РЕФЕРАТ
натему: В«Ядерні реакціїВ»
План
1. Природа ядернихреакцій. Поріг и механізм ядерних реакцій.
2. Реакції ділення.Ланцюгова реакція. Використання ядерної енергії.
3. Термоядерні реакції.Енергія зірок. Керованій термоядерного синтезу.
1. Природа ядерних реакцій. Поріг имеханізм ядерних реакцій
Ядерні реакції - ції штучних перетворення ядер одних хімічніхелементів в ядра інших хімічніх елементів Під дією на ядра - мішенічастінок-снарядів. Вперше ядерного реакцію здійснів у 1919 году Резерфорд, діючі пЃЎ-частинкамиз енергією Біля 7.5 МеВ на ядра азоту:
(1.1)
Ядерні реакції відбуваються з виконанням законів Збереженнясумарной масового числа (верхні Індекси) i сумарной електричного заряду (ніжні Індекси). При здійсненні ядерних реакцій виконують кож законЗбереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу ТОЩО.
Ядерні реакції можут буті ендотермічнімі (з поглинанняенергії) i екзотермічнімі (з віділенням енергії).
найменша енергія частинками-снаряду при якій можливаендотермічна Ядерна реакція, назівається ЕНЕРГЕТИЧНА порогом ядерної реакції.
Екзотермічні реакції НЕ мают енергетичного порогу и можутвідбуватісь при будь-яких значеннях енергії частінок-снарядів. Однакімовірність ядерних перетвореності зростає з ростом енергії частінок-снарядів. Вядерній реакції, Якові спостерігав Резерфорд у 1919 году, Вперше виявлено Вільніпротонів, які до цього часу галі не реєструвалісь. Ця Ядерна реакція відбуваєтьсяПротяг Дуже малого годині необхідного для пролітаннянуклонів з швідкістю, близьким до швідкості світла, через ядро. Такі реакціїназівають прямо ядерного реакціямі.
У 1930 году здійснена пряма Ядерна реакція взаємодії пЃЎ -частинками з ядром берілію и Утворення вільніх нейтронів. Нейтроніввіпромінювання мало Досить велику проникну здатність через відсутністьелектричного заряду.
(1.2)
З відкріттям нейтронів (Чедвік, 1932р.) розпочалась ерарізноманітніх ядерних реакцій.
В Основі переважної більшості ядерних реакцій є Зіткненнячастінок-снарядів (до якіх відносяться нейтрони, пЃЎ-частинками, протонів,дейтронів) з ядрами-мішенямі. Частинками-снаряд повинна мати достатності енергію дляПодолання значного потенціального бар'єра кулонівськіх сил відштовхуванняядра-мішені. Перейнявшись в ядро-мішень частинками-снаряд застрягає в ньому,передаючі при цьому свою енергію значному числу нуклонів в радіусі дії ядернихсил. ЯКЩО ядро-мішень, одержавши таку енергію, стає збудженім Протяг годині то Такі ядерніреакції відбуваються через складень або компаунд-ядро.
складень, або компаунд-ядро через годину переходити в нормальнийстан, віпромінюючі іншу частинками. Схематично ядерні перетворення через проміжнескладень ядро ​​віглядять так:
(1.3)
або
де віхідне ядро ​​- мішень; а -частинками - снаряд; складень або компаунд-ядро; b -частинками, Яки вілітає з ядра внаслідок реакції; ядро, його призначення та є продуктом ядерноїреакції.
Серед ядерних реакцій, які відбуваються через складень ядрослід відмітіті ядерні реакції відріву и ядерні реакції захоплення.
При ядерних реакціях відріву частинками - снаряди (дейтронів)віддають ядру - мішені або один протон, або один нейтрон згідно з схемою:
(1.4)
При ядерних реакціях захоплення ядро ​​- мішень поглінувші одинпротон, або один нейтрон віпромінює дейтронів:
(1.5)
Прямі ядерні реакції, а кож ті, які відбуваються черезскладень ядро, потребують Досить великих енергій налітаючіх частінок.
ЯКЩО складень ядро ​​переходить в нормальний стан через годинуоднозначно більшій то говорять, Що в такому випадкавідбувається штучний Радіоактивність. Такою реакцією Може буті така реакція:
Знайдемо тепловий ефект ядерної реакції, Яка здійснюється заСхема ЗапішемоСпочатку баланс енергій в Цій ядерній реакції, враховуючі, Що Повна енергіяядер дорівнює енергії спокою и кінетічній енергії:
де індексамі а і в позначені енергії відповідніх частінок Е А и Е В ; Е 1 - кінетічна енергія ядра-мішені; Е 2 - Кінетічна енергія віхідного ядра.
Згрупуємо енергії спокою в лівій частіні, а кінетічні енергії- В правій:
Зміна кінетічної енергії в реакції дорівнює абсолютномуЗначення Зміни енергії спокою и назівається теплової ефектом ядерної реакції Q.
. (1.6)
У випадка, коли відповідні Масі спокою взяті у а.о.м.,тепловий ефект реакції Q дорівнює:
(1.7)
2. Реакції ділення. Ланцюговареакція. Використання ядерної енергії
Взаємодія ядер Важко елементів (уран, торій) з нейтронамиМоже привести до поділу ціх ядер на пріблізно рівні осколки. Ядерні реакціїтакого типу назівають реакціямі поділу.
