი მუხტი (ბირთვი) და გარშემორტყმულია გაცილებით მსუბუქია ელექტრონები ცენტრში atom. Kernel წონა ასობით ჯერ უფრო მძიმე, ვიდრე თანხა ყველა ელექტრონები (რაც 99.9 პროცენტით ისა სულ ატომები). ასე დაიბადა პლანეტარული მოდელი atom Bohr. თუმცა, ზოგიერთი მისი ელემენტების წინააღმდეგობაში მიღებული დროს კლასიკური ფიზიკის. აქედან გამომდინარე, ახალი კვანტური მექანიკის შეიქმნა. მისი გამოჩენა პერიოდში დაიწყო არაკლასიკური მეცნიერება.

ატომი და რადიოაქტივობის

ყველა ზემოთ ირკვევა, რომ ბირთვის - ეს არის მძიმე, დადებითად დამუხტული ნაწილი atom, რომელიც წარმოადგენს დიდი ნაწილი მას. როდესაც quantization ენერგია და პოზიცია ელექტრონული ორბიტაზე ატომის კარგადაა შესწავლილი, ეს არის დრო, ესმით ბუნების ატომური ბირთვის. იგი მოვიდა დახმარების ბრწყინვალე და მოულოდნელი აღმოჩენა რადიოაქტივობის. ის დაეხმარა გამოავლინოს არსი მძიმე ცენტრალური ატომის, როგორც რადიოაქტიური წყარო - ბირთვული დაშლა. ერთი მხრივ, მეცხრამეტე და მეოცე საუკუნეების განმავლობაში, გახსნის დაეცა ერთ შემდეგ სხვა. თეორიული გადაწყვეტა ერთი პრობლემა იწვევს, რომ საჭიროა შეიქმნას ახალი გამოცდილება. ექსპერიმენტულ შედეგებს წარმოშობს თეორიები და ჰიპოთეზები, რომლებიც საჭიროა დაადასტუროთ ან უარყოფს. ხშირად, ყველაზე დიდი აღმოჩენები გამოჩნდა, მხოლოდ იმიტომ, რომ ამ გზით ფორმულა მოსახერხებელია computing (როგორიცაა კვანტური მაქს პლანკის). დასაწყისში ეპოქაში ფოტოგრაფია, მეცნიერები იცოდა, რომ ურანის მარილები მსუბუქი კურნავდა სინათლის მგრძნობიარე ფილმი, მაგრამ მათ არ იციან, რომ საფუძველი ამ ფენომენის ბირთვული დაშლა. აქედან გამომდინარე, რადიოაქტივობის იყო შესწავლილი, რათა გაიგოს, ბუნების ბირთვული decay. აშკარაა, რომ ემისიის quantum გადასვლები გენერირებული, მაგრამ ეს არ არის ნათელი რა არის. Chet Curie მოპოვებული რადიუმის სუფთა და პოლონიუმის, დამუშავების ურანის საბადო პრაქტიკულად ხელით მიიღოს ამ კითხვაზე პასუხი.

Charge რადიაციული

Rutherford ბევრი რამ გააკეთა შესწავლა ატომური სტრუქტურა და ასევე ხელი შეუწყო შესწავლა, თუ როგორ სამმართველოს ბირთვს atom. მეცნიერი დააყენა რადიაციული ემიტირებული მიერ რადიოაქტიური ელემენტი მაგნიტური ველი და ძალიან დიდი შედეგი. აღმოჩნდა, რომ რადიაციული შედგება სამი კომპონენტისაგან: ერთი იყო ნეიტრალური და სხვა ორი - დადებითად და უარყოფითად დამუხტული. დაშლა შესწავლა დაიწყო იდენტიფიკაცია მისი კომპონენტები. უკვე დამტკიცებულია, რომ ძირითადი შეიძლება დაიყოს, რათა ნაწილი მისი დადებითი მუხტი.

