Поделиться
9кл деление тяжелых ядер урана ядерный реактор.pptx
ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ
Конюшенко Татьяна Львовна, учитель физики, СОСНОВСКАЯ СШ
«Физика. 9 класс»
Тема: ДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕР. ЦЕПНАЯ ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ. ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР. ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА.
ЦЕЛИ УРОКА
Показать возможность деления тяжелых ядер Рассмотреть возможность управлять цепной реакцией Рассмотреть устройство и принцип работы ядерного реактора
Закрепить изучаемый материал,используя тестовые задания Проверить усвоение материала диагностическими методами
П р о в е р к а д/з
4
Найти энергию связи для ядра атома алюминия
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
𝟏𝟑 𝟐𝟕 Al 𝟏𝟏𝟑𝟑 𝟏𝟑 𝟐𝟕 Al 𝟐𝟐𝟕𝟕 𝟏𝟑 𝟐𝟕 Al Al 𝟏𝟑 𝟐𝟕 Al
ХРОНОЛОГИЯ СОБЫТИЙ
ДАТА | СОБЫТИЕ | КТО СДЕЛАЛ |
1932 год | ОТКРЫТИЕ НЕЙТРОНА | Дж.Чедвик |
1938 год | ДЕЛЕНИЕ ЯДРА УРАНА | О.Ган и Ф.Штрассман |
1939 год | О БЪЯСНЕНИЕ ФАКТА ДЕЛЕНИЯ ЯДРА УРАНА | О.Фриш и Л.Майтнер |
1940 год | СПОНТАННОЕ ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР УРАНА | Г.Флеров и В.Петржак |
1942 год | ПЕРВАЯ УПРАВЛЯЕМАЯ РЕАКЦИЯ ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР УРАНА(ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР) | Э.Ферми |
1946 год | ПЕРВЫЙ ЯДЕРНЫЦ РЕАКТОР В СССР И ЕВРОПЕ | И.Курчатов |
Атомные ядра, содержащие большое число нуклонов, неустойчивы и могут распадаться. В 1939 г. немецкие ученые Отто Ган и Франц Штрассман наблюдали деление ядра урана под действием медленных нейтронов. Использование именно нейтронов для деления ядер обусловлено их электронейтральностью. Отсутствие кулоновского отталкивания протонами ядра позволяет нейтронам беспрепятственно проникать в атомное ядро. Временный захват нейтрона нарушает хрупкую стабильность ядра, обусловленную тонким балансом сил кулоновского отталкивания и ядерного притяжения.
Ядерные реакции.
ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ – превращения атомных ядер при взаимодействии с др. ядрами, элементарными частицами или квантами.
Ядерные реакции осуществляют под действием налетающих, или бомбардирующих, частиц, которыми облучают более тяжелые ядра. Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом, в 1919 г.
Ядерные реакции.
Ядерные реакции сопровождаются энергетическими превращениями. Энергетический выход - Q = (Mp + Mn – Mя )c2 = ΔMc2.
ΔM называется дефектом масс.
В ядре действует два вида сил: электростатические силы отталкивания между протонами, стремящиеся разорвать ядро и ядерные силы притяжения между всеми нуклонами, благодаря которым ядро не распадается. Ядро урана-235 имеет форму шара. Поглотив лишний нейтрон, ядро возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. Ядро растягивается до тех пор, пока силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начинаю преобладать над силами притяжения, действующими в перешейке. После этого ядро разрывается на две части.
Механизм деления ядра.
Механизм деления ядра.
В результате реакции деления ядра урана-235 образуется два или три нейтрона.
Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжелого ядра, возбужденного захватом нейтрона, на две приблизительно равные части, называемые осколками деления.
При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно ее температура заметно возрастают. Таким образом, реакция деления ядер урана идет с выделением энергии в окружающую среду.
Деление тяжелых ядер.
Реакции деления – это процесс, при котором нестабильное ядро делится на два крупных фрагмента сравнимых масс.
