היתוך גרעיני קר בתא חי

כמו תגובות כימיות, תגובות גרעיניות יכולות להיות אנדותרמיות או אקסותרמיות.

תגובות גרעיניות מחולקות לתגובות דעיכה ותגובות היתוך. סוג מיוחד של תגובה גרעינית הוא ביקוע גרעיני. העיתוי של ריקבון גרעיני וביקוע גרעיני פירושם סוגים שונים לחלוטין של תגובות [ ].

1. היסטוריה

התגובה הגרעינית הראשונה המושרה באופן מלאכותי נצפתה בשנה על ידי ארנסט רתרפורד, כשהיא מקרינת חנקן עם חלקיקי אלפא. התגובה התנהלה על פי התוכנית

2. חוקי שימור לתגובות גרעיניות

במהלך תגובות גרעיניות מתקיימים החוקים הכלליים של שימור אנרגיה, תנע, תנע זוויתי ומטען חשמלי.

בנוסף, ישנם מספר חוקי שימור מיוחדים הטמונים באינטראקציה גרעינית, למשל, חוק שימור מטענים באריונים.

3. תפוקת אנרגיה של תגובה גרעינית

אם סכום מסת החלקיקים המנוחה בתגובה גדול מסכום מסת החלקיקים המנוחה לאחר התגובה, אזי תגובה כזו מתרחשת עם שחרור אנרגיה. אנרגיה זו נקראת תפוקת האנרגיה של תגובה גרעינית. תפוקת האנרגיה של תגובה גרעינית מחושבת לפי הנוסחה ΔE = Δmc 2, כאשר Δm הוא הפגם המסתי, c היא מהירות האור.

4. סוגי תגובות גרעיניות

4.1. תגובות היתוך גרעיני

במהלך תגובות היתוך גרעיני נוצרים גרעינים חדשים וכבדים יותר מגרעינים קלים של יסודות.

בדרך כלל, תגובות היתוך אפשריות רק בתנאים שבהם לגרעינים יש אנרגיה קינטית גבוהה, שכן כוחות דחייה אלקטרוסטטיים מונעים מגרעינים טעונים דומה להתקרב זה לזה, ויוצרים את מה שנקרא מחסום קולומב.

ניתן להשיג זאת באופן מלאכותי באמצעות מאיצי חלקיקים טעונים, שבהם יונים, פרוטונים או חלקיקי α מואצים על ידי שדה חשמלי, או כורים תרמו-גרעיניים, שבהם יונים של חומר רוכשים אנרגיה קינטית עקב תנועה תרמית. במקרה האחרון, אנחנו מדברים על תגובת היתוך תרמו-גרעיני.

4.1.1. היתוך גרעיני בטבע

בטבע החלו תגובות היתוך בדקות הראשונות לאחר המפץ הגדול. במהלך נוקלאוסינתזה ראשונית, רק כמה גרעינים קלים (דאוטריום, הליום, ליתיום) נוצרו מפרוטונים.
כעת מתרחשות תגובות גרעיניות בליבות של כוכבים, למשל, בשמש. התהליך העיקרי הוא יצירת גרעין הליום מארבעה פרוטונים, שיכולים להתרחש בשרשרת פרוטון-פרוטון או במחזור בית-ויצצקר.

בכוכבים שהמסה שלהם עולה על חצי M☉, יכולים להיווצר יסודות אחרים, כבדים יותר. תהליך זה מתחיל ביצירת גרעיני פחמן בתגובת α משולשת. הגרעינים שנוצרו מקיימים אינטראקציה עם פרוטונים וחלקיקי אלפא וכך נוצרים היסודות הכימיים עד לשיא הברזל.

היווצרותם של גרעינים כבדים (מברזל ועד ביסמוט) מתרחשת בקונכיות של כוכבים מסיביים למדי בשלב הענק האדום בעיקר בשל תהליך ה-s ובחלקו בשל תהליך ה-p. גרעינים של Navazhchi (לא יציבים) נוצרים במהלך פיצוצי סופרנובה.

4.2. תגובות ריקבון גרעיני

תגובות דעיכה מייצרות רדיואקטיביות אלפא ובטא. במהלך ריקבון אלפא, חלקיק אלפא 4 He נפלט מהגרעין, ומספר המסה ומספר המטען של הגרעין משתנים ל-4 ו-2, בהתאמה. במהלך התפרקות בטא נפלט אלקטרון או פוזיטרון מהגרעין, מספר המסה של הגרעין אינו משתנה, אך מספר המטען גדל או יורד ב-1. שני סוגי ההתפרקות מתרחשים באופן ספונטני.

4.3. ביקוע גרעיני

מספר קטן של איזוטופים מסוגלים לביקוע, תגובה שבה גרעין מתפצל לשני חלקים גדולים. ביקוע גרעיני יכול להתרחש כמו באופן ספונטני,אז ו כָּפוּי- בהשפעת חלקיקים אחרים, בעיקר נויטרונים.

התגלה שגרעיני אורניום-235 מסוגלים לא רק חלוקה ספונטנית(עבור שני גרעיני אור) עם שחרור של ~ 200 MeV אנרגיה ופליטת שניים או שלושה נויטרונים, אבל גם כדי חלוקה כפויה,יזום על ידי נויטרונים. בהתחשב בכך שכתוצאה מהפרדה כזו, נפלטים גם נויטרונים, שעלולים לגרום לתגובות חדשות של ביקוע מאולץ של גרעיני אורניום שכנים, האפשרות של תגובת שרשרת גרעינית הפכה ברורה. תגובה כזו לא מתרחשת בטבע רק בגלל שאורניום טבעי מורכב מ-99.3% מהאיזוטופ אורניום-238, ורק אורניום-235 מסוגל להתבקע, שמתוכו אורניום טבעי מכיל רק 0.7%.

מנגנון תגובת הביקוע הגרעיני הוא כדלקמן. כוחות גרעיניים באמצעות אינטראקציה של חלקיקים וירטואליים שהוחלפו (ברוב המקרים מתרחשת אינטראקציה בין פיון-נוקלאון) אינם מרכזיים באופיים. משמעות הדבר היא שנוקלונים אינם יכולים לקיים אינטראקציה בו-זמנית עם כל הגרעינים בגרעין, במיוחד בגרעינים בעלי גרעין גבוה. עם מספר רב של גרעינים בגרעין, הדבר גורם לאסימטריה בצפיפות הכוחות הגרעיניים ולאסימטריה נוספת של קשר הנוקלאון, וכתוצאה מכך לאסימטריה של אנרגיה בכל נפח הגרעין. הליבה לובשת צורה שונה באופן משמעותי מכדורית. במקרה זה, האינטראקציה האלקטרוסטטית בין פרוטונים יכולה להתקרב לאינטראקציה החזקה במונחים של אנרגיה.

כך, עקב אסימטריה, מתגברים על מחסום אנרגיית הביקוע והגרעין מתפרק לגרעינים קלים יותר בעלי מסה א-סימטרית.

לפעמים הגרעין יכול לעבור במנהרה למצב אנרגיה נמוך יותר.

5. תגובות גרעיניות בחיי אדם

5.1. פצצת אטום

תגובת השרשרת של ביקוע של גרעיני אטום החלה לשמש בפצצות אטום במאה העשרים. בשל העובדה שלתגובה גרעינית אינטנסיבית יש צורך במסה קריטית (המסה הנחוצה לפיתוח תגובת שרשרת), אז על מנת לבצע פיצוץ אטומי מספר חלקים בעלי מסה קטנה מהמסה הקריטית. בשילוב, נוצרת מסה על קריטית ומתרחשת בה תגובת שרשרת ביקוע, המלווה בשחרור של כמות גדולה של אנרגיה - מתרחש פיצוץ אטומי.

5.2. כור גרעיני

כור גרעיני משמש להמרת האנרגיה התרמית של ריקבון גרעיני לאנרגיה חשמלית. תערובת של איזוטופים אורניום-235 ואורניום-238 או פלוטוניום-239 משמשת כדלק בכור. כאשר נויטרונים מהירים פוגעים בגרעין של אטום אורניום-238, הוא הופך לפלוטוניום-239 והדעיכה שלו לאחר מכן עם שחרור אנרגיה. התהליך יכול להיות מחזורי, אבל זה דורש כורי נויטרונים מהירים. כיום, נוקליד אורניום-235 משמש כמרכיב העיקרי בכורים. עבור האינטראקציה שלו עם נויטרונים מהירים, יש להאט אותם. אופן השימוש במנחה:

לפי סוג המים המשמשים בכורים, D 2 O או H 2 O, הכורים מחולקים ל מים כבדיםו מים קליםבהתאמה. בכורי מים כבדים, נוקליד אורניום-238 משמש כדלק, בכורי מים קלים - אורניום-235. כדי לשלוט בתגובת הפירוק ולעצור אותה, משתמשים במוטות בקרה המכילים איזוטופים של בורון או קדמיום. האנרגיה המשתחררת במהלך תגובת שרשרת הביקוע מוסרת על ידי נוזל הקירור. לכן, הוא מתחמם, וכאשר הוא פוגע במים, הוא מחמם אותם, והופך אותם לקיטור (לעיתים קרובות נוזל הקירור הוא המים עצמם). הזוג הופך טורבינת קיטור, אשר הופכת את הרוטור של אלטרנטור.