სტრუქტურა nucleus

მოგვიანებით გაირკვა, რომ ატომური ბირთვის შედგება არა მხოლოდ დადებითად დამუხტული ნაწილაკების პროტონების, მაგრამ ნეიტრალური ნეიტრონული ნაწილაკები. ერთად ისინი მოუწოდა არეში ნუკლონებსა (ინგლისურიდან «nucleus», ბირთვი). თუმცა, მეცნიერები კვლავ შეექმნა პრობლემა: მასა ბირთვი (ანუ რაოდენობის არეში ნუკლონებსა) ყოველთვის არ შეესაბამება მისი ბრალდება. Y წყალბადის ბირთვი ბრალდებით +1 და მასობრივი შეიძლება იყოს სამი, ორი, ერთი. შემდეგ ის პერიოდული მაგიდა ჰელიუმი ბრალდებით core 2, თავისი ბირთვს შეიცავს 4 დან 6 არეში ნუკლონებსა. უფრო რთული ელემენტები შეიძლება ბევრად უფრო დიდი რაოდენობით სხვადასხვა მასები იგივე ბრალდებით. ასეთი ვარიაციები ატომების მოუწოდა იზოტოპების. და ზოგიერთი საკმაოდ სტაბილური იზოტოპი, სხვები სწრაფად დაშალა, იმიტომ, რომ მათთვის ეს იყო ახასიათებს ბირთვული დაშლა. რა საფუძველი შეესაბამება რაოდენობის არეში ნუკლონებსა სტაბილურობის ბირთვი? რატომ დამატებით მხოლოდ ერთ ნეიტრონული მძიმე და საკმაოდ სტაბილური ბირთვი გამოიწვია მისი გაყოფილი გათავისუფლების რადიოაქტივობის? აღსანიშნავია, რომ პასუხი ამ მნიშვნელოვან კითხვაზე ჯერ კიდევ არ არის ნაპოვნი. ემპირიულად გაირკვა, რომ გარკვეული რაოდენობის პროტონებისა და ნეიტრონების შეესაბამება სტაბილური კონფიგურაციის ბირთვი. იმ შემთხვევაში, თუ core 2, 4, 8, 50 ნეიტრონების და / ან პროტონებისა, ბირთვი ცალსახად სტაბილურია. ეს ციფრები კი მოიხსენიებენ როგორც ჯადოსნური (და დაასახელა მოზარდები, მეცნიერები, ბირთვული ფიზიკა). ამდენად, ბირთვული დაშლა დამოკიდებულია მათი მასობრივი, რომ არის, რაოდენობის მათი შემადგენელი არეში ნუკლონებსა.

Drop, საფარი, crystal

განსაზღვრა ფაქტორი, რომელიც პასუხისმგებელია, ეს არ იყო შესაძლებელი მომენტში სტაბილურობის ბირთვს. არსებობს მრავალი თეორია ატომური სტრუქტურის მოდელები. სამი ყველაზე ცნობილი და განვითარებული ხშირად წინააღმდეგობაში მოდის ერთმანეთთან სხვადასხვა საკითხები. პირველი არის ის, რომ ძირითადი - წვეთი ბირთვული სითხე. როგორც წყლის, მას ახასიათებს fluidity, ზედაპირზე დაძაბულობის, შერწყმა და decay. ჭურვი მოდელი kernel ძალიან, არსებობს გარკვეული ენერგია დონეზე, რომლებიც ივსება არეში ნუკლონებსა. მესამე აცხადებს, რომ ძირითადი - საშუალო, რომ შეუძლია refract კონკრეტული ტალღის სიგრძე (de Broglie), სადაც refractive ინდექსი - ეს არის პოტენციური ენერგია. თუმცა, არსებობს მოდელი დღემდე ვერ სრულად აღწერს რატომ გარკვეული კრიტიკული მასა ამ კონკრეტულ ქიმიური ელემენტი, გაყოფა ბირთვი იწყება.

