Nuklea fisio: la procezo de fisio. nukleaj reagoj

La artikolo parolas pri kia nuklea fisio kiel la procezo estis malkovrita kaj priskribita. Diskonigas lian uzon kiel fonto de energio kaj nukleaj armiloj.

«Indivisible" atomon

Dudek-unua jarcento estas plena je tiaj esprimoj kiel "atoma energio", "nuklea teknologio", "radioaktiva rubo". Ĉiu fojfoje la titularaj ekbrilis raportoj pri la ebleco de radioaktiva poluado de la grundo, la oceanoj, la antarkta glacio. Sed ordinaraj homoj ofte ne estas tre bona ideo de kio la areo de scienco kaj kiel ĝi helpas en la ĉiutaga vivo. Vi devus komenci, eble, kun la rakontoj. De la unua demando, kiun petis bone nutritaj kaj bone vestita viro, li volis scii, kiel la mondo funkcias. Kiel la okulo vidas, la orelo aŭdas kial ol akvo diferencas de la ŝtono - tio estas kion la saĝuloj el pratempo zorgo. Eĉ en antikva Hindio kaj Grekio, kelkaj demandaj mensoj sugestas ke estas minimuma partiklo (ĝi estas ankaŭ nomata "nedividebla"), kun la ecoj de la materialo. Mezepoka ĥemiistoj konfirmita diveni saĝa, kaj la moderna difino atomon inkludas atomo - la plej malgranda partiklo de substanco kiu estas portanto de ecoj.

atomon partoj

Tamen, la disvolviĝo de la teknologio (ekzemple, fotoj) kaŭzis la atomon ĉesis esti la plej malgranda ebla partiklo substanco. Kvankam prenita aparte atomon estas elektre neŭtrala, sciencistoj rapide rimarkis: ĝi konsistas el du partoj kun malsamaj postenoj. La nombro de pozitive ŝargita unuoj la nombro de negativaj kompensas tiel restas neŭtrala atomo. Sed ne estis senambigua modelo de la atomo. Ekde tiutempe ankoraŭ dominata de klasika fiziko, komencigxis malsamaj supozoj.

modelo de la atomo

Komence, la modelo de "blanka pano kun sekvinberoj" estis proponita. La pozitiva ŝarĝo kiel plenigas la tutan spacon de la atomo kaj ĝi, kiel sekvinberojn en bulko, negativaj ŝargoj estas distribuitaj. La fama eksperimentoj de Rutherford identigita jeno: Estas tre peza elemento kun pozitiva ŝarĝo (la kerno), kaj ĉirkaŭita kun multe pli malpezaj elektronoj en la centro de la atomo. Kernel Pezo centojn da fojoj pli peza ol la sumo de ĉiuj elektronoj (kiu estas 99,9 procentoj de pezo de totala atomoj). Ĝi tiel naskiĝis la planeda modelo de la atomo de Bohr. Tamen, iuj de liaj elementoj kontraŭdiri akceptita en la momento de klasika fiziko. Tial, la nova kvantuma mekaniko estis disvolvita. Kun lia apero la periodo komencis nonclassical scienco.

La atomo kaj radioaktiveco

De ĉiuj super ĝi iĝas klare, ke la kerno - ĝi estas peza, pozitive ŝargita parto de la atomo, kiu konsistigas la plejparton de ĝi. Kiam la kvantumigo de energio kaj la pozicion de elektrono orbitanta atomo estis bone studitaj, estas tempo por kompreni la naturon de la atoma kerno. Ĝi venis al la helpo de brila kaj neatendita malkovro de radioaktiveco. Ĝi helpis malkaŝi la esencon de peza centra atomo, kiel la radioaktiva fonto - nuklea fisio. Ĉe la turno de la deknaŭa kaj dudeka jarcentoj, la malfermo falis unu post la alia. Teoria solvo de unu problemo kaŭzante la bezonon starigi novajn spertojn. La eksperimentaj rezultoj kaŭzis teoriojn kaj hipotezojn kiuj estas necesaj por konfirmi aŭ refutar. Ofte, la plej grandaj malkovroj aperis, simple ĉar tio la formulo estas oportuna por komputado (kiel kvantuma Max Planck). Komence de la erao de la foto, sciencistoj komprenis, ke la uranio saloj lumo-kuracita lumo-delikata filmo, sed ili ne sciis, ke la bazo de ĉi tiu fenomeno estas nuklea fisio. Sekve, la radioaktiveco estis studita por kompreni la naturon de nuklea disfalo. Estas preterlasas ke la emisión kvantuma transiroj estis generita, sed ĝi ne estis certe kion ĝi estas. Chet Curie eltirita pura radiumo kaj polonio, procesante uranio erco preskaŭ permane akiri respondon al tiu demando.

