Exempel på atomenergi

Atomenergi är förmågan att utföra arbete, erhålls från sönderfallet av de radioaktiva elementens atomer. Det erhålls tack vare stimuleringen av denna sönderdelning.

Energi i kärnkraftsprocesser

Kemiska reaktioner åtföljs av en variation av energi, vanligtvis i form av värme, som lossnar (exotermiska reaktioner) eller absorberas (endotermiska reaktioner). När ett ämne bildas från de ingående elementen avges värme (positivt bildningsvärme), Även om det i vissa fall, såsom vid erhållande av ozon från atomärt syre, skulle finnas en frisättning av varm.

Om samma idéer tillämpas på den (antagna) bildningen av atomkärnor från protoner och neutroner, är det klart att energi kommer att frigöras i denna formation, och givet arten av de inblandade länkarna kommer den energi som frigörs här att vara avsevärt större, så mycket att massaförlusten som kommer att följa med nämnda energivariation redan är betänklig. (Enligt Einsteins princip är förändringen i energi ΔE ekvivalent med förändringen i massa Δm, så att ΔE = Δm * C², där C är ljusets hastighet).

Så, till exempel, för elementet Litium Li-7, bildat av 3 protoner och 4 neutroner, i bildandet av en gramatom av litiumkärnor med atommassa 7, kommer vi att ha:

3 protoner = 3 * 1,00756 g = 3,02268 g

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

Resultatet av summan är 7,05840 g.

Atommassan av Litium-7 har ett värde av 7,01645 g

Det följer, genom att jämföra värdena, att förändringen i massan Δm = 0,04195 g, och de är lika med 9,02 * 10¹¹ kalorier, beräknat med Einsteins ekvation ΔE = Δm * C².

Den hypotetiska kärnbildningsreaktionen från protoner och neutroner avger en enorm mängd energi, miljoner gånger överlägsen de flesta exoterma vanliga kemiska reaktioner.

Varje partikel av kärna o Nukleon (proton eller neutron), för att vara en del av någon kärna, har den upplevt en massaförlust, som inte är konstant, men har ett maximalt värde för de mellanliggande elementen i det periodiska systemet med atomnummer 20 till 51, sedan långsamt avtagande med ökande antal atom.

Atombomben

Uran 235 och Plutonium 239 delar sig genom neutronbombardement och avger enorma mängder energi och frigör nya neutroner.

Villkoret för att multiplikationsprocessen ska äga rum är att mer än en neutron som produceras i varje klyvning är kapabel att producera en ny klyvning eller division.

I den Uran Stack, de producerade neutronerna försvinner delvis genom materialets yta och absorberas delvis av Uranium 238 för att bilda den tunga isotopen Uranium 239, som successivt sönderfaller till Neptunium och Plutonium.

Men om det är rent Uranium 235 eller Plutonium 239, leder möjligheten till förlust av neutroner genom ytan av densamma till att veta Kritisk storlek nödvändig för att kedjereaktionen ska utvecklas inom den.

De Kritisk storlek Provet är det där kedjereaktionen, som splittrar atomen, utvecklas nästan omedelbart.

Om provet av klyvbart material (delbart genom neutronbombardement) har en diameter som är mindre än den medelväg som en snabb neutron måste passera för att producera klyvningsprocess, är det underförstått att neutronerna som produceras i enstaka klyvningar av färdande neutroner kommer att fly genom ytan utan att attackera någon annan kärna.

Tvärtom, om provet är större än den kritiska storleken, kommer de ibland producerade neutronerna på väg genom genom det kommer de att ha en stor sannolikhet att splittra nya kärnor och på så sätt fortsätta, i en accelererad takt, processen med division.

Om ett prov är större än den kritiska storleken kommer det att drabbas av en omedelbar explosion, medan om det är mindre kommer en långsam klyvning att inträffa, vilket dock bör undvikas. För detta hålls det klyvbara materialet i tunna lager inuti kadmiumbehållare som förvaras inuti Vatten; enstaka infallande neutroner kommer att bromsas av vattnet och sedan fångas upp av kadmium innan de når det skyddade materialet.

Genom att snabbt blanda olika bitar av klyvbart material, var och en något mindre än den kritiska storleken, bildas en enda massa (atombomb), som omedelbart exploderar. Hastigheten med vilken bitarna av klyvbart material måste samlas upp måste vara mycket hög för att undvika det när reaktionen startar i Eftersom kedjan är mycket nära, sprider den frigjorda energin bitarna av nämnda material innan de kommer helt i kontakt.

Det finns två delar av klyvbart material som är tillräckligt skyddade med neutronavlägsnande ämnen och med några centimeters mellanrum. I det lämpliga ögonblicket skjuts en av pjäserna mot den andra med hastigheten av en snabb projektil.

Detaljerna om konstruktionen och mekanismen för den experimentella atombomben som exploderade tidigt på morgonen den 16 juli, 1945 i New Mexicos öken leddes de av professor Oppenheimer, en teoretisk fysiker vid University of Kalifornien.

De två bomberna som släpptes veckor senare mot Japan var konstituerade, den första för Uranium 235 och den andra för Plutonium.

Även om energin som frigörs vid klyvningen av en urankärna beräknas till cirka 200 miljoner elektronvolt, det vill säga cirka 2x10¹⁰ Kilokalorier per kilogram klyvt uran återstår endast 1-5 % användbar, vilket motsvarar en explosiv energi tillgänglig per kilogram U-235 motsvarande den för cirka 300 ton trinitrotoluen (TNT, trilita)

Till den explosiva våg som har sitt ursprung i explosionen av atombomben läggs de fruktansvärda brandeffekterna produceras av den intensiva gammastrålning som sänds ut, som bestämmer hur en miniatyr Sol, men kort varaktighet.

De förödelse orsakad av isolerade bomber över de japanska städerna Hiroshima och Nagasaki är bevis på den enorma atomenergi som frigörs vid atomsönderfall.

Det är dock att hoppas att atomenergi kan användas för fredlig användning i framtiden, speciellt i de fall där en stor koncentration av energi i en liten mängd är önskvärd av material.

Exempel på atomenergitillämpningar

Termisk kraftgenerering

Mekanisk kraftgenerering

Elkraftproduktion

Krigsändamål med atombomben

Subatomisk partikelkollision

Experiment för ny teknik

Inom gruvdrift, för sprängning av material

För forskning av nya material