Законы сохранения в ядерных реакциях
Рассмотрим три ядра AZX, A1Z1X1, A2Z2X2, таких, что A = A1 + A2, Z = Z1 + Z2. Будем предполагать, что ядро X "состоит" из ядер X1 и X2.
Записывая для каждого ядра соотношение (1), получим
|
(4) |
где
|
(5) |
Если W 0, то ядро X устойчиво относительно распада на ядра Ядро, масса которого больше суммы масс ядер X1, X2, неустойчиво и может распасться. При этом внутриядерная энергия - W перейдет в кинетическую энергию осколков X1 и X2.
Кроме энергии в ядерных реакциях сохраняется электрический заряд Z = Z1 + Z2, число нуклонов A = A1 + A2. Выполняются также и ряд дополнительных законов сохранения, о которых будет сказано в разделе, посвященном свойствам элементарных частиц.
|
|
|
Рис. 5 |
Деление ядер урана
Анализ зависимости Eсв(Z, A) (см. Рис. 2) показывает, что для тяжелых ядер с Z 82 выполняется условие W0. Например, изотоп 23592U самопроизвольно распадается с полупериодом 7·108 лет. Оказалось также, что этот изотоп расщепляется при поглощении нейтрона. При этом, в каждом акте деления ядра возникают два ядра-осколка, 8-10 -квантов и в среднем 2,5 нейтронов. Если эти нейтроны вызывают новые акты деления, то возникает самоподдерживающаяся цепная реакция. При делении каждого ядра выделяется 200 МэВ (см. левую половину Рис. 5, где схематично изображена реакция
|
При делении 1 кг урана 235U выделяется 8,19·1013 Дж. (Удельная теплота сгорания нефти в 20 миллионов раз меньше.)
В природном уране содержится только 0,711% изотопа 23592U. В естественной смеси изотопов, в которой на одно ядро 23592U приходится 140 ядер 23892U, нейтроны не способны поддерживать реакцию. Можно, однако, получить цепную реакцию в смесях природного (или слабообогащенного 2%) урана со специальными веществами - замедлителями нейтронов. При обогащении до 20 - 25% надобность в замедлителях отпадает. При этом происходит превращение 23892U в плутоний 23994Pu, который делится также легко как и 23592U - процесс воспроизводства ядерного топлива.
Реакция идет по схеме последовательных - распадов:
|
(В скобках указаны времена полураспадов.) Только три страны - Россия, Франция и Япония - имеют достаточный опыт в этой высокой технологии.
|
|
|
Рис. 6 |
Первые реакторы созданы в США (1942 г.) и в СССР (1946 г.). В настоящее время во Франции ядерная энергетика дает 73% всей вырабатываемой энергии, в США - 22%, в России - 13%.
Общий вид одной из АЭС, построенной в США, показан на Рис. 6.
Синтез легких ядер
Если W 0, то распад ядра энергетически запрещен. Но в обратном процессе - слиянии ядер X1 и X2 - энергия исходной системы должна уменьшится на величину W. Продукты синтеза приобретут кинетическую энергию W.
На правой половине Рис. 5 изображена реакция слияния
|
Однако наибольший интерес представляют реакции
|
Немного больше о технологиях >>>
Колумбия ожидание мира
«Мы — колумбийцы — выжили в таких трудных
географических условиях — и горы, и болота. Мы не сломались, несмотря на
десятилетия непрекращающейся войны. Мы продолжаем работать и радоваться жизни.
Война — это как явление природы, как ураган, ему нужно сопротивляться!»
Не знаю, к ...
Подходы к объяснению шаровой молнии
В декабре 1975 года
журнал «Наука и жизнь» обращался к читателям с вопросом о наблюдении шаровых
молний. Среди 1400 писем очевидцев 0,3% из них утверждают, что встретившаяся им
молния имела форму тора [1, стр.103]. Там же высказывается мнение, что в
большинстве случаев шаро ...
