Вопрос. Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция. Термоядерная реакция. Применение ядерной энергии.

Ядерными реакциями называют изменение атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом. Они происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и начинают действовать ядерные силы. Сближение положительно заряженных частиц с ядрами затруднено, т.к одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга, поэтому сближение возможно, если этим частицам сообщена большая кинетическая энергия. Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в 1919 году, бомбардируя α-частицами ядра атомов азота, она была зафиксирована по появлению вторичных ионизирующих частиц, имеющих пробег в газе больше пробега α-частиц и идентифицированных как протоны. Впоследствии с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса.

Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции. Из этого следует, что при ядерных реакциях происходит выделение или поглощение энергии.

Между протонами действуют ядерные силы притяжение. Эти силы удерживают ядро от распада.

Ядерной цепной реакцией называется реакция, в которой частицы, вызывающие её (нейтроны), образуются как продукты этой реакции. При цепных ядерных реакциях выделяется огромная энергия.

Ядра урана, тория и других тяжелых элементов способны делиться под влиянием нейтронов. Деление атомных ядер тяжелых элементов возможно благодаря тому, что удельная энергия связи этих ядер меньше удельной энергии связи ядер элементов середины периодической системы Д.И.Менделеева.

Термоядерные реакции – это реакции слияния легких ядер при очень высокой температуре. При этом выделяется значительная энергия. За счет термоядерных реакций Солнце и звезды выделяют энергию на протяжении миллиардов лет. Температура нагревания реагирующих веществ должна быть порядка сто миллионов кельвин. Такие температуры могут быть достигнуты путем создания в плазме электрических разрядов.

Применение ядерной энергии для преобразования ее в электрическую впервые было осуществлено в нашей стране в 1954 г. В г. Обнинске была введена в действие первая атомная электростанция (АЭС) мощностью 5000 кВт. Энергия, выделяющаяся в ядерном реакторе, использовалась для превращения воды в пар, который вращал затем связанную с генератором турбину. По такому же принципу действуют введенные в эксплуатацию Нововоронежская, Ленинградская, Курская, Кольская и другие АЭС. Реакторы этих станций имеют мощность 500—1000 МВт. Атомные электростанции строятся прежде всего в европейской части страны. Атомные электростанции не потребляют атмосферный кислород и не засоряют среду золой и продуктами сгорания. Наибольшую потенциальную опасность представляет радиоактивное загрязнение. Сложные проблемы возникают с захоронением радиоактивных отходов и демонтажем отслуживших свой срок атомных электростанций. Срок их службы около 20 лет, после чего восстановление станций из-за многолетнего воздействия радиации на материалы конструкций невозможно. АЭС проектируется с расчетом на максимальную безопасность персонала станции и населения. Опыт эксплуатации АЭС во всем мире показывает, что биосфера надежно защищена от радиационного воздействия предприятий ядерной энергетики в нормальном режиме эксплуатации. Однако взрыв четвертого реактора на Чернобыльской АЭС показал, что риск разрушения активной зоны реактора из-за ошибок персонала и просчетов в конструкции реакторов остается реальностью, поэтому принимаются строжайшие меры для снижения этого риска. Атомные бомбы применили США в конце Второй мировой войны против Японии. В 1945 г. были сброшены атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки. В термоядерной (водородной) бомбе для инициирования реакции синтеза используется взрыв атомной бомбы, помещенной внутри термоядерной. Нетривиальным решением оказалось то, что, взрыв атомной бомбы используется не для повышения температуры, а для сильнейшего сжатия термоядерного топлива излучением, образующимся при взрыве атомной бомбы. В нашей стране основные идеи создания термоядерного взрыва были выдвинуты А. Д. Сахаровым. С созданием ядерного оружия победа в войне стала невозможной. Ядерная война способна привести человечество к гибели, поэтому народы всего мира настойчиво борются за запрещение ядерного оружия.

Вопрос

Билет 15.