Где прячется энергия в атомах?

АТОМНАЯ
ЭНЕРГИЯ

© Исакова М.А., 2017

— эквивалентность массы и энергии

Родился в г.Вюртемберге в Германии.
Физик-теоретик, пацифист.
Один из основателей современной теоретической физики, лауреат  Нобелевской
премии по физике 1921 года (˝за объяснение явления фотоэффекта˝).
Скончался великий
учёный в городе
Принстоне (США),
а его пепел по
завещанию был
развеян по ветру.

Альберт Эйнштейн
1879-1955

работа по преодолению
действия ядерных сил

энергия ядра

Zmpс 2 + Nmnс 2

энергия
Z протонов

энергия
N нейтронов

Mяс 2 + Wсв

Wсв – энергия связи ядра

+Wсв

– Wсв

Zmpс 2 + Nmnс 2

Mяс 2 + Wсв =

Wсв =

(Zmpс 2 + Nmnс 2) –

Wсв =

(Zmp + Nmn – Mя ) с 2

Mяс 2

дефект массы = Δm

Z + N = А – число нуклонов

– удельная энергия
связи ядра

Wсв

А

Удельная энергия связи –
энергия (средняя),
необходимая для
отделения от ядра
одного нуклона

1эВ = 1,6 ∙ 10 -19Дж

1эВ – электрон-вольт

1МэВ = 10 6эВ =
= 1,6 ∙ 10 -13Дж

1МэВ –
– Мегаэлектрон-вольт

А

Wсв

ʺГрафикʺ удельной энергии связи

МэВ/нуклон

лёгкие
ядра

тяжёлые ядра

А

нуклоны

Энергия, необходимая на разделение (на нуклоны)
ядра с количеством нуклонов = 200:

̶ 200нуклон ∙ 7,5МэВ/нуклон

Энергия, выделяющаяся при возникновении двух
ядер с количеством нуклонов = 100:

+ 2∙100нуклон ∙ 8,5МэВ/нуклон

выделяется

Энергетический выход реакции
для одного ядра:

+ 200 МэВ

Энергетический выход реакции
в расчёте на 1 нуклон:

+ 1 МэВ/нуклон

Для возникновения такого распада
(на «осколки») используют нейтроны:

к =

количество нейтронов последующего поколения

количество нейтронов предыдущего поколения

Спонтанное деление ядер урана было открыто
русскими физиками
Флёровым и Петржаком в 1940 году.

Ядерное топливо

В природной руде: 238U – 99,3%
235U – 0,7%


— реакция не развивается.

Для поддержания ядерной реакции необходимо
15% 235U .

В настоящее время ценность имеют только те вещества, которые могут делиться под действием on любых энергий: 235U ,
233U ,
239Pu .

1

1

1

При делении
1кг
урана или плутония выделяется энергии
8,21·1013 Дж ,
что эквивалентно

энергии при сжигании
2500 тонн
нефти.

Минимальная масса чистого U-235, в которой цепная реакция будет самоподдерживающейся:

≈ 50 кг
(около 17-18 см в диаметре)

При меньшей массе реакция продолжаться не будет (нейтроны вылетают за пределы образца без столкновения),
поэтому ядерное топливо хранят
в небольших кусках
(при их сближении – взрыв).

Основные элементы ядерного реактора:

Термоядерная реакция

̶ реакция, при которой происходит синтез ядер, содержащих большее количество нуклонов, из ядер с меньшим количеством нуклонов:

1H + 1H = 2 He + 0 n

2

3

4

1

3 Li + 0 n = 2 He + 1 H

6

1

4

3

t o!

= 10 7 - 10 9 oC

̶ условие протекания
термоядерной реакции

Энергетический выход реакции
в расчёте на 1 нуклон:

+ 3,5 МэВ/нуклон

t o!

На 2006 год:

Россия – 30 реакторов
Франция – 54 реактора
Япония – 64 реактора
США – 104 реактора
Италия – в 1987 году закрыты все АЭС
Германия – к 2022 году планируется отказ от АЭС

Атомная энергетика существует на сегодняшний день в 31 стране мира

X + Y =

A1

(Zmpс 2 + Nmnс 2) – + MY с 2) –
– «теряем»

(MX с 2

(Zmpс 2 + Nmnс 2) – + MY с 2) –
– «приобретаем»

(MX с 2

Z1

A2

Z2

X + Y

A3

Z3

A4

Z4

Z = Z1 + Z2 = Z3 + Z4

N = A1 + A2 – Z = A3 + A4 – Z