Концепции современного естествознания


Лекция 10. Ядерные процессы



страница17/64
Дата30.07.2018
Размер2.74 Mb.
ТипУчебное пособие
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   64
Лекция 10. Ядерные процессы.
Известно, что связь нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре обеспечивают ядерные силы, намного превышающие силы других фундаментальных взаимодействий.

Измерения показывают, что масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов. Разность суммы масс нуклонов и массы ядра называют дефектом массы. Поскольку всякому изменению массы соответствует изменение энергии, то при образовании ядра выделяется энергия. Из закона сохранения энергии следует и обратное: для разделения ядра на составные части необходимо затратить такое же количество энергии, которое выделяется при его образовании. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра.

Обычно рассматривают удельную (среднюю) энергию связи, приходящуюся на один нуклон. Для легких ядер эта энергия достаточно большая (максимальное ее значение 8,7 МэВ), а для тяжелых она меньше.

МэВ – мегаэлектрон вольт (миллион элетронвольт) – это единица измерения энергии в атомной и квантовой физике. Электронвольт - это энергия, необходимая для переноса электрона в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 вольт.

Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется тем, что с возрастанием числа протонов в ядре увеличивается энергия их отталкивания. Поэтому связь между нуклонами ослабевает, а сами ядра становятся менее прочными.

И очень тяжелые, и очень легкие ядра менее устойчивы. Это означает, что энергетически выгодны два ядерных процесса:

1. Деление тяжелых ядер на более легкие (цепная реакция);

2. Слияние легких ядер и образование более тяжелых (синтез ядер).

Оба эти процесса практически реализованы в виде цепной реакции деления и термоядерного синтеза. Они сопровождаются выделением огромного количества энергии.



Радиоактивность.

В 1896 году французский физик А.А.Беккерель (1852-1908) при исследовании светимости солей урана обнаружил самопроизвольное излучение неизвестной природы, которое действовало на фотопленку, ионизировало воздух, проникало через тонкие металлические пластинки.

Позднее супруги Кюри: Пьер Кюри (1859-1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867-1934) наблюдали подобное излучение и для других веществ – тория и актиния. Обнаруженное излучение было названо радиоактивным, а сама способность его самопроизвольного испускания – радиоактивностью. Позднее был сделан вывод, что радиоактивные свойства элементов обусловливаются структурой атомного ядра.

В современном представлении радиоактивность – это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.

Различают естественную радиоактивность (для существующих в природе неустойчивых изотопов) и искусственную радиоактивность (для изотопов, полученных посредством ядерных реакций).

Известны три основных вида радиоактивного излучения: альфа-, бета- и гамма-излучение.



Альфа-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и слабой проникающей способностью (поглощается слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм). Оно представляет собой поток ядер гелия. Заряд альфа-частиц положителен и по модулю равен двойному заряду электрона.

Бета-излучение также отклоняется электрическим и магнитным полями; характеризуется сравнительно слабой ионизирующей способностью и относительно высокой проникающей способностью (поглощается слоем алюминия толщиной около 2 мм). Бета-излучение – это поток быстрых электронов.

Гамма-излучение не отклоняется ни электрическим, ни магнитным полем, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень высокой проникающей способностью (проходит через слой свинца толщиной 5 см). Гамма-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны (не более 10-10м).

Естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно называется радиоактивным распадом. Скорость радиоактивного распада определяется законом радиоактивного распада: число нераспавшихся ядер (N) убывает со временем.


N(t) = N0e-λt.

N0 - начальное число нераспавшихся ядер в момент времени t = 0.

N- число нераспавшихся ядер в момент времени t;

λ – постоянная радиоактивного распада. Эта постоянная характеризует вероятность распада отдельного ядра в единицу времени.

Обратная ей величина (  ) или τ характеризует среднее время жизни ядра; e — математическая константа, основание натурального логарифма. Это действительное десятичное число, бесконечная дробь.

e = 2,718 281 828 459 045 235 360 287 471 352 662 497 757…


Время, в течение которого исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое, называют периодом полураспада.

Цепная реакция деления ядер.

К началу 1940-х годов многими учеными (Э.Ферми, О.Ган, О.Фриш, Г.Н.Флеров и др.) было доказано, что при облучении урана нейтронами образуются ядра атомов лантана и бария - химических элементов из середины периодической таблицы Менделеева. Этот результат положил начало новому виду реакций – делению ядер, при котором тяжелое ядро под действием нейтронов или других частиц делится на несколько легких ядер (осколков), а чаще всего на два ядра, близких по массе. Деление ядер сопровождается испусканием двух-трех вторичных нейтронов, называемых нейтронами деления.



Деление ядер сопровождается выделением чрезвычайно большого количества энергии.

Испускаемые при делении ядер вторичные нейтроны могут вызвать последующие новые акты деления – таким образом возникает цепная реакция деления. Она характеризуется коэффициентом размножения нейтронов (k), равным отношению числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущим поколении.

В процессе ядерной реакции не все образующиеся вторичные нейтроны вызывают последующее деление ядер, что приводит к уменьшению коэффициента размножения.

Коэффициент размножения зависит от природы делящегося вещества, размеров и формы активной зоны. Минимальные размеры активной зоны, при которых возможна цепная реакция, называются критическими размерами, а минимальная масса делящегося вещества в активной зоне с критическими размерами – критической массой

При k > 1 цепная реакция ускоряется: число делений быстро возрастает и ядерный процесс становится взрывным.




Каталог: doci -> kafedri -> phil
phil -> Примерная тематика докладов аспирантов по философии науки в 2015-2016 уч г. Общие проблемы философии науки «Венский кружок»
phil -> Примерная тематика рефератов аспирантов по истории науки в 2015-2016 уч г
phil -> Вопросы к экзамену по дисциплине «Философские проблемы науки и техники»
phil -> Кандидатский экзамен по истории и философии науки
phil -> Чернов С. А. Начала философии. Ч. 2 – Учеб пособие – спбгут спб, 2005
phil -> Ш37 Рецензент
phil -> Вопросы к зачёту по дисциплине «Философские проблемы науки и техники»
phil -> Русская философия о роли личности в истории государства


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   64


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница