Atomenerģijas piemērs

Atomenerģija ir spēja veikt darbu, kas iegūts radioaktīvo elementu atomu sabrukšanas rezultātā. Tas tiek iegūts, pateicoties šīs sadalīšanās stimulēšanai.

Enerģija kodolprocesos

Ķīmiskās reakcijas pavada enerģijas izmaiņas, parasti siltuma veidā, kas atdalās (eksotermiskās reakcijas) vai uzsūcas (endotermiskās reakcijas). Kad viela veidojas no sastāvā esošajiem elementiem, tiek izvadīts siltums (pozitīvs veidošanās siltums), Lai gan dažos gadījumos, piemēram, iegūstot ozonu no atomu skābekļa, varētu izdalīties karsts.

Ja šīs pašas idejas piemēro (pieņemtajam) atomu kodolu veidošanai no protoniem un neitroniem, ir skaidrs, ka šajā veidojumā tiks atbrīvota enerģija, un ņemot vērā iesaistīto saišu raksturs, šeit izdalītā enerģija būs ievērojami lielāka, tik daudz, ka masas zudums, kas pavadīs minētās enerģijas izmaiņas, jau ir pārdomājams. (Saskaņā ar Einšteina principu enerģijas izmaiņas ΔE ir līdzvērtīgas masas izmaiņām Δm, lai ΔE = Δm * C², kur C ir gaismas ātrums).

Tā, piemēram, elementam Lithium Li-7, ko veido 3 protoni un 4 neitroni, veidojot litija kodolu gram-atomu ar atommasu 7, mums būs:

3 protoni = 3 * 1,00756 g = 3,02268 g

4 neitroni = 4 * 1,00893 g = 4,03572 g

Summas rezultāts ir 7,05840 g.

Litija-7 atomu masas vērtība ir 7,01645 g

No tā izriet, ka, salīdzinot vērtības, masas izmaiņas Δm = 0,04195 g, un tās ir vienādas ar 9,02 * 10¹¹ kalorijas, kas aprēķinātas ar Einšteina vienādojumu ΔE = Δm * C².

Hipotētiskā kodola veidošanās reakcija no protoniem un neitroniem izdala milzīgu enerģijas daudzumu, miljoniem reižu pārāka par lielāko daļu eksotermisko parasto ķīmisko reakciju.

Katra kodola daļiņa o Nukleons (protons vai neitrons), tā kā daļa no jebkura kodola ir piedzīvojusi masas zudumu, kas nav nemainīgs, bet ir maksimālā vērtība atomu skaitļu no 20 līdz 51 periodiskās sistēmas starpelementiem, pēc tam lēnām samazinoties ar pieaugošo skaitu atomu.

Atombumba

Urāns 235 un plutonijs 239 sadalās ar neitronu bombardēšanu un izstaro milzīgu enerģijas daudzumu, atbrīvojot jaunus neitronus.

Nosacījums, lai notiktu reizināšanas process, ir tāds, ka vairāk nekā viens neitrons, kas rodas katrā šķelšanā, spēj radīt jaunu šķelšanos vai dalījumu.

Iekš Urāna kaudze, radītie neitroni daļēji izplūst caur materiāla virsmu un daļēji tiek absorbēti ar urānu 238, veidojot smago izotopu urāns 239, kas secīgi sadalās par neptūniju un Plutonijs.

Bet, ja tas ir tīrs urāns 235 vai plutonijs 239, neitronu zuduma iespēja caur to pašu virsmu liek uzzināt Kritiskais izmērs nepieciešams, lai tajā attīstītos ķēdes reakcija.

The Kritiskais izmērs Paraugs ir tas, kurā ķēdes reakcija, sadalot atomu, attīstās gandrīz nekavējoties.