Rachek Maria, Esman Vitalia, Rumyantseva Victoria

פרויקט מחקר זה הושלם על ידי תלמידי כיתות ט'. זוהי משימה מתקדמת כאשר תלמידי בית הספר לומדים את הנושא "מבנה האטום וגרעין האטום. שימוש באנרגיה של גרעיני אטום" בקורס פיזיקה בכיתה ט'. מטרת הפרויקט היא להבהיר את התנאים להתרחשות תגובות גרעיניות ואת עקרונות הפעולה של תחנות כוח גרעיניות.

הורד:

תצוגה מקדימה:

מוסד חינוכי תקציבי עירוני

בית ספר תיכון מס' 14

נקרא על שם גיבור ברית המועצות

אנטולי פרפילייב

ג . אלכסנדרוב

מאמר מחקר לפיזיקה

"תגובות גרעיניות"

הושלם

תלמידים

כיתה 9B:

ראצ'ק מריה,

רומיאנטצבה ויקטוריה,

אסמן ויטליה

מוֹרֶה

רומנובה או.ג.

2015

תכנית פרויקט

מבוא

חלק תיאורטי

• כוח גרעיני.

סיכום

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

מבוא

רלוונטיות:

אחת הבעיות החשובות ביותר העומדות בפני האנושות היא בעיית האנרגיה. צריכת האנרגיה גדלה כל כך מהר, עד שמאגרי הדלק הידועים כיום ימוצו תוך זמן קצר יחסית. בעיית "רעב לאנרגיה" אינה נפתרת על ידי שימוש באנרגיה ממקורות מתחדשים כביכול (אנרגיה של נהרות, רוח, שמש, גלי ים, חום עמוק של כדור הארץ), שכן הם יכולים לספק, במקרה הטוב, רק 5 -10% מהצרכים שלנו. בהקשר זה, באמצע המאה ה-20, התעורר הצורך בחיפוש אחר מקורות אנרגיה חדשים.

נכון לעכשיו, התרומה האמיתית לאספקת האנרגיה נעשית על ידי אנרגיה גרעינית, כלומר תחנות כוח גרעיניות (בקיצור תחנות כוח גרעיניות). לכן, החלטנו לברר האם תחנות כוח גרעיניות מועילות לאנושות.

מטרות העבודה:

1. גלה את התנאים להתרחשות של תגובות גרעיניות.
2. גלה את עקרונות הפעולה של תחנת כוח גרעינית, וכן גלה האם יש לה השפעה טובה או רעה על הסביבה ועל בני האדם.

כחלק מהשגת המטרה, קבענו את הדברים הבאיםמשימות:

1. גלה את מבנה האטום, הרכבו, מהי רדיואקטיביות.
2. חקור את אטום האורניום. חקור תגובות גרעיניות.
3. חקור את עקרון הפעולה של מנועים גרעיניים.

שיטות מחקר:

1. החלק העיוני - קריאת ספרות על תגובות גרעיניות.

חלק תיאורטי.

היסטוריה של האטום והרדיואקטיביות. מבנה האטום.

ההנחה שכל הגופים מורכבים מחלקיקים זעירים נעשתה על ידי הפילוסופים היוונים הקדומים לאוקיפוס ודמוקריטוס לפני כ-2500 אלף שנים. חלקיקים אלו נקראים "אטום", שפירושו "ניתן לחלוקה". אטום הוא החלקיק הקטן ביותר של החומר, הפשוט ביותר, ללא חלקים מרכיבים.

אבל בערך מאמצע המאה ה-19, החלו להופיע עובדות ניסיוניות שהטילו ספק ברעיון של אי-חלוקה של אטומים. תוצאות הניסויים הללו העלו כי לאטומים יש מבנה מורכב ושהם מכילים חלקיקים טעונים חשמלית.

העדות הבולטת ביותר למבנה המורכב של האטום הייתה גילוי התופעהרדיואקטיבי, שנעשה על ידי הפיזיקאי הצרפתי אנרי בקארל ב-1896. הוא גילה שהיסוד הכימי אורניום באופן ספונטני (כלומר, ללא אינטראקציות חיצוניות) פולט קרניים בלתי נראות שלא היו ידועות בעבר, שנקראו מאוחר יותרקרינה רדיואקטיבית. מאחר שלקרינה רדיואקטיבית היו תכונות יוצאות דופן, החלו מדענים רבים לחקור אותה. התברר שלא רק אורניום, אלא גם כמה יסודות כימיים אחרים (למשל רדיום) פולטים באופן ספונטני קרניים רדיואקטיביות. היכולת של אטומים של כמה יסודות כימיים לפלוט באופן ספונטני החלה להיקרא רדיואקטיביות (מהרדיו הלטיני - פולט ואקטיב - יעיל).

בקארל הגה רעיון: האם לא כל הארה מלווה בקרני רנטגן? כדי לבדוק את הניחוש שלו, הוא לקח כמה תרכובות, כולל אחד ממלחי האורניום, שזרחנים באור צהוב-ירוק. לאחר שהאיר אותו באור השמש, הוא עטף את המלח בנייר שחור והניח אותו בארון כהה על צלחת צילום, עטוף גם הוא בנייר שחור. לאחר זמן מה, בפיתוח הצלחת, בקרל ראה למעשה את התמונה של חתיכת מלח. אבל קרינה זוהרת לא יכלה לעבור דרך נייר שחור, ורק קרני רנטגן יכלו להאיר את הצלחת בתנאים אלה. בקארל חזר על הניסוי מספר פעמים ובהצלחה שווה. בסוף פברואר 1896, בפגישה של האקדמיה הצרפתית למדעים, הוא פרסם דוח על פליטת קרני רנטגן של חומרים זרחניים. לאחר זמן מה, במעבדה של בקארל, פותחה בטעות צלחת שעליה היה מונח מלח אורניום שלא הוקרן באור השמש. מטבע הדברים, הוא לא היה זרחני, אבל הייתה חותם על הצלחת. לאחר מכן החל בקוורל לבדוק תרכובות שונות של אורניום ומינרלים (כולל כאלה שלא הפגינו זרחן), כמו גם אורניום מתכתי. התקליט נחשף ללא הרף. על ידי הצבת צלב מתכת בין המלח לצלחת, בקארל השיג קווי מתאר חלשים של הצלב על הצלחת. אז התברר שהתגלו קרניים חדשות שעברו דרך עצמים אטומים, אך לא היו קרני רנטגן.

בקארל חולק את תגליתו עם המדענים שאיתם שיתף פעולה. ב-1898 גילו מארי קירי ופייר קירי את הרדיואקטיביות של תוריום, ומאוחר יותר הם גילו את היסודות הרדיואקטיביים פולוניום ורדיום. הם גילו שלכל תרכובות האורניום, והכי חשוב לאורניום עצמו, יש תכונה של רדיואקטיביות טבעית. בקארל חזר אל הזרחנים שעניינו אותו. נכון, הוא גילה עוד תגלית חשובה הקשורה לרדיואקטיביות. פעם אחת, לצורך הרצאה פומבית, בקרל נזקק לחומר רדיואקטיבי, הוא לקח אותו מהקיוריז ושם את המבחנה בכיס האפוד שלו. לאחר שנשא הרצאה החזיר את הסם הרדיואקטיבי לבעלים, ולמחרת גילה אדמומיות בעור בצורת מבחנה על גופו מתחת לכיס האפוד. בקאר סיפר על כך לפייר קירי, והוא עשה ניסויים בעצמו: הוא לבש מבחנה של רדיום קשורה לאמה במשך עשר שעות. מספר ימים לאחר מכן חלה גם אדמומיות, שהפכה לאחר מכן לכיב חמור, ממנו סבל במשך חודשיים. זו הייתה הפעם הראשונה שהתגלו ההשפעות הביולוגיות של הרדיואקטיביות.

בשנת 1899, כתוצאה מניסוי שנערך בהנהגתו של הפיזיקאי האנגלי ארנסט רתרפורד, התגלה כי הקרינה הרדיואקטיבית של רדיום אינה הומוגנית, כלומר. בעל הרכב מורכב. באמצע יש זרם (קרינה) שאין לו מטען חשמלי, ובצדדים יש 2 זרמים של חלקיקים טעונים. החלקיקים הטעונים בחיוב נקראו חלקיקי אלפא, שהם אטומי הליום מיוננים לחלוטין, והטעונים השליליים נקראו חלקיקי בטא, שהם אלקטרונים. חלקיקים ניטרליים נקראים חלקיקי גמא או גמא קוואנטה. קרינת גמא, כפי שהתברר מאוחר יותר, היא אחד מטווחי הקרינה האלקטרומגנטית.

