Учебная работа. Доклад: Законы сохранения в ядерных реакциях
Записывая для всякого ядра соотношение (1), получим
M(Z, A) = M(Z1, A1) + M(Z2, A2) – W/c2,
(4)
где
W = Eсв(Z, A) – Eсв(Z1, A1) -Eсв(Z2, A2).
(5)
Если W 0, то ядро X стабильно относительно распада на ядра Ядро, масса которого больше суммы масс ядер X1, X2, нестабильно и может распасться. При всем этом внутриядерная энергия – W перейдет в кинетическую энергию осколков X1 и X2.
Не считая энергии в ядерных реакциях сохраняется электронный заряд Z = Z1 + Z2, число нуклонов A = A1 + A2. Производятся также и ряд доп законов сохранения, о которых будет сказано в разделе, посвященном свойствам простых частиц.
Рис. 5
Деление ядер урана
анализ зависимости Eсв(Z, A) (см. Рис. 2) указывает, что для томных ядер с Z 82 производится условие W0. к примеру, изотоп 23592U самопроизвольно распадается с полупериодом 7·108 лет. Оказалось также, что этот изотоп расщепляется при поглощении нейтрона. При всем этом, в любом акте деления ядра появляются два ядра-осколка, 8-10 -квантов и в среднем 2,5 нейтронов. Если эти нейтроны вызывают новейшие акты деления, то возникает самоподдерживающаяся цепная реакция. При делении всякого ядра выделяется 200 МэВ (см. левую половину Рис. 5, где схематично изображена реакция
235U + n –> 140Cs + 93Rb + n + n + 250МэВ).
При делении 1 кг урана 235U выделяется 8,19·1013 Дж. (Удельная теплота сгорания нефти в 20 миллионов раз меньше.)
В природном уране содержится лишь 0,711% изотопа 23592U. В естественной консистенции изотопов, в какой на одно ядро 23592U приходится 140 ядер 23892U, нейтроны не способны поддерживать реакцию. Можно, но, получить цепную реакцию в консистенциях природного (либо слабообогащенного 2%) урана со особыми субстанциями – замедлителями нейтронов. При обогащении до 20 – 25% надобность в замедлителях отпадает. При всем этом происходит перевоплощение 23892U в плутоний 23994Pu, который делится также просто как и 23592U – процесс воспроизводства ядерного горючего.
Реакция идет по схеме поочередных - распадов:
23892U + n –> 23992U + (23 мин.) –>23993Np + e- (2,4 денька) –> 23994Pu + e-.
(В скобках указаны времена полураспадов.) Лишь три страны – Наша родина, Франция и Япония – имеют достаточный опыт в данной для нас высочайшей технологии.
Рис. 6
1-ые реакторы сделаны в США , построенной в США (Соединённые Штаты Америки – синтез легких ядер
Если W 0, то распад ядра энергетически запрещен. Но в оборотном процессе – слиянии ядер X1 и X2 – энергия начальной системы обязана уменьшится на величину W. Продукты синтеза приобретут кинетическую энергию W.
На правой половине Рис. 5 изображена реакция слияния
2H + 2H –> 3He + n + 3,2 МэВ.
Но больший Энтузиазм представляют реакции
21H + 31H –> 42He + n + 17,6 МэВ,
21H + 32He –> 42He + 11H + 18,3 МэВ.
Высвобождающаяся энергия, отнесенная к одному нуклону дейтерия, существенно больше энергетического выхода на один нуклон делящегося изотопа урана-235. Для реализации таковых реакций нужно сблизить ядра на расстояние R 10-14м, затратив энергию k0 e2/R 0,15 0,3 МэВ, потому реакции остаются энергетически прибыльными. Так как тритий весьма радиоактивен, то реакция с внедрением 3He наиболее неопасна.
Надежды на практическую реализацию управляемого термоядерного синтеза продолжают оставаться “равномерно жизнеутверждающими” в протяжении наиболее 40 лет.
Если б удалось выполнить управляемые термоядерные реакции в промышленных услових, то это отдало бы доступ к фактически неистощимым источникам энергии и освободило бы население земли от опасности энергетического кризиса. С иной стороны, если взорвутся те большие припасы водородных бомб, которые накоплены (и продолжают скапливаться почти всеми странами, невзирая на окончание т.н. прохладной войны), то население земли и большая часть всего живого на Земле будет уничтожено.
]]>