რა ხდება decay

რადიოაქტივობის, როგორც ზემოთ აღინიშნა, აღმოჩნდა ნივთიერებები, რომლებიც გვხვდება ბუნებაში, ურანის პოლონიუმის, რადიუმის. მაგალითად, ახლად წარმოებული, სუფთა ურანის არის რადიოაქტიური. გაყოფის პროცესი ამ შემთხვევაში იქნება სპონტანური. ყოველგვარი გარე ზემოქმედების გარკვეული რაოდენობის ურანი ატომების გადასცემს alpha ნაწილაკების სპონტანურად გადაკეთდა თორიუმის. ეს არის მაჩვენებელი, რომელსაც ნახევარი ცხოვრება. ეს იმას ნიშნავს, დიდი პერიოდის საწყის ნაწილი ნომრები იქნება დაახლოებით ნახევარი. თითოეული რადიოაქტიური ელემენტის ნახევრად ცხოვრებაში საკუთარი - დან ფრაქციას მეორე კალიფორნიაში ასობით ათასი წლის განმავლობაში ურანის და ცეზიუმ. მაგრამ არ არის იძულებითი საქმიანობაში. იმ შემთხვევაში, თუ ატომური ბირთვების ბომბავდნენ ან პროტონებისა alpha ნაწილაკების (ჰელიუმის ბირთვი) მაღალი კინეტიკური ენერგია, ისინი შეიძლება "გაყოფილი". კონვერტაციის მექანიზმი, რა თქმა უნდა, განსხვავდება დედის საყვარელი არღვევს ვაზა. თუმცა, გარკვეული ანალოგია შეიძლება traced.

ატომური ენერგიის

აქამდე ჩვენ არ უპასუხა, რომ პრაქტიკული კითხვა: სად ენერგია ბირთვული დაშლა. იყიდება დაწყება აუცილებელია განვმარტო, რომ ამ დროს ფორმირების ბირთვი სპეციალური ბირთვული ძალა, რომელსაც ეწოდება ძლიერი ურთიერთქმედება. მას შემდეგ, რაც ძირითადი შედგება კომპლექტი დადებითი პროტონების, კითხვა, თუ როგორ ისინი გამყარებაში ერთად, იმიტომ, რომ ელექტროსტატიკური ძალების აქვს ძლიერი, რომ მოგერიება მათ ერთმანეთისგან. პასუხი ორივე მარტივი და იქ: ძირითადი ინახება ხარჯზე ძალიან სწრაფი გაცვლის არეში ნუკლონებსა სპეციალური ნაწილაკების - pions. ეს ბმული ცხოვრობს არის ძალიან მცირე. მას შემდეგ, რაც შეწყდა გაცვლა pi-mesons, ძირითადი იშლება. ისევე, როგორც კარგად ცნობილია, რომ მასა ბირთვი არის ნაკლები თანხა ყველა მისი შემადგენელი არეში ნუკლონებსა. ეს მოვლენა ეწოდება მასობრივი დეფექტი. ფაქტია, რომ დაკარგული მასა - ეს არის ენერგია, რომელიც იხარჯება მთლიანობის შენარჩუნების kernel. მას შემდეგ, რაც გამოეყო ატომური ბირთვის გარკვეული ნაწილი ენერგია ბირთვული ელექტროსადგურების და გარდაიქმნება სითბო. რომ არის, ენერგია ბირთვული დაშლა - ეს არის ნათელი დემონსტრირება აინშტაინის ცნობილი ფორმულა. შეგახსენებთ, ფორმულა წერია: ენერგია და მასა ერთმანეთს (E = mc ^2).