מכיוון שהיה ידוע שהאטום בכללותו הוא ניטרלי, תופעת הרדיואקטיביות אפשרה למדענים ליצור מודל גס של האטום. האדם הראשון שעשה זאת היה הפיזיקאי האנגלי ג'וזף ג'ון תומסון, שיצר את אחד הדגמים הראשונים של האטום ב-1903. הדגם היה כדור, שלכל נפחו היה מטען חיובי מופץ באופן שווה. בתוך הכדור היו אלקטרונים, שכל אחד מהם יכול היה לבצע תנועות תנודות סביב מיקום שיווי המשקל שלו. הדגם דמה בצורתו ובמבנהו לקאפקייק עם צימוקים. המטען החיובי שווה בגודלו למטען השלילי הכולל של האלקטרונים, ולכן המטען של האטום בכללותו הוא אפס.

המודל של תומסון למבנה האטום היה זקוק לאימות ניסיוני, אותו נקט רתרפורד ב-1911. הוא ערך ניסויים והגיע למסקנה שהמודל האטומי הוא כדור, שבמרכזו יש גרעין מטען חיובי, התופס נפח קטן מכל האטום. אלקטרונים נעים סביב הגרעין, המסה שלהם הרבה פחות. אטום הוא נייטרלי מבחינה חשמלית כי המטען של הגרעין שווה למודול המטען הכולל של האלקטרונים. ראתרפורד מצא גם שלגרעין של אטום יש קוטר של כ-10-14 – 10 -15 מ, כלומר. הוא קטן מאות אלפי מונים מאטום. הגרעין הוא שעובר שינויים במהלך טרנספורמציות רדיואקטיביות, כלומר. רדיואקטיביות היא היכולת של חלק מגרעיני אטום להפוך באופן ספונטני לגרעין אחר על ידי פליטת חלקיקים. כדי לרשום (ראה) חלקיקים, בשנת 1908 המציא הפיזיקאי הגרמני הנס גייגר את מה שנקרא מונה גייגר.

מאוחר יותר, חלקיקים בעלי מטען חיובי באטום נקראו פרוטונים, וחלקיקים בעלי מטען שלילי נקראו נויטרונים. פרוטונים וניוטרונים נקראים ביחד נוקלונים.

ביקוע אורניום. תגובת שרשרת.

הביקוע של גרעיני אורניום כשהם מופצצים על ידי נויטרונים התגלה ב-1939 על ידי המדענים הגרמנים אוטו האן ופריץ שטרסמן.

הבה נבחן את המנגנון של תופעה זו. לאחר שספג נויטרון נוסף, הגרעין נכנס לפעולה ומתעוות, מקבל צורה מוארכת.

ישנם 2 סוגי כוחות בגרעין: כוחות דחייה אלקטרוסטטיים בין פרוטונים, הנוטים לקרוע את הגרעין, וכוחות משיכה גרעיניים בין כל הנוקלונים, שבגללם הגרעין אינו מתכלה. אבל כוחות גרעיניים הם קצרי טווח, ולכן בגרעין מוארך הם אינם יכולים להחזיק עוד חלקים מהגרעין המרוחקים מאוד זה מזה. בהשפעת כוחות אלקטרוסטטיים, הגרעין מתפרק לשני חלקים, אשר עפים בכיוונים שונים במהירות רבה ופולטים 2-3 נויטרונים. חלק מהאנרגיה הפנימית הופך לאנרגיה קינטית. השברים הגרעיניים מואטים במהירות בסביבה, וכתוצאה מכך האנרגיה הקינטית שלהם מומרת לאנרגיה הפנימית של הסביבה. עם ביקוע בו-זמני של מספר רב של גרעיני אורניום, האנרגיה הפנימית של הסביבה המקיפה את האורניום ובהתאם לכך, הטמפרטורה שלו עולה. לפיכך, תגובת הביקוע של גרעיני אורניום מתרחשת עם שחרור אנרגיה לסביבה. האנרגיה היא אדירה. עם ביקוע מוחלט של כל הגרעינים הנמצאים ב-1 גרם של אורניום, משתחררת אנרגיה רבה כפי שתשתחרר במהלך שריפה של 2.5 טון נפט. כדי להמיר את האנרגיה הפנימית של גרעיני אטום לאנרגיה חשמלית, משתמשים בתגובות שרשרת ביקוע גרעיני, המבוססות על העובדה ש-2-3 נויטרונים המשתחררים במהלך ביקוע הגרעין הראשון יכולים לקחת חלק בביקוע של גרעינים אחרים הלוכדים אותם. כדי לשמור על המשכיות של תגובת השרשרת, חשוב לקחת בחשבון את מסת האורניום. אם מסת האורניום קטנה מדי, אזי הנייטרונים עפים מחוצה לו מבלי לפגוש את הגרעין בדרכם. תגובת השרשרת נעצרת. ככל שהמסה של פיסת אורניום גדולה יותר, כך גודלה גדול יותר והנתיב שעובר בה נויטרונים ארוך יותר. ההסתברות שנויטרונים יפגשו גרעיני אטום עולה. בהתאם לכך, מספר הבקעים הגרעיניים ומספר הנייטרונים הנפלטים עולה. מספר הנייטרונים שנוצר לאחר ביקוע גרעיני שווה למספר הנייטרונים שאבדו, כך שהתגובה יכולה להימשך זמן רב. כדי שהתגובה תמשיך, צריך לקחת מסה של אורניום בערך מסוים - קריטי. אם מסת האורניום גדולה מהמסה הקריטית, אז כתוצאה מעלייה חדה של נויטרונים חופשיים, תגובת שרשרת מובילה לפיצוץ.

כור גרעיני. תגובה גרעינית. המרת אנרגיה פנימית של גרעיני אטום לאנרגיה חשמלית.

כור גרעיני הוא מכשיר שבו מתרחשת תגובת שרשרת גרעינית מבוקרת, המלווה בשחרור אנרגיה. הכור הגרעיני הראשון, שנקרא SR-1, נבנה בדצמבר 1942 בארה"ב בהנהגתו של E. Fermi. נכון להיום, לפי נתוני סבא"א, ישנם 441 כורים בעולם ב-30 מדינות. כמו כן, מתבצעת בנייתם ​​של עוד 44 כורים.

בכור גרעיני, אורניום-235 משמש בעיקר כחומר בקיע. כור כזה נקרא כור נויטרונים איטי.מַנחֶה ניוטרונים יכולים להיות מיוצרים על ידי חומרים שונים:

1. מים . היתרונות של מים רגילים כמנחה הם זמינותם ועלותם הנמוכה. החסרונות של המים הם נקודת הרתיחה הנמוכה שלהם (100 מעלות צלזיוס בלחץ 1 אטמוספירה) וספיגת הנייטרונים התרמיים. החיסרון הראשון בוטל על ידי הגדלת הלחץ במעגל הראשוני. קליטת נויטרונים תרמיים על ידי מים מתוגמלת על ידי שימוש בדלק גרעיני המבוסס על אורניום מועשר.
2. מים כבדים . מים כבדים שונים מעט ממים רגילים בתכונותיהם הכימיות והתרמופיזיות. הוא למעשה אינו סופג נויטרונים, מה שמאפשר להשתמש באורניום טבעי כדלק גרעיני בכורים עם מנחה מים כבדים. החיסרון של מים כבדים הוא העלות הגבוהה שלהם.
3. גרָפִיט . גרפיט כור מיוצר באופן מלאכותי מתערובת של קוק נפט וזפת פחם. ראשית, בלוקים נלחצים מהתערובת, ולאחר מכן בלוקים אלה מטופלים תרמית בטמפרטורה גבוהה. לגרפיט יש צפיפות של 1.6-1.8 גרם/סמ"ק. הוא עובר סובלימציה בטמפרטורה של 3800-3900 מעלות צלזיוס. גרפיט מחומם באוויר ל-400 מעלות צלזיוס מתלקח. לכן, בכורי אנרגיה הוא כלול באווירה של גז אינרטי (הליום, חנקן).
4. בריליום . אחד המעכבים הטובים ביותר. יש לו נקודת התכה גבוהה (1282 מעלות צלזיוס) ומוליכות תרמית, והוא תואם לפחמן דו חמצני, מים, אוויר וכמה מתכות נוזליות. עם זאת, בתגובת הסף, הליום מופיע, לכן, תחת הקרנה אינטנסיבית בניוטרונים מהירים, מצטבר גז בתוך הבריליום, בלחץ אשר בריליום מתנפח. השימוש בבריליום מוגבל גם על ידי עלותו הגבוהה. בנוסף, בריליום ותרכובותיו רעילים מאוד. בריליום משמש לייצור מחזירי אור ומזזי מים בליבת כורי מחקר.

