деление тяжелых ядер на более легкие;

Слияние (синтез) легких ядер в более тяжелые.

В обоих этих процессах выделяется огромное количество энергии.

Ядерные реакции

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.

Условно ядерная реакция записывается в виде: или

 

В 1932 году английский физик Дж. Чедвик открыл нейтрон в результате осуществления следующей ядерной реакции: .

При ядерных реакциях выполняются законы сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда, массы.

Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил.

Для осуществления ядерной реакции под действием положительно заряженной частицы (протона, α-частицы и т.д.) необходимо, чтобы частица обладала кинетической энергией, достаточной для преодоления действия кулоновского отталкивания.

Для получения быстрых заряженных частиц созданы ускорители, в которых частицы разгоняются до энергий порядка 10 МэВ – 100 ГэВ.

Первая ядерная реакция на быстрых частицах была осуществлена с помощью протонов большой энергии, полученных на ускорителе, в 1932 году:

 

Ядерные реакции сопровождаются энергетическими превращениями. Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность между суммарной энергией покоя частиц до реакции и после нее.

– суммарная масса покоя ядра-мишени и бомбардирующей частицы;

– суммарная масса покоя ядер и частиц – продуктов реакции; с – скорость света в вакууме.

Если ΔЕ > 0, то реакция экзотермическая (с выделением энергии).

Если ΔЕ < 0, то реакция эндотермическая (с поглощением энергии).

Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |ΔЕ|, которая называется пороговой энергией реакции.

Пороговая энергия ядерной реакции |ΔЕ| – это минимальная кинетическая энергия бомбардирующих частиц, необходимая для протекания реакции. При этой энергии относительная скорость частиц-продуктов реакции равна нулю.

 

Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором.

Основные элементы ядерного реактора:

▪ ядерное горючее;

▪ замедлитель нейтронов (тяжелая вода, графит и др.);

▪ отражатель нейтронов;

▪ регулирующие стержни, содержащие кадмий или бор – вещества которые хорошо поглощают нейтроны;

теплоноситель (вода, жидкий натрий и др.) – отводит тепло из активной зоны;

защитная оболочка из бетона с железным заполнителем

 

Реакции слияния (синтеза) легких ядер при очень высоких температурах называются термоядерными реакциями.

Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях, в расчете на один нуклон в несколько раз превышает удельную энергию, выделяющуюся в цепных реакциях деления ядер. Так, например, в реакции слияния ядер дейтерия и трития

 

Биологическое действие радиоактивных излучений (некоторые аспекты)

Радиоактивное излучение всех видов (альфа-, бета-, гамма-, нейтронное), а также электромагнитная радиация (рентгеновское излучение) оказывают очень сильное биологическое воздействие на живые организмы, которое заключается в процессах возбуждения и ионизации атомов и молекул, входящих в состав живых клеток. Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и клеточные структуры, что приводит к лучевому поражению организма. Поэтому при работе с любым источником радиации необходимо принимать все меры по радиационной защите людей, которые могут попасть в зону действия излучения.

Дозиметрия – область прикладной ядерной физики, в которой изучают физические величины, характеризующие действие ионизирующих излучений на объекты живой и неживой природы; воздействие радиации на живые организмы напрямую зависит от поглощенной дозы излучения.

Поглощенная доза излучения D – это величина, характеризующая воздействие излучения на живые организмы и равная отношению поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе т облучаемого вещества.

В СИ [D] =1Гр (грей) = .

1 грей равен поглощенной дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж.

Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около 2-10 Гр на человека. Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу (ПДД) 0,05 Гр. Доза излучения в 3—10 Гр, полученная за короткое время, смертельна.

Главная задача физики элементарных частиц – это исследование природы, свойств и взаимных превращений элементарных частиц.

Элементарные частицы – частицы, которые на данном уровне развития науки рассматриваются как первичные, далее неразложимые.

Фундаментальные взаимодействия. Процессы, в которых участвуют различные элементарные частицы, сильно различаются по характерным временам их протекания и энергиям. Согласно современным представлениям, в природе осуществляется четыре типа взаимодействий, которые не могут быть сведены к другим, более простым видам взаимодействий (фундаментальные): сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное (или ядерное) взаимодействие – это наиболее интенсивное из всех видов взаимодействий. Они обуславливает исключительно прочную связь между протонами и нейтронами в ядрах атомов. В сильном взаимодействии могут принимать участие только тяжелые частицы – адроны (мезоны и барионы). Сильное взаимодействие является короткодействующим, т.к. проявляется на расстояниях порядка и менее 10^–15 м. Имеет характер притяжения.

Пример сильного взаимодействия – ядерные силы, обеспечивающие существование атомных ядер.

Электромагнитное взаимодействие. В этом виде взаимодействия могут принимать участие любые электрически заряженные частицы, а так же фотоны – кванты электромагнитного поля. Электромагнитное взаимодействие ответственно, в частности, за существование атомов и молекул. Оно определяет многие свойства веществ в твердом, жидком и газообразном состояниях. Кулоновское отталкивание протонов приводит к неустойчивости ядер с большими массовыми числами. Электромагнитное взаимодействие обуславливает процессы поглощения и излучения фотонов атомами и молекулами вещества и многие другие процессы физики микро- и макромира.

Слабое взаимодействие – наиболее медленное из всех взаимодействий, протекающих в микромире. В нем могут принимать участие любые элементарные частицы, кроме фотонов.