zorge radiado

Rutherford faris multon por la studo de atoma strukturo kaj ankaŭ kontribuis al la studo de kiel la divido de la kerno de atomo. Sciencisto metis la radiado elsendita de radioaktiva elemento en magneta kampo kaj akiris grandan rezulton. Montriĝis, ke la radiado konsistas el tri partoj: unu estis neŭtrala kaj la aliaj du - pozitive kaj negative ŝargita. fisio studo komencis kun la identigo de liaj komponantoj. Ĝi estis pruvita ke la kerna povas dividi, por doni parton de ĝia pozitiva ŝarĝo.

La strukturo de la kerno

Ĝi poste aperis ke la atoma nukleo konsistas ne nur el pozitive ŝargita partikloj de protonoj, sed la neŭtralan neŭtrono partikloj. Kune ili estas nomataj nukleonoj (el la angla «kerno», la kerno). Tamen, sciencistoj denove renkontis problemon: la maso de la kerno (kio estas la nombro da nukleonoj) ne ĉiam respondas al ĝia ŝargo. Y hidrogeno kerno havas ŝargon de + 1, kaj la maso eble estas tri, du, kaj unu. Sekvante ĝin en la perioda tabelo heliumo zorge kerna 2, kun sia kerno enhavas 4 al 6 nukleonoj. Pli kompleksaj elementoj povas havi multe pli granda nombro de malsamaj masoj samtempe zorge. Tiaj variadoj de atomoj nomitaj izotopoj. Kaj kelkaj estis tute stabilaj izotopoj, aliaj rapide diseriĝis, ĉar por ili ĝi estis karakterizita de nuklea fisio. Kio bazo konsekvenca kun la nombro de nukleonoj stabileco de nukleoj? Kial la aldono de nur unu neŭtrono al la peza kaj sufiĉe stabila kerno kondukis al lia fendo liberigi de radioaktiveco? Por stranga kiu similas, la respondo al ĉi tiu grava demando ankoraŭ ne trovita. Empirie, estis eltrovis ke certa nombro da protonoj kaj neŭtronoj respondas al stalo agordoj de kernoj. Se la kernon 2, 4, 8, 50 neŭtronoj kaj / aŭ protonojn, la kerno volas unike stabila. Ĉi tiuj nombroj estas eĉ nomata kiel magia (kaj nomis ilin kiel plenkreskuloj, sciencistoj, nuklea fiziko). Tiel, fisio dependas ilia maso, tio estas, la nombro de iliaj konsistigaj nukleonoj.

Guto, kovrilo, kristalo

Determini la faktoro kiu respondecas, estis neeble, en la momento por la stabileco de la kerno. Ekzistas multaj teorioj, modeloj de atoma strukturo. Tri el la plej famaj kaj evoluigita ofte en konflikto kun unu la alian en malsamaj materioj. La unua estas ke la kerna - guton da specialaj nukleaj likva. Koncerne akvon, ĝi karakterizas por flueco, malprofunda streĉiĝo, fandado kaj dekadenco. En la ŝelo modelo en la kerno ankaŭ, estas iuj niveloj de energio, kiuj estas plenaj de nukleonoj. La tria ŝtatoj ke la kerna - mediumo, kiu povas refractarse specifa ondolongo (de Broglie), kie la refrakta indico - estas la potenciala energio. Tamen, neniu modelo ĝis nun ne plene priskribi kial ĉe certa kritika maso de ĉi tiu aparta kemia elemento, la divido de la kerno komencas.

