Презентация "Ядерные реакции. Деление ядер урана" 11 класс

Ядерные реакции. Ядерные реакции. Деление ядер Деление ядер урана. урана. (107 – 108) (107 – 108)

Сравнение ядерной энергии и тепловой Сгорание 2 вагонов каменного угля Синтез 4 г гелия = 2

Ядерная реакция – изменения атомных – изменения атомных Ядерная реакция ядер при их взаимодействии друг с при их взаимодействии друг с ядер другом или другими частицами другом или другими частицами В 1919 г Резерфорд впервые В 1919 г Резерфорд впервые осуществил искусственное искусственное осуществил превращение атомных ядер: при атомных ядер: при превращение бомбардировке азота α – частицами бомбардировке азота α – частицами ядро азота превращалось в ядро ядро азота превращалось в ядро изотопа кислорода с испусканием изотопа кислорода с испусканием протона протона

Первые ядерные реакции Первые ядерные реакции Э.Резерфорд, 1932 г. Э.Резерфорд, 1932 г. Ядерная реакция на быстрых протонах Li+ H→ He+ He 4 2 1 1 4 2 7 3 4

Условия протекания ядерных Условия протекания ядерных реакций реакций сблизить ядра на ядра на очень очень 1.необходимо сблизить 1.необходимо малое расстояние – только тогда между – только тогда между малое расстояние ними начнут действовать ядерные силы ними начнут действовать ядерные силы 2.сблизиться на малое расстояние могут 2.сблизиться на малое расстояние могут только ядра, летящие с большой с большой только ядра, летящие скоростью (между «+» ядрами большие (между «+» ядрами большие скоростью силы отталкивания) силы отталкивания) *сначала использовали образующиеся *сначала использовали образующиеся при радиоактивных распадах α – при радиоактивных распадах α – частицы с большой Ек частицы с большой Ек *затем использовали нейтроны – *затем использовали нейтроны – медленные (не имеет заряда, то может медленные (не имеет заряда, то может проникать в ядро и вызывать реакцию) проникать в ядро и вызывать реакцию)

Классификация ядерных Классификация ядерных реакций: реакций: 1.1.По энергии частиц, которые их По энергии частиц, которые их вызывают: вызывают: малые энергии≈ 100 эВ; средние ≈ 1 МэВ; малые энергии≈ 100 эВ; средние ≈ 1 МэВ; высокие≈50 МэВ. высокие≈50 МэВ. 2.2. По виду ядер, которые участвуют в По виду ядер, которые участвуют в реакции: реакции: реакции на легких ядрах (А реакции на легких ядрах (А<<50), 50), средних(50<<АА<<100) 100) средних(50 и тяжелых ядрах (А>>100); и тяжелых ядрах (А 100); По природе бомбардирующих частиц: 3.3. По природе бомбардирующих частиц: реакции на нейтронах, квантах, заряженных реакции на нейтронах, квантах, заряженных частицах; частицах; 4.4. По характеру ядерных преобразований: По характеру ядерных преобразований: захват частиц с преобразованием в более захват частиц с преобразованием в более массивное ядро, расщепление ядра на части массивное ядро, расщепление ядра на части при бомбардировании, переход ядра из при бомбардировании, переход ядра из 7

Энергетический выход ядерных Энергетический выход ядерных реакций реакций Е= Е= ΔΔm·c²m·c² - разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции 3 1 Пример: Δm=(m  H + m  H) – (m  He + m  n)  2 1 Если Е << 0, то энергия выделяется 0, то энергия выделяется      Если Е (экзотермическая); (экзотермическая); Если Е Если Е >> 0, то энергия поглощается 0, то энергия поглощается (эндотермическая).  (эндотермическая).      4 2 1 0 8

* реакция 1 – с поглощением с поглощением * реакция 1 – энергии (Ек начальных частиц энергии (Ек начальных частиц частично превращается во частично превращается во внутреннюю энергию ядра) – внутреннюю энергию ядра) – образование ядра образование ядра * реакция 2 – с выделением с выделением * реакция 2 – энергии (начальная внутренняя энергии (начальная внутренняя энергия ядра частично энергия ядра частично превращается в Ек образующихся превращается в Ек образующихся частиц) – распад ядра распад ядра частиц) –

Ядерные реакции на Ядерные реакции на 1934 г., Э.Ферми – облучали нейтронах нейтронах нейтронами почти все элементы периодической беспрепятственно проникают в атомные Al + n  1 0 системы. → ядра Нейтроны, не имея заряда, 27 13 и вызывают их изменения.   Na +  He 24 11 4 2 1 0 Реакции на быстрых нейтронах. Реакции на медленных нейтронах (более эффективны, чем быстрые; n замедляют в обычной воде)

Виды ядерных реакций Виды ядерных реакций образование ядра из менее синтез – – образование 1.1.синтез ядра из менее массивных ядер (сближение ядер) – при массивных ядер (сближение ядер) – при очень большой температуре (десятки очень большой температуре (десятки млн млн 00) –) – термоядерные термоядерные В недрах звёзд, а на Земле впервые в В недрах звёзд, а на Земле впервые в 1953 г в СССР в водородной бомбе 1953 г в СССР в водородной бомбе деление – – расщепление 2.2.деление массивные ядра массивные ядра расщепление ядра на менее ядра на менее

Деление ядер урана Деление ядер урана Открытие в 19381938 г. О.Ган, г. О.Ган, Открытие в Ф.Штрассман Ф.Штрассман Объяснение в 1939 г. О.Фриш, Объяснение в 1939 г. О.Фриш, 235235 При бомбардировке нейтронами UU При бомбардировке нейтронами образуется 80 различных ядер. образуется 80 различных ядер. Наиболее вероятное деление на Kr Kr Наиболее вероятное деление на Л.Мейтнер Л.Мейтнер 9191 Деление происходит  под действием кулоновских сил ии Ba Ba 142142 в соотношении 2/3 в соотношении 2/3 94 Rb α ­излучениеγ­излучение 12

Вынужденное деление на основе капельной модели Вынужденное деление на основе капельной модели ядра: ядра: • Ядро (простейшая модель) представляется в виде Ядро (простейшая модель) представляется в виде сферы с электрическим зарядом, равномерно сферы с электрическим зарядом, равномерно распределенным по всему объему. распределенным по всему объему. Когда ядро 235235UU поглощает нейтрон, приобретенная • Когда ядро поглощает нейтрон, приобретенная энергия идет на идет на энергия либо на возбуждение либо на возбуждение нуклонов сферического нуклонов сферического ядра ядра либо на его либо на его деформацию (нуклоны деформацию (нуклоны не возбуждены). не возбуждены). Ядро удлиняется до Ядро удлиняется до седловидной точки седловидной точки (сила отталкивания (сила отталкивания между зарядами а между зарядами а концах вытянутого ядра концах вытянутого ядра становится больше чем становится больше чем притягивающая притягивающая ядерная сила). ядерная сила). Ядро делится на два Ядро делится на два осколка. осколка.

V 1 30 c • За счет электростатических сил отталкивания осколки разлетаются со скоростью (превращение энергии деления примерно 200МэВ в кинетическую энергию осколков ядра примерно 168 МэВ). • Эти осколки неравной массы, сильно радиоактивны, так как содержат избыточное количество нейтронов. • В результате серии последовательных β­распадов получаются  стабильные изотопы. • Осколки приобретают форму сферы. • Избыточная энергия уносится нейтронами и γ­лучами. • Тяжелые ядра делятся намного чаще легких: чем больше протонов в ядре, тем  больше силы отталкивания между концами деформированного ядра, меньше  требуется дополнительной энергии. • Ядро урана может делится спонтанно (самопроизвольно). Открыто советскими  физиками Г. Н. Флеровым и К. А. Петржаком в 1940 году. Период полураспада  =1016 лет. Георгий Николаеви ч Флеров 1913–1990 Константин Антонович Петржак 1907 - 1998

В процессе деления испускается 2-3 нейтрона. => Возможно практическое использование внутриядерной энергии. Отношение числа нейтронов к числу протонов в стабильных ядрах возрастает с повышением атомного номера. У осколков относительное число нейтронов оказывается большим, чем это допустимо для ядер атомов, находящихся в середине таблицы Менделеева. Несколько нейтронов освобождается в процессе деления. Их энергия имеет различные значения – от нескольких миллионов электрон-вольт до совсем малых, близких к нулю.