Ja sadalāmā materiāla parauga (kas dalās ar neitronu bombardēšanu) diametrs ir mazāks par vidējo ceļu, kas jāšķērso ātrajam neitronam, lai iegūtu šķelšanās procesā, ir saprotams, ka neitroni, kas rodas ik pa laikam sadaloties, pārvietojoties neitroni, izkļūs caur virsmu, neuzbrūkot nevienam citam. kodols.

Gluži pretēji, ja paraugs ir lielāks par kritisko lielumu, dažkārt tiek radīti neitroni caur to viņiem būs liela iespējamība sadalīt jaunus kodolus, tādējādi paātrinātā tempā turpinot nodaļa.

Ja paraugs ir lielāks par kritisko izmēru, tas momentāni uzsprāgs, savukārt, ja tas ir mazāks, notiks lēna šķelšanās, no kuras tomēr vajadzētu izvairīties. Šim nolūkam šķeļamais materiāls tiek turēts plānos slāņos kadmija tvertnēs, kas tiek turētas ūdenī; ik pa laikam nejaušus neitronus palēninās ūdens un pēc tam uztvers kadmijs, pirms tie var sasniegt aizsargājamo materiālu.

Ātri sajaucot dažādus šķeļamā materiāla gabalus, katrs nedaudz mazāks par kritisko izmēru, veidojas vienota masa (atombumba), kas uzreiz uzsprāgst. Ātrumam, ar kādu jāsavāc šķeļamā materiāla gabali, jābūt ļoti lielam, lai izvairītos no tā, ka tad, kad sākas reakcija Ķēde, būdama ļoti tuvu, atbrīvotā enerģija izkliedē minētā materiāla gabalus pirms pilnīgas saskares.

Ir divi šķeļama materiāla gabali, kas ir pietiekami aizsargāti ar neitronus attīrošām vielām un atrodas dažu centimetru attālumā viens no otra. Piemērotajā brīdī viens no gabaliem tiek izšauts uz otru ar ātra šāviņa ātrumu.

Sīkāka informācija par 16. jūlija agrā rītā eksplodējošās eksperimentālās atombumbas uzbūvi un mehānismu 1945. gadā Ņūmeksikas tuksnesī tos vadīja profesors Oppenheimers, teorētiskais fiziķis no Universitātes. Kalifornija.

Divas nedēļas vēlāk pret Japānu nomestās bumbas tika izveidotas, pirmais urānam 235 un otrais plutonijai.

Lai gan enerģija, kas izdalās urāna kodola šķelšanā, tiek aprēķināta aptuveni 200 miljonu elektronu voltu apmērā, tas ir, apmēram 2x10¹⁰ Kilokalorijas uz kilogramu šķeltā urāna paliek izmantojami tikai 1–5%, kas atbilst sprādzienbīstamā enerģija uz kilogramu U-235, kas atbilst aptuveni 300 tonnām trinitrotoluola (TNT, trilita)

Sprādzienbīstamajam vilnim, kas radās atombumbas sprādzienā, tiek pievienoti arī briesmīgie aizdedzinošie efekti ko rada intensīvais izstarotais gamma starojums, kas nosaka, kā miniatūra Saule, lai gan īsi ilgums.

The postījumus, ko izraisījušas izolētas bumbas Japānas pilsētas Hirosima un Nagasaki ir pierādījums milzīgajai atomenerģijai, kas izdalās atomu sadalīšanās laikā.

Tomēr jācer, ka atomenerģiju nākotnē varēs izmantot miermīlīgiem nolūkiem, īpaši gadījumos, kad vēlama liela enerģijas koncentrācija nelielā daudzumā no materiāla.

Atomenerģijas lietojumu piemēri

Siltumenerģijas ražošana

Mehāniskā elektroenerģijas ražošana

Elektroenerģijas ražošana

Kara nolūkos ar atombumbu

Subatomisko daļiņu sadursme

Jaunu tehnoloģiju eksperimentēšana

Kalnrūpniecībā, spridzināšanas materiāliem

Jaunu materiālu izpētei