חלקים של כור נויטרונים איטי: הליבה מכילה דלק גרעיני בצורה של מוטות אורניום ומנחה נויטרונים (למשל מים), רפלקטור (שכבת חומר המקיפה את הליבה) ומעטפת בלימה עשויה בטון. כדי לשלוט על התגובה, משתמשים במוטות בקרה שסופגים ביעילות נויטרונים. כדי להפעיל את הכור, הם מוסרים בהדרגה מהליבה. הנייטרונים ושברי הגרעינים הנוצרים במהלך תגובה זו, מתפזרים במהירות גבוהה, נופלים למים, מתנגשים בגרעיני אטומי המימן והחמצן ומעניקים להם חלק מהאנרגיה הקינטית שלהם. במקביל, המים מתחממים, ולאחר זמן מה הנייטרונים המואטים שוב נכנסים אל מוטות האורניום ומשתתפים בביקוע גרעיני. האזור הפעיל מחובר למחליף החום באמצעות צינורות, ויוצר את המעגל הסגור הראשון. משאבות מזרימות בו מים. המים המחוממים עוברים דרך מחליף החום, מחממים את המים בסליל המעגל המשני והופכים אותם לקיטור. לפיכך, מים בליבה משמשים לא רק כמנחה נויטרונים, אלא גם כנוזל קירור שמסיר חום. לאחר מכן, אנרגיית הקיטור בסליל מומרת לאנרגיה חשמלית. באמצעות קיטור מסתובבת טורבינה המניעה את הרוטור של מחולל זרם חשמלי. אדי הפסולת נכנסים למעבה והופכים למים. ואז כל המחזור חוזר על עצמו.

מנוע גרעינימשתמש באנרגיה של ביקוע או היתוך של גרעינים כדי ליצור דחף סילון. תחנת כוח גרעינית מסורתית היא בדרך כלל מבנה המורכב מכור גרעיני והמנוע עצמו. נוזל העבודה (בדרך כלל אמוניה או מימן) מסופק מהמיכל לליבת הכור, שם, עובר דרך תעלות מחוממות על ידי תגובת ההתפרקות הגרעינית, הוא מחומם לטמפרטורות גבוהות ואז נזרק החוצה דרך הזרבובית, ויוצר דחף סילון.

כוח גרעיני.

כוח גרעיני- תחום טכנולוגיה המבוסס על שימוש בתגובת הביקוע של גרעיני אטום להפקת חום ויצירת חשמל. תחום האנרגיה הגרעינית הוא המשמעותי ביותר בצרפת, בלגיה, פינלנד, שוודיה, בולגריה ושוויץ, כלומר. באותן מדינות מתועשות שבהן משאבי האנרגיה הטבעיים אינם מספיקים. מדינות אלו מייצרות בין רבע למחצית מהחשמל שלהן מתחנות כוח גרעיניות.

הכור האירופי הראשון נוצר בשנת 1946 בברית המועצות בהנהגתו של איגור ואסילביץ' קורצ'טוב. ב-1954 הופעלה תחנת הכוח הגרעינית הראשונה באובנינסק. היתרונות של תחנות כוח גרעיניות:

1. היתרון העיקרי הוא עצמאות מעשית ממקורות דלק בשל נפח הדלק הקטן בשימוש. ברוסיה, זה חשוב במיוחד בחלק האירופי, שכן משלוח הפחם מסיביר יקר מדי. הפעלת תחנת כוח גרעינית זולה בהרבה מתחנות כוח תרמיות. נכון, הקמת תחנות כוח תרמיות זולה יותר מהקמת תחנות כוח גרעיניות.
2. יתרון עצום של תחנת כוח גרעינית הוא הניקיון הסביבתי היחסי שלה. בתחנות כוח תרמיות, סך הפליטות השנתיות של חומרים מזיקים עומדת על כ-13,000 טון בשנה בתחנות כוח תרמיות המופעלות על ידי גז ו-165,000 טון בשנה בתחנות כוח תרמיות מפורקות פחם. אין פליטות כאלה בתחנות כוח גרעיניות. תחנות כוח תרמיות צורכות 8 מיליון טון חמצן בשנה כדי לחמצן דלק, בעוד שתחנות כוח גרעיניות אינן צורכות חמצן כלל. בנוסף, תחנת פחם מייצרת שחרור ספציפי גדול יותר של חומרים רדיואקטיביים. פחם מכיל תמיד חומרים רדיואקטיביים טבעיים; כאשר פחם נשרף, הם נכנסים כמעט לחלוטין לסביבה החיצונית. רוב הרדיונוקלידים מ-TPP הם ארוכים. רוב הרדיונוקלידים מתחנות כוח גרעיניות מתכלים די מהר, והופכים לא-רדיואקטיביים.
3. עבור רוב המדינות, כולל רוסיה, ייצור חשמל בתחנות כוח גרעיניות אינו יקר יותר מאשר בתחנות כוח תרמיות גז-נפט. היתרון של תחנות כוח גרעיניות בעלות החשמל המיוצר בולט במיוחד במהלך מה שנקרא משברי האנרגיה שהחלו בתחילת שנות ה-70. ירידת מחירי הנפט מפחיתה אוטומטית את התחרותיות של תחנות כוח גרעיניות.

השימוש במנועים גרעיניים בעת החדשה.

ככל שהפיזיקה הגרעינית התפתחה, הסיכוי ליצור תחנות כוח גרעיניות התברר יותר ויותר. הצעד המעשי הראשון בכיוון זה נעשה על ידי ברית המועצות, שם בשנת 1954. נבנתה תחנת כוח גרעינית.

בשנת 1959 הספינה הראשונה בעולם המונעת בכוח גרעיני, שוברת הקרח לנין, נכנסה לשירות תחת דגל ברית המועצות, אשר ניווטה בהצלחה שיירות של ספינות סוחר בתנאים הקשים של הקוטב הצפוני.

בשנים האחרונות של המאה ה-19 החלו שוברות הקרח הגרעיניות הסובייטיות החזקות ארקטיקה וסיביר את המעקב הארקטי שלהן...

אנרגיה גרעינית פתחה הזדמנויות גדולות במיוחד לצוללות, ואיפשרה לפתור שתיים מהבעיות הדוחקות ביותר - הגדלת המהירות התת-ימית והגדלת משך הניווט מתחת למים ללא פני השטח. הרי הצוללות הדיזל-חשמליות המתקדמות ביותר אינן יכולות לפתח יותר מ-18-20 קשר מתחת למים, והן שומרות על מהירות זו רק כשעה, שלאחריה הן נאלצות לעלות על פני השטח כדי לטעון את הסוללות.

בתנאים כאלה, בהנחיית הוועד המרכזי של ה-CPSU והממשלה הסובייטית, נוצר בארצנו צי צוללות גרעיניות בהקדם האפשרי. צוללות גרעיניות סובייטיות חצו שוב ושוב את האוקיינוס ​​הארקטי מתחת לקרח ועלו באזור הקוטב הצפוני. ערב הקונגרס ה-23 של ה-CPSU, קבוצת צוללות גרעיניות הקיפה את העולם, ונסעה כ-22 אלף מייל מתחת למים מבלי לעלות...

ההבדל העיקרי בין צוללת גרעינית לצוללת המונעת בקיטור הוא החלפת דוד הקיטור בכור, שבו מתבצעת תגובת שרשרת מבוקרת של ביקוע של אטומי דלק גרעיני עם שחרור חום המשמש לייצור קיטור ב. גנרטור אדים.

תחנת הכוח הגרעינית יצרה סיכוי אמיתי לצוללות לא רק להתאים למהירות של ספינות שטח, אלא גם לעלות עליהן. כידוע, כאשר צוללת טבולה, לא חווה התנגדות גל, כדי להתגבר על אילו ספינות תזוזה מהירות גבוהה מוציאות את רוב כוחה של תחנת הכוח.

השפעות ביולוגיות של קרינה.

קרינה מעצם טבעה מזיקה לחיים. מינונים נמוכים של קרינה יכולים "לעורר" שרשרת אירועים לא מובנת לחלוטין המובילה לסרטן או לנזק גנטי. במינונים גבוהים, קרינה עלולה להרוס תאים, לפגוע ברקמת האיברים ולגרום למוות מהיר של הגוף. נזק הנגרם ממינונים גבוהים של קרינה מופיע בדרך כלל תוך שעות או ימים. סרטן, לעומת זאת, מופיע שנים רבות לאחר ההקרנה - בדרך כלל לא מוקדם יותר מעשור או שניים. ומומים מולדים ומחלות תורשתיות אחרות הנגרמות כתוצאה מפגיעה במנגנון הגנטי, בהגדרה, מופיעים רק בדורות הבאים או הבאים: מדובר בילדים, נכדים וצאצאים רחוקים יותר של פרט שנחשף לקרינה.

בהתאם לסוג הקרינה, מינון הקרינה ותנאיה, יתכנו סוגים שונים של פגיעות קרינה. מדובר במחלת קרינה חריפה (ARS) - מקרינה חיצונית, ARS - מקרינה פנימית, מחלת קרינה כרונית, צורות קליניות שונות עם נזק מקומי בעיקר לאיברים בודדים, שיכולה להתאפיין במהלך אקוטי, תת-חריף או כרוני; אלו השלכות ארוכות טווח, שהמשמעותית שבהן היא התרחשות של גידולים ממאירים; תהליכים ניווניים ודיסטרופיים (קטרקט, סטריליות, שינויים טרשתיים). זה כולל גם השלכות גנטיות שנצפו בצאצאים של הורים מוקרנים. הקרינה המייננת הגורמת להתפתחותם, בשל יכולת החדירה הגבוהה שלה, משפיעה על רקמות, תאים, מבנים תוך תאיים, מולקולות ואטומים בכל מקום בגוף.