Механізм ділення Важко ядра після Його взаємодії знейтроном можна поясніті, Весь спектр з краплінної Моделі Будови ядра. У такомуядрі діють ядерні й кулонівські сили. Пріпустімо, Що ядро ​​поглінуло один нейтрон.Таке ядро, перебуваючи в збудженому стані, здійснює відповідну пульсацію, довільнозмінюючі свою форму. Серед Великої кількості різноманітніх пульсацій, формаядра Може Випадкове дива еліпсоїдною. Завдякі дії Поверхнево ядерних сил, акож кулонівськіх сил відштовхування є велика імовірність, Що еліпсоїдне ядростані гантелеподібнім и після цього буде розірване на Дві частин. СхематичноЦе виглядах так:
У середній частіні "гантелі" буде підвіщена концентраціянейтронів. Ці нейтрони не перебувають Під дією кулонівськіх сил, а тому Якправило 2 п‚ё 3 з них не встігають попасти у відповідні осколки ділення.Отже, реакція ділення почінається з поглинання Важко ядром одного теплового нейтронаи закінчується розриву Його на два пріблізно рівні осколки з віділенням галідвох-трьох теплових нейтронів.
Зупинимо на реакціях ділення урану. Природний уранСкладається з двох основних ізотопів (0,7%) і (99,3%). Поглінувшітепловий нейтрон (W п‚» 25 кеВ), ядро ​​перетворюється в ядро ​​з енергієюзбудження 6,4 МеВ, а поріг ділення дорівнює 5,8 МеВ. Того робимВисновок, Що ядро ​​діліться Під дією нейтронадовільної енергії. У тій же година, для поріг ділення досягає енергії 5,8МеВ, ​​а енергія збудженого ядра після взаємодії з нейтроном складає пріблізно 4,8МеВ. Робим Висновок, Що ядро ​​зможите ділітісь Ліше післявзаємодії з нейтроном, енергія Якого НЕ ніжча 1 МеВ.
Теплові нейтрони ділять крім ядра галі ядра и ядра які в природі НЕ зустрічаються. Ціізотопі одержують штучно в ядерних реакторах на швидких нейтронах (W п‚і1 МеВ):
Торій и які використовують дляодержания необхідніх матеріалів, назівають ядерної сировини.
Ізотопі - є ядерним пальним для ядернихкотлів и матеріалами для виготовлення ядерних бомб.
Для практичного застосування поділу Важко ядер масуматеріалів ділення підбірають такою, щоб нейтрони після Першого акту діленнязмоглі зустрітісь з іншімі ядрами и спричинитися їх ділення. Процес наростаннячисла актів поділу буде лавіноподібнім, а реакція ділення в такому випадка буденазіватісь ланцюговою.
Ланцюгова реакція Може буті керованою при розміщенні вактівній зоні реактора сповільнювача нейтронів (ЯК правило Це графіт, або важкавода) i поглінача нейтронів (кадмій). За допомог ціх матеріалів досягаютькоефіцієнта розмноження нейтронів К = 1; У випадка коли До пЂѕ 1 ланцюговареакція Може дива надкритичність и спричинитися вибух. ЯКЩО ДО пЂј 1, толанцюгова реакція є підкрітічною и Може зменшітісь до нуля. У будь-якомуреакторі відповідна система автоматики підтрімує коефіцієнт розмноженнянейтронів в критичному стані К = 1.
об'єм актівної зони стані набагато меншим, ЯКЩОвікорістовуваті збагачення. Чім більша концентрація, тім Меншаробоча зона и Менша кількість ділящого матеріалу перебуває в актівній зоні.
Некерована ланцюгова реакція Може здійснюватісь в ядернійбомбі, розмірі якої тім менші, чім вища концентрація ділящогося матеріалу.
3. Термоядерні реакції. Енергія зірок.Керованій термоядерного синтезу
Оскількі у гелію енергія зв'язку нуклонів у ядріДуже велика (28.3 МеВ), то є можлівість одержувати ядерного енергію, приздійснені таких ядерних реакцій
МеВ,
МеВ. (3.1)
В обох випадка частинками-снаряд має позитивний заряд.Проникнення Такої частинками в ядро-мішень потребує велічезної енергії.Температура плазми, в якій можліві подібні реакції, повинна досягаті мільйонівградусів. Такі реакції назіваються термоядерного.
Термоядерні реакції відбуваються в зірках и є джерелом їхенергії. Некерована термоядерна реакція здійснюється у водневій бомбі, джереломенергії в якій є вибух ядерної бомби.
Керованій термоядерний синтез пов'язаний з НАДЗВИЧАЙНИХвеликими технічними труднощамі, які ряд учених надіються подолати у 21сторіччі.
ЯКЩО температура зірки в її центральній частіні НЕ перевіщує 10 7 К, то імовірно, Що в її Надрах здійснюється протон-протонних термоядерного цикл
,
,
. (3.2)
повний енергетичний вихід такого процесу складає Біля 28.3МеВ. Година, за Який відбувається повний протон-протонний цикл складає МільйониРОКІВ.
На більш гарячих зірках,температура в Надрах якіх t пЂѕ 10 8 До імовірно, Що відбуваєтьсявуглецево - азотний цикл, або цикл Бете.
,
,
,
,
,
. (3.3)
Весь цикл Бете відбувається в Середне за 13 мільйонівРОКІВ. Енергія, Яка віділяється при цьому, становить 26.8 МеВ.
Хоч термоядерні реакціїна Сонці й зірках приводять до Зменшення водних, Розрахунки показують, Щокількості водних на Сонці вистача галі на мільярді РОКІВ.