В 1939 году немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деление ядер урана. Они установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической системы – радиоактивные изотопы бария,криптона.
Деление тяжелых ядер.
Уран встречается в природе в виде двух изотопов: (99,3 %) и (0,7 %). При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. При этом реакция деления наиболее интенсивно идет на медленных (тепловых) нейтронах, в то время как ядра вступают в реакцию деления только с быстрыми нейтронами с энергией порядка 1 МэВ.
Деление ядер урана.
Радиоактивное семейство урана-235. Для каждого изотопа приведен период полураспада
Цепные ядерные реакции.
При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией.
Схема развития цепной ядерной реакции.
Применение ядерных реакций.
Область применения ядерных реакций очень обширна. В настоящее время ядерные реакции применяются в следующих областях деятельности человечества: Энергетика Военная сфера
Применение ядерных реакций.
Медицина - в современной ядерной медицине для научно-исследовательских, диагностических и терапевтических целей применяют свыше 50 циклотронных радионуклидов с периодом полураспада от нескольких минут до нескольких лет.
Синтез новых элементов - получение новых элементов, т.к. при расщеплении или слиянии ядер получаются другие элементы таблицы Менделеева.
Применение ядерных реакций.
Научные исследования – ядерные реакции довольно широко применяются в научных работах в определенных сферах.
Биологическое действие.
Биологическое действие радиоактивных излучений.
Радиоактивные излучения губительным образом действуют на живые клетки. Предельно допустимая за год доза для человека равна 0,05 Гр. Доза в 3 - 10 Гр, полученная за короткое время, смертельна.
Действие излучений на человека.
Ядерный реактор
Ядерный реактор - это устройство, предназначенное для превращения энергии атомного ядра в электрическую энергию. В ядре реактора находится радиоактивное вещество (обычно, уран или плутоний).
Управление ядерной реакцией заключается в регулировании скорости размножения свободных нейтронов в уране, чтобы их число оставалось неизменным.
Реактор, работающий на уране-235, называется реактором на медленных нейтронах. Он назван так, потому что уран-235 наиболее эффективно делиться под действием медленных нейтронов.
Ядерный реактор является основным элементом атомной электростанции (АЭС), преобразующей тепловую ядерную энергию в электрическую. В результате деления ядер в реакторе выделяется тепловая энергия. Эта энергия преобразуется в энергию пара, вращающего паровую турбину. Паровая турбина в свою очередь вращает ротор генератора, вырабатывающего электрический ток. Таким образом, преобразование происходит по следующей схеме:
внутренняя энергия ядер урана кинетическая энергия нейтронов и осколков ядер внутренняя энергия воды внутренняя энергия пара кинетическая энергия пара кинетическая энергия ротора турбины и ротора генератора электрическая энергия.
Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер.
Ядра урана (особенно изотопа ) наиболее эффективно захватывают медленные нейтроны.
Вероятность захвата медленных нейтронов с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых.
В ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используются замедлители нейтронов для повышения коэффициенты размножения нейтронов.
Схема процессов в ядерном реакторе:
Основные элементы ядерного реактора:
1) ядерное горючее ( ,
, и др.);
2) замедлитель нейтронов (тяжелая или обычная вода, графит и др.);
3) теплоноситель для вывода энергии, образующейся при работе реактора (вода, жидкий натрий и др.);
4) Устройство для регулиро-
вания скорости реакции (вводимые в рабочее
пространство реактора стержни, содержащие кадмий или бор – вещества, которые хорошо поглощают нейтроны).
Снаружи реактор окружают защитной оболочкой, задерживающей γ-излучение и нейтроны. Оболочку выполняют из бетона с железным наполнителем.
Критическая масса.
Критическая масса – наименьшая масса делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция.
При малых размерах велика утечка нейтронов через поверхность активной зоны реактора (объем, в которой располагаются стержни с ураном).
С увеличением размеров системы число ядер, участвующих в делении, растет пропорционально объему, а число нейтронов, теряемых вследствие утечки, увеличивается пропорционально площади поверхности.