יצורים חיים מגיבים אחרת להשפעות הקרינה, והתפתחות תגובות קרינה תלויה במידה רבה במינון הקרינה. לכן, רצוי להבחין בין: 1) חשיפה למינונים קטנים, עד כ-10 ראד; 2) חשיפה למינונים בינוניים, המשמשים לרוב למטרות טיפוליות, הגובלות בגבולם העליון בחשיפה למינונים גבוהים. כאשר נחשפים לקרינה, מבחינים בתגובות המתרחשות מיד, בתגובות מוקדמות וביטויים מאוחרים (מרחוק). התוצאה הסופית של ההקרנה תלויה לרוב במידה רבה בקצב המינון, תנאי הקרנה שונים ובעיקר באופי הקרינה. זה חל גם על השימוש בקרינה בפרקטיקה הקלינית למטרות טיפוליות.

קרינה משפיעה באופן שונה על אנשים בהתאם למין ולגיל, מצב הגוף, מערכת החיסון שלו וכו', אך במיוחד על תינוקות, ילדים ומתבגרים.

סרטן הוא החמור ביותר מבין כל ההשלכות של קרינה אנושית במינונים נמוכים. סקרים מקיפים של 100,000 ניצולים מהפצצות האטום של הירושימה ונגסקי הראו שסרטן הוא עד כה הגורם היחיד לתמותה עודפת בקבוצת אוכלוסייה זו.

סיכום.

לאחר ביצוע מחקר, גילינו שדלק גרעיני ומנועים גרעיניים מביאים יתרונות עצומים לבני אדם. הודות להם, האדם מצא מקורות זולים של חום ואנרגיה (תחנת כוח גרעינית אחת מחליפה כמה עשרות, או אפילו מאות תחנות כוח תרמיות קונבנציונליות לאדם), הצליח לעבור דרך הקרח לקוטב הצפוני ולשקוע לתחתית של האוקיינוס. אבל כל זה עובד רק כאשר מיישמים אותו נכון, כלומר. בכמות הנדרשת ורק למטרות שלום. נרשמו מקרים רבים של פיצוצי תחנת כוח גרעינית (צ'רנוביל, פוקושימה) ופיצוצי פצצות אטום (הירושימה ונגסאקי).

אבל אף אחד לא מוגן מההשלכות של פסולת רדיואקטיבית. אנשים רבים סובלים ממחלת קרינה וסרטן הנגרמים על ידי קרינה. אבל אנחנו חושבים שבעוד כמה שנים מדענים יגלו שיטות לפינוי פסולת רדיואקטיבית ללא פגיעה בבריאות וימציאו תרופות לכל המחלות הללו.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה.

1. א.ו. פרישקין, א.מ. גוטניק. "ספר לימוד בפיזיקה לכיתה ט'".
2. ג'קסלר. "אנרגיה גרעינית".
3. ר"ג פרלמן. "מנועים גרעיניים".
4. א. רתרפורד. "יצירות מדעיות נבחרות. מבנה האטום והתמרה מלאכותית".
5. https://ru.wikipedia.org

תצוגה מקדימה:

כדי להשתמש בתצוגות מקדימות של מצגת, צור חשבון Google והיכנס:

1. תגובות אפשריות בנוכחות טמפרטורות גבוהות ושדות אלקטרומגנטיים גבוהים

2. מעבר תהליכים עקב נויטרונים, שאינם דורשים שדות מגנטיים גדולים וטמפרטורות גבוהות

נוקלאוסינתזה.תופעת הנוקלאוסינתזה נחקרה על ידי מדען Burbidge.

ברגע היווצרות היקום היה תערובת של חלקיקי אלקטרונים.

בשל האינטראקציה של פרוטונים וניוטרונים, מֵימָןו הֶלִיוּם, ובפרופורציות הבאות: 2/3 – N, 1/3 – He.

כל שאר היסודות נוצרו ממימן.

השמש מורכבת מהליום ומימן (10-20 מיליון ºС).

יש כוכבים חמים יותר (יותר מ-150 מיליון ºС). במעמקי כוכבי הלכת הללו נוצרו פחמן, חמצן, חנקן, גופרית ומגנזיום.

יסודות אחרים נוצרו בפיצוצי סופרנובה (אורניום וכבדים יותר).

בכל היקום, הליום ומימן הם הנפוצים ביותר (3/4 מימן ו-1/4 הליום).

○ היסודות הנפוצים ביותר על פני כדור הארץ:

§7 "תיאוריית חלקיקי גל (כפול)"

בשנת 1900 מ' פלאנקהעלה תיאוריה: גוף שחור לחלוטיןגם פולט אנרגיה, אבל פולט אותה במנות (קוואנטה).

● שדה אלקטרוני-מגנטי קוונטי הוא פוטון.

○ גַלאופי הפוטון:

- הִשׁתַבְּרוּת(סטייה של האור מכיוון ישר, או היכולת להתכופף סביב מכשולים)

- הַפרָעָה(אינטראקציה של גלים שבה גלים יכולים לחפוף זה את זה ולשפר או לבטל זה את זה)

1.התעצם

2.העוצמה יורדת

3. נפרע

○ גופיאופי הפוטון:

● אפקט תמונה– תופעת פליטת אלקטרונים על ידי חומר בהשפעת קרינה אלקטרומגנטית.

סטולטובלמד את חוקי תא הפוטו.

ניתן הסבר על האפקט הפוטואלקטרי איינשטייןבמסגרת התיאוריה הגופנית.

פוטון שפוגע באלקטרון מעביר חלק מהאנרגיה שלו.

● אפקט קומפטון– אם קרינת רנטגן מכוונת לחומר, היא מפוזרת על ידי האלקטרונים של החומר. לקרינה המפוזרת הזו יהיה אורך גל ארוך יותר מהקרינה הנכנסת. ההבדל תלוי בזווית הפיזור.

ה = hυ

h – בר

υ – תדר קרינה

●צילום - חבילת גל.

מבחינה מתמטית, דואליות הגל-חלקיק מתבטאת ב המשוואה של ל. דה ברולי:

λ = ח / (M · v) = ח / פ

פ– דחף

הדואליזם הזה הוא תיאוריה אוניברסלית; ניתן להפיץ אותו לכל סוגי החומר.

○ דוגמאות:

אֶלֶקטרוֹן

M ה = 9.1 10 -28 Gv ~ 10 8 ס"מ/שנייהλ ~ 10 -8 ס"מ

כדור מעופף

M= 50 גרםv~ 25 ס"מ לשנייהλ ~ 10 -32 ס"מ

1) עקרון אי הוודאות[IN. הייזנברג] – אי אפשר לקבוע במדויק במקביל את הקואורדינטה של ​​חלקיק ואת התנע שלו.

∆ש · ∆ ע ≥ ח / 2

∆ש – אי ודאות של קואורדינטה כלשהי

∆ע – אי ודאות מומנטום

∆ה · ∆ ט ≥ ח / 2

∆ה – אנרגיית חלקיקים

∆ט – אי ודאות זמן

2) עקרון ההשלמה[נ. בוהר] - השגת מידע ניסיוני על כמה כמויות שמתארות מיקרו-אובייקט קשורה בהכרח לאובדן מידע על כמויות אחרות, בנוסף לראשונה.

3) עקרון הסיבתיות(תוצאה של עקרון אי הוודאות) - עקרון של פיסיקה קלאסית. קיים קשר של סיבה ותוצאה בין תופעות טבע. עקרון הסיבתיות אינו חל על אובייקטים של עולם המיקרו.

4) עקרון הזהות- אי אפשר לחקור ניסוי מיקרו-חלקיקים זהים.

5) עקרון התכתבות- כל תיאוריה כללית יותר, בהיותה התפתחות של התיאוריה הקלאסית, אינה דוחה אותה לחלוטין, אלא מציינת את גבולות היישום שלה.

6) עקרון סופרפוזיציה– ההשפעה המתקבלת היא סכום ההשפעות הנגרמות על ידי כל תופעה בנפרד.

● משוואת שרדינגר– המשוואה הבסיסית של מכניקת הקוונטים.

● תפקוד גלים[Ψ] הוא פונקציה הן של קואורדינטות והן של זמן.

E = E משפחה. + U

U – אנרגיה פוטנציאלית

ה משפחה . = (מ v 2 ) / 2 = p 2 / 2 מ'

E=p 2 / 2m + U

ה Ψ = ( ע 2 / 2 M + U ) · Ψ

(Ψ 2 · ד · v) מראה היכן ובאיזה מצב נמצא החלקיק המתאים.

