Учитель физики МБОУ Школа №16 г
Учитель физики МБОУ Школа №16 г. Саров
Карелина Татьяна Алексеевна
Ядерные реакции
Энергия связи атомного ядра Часть 1
2
Энергия связи атомного ядра
Часть 1
Вспомните, каков состав ядра атома
3
Вспомните, каков состав ядра атома
Энергия связи атомного ядра – энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны
4
Энергия связи атомного ядра – энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны Е = m·c² Есв = ΔM·c²
M - дефект масс- разность масс покоя нуклонов, составляющих ядро атома, и массы целого ядра
5
ΔM - дефект масс- разность масс покоя нуклонов, составляющих ядро атома, и массы целого ядра Mя < Z·mp + N·mn ΔM= Z·mp + N·mn - Mя На 1 а.е.м. приходится энергия связи = 931 МэВ
Сравнение ядерной энергии и тепловой =
6
Сравнение ядерной энергии и тепловой
=
Синтез
4 г гелия
Сгорание
2 вагонов каменного угля
Удельная энергия связи- энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра
7
Удельная энергия связи- энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра
Еуд =
Есв
А
У ядер средней части периодической системы Менделеева
с массовым числом 40 ≤ А ≤ 100 Еуд максимальна
2. У ядер с А>100 Е уд плавно убывает
3. У ядер с А< 40 Еуд скачкообразно убывает
4. Максимальной Еуд обладают ядра, у которых
число протонов и нейтронов четное, минимальной – ядра,
у которых число протонов и нейтронов нечетное
Наиболее оптимальные способы
высвобождения внутренней энергии
ядер:
- деление тяжелых ядер;
- синтез легких ядер.
8 Ядерные реакции Часть 2
8
Ядерные реакции
Часть 2
Ядерные реакции – искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом
9
Ядерные реакции – искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом
Условия:
1) Частицы вплотную приближаются к ядру
и попадают в сферу действия ядерных сил;
2) Частицы должны обладать большой
кинетической энергией (…с помощью ускорителей
элементарных частиц и ионов)
Первые ядерные реакции Э.Резерфорд, 1932 г
10
Первые ядерные реакции
Э.Резерфорд, 1932 г.
Li+
H
→
He+
He
7
3
1
1
4
4
2
2
Ядерная реакция
на быстрых протонах
Классификация ядерных реакций:
11
Классификация ядерных реакций:
По энергии частиц, которые их вызывают:
малые энергии≈ 100 эВ; средние ≈ 1 МэВ; высокие≈50 МэВ.
2. По виду ядер, которые участвуют в реакции:
реакции на легких ядрах (А<50), средних(50<А<100)
и тяжелых ядрах (А>100);
3. По природе бомбардирующих частиц:
реакции на нейтронах, квантах, заряженных частицах;
4. По характеру ядерных преобразований:
захват частиц с преобразованием в более массивное ядро, расщепление ядра на части при бомбардировании, переход ядра из возбужденного состояния в нормальное.
Энергетический выход ядерных реакций
12
Энергетический выход ядерных реакций Е= Δm·c² - разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции
Пример:
Δm=
(m H + m H) – (m He + m n)
1
1
1
2
3
4
2
0
Если Е < 0, то энергия выделяется
(экзотермическая);
Если Е > 0, то энергия поглощается
(эндотермическая).
Ядерные реакции на нейтронах 1934 г
13
Ядерные реакции на нейтронах
1934 г., Э.Ферми – облучали нейтронами
почти все элементы периодической системы.
Нейтроны, не имея заряда,
беспрепятственно проникают в атомные ядра
и вызывают их изменения.
Реакции на быстрых нейтронах.
Реакции на медленных нейтронах
(более эффективны, чем быстрые;
n замедляют в обычной воде)
Al + n → Na + He
27
13
1
0
24
11
4
2
1
0
Деление ядер урана Открытие в 1938 г
14
Деление ядер урана
Открытие в 1938 г. О.Ган, Ф.Штрассман
Объяснение в 1939 г. О.Фриш, Л.Мейтнер
Деление происходит
под действием кулоновских сил
Rb
94
При бомбардировке нейтронами U
образуется 80 различных ядер.
Наиболее вероятное деление на Kr и Ba
в соотношении 2/3
235
91
142
α -излучение
γ-излучение
Цепная ядерная реакция Часть 3
15
Цепная ядерная реакция
Часть 3
Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы среднее количество освобожденных нейтронов с течением времени не уменьшалось
16
Для осуществления цепной реакции необходимо,
чтобы среднее количество освобожденных нейтронов
с течением времени не уменьшалось.
Отношение количества нейтронов
в каком-либо «поколении» к количеству нейтронов
в предыдущем «поколении» называют
коэффициентом размножения нейтронов k
Если k < 1, реакция быстро затухает,
Если k = 1, то реакция протекает с постоянной
интенсивностью (управляемая),
Если k >1, то реакция развивается лавинно
(неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву
Коэффициент размножения определяют следующие факторы: 1)
17
Коэффициент размножения определяют следующие факторы:
1) Захват медленных нейтронов ядрами U
или захват быстрых нейтронов ядрами U и U
с последующим делением.
2) Захват нейтронов ядрами урана без деления.
3) Захват нейтронов продуктами деления, замедлителем и конструктивными элементами установки.
4) Вылет нейтронов наружу из вещества, которое делится.
236
235
235
Чтобы уменьшить вылет нейтронов из куска урана увеличивают массу урана (масса растет быстрее, чем площадь поверхности, если форма – шар)
18
Чтобы уменьшить вылет нейтронов из куска урана увеличивают массу урана (масса растет быстрее, чем площадь поверхности, если форма – шар).
Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой.
В зависимости от устройства установки и типа горючего критическая масса изменяется от 250 г до сотен килограммов
© ООО «Знанио»
С вами с 2009 года.