Увеличивая систему, можно достичь значений коэффициента размножения k=1. Система будет иметь критические размеры , если число нейтронов , потерянных вследствие захвата и утечки, равно числу нейтронов , полученных в процессе деления.
Критические размеры (критическая масса) определяются:
типом ядерного горючего;
замедлителем;
конструктивными особенностями реактора.
Коэффициент размножения нейтронов k - отношение числа нейтронов в данном этапе цепной реакции к их числу в предыдущем этапе.
Если k ≥1 , то число нейтронов увеличивается с течением временим или остается постоянным и цепная реакция идет.
Если k <1, то число нейтронов убывает и цепная реакция невозможна.
При k =1 реакция протекает стационарно: число нейтронов сохраняется неизменным. Это равенство необходимо поддерживать с большой точностью. Уже при k =1,01 почти мгновенно произойдет взрыв.
Наименьшая масса урана, при которой возможно протекание цепной реакции, называется критической массой.
Управление реактором осуществляется при помощи стержней, содержащих кадмий или бор.
При выдвинутых из активной зоны реактора стержнях k>1.
При полностью вдвинутых стержнях k<1.
Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции.
Реакторы на быстрых нейтронах:
Построены реакторы, работающие без замедлителя на быстрых нейтронах.
Вероятность деления, вызванного быстрыми нейтронами мала такие реакторы не могут работать на естественном уране. Реакцию можно поддерживать лишь в обогащенной смеси, содержащей не менее 15% изотопа .
Преимущество: при их работе образуется значительное количество плутония, который затем можно использовать в качестве ядерного топлива.
Эти реакторы называют реакторами - размножителями, так как они воспроизводят делящийся материал.
Первые ядерные реакторы
Впервые цепная ядерная реакция урана была осуществлена в США коллективом ученых под руководством Энрико Ферми в декабре 1942г.
В нашей стране первый ядерный реактор был запущен 25 декабря 1946 г. коллективом физиков, который возглавлял ученый Игорь Васильевич Курчатов (1903-1960).
Энрико Ферми (1901-1954)
Игорь Васильевич Курчатов
(1903-1960)
Ядерная энергетика — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии
Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235.
Ядерные реакции сопровождаются энергетическими превращениями. Энергетическим выходом ядерной реакции называется величина Q = (MA + MB – MC – MD)c2 = ΔMc2.где MA и MB – массы исходных продуктов, MC и MD – массы конечных продуктов реакции. Величина ΔM называется дефектом масс. Ядерные реакции могут протекать с выделением (Q > 0) или с поглощением энергии (Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, которая называется порогом реакции.
Ядерная энергетика– сложный комплекс, состоящий из нескольких отраслей:
добыча и обогащение урана – основного топлива для ядерных реакторов;
комплекс предприятий по производству изотопов урана и плутония;
собственно предприятия атомной энергетики, выполняющие задачи по проектированию, возведению и эксплуатации АЭС;
производство ядерных энергетических установок.
Косвенное отношение к атомной энергетике имеют научно-исследовательские институты, где ведётся разработка и совершенствование технологий добычи электроэнергии. Вместе с тем, подобные учреждения занимаются проблемами атомного вооружения, безопасности и судостроения.
Задачи
1. Почему энергия связи атома водорода равна нулю ?
2. Какую роль выполняют графит и вода в ядерных реакторах?
3. Определите дефект масс и энергию связи ядра атома урана ?
4. Какова энергия связи ядра углерода ?
5. Выделяется или поглощается энергия при следующей ядерной реакции: ?
6. Какой энергетический выход ядерной реакции
?
Домашнее задание
1.Выяснить случаи аварий на АЭС в разные годы и в разных странах.
Составить сравнительную таблицу выработки электроэнергии па различных электростанциях.
Составить тезисы экологических проблем использования АЭС
Спасибо за внимание!
Материалы на данной страницы взяты из открытых источников либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.