לְתַכְנֵן:

מבוא

• 1 ליבה מורכבת
  • 1.1 אנרגיית עירור
  • 1.2 ערוצי תגובה
• 2 חתך תגובה גרעיני
  • 2.1 פלט תגובה
• 3 תגובות גרעיניות ישירות
• 4 חוקי שימור בתגובות גרעיניות
  • 4.1 חוק שימור האנרגיה
  • 4.2 חוק שימור המומנטום
  • 4.3 חוק שימור התנע הזוויתי
  • 4.4 חוקי שימור אחרים
• 5 סוגי תגובות גרעיניות
  • 5.1 ביקוע גרעיני
  • 5.2 היתוך טרמו-גרעיני
  • 5.3 תגובה פוטו-גרעינית
  • 5.4 אחרים
• 6 רישום תגובות גרעיניות
הערות

מבוא

תגובה גרעינית של ליתיום-6 עם דאוטריום 6 Li(d,α)α

תגובה גרעינית- תהליך היווצרות של גרעינים או חלקיקים חדשים במהלך התנגשויות של גרעינים או חלקיקים. התגובה הגרעינית נצפתה לראשונה על ידי רתרפורד בשנת 1919, כשהפציץ את גרעיני אטומי החנקן עם חלקיקי α; היא זוהתה על ידי הופעת חלקיקים מייננים משניים שטווח הגז גדול מזה של חלקיקי α וזוהו. בתור פרוטונים. לאחר מכן התקבלו צילומים של תהליך זה באמצעות תא ענן.

על פי מנגנון האינטראקציה, תגובות גרעיניות מחולקות לשני סוגים:

• תגובות עם היווצרות גרעין מורכב הם תהליך דו-שלבי המתרחש באנרגיה קינטית לא גבוהה במיוחד של חלקיקים מתנגשים (עד כ-10 MeV).
• תגובות גרעיניות ישירות המתרחשות ב זמן גרעינינדרש לחלקיק לחצות את הגרעין. מנגנון זה מתבטא בעיקר באנרגיות גבוהות מאוד של הפצצת חלקיקים.

אם לאחר התנגשות הגרעינים והחלקיקים המקוריים נשמרים ולא נולדים חדשים, הרי שהתגובה היא פיזור אלסטי בשדה הכוחות הגרעיניים, מלווה רק בחלוקה מחדש של האנרגיה הקינטית והתנע של החלקיק ושל גרעין המטרה. ונקרא פיזור פוטנציאלי .

1. גרעין מורכב

התיאוריה של מנגנון התגובה עם היווצרות גרעין מורכב פותחה על ידי נילס בוהר ב-1936 יחד עם התיאוריה של מודל הטיפות של הגרעין ועומדת בבסיס הרעיונות המודרניים לגבי רוב התגובות הגרעיניות.

לפי תיאוריה זו, התגובה הגרעינית מתרחשת בשני שלבים. בהתחלה, החלקיקים הראשוניים יוצרים גרעין ביניים (מרוכב) לאחר מכן זמן גרעיני, כלומר, הזמן הדרוש לחלקיק לחצות את הגרעין, שווה בקירוב ל-10 −23 - 10 −21 שניות. במקרה זה, גרעין מורכב תמיד נוצר במצב נרגש, שכן יש בו עודף אנרגיה המובאת על ידי החלקיק לגרעין בצורת אנרגיית הקישור של הגרעין בגרעין המורכב וחלק מהאנרגיה הקינטית שלו, שהיא שווה לסכום האנרגיה הקינטית של גרעין המטרה עם מספר המסה והחלקיק במרכז האינרציה של המערכת.

1.1. אנרגיית עירור

אנרגיית העירור של גרעין מורכב שנוצר עם קליטת נוקלאון חופשי שווה לסכום אנרגיית הקישור של הנוקלאון וחלק מהאנרגיה הקינטית שלו:

לרוב, בשל ההבדל הגדול במסות הגרעין והנוקלאון, הוא שווה בערך לאנרגיה הקינטית של הגרעין המפציץ את הגרעין.

בממוצע, אנרגיית הקישור היא 8 MeV, משתנה בהתאם למאפיינים של הגרעין המורכב המתקבל, אך עבור גרעין המטרה והנוקלאון הנתונים ערך זה הוא קבוע. האנרגיה הקינטית של החלקיק המפציץ יכולה להיות כל דבר, למשל, כאשר עירור של תגובות גרעיניות על ידי נויטרונים, שלפוטנציאל שלהם אין מחסום קולומב, הערך יכול להיות קרוב לאפס. לפיכך, אנרגיית הקישור היא אנרגיית העירור המינימלית של גרעין מורכב.

1.2. ערוצי תגובה

המעבר למצב לא נרגש יכול להתבצע בדרכים שונות, הנקראות ערוצי תגובה. הסוגים והמצב הקוונטי של חלקיקים וגרעינים תקפים לפני תחילת התגובה נקבעים על ידי ערוץ קלטתגובות. לאחר השלמת התגובה, מכלול המתקבל תוצרי תגובהוהמצבים הקוונטיים שלהם קובעים ערוץ פלטתגובות. התגובה מאופיינת לחלוטין על ידי ערוצי קלט ופלט.

תעלות התגובה אינן תלויות בשיטת היווצרות הגרעין המורכב, מה שניתן להסביר על ידי אורך החיים הארוך של הגרעין המורכב; נראה שהוא "שוכח" באיזה אופן הוא נוצר, ולכן היווצרות והתכלות של התרכובת גרעין יכול להיחשב כאירועים עצמאיים. לדוגמה, הוא יכול להיווצר כגרעין מורכב במצב נרגש באחת מהתגובות הבאות:

לאחר מכן, בתנאי שאנרגיית העירור זהה, גרעין מורכב זה יכול להתפרק בצורה הפוכה לכל אחת מהתגובות הללו בהסתברות מסוימת, ללא תלות בהיסטוריה של הופעתו של גרעין זה. ההסתברות להיווצרות גרעין מורכב תלויה באנרגיה ובסוג גרעין המטרה.

2. חתך תגובה גרעינית

ההסתברות לתגובה נקבעת לפי מה שנקרא חתך רוחב תגובה גרעינית. במסגרת ייחוס מעבדתית (כאשר גרעין המטרה במנוחה), ההסתברות לאינטראקציה ליחידת זמן שווה למכפלת החתך (מבוטא ביחידות שטח) ולשטף של חלקיקים תקפים (מבוטא במספר של חלקיקים שחוצים יחידת שטח ליחידת זמן). אם ניתן ליישם מספר ערוצי פלט עבור ערוץ כניסה אחד, אז היחס בין ההסתברויות של ערוצי תגובת הפלט שווה ליחס החתכים שלהם. בפיסיקה גרעינית, חתכי רוחב תגובה מתבטאים בדרך כלל ביחידות מיוחדות - אסמים, השווים ל-10 -24 ס"מ².

2.1. פלט תגובה

מספר מקרי התגובה חלקי מספר החלקיקים שמפציצים את המטרה נקרא הפלט של תגובה גרעינית. ערך זה נקבע בניסוי באמצעות מדידות כמותיות. מכיוון שהתשואה קשורה ישירות לחתך התגובה, מדידת התשואה היא בעצם מדידה של חתך התגובה.

3. תגובות גרעיניות ישירות

מהלך התגובות הגרעיניות אפשרי גם באמצעות מנגנון של אינטראקציה ישירה; מנגנון זה מתבטא בעיקר באנרגיות גבוהות מאוד של חלקיקים מפציצים, כאשר הגרעינים של הגרעין יכולים להיחשב חופשיים. תגובות ישירות שונות ממנגנון הגרעין המורכב בעיקר בהתפלגות וקטורי המומנטום של חלקיקי התוצר ביחס לתנע של החלקיקים המפציצים. בניגוד לסימטריה הכדורית של מנגנון הגרעין המורכב, אינטראקציה ישירה מתאפיינת בכיוון הטיסה השולט של תוצרי התגובה קדימה ביחס לכיוון התנועה של החלקיקים הפוגעים. גם התפלגות האנרגיה של חלקיקי המוצר במקרים אלה שונה. אינטראקציה ישירה מאופיינת בעודף של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה. בהתנגשויות עם גרעינים של חלקיקים מורכבים (כלומר גרעינים אחרים), מתאפשרים תהליכי העברת גרעין מגרעין לגרעין או חילופי נוקלונים. תגובות כאלה מתרחשות ללא היווצרות של גרעין מורכב ויש להן את כל התכונות של אינטראקציה ישירה.

4. חוקי שימור בתגובות גרעיניות

בתגובות גרעיניות מתקיימים כל חוקי השימור של הפיזיקה הקלאסית. חוקים אלה מציבים מגבלות על האפשרות של תגובה גרעינית. גם תהליך חיובי מבחינה אנרגטית תמיד מתברר כבלתי אפשרי אם הוא מלווה בהפרה של כל חוק שימור. בנוסף, ישנם חוקי שימור ספציפיים לעולם המיקרו; חלקם מתקיימים תמיד, ככל הידוע (חוק שימור מספר הבריון, מספר לפטון); חוקי שימור אחרים (איזוספין, זוגיות, מוזרות) רק מדכאים תגובות מסוימות, מכיוון שהן אינן מסופקות עבור חלק מהאינטראקציות הבסיסיות. ההשלכות של חוקי השימור הם מה שנקרא כללי בחירה, המצביעים על אפשרות או איסור של תגובות מסוימות.

