Презентація "Поділ ядер урану"

Поділ ядер урану. Ланцюгова реакція. Розробила викладач фізики ДНЗ ДТр. ЕККрісан Е. А.

Під час перебігу ядерних реакцій може відбуватися злиття ядер (реакція синтезу) чи їх поділ. Реакцію синтезу легких ядер називають термоядерною. Щоб сталася «перебудова» легких ядер внаслідок їх парних зіткнень, необхідно подолати електростатичне відштовхування між ними і зблизити їх на відстані дії ядерних сил. Тому термоядерні реакції потребують високих енергій взаємодіючих ядер, яких можна досягати, наприклад, за високих температур (108 К і вище). У земних умовах досягти таких температур можна лише за допомогою ядерного вибуху (на цьому ґрунтується принцип дії водневої бомби) або в потужному імпульсі лазерного випромінювання (керована термоядерна реакція синтезу).

У природних умовах термоядерні реакції синтезу відбуваються в надрах зірок і є основним джерелом їхньої енергії. Для Сонця основною реакцією є перетворення чотирьох протонів на ядро атома Гелію, що супроводжується виділенням енергії понад 26 Ме. В за один цикл:

Ядерну реакцію поділу атомних ядер уперше спостерігали у 1939 р. німецькі вчені О. Ган і Ф. Штрасман. Вони встановили, що під час бомбардування ядер атомів Урану нейтронами вони діляться на дві приблизно однакові частинки (мал. 8.5).

Внаслідок кожного такого поділу вивільняється 2—3 нейтрони і близько 200 Ме. В енергії. Ф. Жоліо-Кюрі висловив думку, що під впливом потоку вивільнених нейтронів ядерна реакція поділу ядер атомів Урану може розвиватися як ланцюгова.

Ланцюгові ядерні реакціїПри розподілі ядра урану-235, яке викликане зіткненням із нейтроном, звільняється 2 чи 3 нейтрона. При сприятливих умовах ці нейтрони можуть потрапити в інші ядра урану і викликати їх розподіл. На цьому етапі з'являться вже від 4 до 9 нейтронів, здатних викликати нові розпади ядер урану і т. д. Такий лавиноподібний процес називається ланцюговою реакцією.

Здійснення ланцюгової реакції поділу ядер атомів Урану — досить складний процес. Адже повільні нейтрони, що вивільняються в процесі ядерної реакції, можуть викликати поділ лише ядер 23592 U; для поділу ядер 23892 U потрібні швидкі нейтрони з енергією понад 1 Ме. В. Оскільки природний Уран складається з двох нуклонів — 99,3 % Урану-238 і лише 0,7 % Урану-235, то для підтримання ланцюгової ядерної реакції необхідно задовольнити принаймні дві умови: досягти критичної маси і забезпечити достатнє число вивільнених нейтронів для підтримання реакції, яке б не зменшувалося з часом.

Термоядерна реакція - реакція злиття легких ядер при дуже високій температурі, що супроводжується виділенням енергіїЕнергетично дуже вигідна!!!

Умови протікання термоядерної реакції Для того, щоб сталася реакція синтезу, початкові ядра повинні потрапити в сферу дії ядерних сил (зблизитися на відстань 10-14 м), здолавши силу електростатичного відштовхування. Це можливо при великій кінетичній енергії ядер. Для цього речовина повинна мати температуру 107 К. Тому реакція названа " термоядерною" (від лат. therme- тепло).

Некеровані термоядерні реакціїНа Сонці вже мільярди років відбувається некерований термоядерний синтез. По одній з гіпотез в надрах Сонця відбувається злиття 4 ядер водню в ядро гелію. При цьому виділяється колосальна кількість енергіїВодородная бомба. Фотографія вибуху першої французької термоядерної бомби Канопус, яка була випробувана 24 серпня 1968 року у Французькій Полінезії.

Ядерні реактори. Людство зробило істотний крок уперед, освоївши ядерну енергію. У 1942 р. під керівництвом Е. Фермі в США було збудовано перший ядерний реактор, в якому ланцюгова реакція поділу ядер атомів Урану стала керованою. Це дало поштовх бурхливому розвитку атомної (ядерної) енергетики.

Ядерний реактор складається з: активної зони, де відбувається ядерна реакція, поглиначів нейтронів, захисного кожуха, парогенератора, турбіни та електричного генератора (мал. 8.7).

Принцип його дії полягає у використанні вивільненої внаслідок ядерної реакції енергії для здобуття електричної напруги.

Ядерні реактори є основою атомних електростанцій (АЕС). Нині у світі налічується понад 1000 ядерних енергетичних установок. Атомна енергетика вважається економічно найвигіднішою і високотехнологічною. Вона використовує останні досягнення науки, сучасні автоматизовані системи керування технологічним процесом на основі ЕОМ, потребує високої кваліфікації працівників.

Експлуатація АЕС потребує запровадження широкого спектра засобів контролю і радіаційної безпеки, оскільки в разі нехтування ними наслідки можуть бути катастрофічними. 26 квітня 1986 р. внаслідок грубого порушення технологічного циклу роботи ядерного реактора на Чорнобильській АЕС сталася аварія. Загинули люди, наслідки цієї трагедії відчуваються досі

Внаслідок викидів у повітря великої кількості радіоактивних речовин відбулося стійке і довготривале забруднення території Цезієм, Стронцієм і Плутонієм. За роки, що минули від аварії, постійно проводиться робота щодо зменшення радіаційного забруднення території України. Здійснюються постійні спостереження за рівнем радіації, за впливом радіонуклідів на різні компоненти природного середовища та здоров'я людей. У 2008 р. там також створено сховище для радіоактивних відходів інших атомних станцій України. Ця територія із “радіоактивним” ландшафтом є своєрідним застереженням щодо безпечного ставлення до використання такого потужного джерела енергії, як атомна, а також інших досягнень прогресу.

Питання для самоконтролю1. Що називають термоядерною реакцією?2. Хто уперше спостерігав ядерну реакцію поділу атомних ядер?3. Що називають ланцюговою реакцією?4. Умови протікання термоядерної реакції5. Ким і коли був збудований перший ядерний реактор?6. Принцип дії ядерного реактору7. Застосування ядерних реакторів