Kio okazas dekadenco

La radioaktiveco, kiel menciita supre, estis trovita en substancoj kiuj povas trovi en la naturo: uranio, polonio, radiumo. Ekzemple, la ĵus produktitaj, pura uranio estas radioaktiva. Splitting procezo en ĉi tiu kazo estos spontaneaj. Sen ajna ekstera influo certa kvanto de uranio atomoj elsendas alfa partikloj spontanee transformita en torio. Estas indikilo, kiu estas nomita la duoniĝotempo. Ĝi montras, por periodo de tempo de la komenca parto nombroj estos ĉirkaŭ duono. Ĉiu radioaktiva elemento duoniĝotempo de ĝia propra - de frakcio de sekundo al Kalifornio al centoj da miloj da jaroj por uranio kaj cezio. Sed estas deviga agado. Se la atomaj kernoj bombardi protonojn aŭ alfa partikloj (heliumo nukleoj) kun alta kineta energio, ili povas esti "dividita". konvertiĝo mekanismo, kompreneble, malsama de kiel la patrina preferataj rompas vazon. Tamen, certa analogio povas esti spurita.

atoma energio

Ĝis nun ni ne respondis al la praktika demando: Kie la energio en nuklea fisio. Por komenco necesas klarigi ke dum la formado de la kerno estas speciala nuklea forto, nomita la forta interago. Ekde la kernon konsistas el aro de pozitivaj protonoj, la demando restas, kiel Interkunigxis, ĉar la elektrostatikaj fortoj havas sufiĉe forta por repeler ilin de unu la alian. La respondo estas kaj simpla, kaj ekzistas: la kernon restos je la kosto de tre rapida interŝanĝo inter nukleonoj specialaj partikloj - piones. Ĉi tiu ligo vivas estas nekredeble malgranda. Unufoje finita la interŝanĝo de pi-mesones, la kerna malintegras. kiel estas bone konata, ke la maso de la kerno estas malpli ol la sumo de ĉiuj ĝiaj konsistigaj nukleonoj. Tiu fenomeno estas nomita la maso difekto. Fakte, la mankanta maso - estas la energio kiu elspezas en subteni la integrecon de la kerno. Unufoje apartaj de la atoma kerno iu parto de ĉi tiu energio estas produktita en nukleaj instaladoj kaj transformita en varmego. Tio estas, la energio de nuklea fisio - estas klara pruvo de Einstein fama formulo. Recall, la formulo tekstas: energio kaj maso povas esti konvertita en la alia (E = mc ^2).

Teorio kaj praktiko

Nun diru al ni kiel ĝi estas uzata pure teoriaj malkovro en mia vivo por gigawatts de elektro. Unue, ni notu, ke en kontrolita reagoj induktitaj fisio estas uzata. Plej ofte ĝi estas la uranio aŭ polonio, kiu estas bombardita de rapida neŭtronoj. Dua, ĝi devas kompreni ke la nuklea fisio estas akompanita de la kreo de novaj neŭtronoj. Rezulte, la nombro de neŭtronoj en la reago zono povas kreski tre rapide. Ĉiu neŭtronoj kolizias kun nova, pli tutaj grajnoj, disdividas ilin, kondukanta al pliigo de varmo generacio. Jen ĉeno reago de nuklea fisio. Descontrolada kvantoj de neŭtronoj kresko de la reaktoro povas kaŭzi eksplodon. Tion okazis en 1986 ĉe la Ĉernobilo nuklea centralo. Sekve, en la reago zono ĉiam substanco kiu sorbas eksceso neŭtronoj malhelpi katastrofo. Ĉi grafito en la formo de longaj stangoj. fisio indico povas malrapidigis mergante la bastonojn en la reago zono. Ekvacio nuklea reago estas farita specife por ĉiu aktiva substanco kaj radioaktiva bombardi lia partikloj (elektronoj, protonoj, alfa partikloj). Tamen, la fina energio produktado kalkulita laŭ la leĝo de konservado: E1 + E2 + Kaj3 = E4. Tio estas la tuta energio de la komenca kerno kaj partikloj (Kaj1 + Kaj2) devas esti egala al la energio de la rezultanta kerno kaj izolita en la libera formo de energio (Kaj3 + E4). La ekvacio ankaŭ montras nuklea reago, substanco ricevita per descomposición. Ekzemple, uranio U = Th + Li, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. Oni ne donas izotopoj de la kemiaj elementoj, sed ĉi tiu estas grava. Ekzemple, estas tri ebloj uranio fisio, kiu produktas malsamajn plumbo izotopoj, kaj neono. Preskaŭ cent procentoj de la reago de fisio donas radioizotopoj. Tio estas, la dekadenco de uranio akiris radioaktiva torio. Torio, protactinio povas malintegras, ke - por Aktinio, kaj tiel plu. Radioaktiva en ĉi tiu serio povas esti, kaj bismuto kaj titanio. Eĉ hidrogeno kiu enhavas du protonojn en la nukleo (kun rapideco de unu protono), alie nomita - deŭterio. Akvo formis kun hidrogeno nomita peza kaj plenigas la unuan cirkviton en nuklea reaktoro.

