Энергия связи атомных ядер

Энергия связи атомного ядра (Е_св.) – равна той энергии, которую надо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны.

Из закона сохранения следует, что при образовании ядра из отдельных нуклонов выделится точно такая же энергия.

Мерой энергии связи является дефект массы: ∆m = (Zm_p + N_nm_n) - m_я, где: Z –число протонов в ядре (зарядовое число), m_p – масса покоя протона, N_n – число нейтронов в ядре, m_n – масса покоя нейтрона, m_я – масса ядра.

Дефект масс показывает, на сколько сумма масс покоя частиц, входящих в ядро больше массы самого ядра.

Эйнштейн установил закон, связывающий массу и энергию: Е =mс²

Тогда: Е_св = ∆m· с² = (Zm_p + N_nm_n - m_я) · с² – энергия связи в Дж.

Т.к. массе в 1а.е.м. соответствует энергия в 931,5 МэВ, то:

Е_св = ∆m_а.е.м. · 931,5 = (Zm_p + N_nm_n - m_я)_а.е.м. · 931,5 – энергия связи в МэВ

 

Билет №100. Ядерные реакции

Ядерные реакция – это взаимодействие ядер различных химических элементов или взаимодействие ядер и элементарных частиц, в результате которого образуются ядра других химических элементов или другие частицы.

Первую ядерную реакцию провел Резерфорд, используя альфа – частицы:

₇ ¹⁴N + ₂ ⁴He → ₈ ¹⁷O + ₁ ¹ H

Деление ядер урана.

В 1938 году немецкие учёные Ганн и Штрассман открыли деление ядер урана нейтронами. Ядро, захватив первичный нейтрон, деформируется, и делится на два более лёгких ядра. При этом выделяется огромное количество энергии, примерно 1 МэВ на нуклон (200 МэВ при делении одного ядра)

При делении ядра урана выделяются 2-3 вторичных нейтрона, которые могут вызвать развал следующих атомов, т.е. число делящихся атомов может нарастать лавинообразно (в геометрической пропорции). Ядерная реакция, при которой число делящихся ядер нарастает лавинообразно, называется цепной ядерной реакцией. При ней выделяется огромное количество энергии.

Ядерным горючим называют вещество, в котором может идти цепная ядерная реакция.

К ядерному горючему относится ₉₂ ²³⁵U, который имеется в природе, ₉₄ ²³⁹Pu, а также ₉₂ ²³³U.

Чтобы в ядерном горючем началась цепная ядерная реакция коэффициент размножения нейтронов должен быть большим или равным единице.

к – коффициент размножения нейтронов – это отношение числа вторичных нейтронов в данном поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении.

Чтобы к ≥1, надо чтобы масса ядерного горючего была не меньше определённой (критической). Для ₉₂ ²³⁵U - это 50 кг (шарик радиусом 9 см). Используя отражатели нейтронов из бериллия удалось снизить критическую массу урана до 250 г.

При к >1 – реакция неуправляема (взрыв) – используется в атомной бомбе..В СССР первая бомба была создана в 1949 году под руководством академика Курчатова.

 

Ядерная энергетика.

П ри к = 1 – реакция управляема. Её используют в атомном реакторе. Центральная часть реактора заполнена графитом, в котором сделаны отверстия. В них вставляют стержни из ядерного горючего. Как только реакция начинает нарастать в центральную зону опускают стержни из бора или кадмия, которые поглощают вторичные нейтроны. Реакция затухают, поглощающие стержни поднимаю, реакция снова нарастает. Выделяющаяся при цепной реакции нагревает теплоноситель (жидкий натрий). Теплоноситель в теплообменнике нагревает воду, превращая её в пар. Пар вращает турбину, которая вращает генератор переменного тока. В 1953 году в СССР была построена первая АЭС.

Билет № 101. Термоядерная реакция. Биологическое действие радиоакт. излучения

Термоядерная реакция

Термоядерная реакция – это реакция слияния (синтеза) тяжелых ядер из лёгких, происходящая при высокой температуре (10⁷ – 10⁹ К).

¹ ₃ Н + ²₁H → ⁴ ₂ Не+ ¹ ₀n

Высокая температура необходима, чтобы ядра имели достаточно большую скорость и смогли преодолеть кулоновское отталкивание.

При термоядерной реакции выделяется энергии на один нуклон в 3, 5 раза больше, чем при цепной ядерной реакции.

Термоядерная реакция идет на Солнце и других звёздах, там происходит превращение водорода в Не.