4.1. חוק שימור האנרגיה

אם , , , הם סך האנרגיות של שני חלקיקים לפני ואחרי התגובה, אז מבוסס על חוק שימור האנרגיה:

כאשר נוצרים יותר משני חלקיקים, מספר האיברים בצד ימין של ביטוי זה אמור להיות גדול יותר. האנרגיה הכוללת של חלקיק שווה לאנרגיית המנוחה שלו מק 2 ואנרגיה קינטית ה, בגלל זה:

ההבדל בין סך האנרגיות הקינטיות של חלקיקים ב"פלט" ו"קלט" של התגובה ש = (ה 3 + ה 4) − (ה 1 + ה 2) שקוראים לו אנרגיית תגובה(אוֹ תפוקת האנרגיה של התגובה). זה עונה על התנאי:

מכפיל 1/ ג 2 בדרך כלל מושמט בעת חישוב מאזן האנרגיה, המבטאת מסות חלקיקים ביחידות אנרגיה (או לפעמים אנרגיה ביחידות מסה).

אם ש> 0, אז התגובה מלווה בשחרור אנרגיה חופשית ונקראת אקזואנרגטי , אם ש < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется אנדואנרגטי .

קל לראות את זה ש> 0 כאשר סכום המסות של חלקיקי התוצר קטן מסכום המסות של החלקיקים ההתחלתיים, כלומר שחרור אנרגיה חופשית אפשרי רק על ידי הפחתת מסות החלקיקים המגיבים. ולהיפך, אם סכום המסות של החלקיקים המשניים עולה על סכום המסות של החלקיקים ההתחלתיים, הרי שתגובה כזו אפשרית רק אם כמות מסוימת של אנרגיה קינטית מושקעת כדי להגדיל את אנרגיית המנוחה, כלומר, המוני חלקיקים חדשים. הערך המינימלי של האנרגיה הקינטית של חלקיק מתרחש שבו אפשרית תגובה אנדואנרגטית נקרא אנרגיית תגובה סף. תגובות אנדואנרגטיות נקראות גם תגובות סף, שכן הם אינם מתרחשים באנרגיות חלקיקים מתחת לסף.

4.2. חוק שימור המומנטום

התנע הכולל של החלקיקים לפני התגובה שווה לתנע הכולל של חלקיקי תוצר התגובה. אם , , , הם וקטורי המומנטום של שני חלקיקים לפני ואחרי התגובה, אז

כל אחד מהווקטורים יכול להימדד באופן עצמאי בניסוי, למשל, עם ספקטרומטר מגנטי. נתונים ניסיוניים מצביעים על כך שחוק שימור המומנטום תקף הן בתגובות גרעיניות והן בתהליכי פיזור של מיקרו-חלקיקים.

4.3. חוק שימור התנע הזוויתי

תנע זוויתי נשמר גם במהלך תגובות גרעיניות. כתוצאה מהתנגשות של מיקרו-חלקיקים, נוצרים רק גרעינים מורכבים כאלה שתנע הזוויתי שלהם שווה לאחד הערכים האפשריים של המומנט המתקבל על ידי הוספת המומנטים המכאניים (ספינים) הפנימיים של החלקיקים ומומנט היחס שלהם. תנועה (תנופה מסלולית). תעלות ההתפרקות של גרעין מורכב יכולים גם להיות כאלה רק שהתנע הזוויתי הכולל (סכום התנע הזוויתי הסיבובי) נשמר.

4.4. חוקי שימור אחרים

• במהלך תגובות גרעיניות נשמר המטען החשמלי - הסכום האלגברי של המטענים היסודיים לפני התגובה שווה לסכום האלגברי של המטענים לאחר התגובה.
• במהלך תגובות גרעיניות נשמר מספר הנוקלונים, שבמקרים הכלליים ביותר מתפרש כשימור מספר הבריון. אם האנרגיות הקינטיות של נוקלונים מתנגשים הן גבוהות מאוד, אז תגובות ייצור של זוג נוקלונים אפשריות. מכיוון שסימנים מנוגדים מוקצים לנוקלונים ולאנטי-נוקלונים, הסכום האלגברי של מספרי הבריון תמיד נשאר ללא שינוי במהלך כל תהליך.
• במהלך תגובות גרעיניות, מספר הלפטונים נשמר (ליתר דיוק, ההבדל בין מספר הלפטונים למספר האנטילפטונים, ראה מספר הלפטונים).
• בתגובות גרעיניות המתרחשות בהשפעת כוחות גרעיניים או אלקטרומגנטיים, נשמרת השוויון של פונקציית הגל, המתארת ​​את מצב החלקיקים לפני ואחרי התגובה. השוויון של פונקציית הגל אינו נשמר בטרנספורמציות הנגרמות על ידי אינטראקציות חלשות.
• בתגובות גרעיניות הנגרמות מאינטראקציות חזקות, הספין האיזוטופי נשמר. אינטראקציות חלשות ואלקטרומגנטיות אינן שומרות איזוספינים.

5. סוגי תגובות גרעיניות

אינטראקציות גרעיניות עם חלקיקים מגוונות מאוד; סוגיהן וההסתברויות לתגובה מסוימת תלויים בסוג החלקיקים המפציצים, גרעיני המטרה, האנרגיות של חלקיקים וגרעינים המקיימים אינטראקציה וגורמים רבים אחרים.

5.1. ביקוע גרעיני

ביקוע גרעיני- תהליך פיצול גרעין אטום לשני (לעתים פחות שלושה) גרעינים בעלי מסות דומות, הנקראים שברי ביקוע. כתוצאה מביקוע יכולים להיווצר גם תוצרי תגובה אחרים: גרעינים קלים (בעיקר חלקיקי אלפא), נויטרונים וגמא קוונטים. הביקוע יכול להיות ספונטני (ספונטני) ומאולץ (כתוצאה מאינטראקציה עם חלקיקים אחרים, בעיקר נויטרונים). ביקוע של גרעינים כבדים הוא תהליך אקסותרמי, שכתוצאה ממנו משתחררת כמות גדולה של אנרגיה בצורה של אנרגיה קינטית של תוצרי תגובה, כמו גם קרינה.

ביקוע גרעיני משמש כמקור אנרגיה בכורים גרעיניים ובנשק גרעיני.

5.2. היתוך טרמו-גרעיני

בטמפרטורות רגילות, היתוך גרעיני בלתי אפשרי, מכיוון שגרעינים בעלי מטען חיובי חווים כוחות דחייה עצומים של קולומב. כדי לסנתז גרעיני אור, יש צורך לקרב אותם למרחק של כ-10-15 מ', שבו פעולת כוחות המשיכה הגרעיניים תעלה על כוחות הדחייה של קולומב. כדי להתרחש היתוך גרעיני, יש צורך להגביר את הניידות שלהם, כלומר להגדיל את האנרגיה הקינטית שלהם. זה מושג על ידי הגדלת הטמפרטורה. בשל האנרגיה התרמית הנובעת, ניידות הגרעינים גדלה, והם יכולים להתקרב זה לזה במרחקים כה קרובים עד שבהשפעת כוחות הלכידות הגרעיניים הם יתמזגו לגרעין חדש ומורכב יותר. כתוצאה מהיתוך של גרעיני אור, משתחררת אנרגיה גדולה יותר, שכן לגרעין החדש שנוצר יש אנרגיית קישור ספציפית גבוהה יותר מהגרעינים המקוריים. תגובה תרמו-גרעיניתהיא תגובה אקזו-אנרגטית של היתוך של גרעיני אור בטמפרטורה גבוהה מאוד (10 7 K).

קודם כל, ביניהם יש לציין את התגובה בין שני איזוטופים (דוטריום וטריטיום) של מימן, הנפוץ מאוד בכדור הארץ, וכתוצאה מכך נוצר הליום ומשתחרר נויטרון. ניתן לכתוב את התגובה כ

+ אנרגיה (17.6 MeV).

האנרגיה המשתחררת (הנובעת מהעובדה שלהליום-4 יש קשרים גרעיניים חזקים מאוד) הופכת לאנרגיה קינטית, שרובה, 14.1 MeV, נסחפת על ידי הנייטרון כחלקיק קל יותר. הגרעין שנוצר קשור בחוזקה, וזו הסיבה שהתגובה היא כל כך אקזו-אנרגטית. לתגובה זו יש את מחסום הקולומב הנמוך ביותר ותשואה גבוהה, ולכן היא מעניינת במיוחד עבור היתוך גרעיני.

התגובה התרמו-גרעינית משמשת בנשק תרמו-גרעיני ונמצאת בשלב המחקר ליישום אפשרי בתחום האנרגיה, במקרה של פתרון בעיית השליטה בהיתוך תרמו-גרעיני.

5.3. תגובה פוטו-גרעינית

כאשר קוונטי גמא נספג, הגרעין מקבל עודף אנרגיה מבלי לשנות את הרכב הגרעין שלו, וגרעין עם עודף אנרגיה הוא גרעין מורכב. כמו תגובות גרעיניות אחרות, קליטה של ​​קוונט גמא על ידי גרעין אפשרית רק אם מתקיימים יחסי האנרגיה והספין הדרושים. אם האנרגיה המועברת לגרעין עולה על אנרגיית הקישור של גרעין בגרעין, הרי שההתפרקות של הגרעין המורכב שנוצר מתרחשת לרוב עם פליטת נוקלונים, בעיקר נויטרונים. ריקבון כזה מוביל לתגובות גרעיניות ו, אשר נקראות פוטו-גרעיני, והתופעה של פליטת נוקלאון בתגובות אלו היא אפקט פוטואלקטרי גרעיני.