თეორია და პრაქტიკა

ახლა გვეუბნებიან, თუ იგი გამოიყენება თეორიული აღმოჩენა ჩემს ცხოვრებაში gigawatts ელექტროენერგია. პირველ რიგში, უნდა აღინიშნოს, რომ კონტროლირებადი რეაქცია გამოწვეული დაშლა გამოიყენება. ყველაზე ხშირად ეს არის ურანის ან პოლონიუმის, რომელიც დაბომბა სწრაფი ნეიტრონების. მეორე, ეს უნდა მიხვდნენ, რომ ბირთვული დაშლა თან ახლავს შექმნას ახალი ნეიტრონს. შედეგად, რაოდენობის ნეიტრონების რეაქცია ზონაში შეუძლია იზრდება ძალიან სწრაფად. თითოეული ნეიტრონული ეჯახება ახალი, უფრო მთელი გულით, გაყოფილი მათ, რაც იწვევს ზრდა სითბოს თაობის. ეს არის ჯაჭვური რეაქცია ბირთვული დაშლა. უკონტროლო რაოდენობით ნეიტრონული ზრდა reactor შეიძლება გამოიწვიოს აფეთქება. ის, რაც მოხდა 1986 წელს ჩერნობილის ატომური ელექტროსადგური. აქედან გამომდინარე, რეაქცია ზონაში ყოველთვის ნივთიერება, რომელიც შთანთქავს ზედმეტ ნეიტრონების კატასტროფის თავიდან ასაცილებლად. ეს გრაფიტის სახით ხანგრძლივი წნელები. დაშლა განაკვეთი შეიძლება შეაფერხა ჩაძირვის წნელები რეაქცია ზონაში. Equation ბირთვული რეაქცია კონკრეტულად თითოეული აქტიური ნივთიერება და რადიაციული ბომბავდნენ მისი ნაწილაკების (ელექტრონების, პროტონების, ალფა ნაწილაკების). თუმცა, საბოლოო ენერგიის გამომუშავება გათვლილი კანონის თანახმად კონსერვაციის: E1 + E2 + E3 = E4. რომ არის, საერთო ენერგეტიკული თავდაპირველი ძირითადი ნაწილაკების და (E1 + E2) უნდა იყოს ტოლი ენერგიის შედეგად ძირითადი და თავისუფალი ენერგია გამოვიდა სახით (E3 + E4). განტოლება ასევე გვიჩვენებს, ბირთვული რეაქცია, ნივთიერება მიღებული რღვევა. მაგალითად, ურანის U = Th + მან U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. ეს არ არის მოცემული იზოტოპების ქიმიური ელემენტები, მაგრამ ეს არის მნიშვნელოვანი. მაგალითად, არსებობს სამი შესაძლებლობები ურანის დაშლა, რომლებიც აწარმოებენ სხვადასხვა ტყვიის იზოტოპების და ნეონის. თითქმის ასი პროცენტით ატომური რეაქცია აწარმოებს რადიოაქტიური იზოტოპების. რომ არის, decay ურანის მიღებული რადიოაქტიური თორიუმის. თორიუმის protactinium შეუძლია დაიშალა, რომ - actinium, და ასე შემდეგ. Radioactive ამ სერიის შეიძლება იყოს, და ბისმუტის, და ტიტანის. მაშინაც კი, წყალბადის შემცველი ბირთვი ორი პროტონებისა (კურსით ერთი პროტონული), წინააღმდეგ შემთხვევაში, სახელწოდებით - დეიტერიუმის. წყლის ჩამოყალიბდა წყალბადის მოუწოდა მძიმე და ავსებს პირველი ჩართვა ბირთვული რეაქტორი.