ne-pacaj atomon

Esprimoj kiel ekzemple "vetarmado", "malvarma milito", "nuklea minaco" al la moderna homo ŝajnas historiaj kaj pala. Sed unufoje novaĵoj eldono akompanis novaĵo raportoj preskaŭ tuta mondo pri kiom inventita atomarmiloj kaj kiel batali ĝin. Homoj konstruas subteraj bunkroj kaj faris akcioj okaze de nuklea vintro. Tutaj familioj prilaboris la kreo de ŝirmejoj. Eĉ paca uzo de la nuklea fisio reagoj povas konduki al katastrofo. Ĝi similis ke Ĉernobil instruis homaro la precizecon en tiu areo, sed la elementoj de la planedo estis pli forta: la tertremo en Japanio vundita tre fortika plifortigon de la NPP "Fukuŝima". Energio nuklea reago uzita por la detruo de multe pli facila. Teknologio postulas nur limigita forto de la eksplodo, por ne preterintence detrui la tutan planedon. La plej "humana" bombojn, se vi povas nomi, ne malpurigas la najbareco de radiado. Ĝenerale, plej ofte ili uzas senbridan ĉeno reago. Kio en atomcentralojn strebi per ĉiuj rimedoj eviti la bombojn por atingi tre primitiva maniero. Por ajna natura radioaktiva elemento, ekzistas iu maltrankviliga maso de pura substanco en kiu ĉeno reago ekestas mem. Uranio, ekzemple, nur kvindek kilogramoj. Ekde uranio estas tre malfacila, estas nur malgranda metala pilko 12-15 centimetroj de diametro. La unuaj atomaj bomboj falis sur Hiroŝimo kaj Nagasako, estis faritaj precize sur tiu principo: du neegalaj partoj de pura uranio simple kombinitaj kaj kaŭzis teruran eksplodon. Modernaj armiloj estas probable pli kompleksa. Tamen, pri la kritika maso ne devas forgesi ke inter la malgrandaj volumoj de pura radioaktiva substanco dum stokado devus baroj kiuj malhelpas la pecojn kune.

radiado fontoj

Ĉiuj elementoj de la atoma kerno kun zorge super 82 estas radioaktiva. Preskaŭ ĉiuj el la pli malpezaj kemiaj elementoj havas radioaktivaj izotopoj. La pli pezaj la kerno, des malpli ĝia vivdaŭro. Iuj elementoj (kiel ekzemple Kalifornio) povas nur esti akiritaj sinteze - puŝante pezaj atomoj kun pli malpezaj partikloj, ofte kun akceliloj. Ekde ili estas tre malstabila, ili ne estas prezencoj en la tera krusto: la formado de la planedo, ili rapide deprimita en aliajn elementojn. Substancoj kun pli malpezaj kernoj, kiel ekzemple uranio, eblas ekstrakti. Tiu procezo estas longa, taŭga por uranio minado, eĉ en tre riĉa ercojn enhavas malpli ol unu procento. La tria maniero, eble, indikas ke nova geologia epoko komencis. Ĉi eltiro de radioaktivaj elementoj el radioaktiva rubo. Post laborista ĉe la centralo karburaĵo, sur submara aŭ aviadilŝipo, miksaĵo de uranio fonto kaj la fina substanco, la rezulto de divido. Nuntempe, ĝi konsideras solida radioaktivaj restaĵoj kaj kostas dorna temo, kiel ili estas forigi dum tiel ke ili ne malpurigas la medion. Tamen, ekzistas la eblo kiun la preta-koncentrita radioaktiva substancoj en proksima estonteco (ekzemple, polonio), estos produktita de ĉi tiu malŝparo.