5.4. אַחֵר

6. רישום תגובות גרעיניות

תגובות גרעיניות כתובות בצורה של נוסחאות מיוחדות שבהן נמצאים ייעודים של גרעיני אטום וחלקיקים יסודיים.

דרך ראשונהכתיבת נוסחאות לתגובות גרעיניות דומה לכתיבת נוסחאות לתגובות כימיות, כלומר, סכום החלקיקים המקוריים כתוב בצד שמאל, סכום החלקיקים המתקבלים (תוצרי התגובה) כתוב בצד ימין, ומציב חץ ביניהם.

לפיכך, התגובה של לכידה קרינה של נויטרון על ידי גרעין קדמיום-113 כתובה כך:

אנו רואים שמספר הפרוטונים והנייטרונים מימין ומשמאל נשאר זהה (מספר הבריון נשמר). כך גם לגבי מטענים חשמליים, מספרי לפטון וכמויות אחרות (אנרגיה, תנע, תנע זוויתי,...). בתגובות מסוימות שבהן מעורבת האינטראקציה החלשה, פרוטונים יכולים להפוך לנייטרונים ולהיפך, אך מספרם הכולל אינו משתנה.

דרך שניהלסימון, נוח יותר לפיזיקה גרעינית, יש את הצורה א (א, bcd...) ב, איפה א- ליבת היעד, א- חלקיק מפציץ (כולל הגרעין), ב, ג, ד, …- חלקיקים הנפלטים (כולל גרעינים), IN- ליבה שיורית. תוצרי תגובה קלים יותר כתובים בסוגריים, כבדים יותר כתובים בחוץ. לפיכך, ניתן לכתוב את תגובת לכידת הנייטרונים לעיל באופן הבא:

תגובות נקראות לעתים קרובות על ידי אוסף של חלקיקים תקריות ונפלטים בסוגריים; אז למעלה היא דוגמה טיפוסית ( נ, γ)-תגובות.

ההמרה הגרעינית הכפויה הראשונה של חנקן לחמצן, שבוצעה על ידי רתרפורד על ידי הפצצת חנקן עם חלקיקי אלפא, כתובה בצורה של הנוסחה

היכן נמצא הגרעין של אטום המימן, פרוטון.

בסימון "כימי" נראית תגובה זו

הם מחולקים ל-2 מחלקות: תגובות תרמו-גרעיניות ותגובות בהשפעת חלקיקים פעילים גרעיניים וביקוע גרעיני. הראשונים דורשים טמפרטורה של ~ כמה מיליוני מעלות למימושם ומתרחשים רק בחלק הפנימי של כוכבים או במהלך פיצוצים של פצצות H. האחרונים מתרחשים באטמוספירה ובליתוספירה עקב קרינה קוסמית ובשל חלקיקים פעילים גרעיניים בקונכיות העליונות של כדור הארץ. חלקיקים קוסמיים מהירים (אנרגיה ממוצעת ~2 10 9 eV), הנכנסים לאטמוספירה של כדור הארץ, גורמים לרוב לפיצול מוחלט של אטומים אטמוספריים (N, O) לשברים גרעיניים קלים יותר, כולל נויטרונים.קצב היווצרותם של האחרון מגיע לערך של 2.6 נויטרונים (ס"מ -2 שניות -1). נויטרונים מקיימים אינטראקציה בעיקר עם N אטמוספרי, מה שמבטיח היווצרות מתמדת של רדיואקטיביים איזוטופיםפחמן C 14 (T 1/2 = 5568 שנים) וטריטיום H 3 (T 1/2 = 12.26 שנים) לפי התגובות הבאות N 14 + פ= C 14 + H 1; N 14+ נ= C 12 + H 3. הייצור השנתי של פחמן רדיו באטמוספירה של כדור הארץ הוא כ-10 ק"ג. כמו כן צוינה היווצרות של Be 7 ו-Cl 39 רדיואקטיביים באטמוספירה. תגובות גרעיניות בליתוספירה מתרחשות בעיקר עקב חלקיקי α וניטרונים הנובעים מהתפרקות של יסודות רדיואקטיביים ארוכים (בעיקר U ו-Th). יש לשים לב להצטברות של He 3 בכמה מינרלים המכילים Li (ראה. איזוטופים של הליום בגיאולוגיה),היווצרות איזוטופים ניאון בודדים ב-euxenite, monazite ומינרלים אחרים לפי התגובות: O 18 + He 4 = Ne 21 + פ; Fe 19 + He = Na 22 + פ; Na 22 → Ne 22. היווצרות איזוטופים של ארגון במינרלים רדיואקטיביים על ידי תגובות: Cl 35 + הוא = Ar 38 + נ; Cl 35 + He = K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. במהלך ביקוע ספונטני וניטרון של אורניום, נצפית היווצרות איזוטופים כבדים של קריפטון וקסנון (ראה שיטת קסנון לקביעת גיל מוחלט).במסות ליתוספריות, פיצול מלאכותי של גרעיני אטום גורם להצטברות איזוטופים מסוימים בכמות של 10 -9 -10 -12% ממסת המסה.

• - טרנספורמציות של גרעיני אטום הנגרמות על ידי האינטראקציות שלהם עם חלקיקים אלמנטריים או זה עם זה...
• - תגובות שרשרת מסועפות של ביקוע של גרעינים כבדים על ידי נויטרונים, כתוצאה מכך מספר הנויטרונים גדל בחדות וניתן להתרחש תהליך ביקוע המקיים את עצמו...

  ראשיתו של מדעי הטבע המודרניים

• - תחמושת, שהשפעתה ההרסנית מבוססת על שימוש באנרגיית פיצוץ גרעיני. אלה כוללים ראשי נפץ גרעיניים של טילים וטרפדות, פצצות גרעיניות, פגזי ארטילריה, מטעני עומק, מוקשים...

  מילון מונחים צבאיים

• מילון מונחים משפטיים

• - ....

  מילון אנציקלופדי לכלכלה ומשפט

• - כפי שהוגדר בחוק הפדרלי "על השימוש באנרגיה אטומית" מ-20 באוקטובר 1995, "חומרים המכילים או מסוגלים לשחזר חומרים גרעיניים בקיעים"...

  מילון משפטי גדול

• - snurps, small nuclear RNA - small nuclear RNA. קבוצה נרחבת של רנ"א גרעיני קטן הקשור ל-RNA גרעיני הטרוגני , הם חלק מגרגרי הריבונוקלאופרוטאין הקטנים של הגרעין...
• - ראה גרעין קטן...

  ביולוגיה מולקולרית וגנטיקה. מילון

• - תגובות גרעיניות, שבהן חלקיק תקף מעביר אנרגיה לא לכל גרעין המטרה, אלא לגרעין נפרד. נוקלאון או קבוצת נוקלונים בגרעין זה. ב-P.I. ר. לא נוצר גרעין מורכב...

  מדע טבעי. מילון אנציקלופדי

• - תאונות המתרחשות בתחנות כוח גרעיניות. במהלך תאונה גרעינית, הזיהום הרדיואקטיבי של הסביבה גובר בחדות...

  מילון אקולוגי

• - טרנספורמציה של אטומי גרעינים בהתנגשות עם גרעינים אחרים, חלקיקים יסודיים או קרני גמא. על ידי הפצצת גרעינים כבדים עם גרעינים קלים יותר, הושגו כל יסודות הטרנסאורניום...

  מילון אנציקלופדיות למטלורגיה

• - תהליכים גרעיניים שבהם האנרגיה המוכנסת לגרעין האטום מועברת בעיקר לקבוצה אחת או קטנה של נוקלאון...

  האנציקלופדיה הסובייטית הגדולה

• - תגובות גרעיניות ישירות - תגובות גרעיניות שבהן חלקיק תקרית מעביר אנרגיה לא לכל גרעין המטרה, אלא לגרעין בודד או לקבוצת גרעין בגרעין זה. תגובות גרעיניות ישירות אינן מייצרות תרכובת...
• - ראה תגובות שרשרת גרעיניות...

  מילון אנציקלופדי גדול

• - תגובות של טרנספורמציה של גרעיני אטום בעת אינטראקציה עם חלקיקים אלמנטריים, γ-quanta או אחד עם השני. ארנסט רתרפורד החל ללמוד אותו לראשונה ב-1919...

  מילון אנציקלופדי גדול

• - תגובות שרשרת גרעיניות - תגובות המקיימות את עצמן של ביקוע של גרעיני אטום בהשפעת נויטרונים בתנאים שבהם כל פעולת ביקוע מלווה בפליטת נויטרון אחד לפחות, מה שמבטיח את התחזוקה...

  מילון אנציקלופדי גדול

"תגובות גרעיניות בטבע" בספרים

אירו טילים גרעיניים