არასამთავრობო მშვიდობიანი ატომის

გამოთქმები, როგორიცაა "გამალებული შეიარაღების", "ცივი ომის", "ბირთვული საფრთხე" თანამედროვე ადამიანს შეუძლია, როგორც ჩანს, ისტორიული და შეუსაბამოა. მაგრამ ერთხელ საინფორმაციო გამოშვება თან ახლავს ახალი ამბები ანგარიშები თითქმის მთელ მსოფლიოში, თუ რამდენად გამოიგონა ბირთვულ იარაღს და როგორ უნდა ბრძოლა. ხალხი აშენებს მიწისქვეშა ბუნკერები და გააკეთა აქციები იმ შემთხვევაში, ბირთვული ზამთარი. მთელი ოჯახი მუშაობდა შექმნა თავშესაფრებში. მაშინაც კი, მშვიდობიანი ბირთვული დაშლა რეაქცია შეიძლება გამოიწვიოს კატასტროფა. როგორც ჩანს, რომ ჩერნობილის ასწავლა კაცობრიობას სიზუსტით ამ სფეროში, მაგრამ ელემენტები დამოკიდებული იყო უფრო ძლიერი: იაპონიაში მომხდარი მიწისძვრის შედეგად დააზარალებს ძალიან ძლიერი გაძლიერება NPP "Fukushima". ენერგეტიკის ბირთვული რეაქცია გამოიყენება განადგურების ბევრი ადვილია. ტექნოლოგია მოითხოვს მხოლოდ შეზღუდული ძალის აფეთქება, ისე, რომ არ უნებლიედ გაანადგუროს მთელი პლანეტა. ყველაზე "ჰუმანური" ბომბები, თუ თქვენ ეძახით, არ აბინძურებს მიმდებარე რადიაციული. ზოგადად, ყველაზე ხშირად იყენებენ უკონტროლო ჯაჭვური რეაქცია. რა ბირთვული ელექტროსადგურების ვცდილობთ ყველა იმას ნიშნავს, რომ თავიდან ბომბები მიღწევა ძალიან პრიმიტიული გზა. ნებისმიერი ფიზიკური რადიოაქტიური ელემენტი, არსებობს გარკვეული კრიტიკული მასა სუფთა ნივთიერება, რომელიც ჯაჭვური რეაქცია წარმოიქმნება თავად. ურანი, მაგალითად, მხოლოდ ორმოცდაათი კილო. მას შემდეგ, რაც ურანის არის ძალიან მძიმე, ეს არის მხოლოდ მცირე რკინის ბურთი 12-15 სანტიმეტრი დიამეტრის. პირველი ატომური ბომბი ჰიროსიმასა და ნაგასაკიში, გაკეთდა ზუსტად ამ პრინციპით: ორ არათანაბარ ნაწილად სუფთა ურანის უბრალოდ კომბინირებული და დასაბამი მისცა დამაშინებელი აფეთქება. თანამედროვე იარაღი, ალბათ, უფრო რთული. თუმცა, იმის შესახებ, კრიტიკული მასა არ არის საჭირო იმის დავიწყება, რომ შორის მცირე მოცულობის სუფთა რადიოაქტიური ნივთიერება შენახვის დროს უნდა იყოს ბარიერები, რომ თავიდან ცალი ერთად.

რადიაციული წყაროების

ყველა ელემენტების ატომური ბირთვის ბრალდებით 82 არიან რადიოაქტიური. თითქმის ყველა მსუბუქია ქიმიური ელემენტები აქვს რადიოაქტიური იზოტოპების. მძიმე ბირთვი, ნაკლებად მის სიცოცხლეში. ზოგიერთი ელემენტები (როგორიცაა კალიფორნია), შესაძლებელია მხოლოდ მიღებული synthetically - უბიძგებს მძიმე ატომები მსუბუქი ნაწილაკების, ხშირად დამაჩქარებლების. მას შემდეგ, რაც მათ ძალიან არასტაბილური, ისინი არ იმყოფებიან დედამიწის ქერქი: ფორმირების დამოკიდებული, ისინი სწრაფად ამორტიზებული სხვა ელემენტებს. ნივთიერებები უფრო ნათელი ბირთვები, როგორიცაა ურანი, შესაძლებელია ამონაწერი. ეს პროცესი ხანგრძლივი, განკუთვნილია ურანის მოპოვება, თუნდაც ძალიან მდიდარი საბადოები შეიცავდეს არანაკლებ ერთი პროცენტი. მესამე გზა, ალბათ, იმაზე მიუთითებს, რომ ახალი გეოლოგიურ ეპოქაში დაიწყო. ეს მოპოვების რადიოაქტიური ელემენტების რადიოაქტიური ნარჩენების. მუშაობის შემდეგ საწვავის ელექტროსადგური, წყალქვეშა ან თვითმფრინავი გადამზიდავი, ნარევი დაწყებული მასალა და საბოლოო ურანის, შედეგად გაყოფა. ამ ეტაპზე, ეს ითვლება მყარი რადიოაქტიური ნარჩენებისა და ღირს მწვავე საკითხს, რადგან ისინი განკარგვა ისე, რომ ისინი არ აბინძურებს გარემოს. თუმცა, არსებობს შესაძლებლობა, რომ მზად ვართ კონცენტრირებული რადიოაქტიური ნივთიერებების, რომ უახლოეს მომავალში (მაგალითად, პოლონიუმ), იქნება წარმოებული ამ ნარჩენები.