Tindak balas nuklear: mudah dan jelas. Tindak balas nuklear: jenis, undang-undang

Rachek Maria, Yesman Vitalia, Rumyantseva Victoria

Projek penyelidikan ini telah disiapkan oleh pelajar darjah 9. Ia adalah tugas utama dalam kajian oleh pelajar sekolah mengenai topik "Struktur atom dan nukleus atom. Penggunaan tenaga nukleus atom" dalam kursus fizik gred ke-9. Matlamat projek ini adalah untuk menjelaskan keadaan bagi berlakunya tindak balas nuklear dan prinsip operasi loji kuasa nuklear.

Muat turun:

Pratonton:

Institusi pendidikan belanjawan perbandaran

Sekolah Menengah No 14

Nama Wira Kesatuan Soviet

Anatoly Perfilyev

G . Alexandrov

Kerja penyelidikan dalam fizik

"Tindak balas nuklear"

Selesai

murid-murid

kelas 9B:

Rachel Maria,

Rumyantseva Victoria,

Yesman Vitalia

cikgu

Romanova O.G.

2015

Pelan projek

pengenalan

Bahagian teori

• Kuasa nuklear.

Kesimpulan

Bibliografi

pengenalan

Perkaitan :

Salah satu masalah terpenting yang dihadapi manusia ialah masalah tenaga. Penggunaan tenaga berkembang dengan begitu pesat sehinggakan rizab bahan api yang diketahui pada masa ini akan habis dalam masa yang agak singkat. Masalah "kelaparan tenaga" tidak diselesaikan dengan penggunaan tenaga daripada apa yang dipanggil sumber boleh diperbaharui (tenaga sungai, angin, matahari, ombak laut, haba yang mendalam di Bumi), kerana ia boleh memberikan yang terbaik hanya 5-10 % keperluan kita. Dalam hal ini, pada pertengahan abad ke-20, ia menjadi perlu untuk mencari sumber tenaga baru.

Pada masa ini, sumbangan sebenar kepada bekalan tenaga dibuat oleh tenaga nuklear, iaitu loji kuasa nuklear (disingkat NPP). Oleh itu, kami memutuskan untuk mengetahui sama ada loji kuasa nuklear berguna kepada manusia.

Matlamat kerja:

1. Mengetahui syarat-syarat berlakunya tindak balas nuklear.
2. Ketahui prinsip operasi loji tenaga nuklear, serta ketahui sama ada ia memberi kesan baik atau buruk kepada alam sekitar dan kepada manusia.

Untuk mencapai matlamat, kami telah menetapkan perkara berikut tugasan:

1. Ketahui struktur atom, komposisinya, apakah itu radioaktiviti.
2. Terokai atom uranium. Terokai tindak balas nuklear.
3. Terokai prinsip operasi enjin nuklear.

Kaedah penyelidikan:

1. Bahagian teori - membaca literatur mengenai tindak balas nuklear.

Bahagian teori.

Sejarah atom dan radioaktiviti. Struktur atom.

Andaian bahawa semua badan terdiri daripada zarah terkecil dibuat oleh ahli falsafah Yunani kuno Leucippus dan Democritus kira-kira 2500 ribu tahun dahulu. Zarah-zarah ini dipanggil "atom", yang bermaksud "tidak boleh dibahagikan". Atom ialah zarah jirim terkecil, paling ringkas, tidak mempunyai bahagian konstituen.

Tetapi sekitar pertengahan abad ke-19, fakta eksperimen mula muncul yang menimbulkan keraguan tentang idea ketidakbolehbahagiaan atom. Keputusan eksperimen ini mencadangkan bahawa atom mempunyai struktur yang kompleks dan ia mengandungi zarah bercas elektrik.

Bukti yang paling ketara tentang struktur kompleks atom ialah penemuan fenomena ituradioaktivitidiambil oleh ahli fizik Perancis Henri Becquerel pada tahun 1896. Beliau mendapati bahawa unsur kimia uranium secara spontan (iaitu tanpa interaksi luaran) mengeluarkan sinar halimunan yang tidak diketahui sebelum ini, yang kemudiannya dinamakansinaran radioaktif. Oleh kerana sinaran radioaktif mempunyai sifat yang luar biasa, ramai saintis mula mengkajinya. Ternyata bukan sahaja uranium, tetapi juga beberapa unsur kimia lain (contohnya, radium) juga secara spontan memancarkan sinar radioaktif. Keupayaan atom beberapa unsur kimia kepada sinaran spontan mula dipanggil radioaktiviti (dari radio Latin - I radiate dan activus - berkesan).

Becquerel datang dengan idea: bukankah sebarang luminescence disertai dengan x-ray? Untuk menguji tekaannya, dia mengambil beberapa sebatian, termasuk salah satu garam uranium, yang berpendar cahaya kuning-hijau. Selepas meneranginya dengan cahaya matahari, dia membalut garam itu dengan kertas hitam dan meletakkannya di dalam almari gelap di atas pinggan fotografi, juga dibalut dengan kertas hitam. Beberapa ketika kemudian, setelah menunjukkan pinggan, Becquerel benar-benar melihat imej sekeping garam. Tetapi sinaran pendarfluor tidak dapat melalui kertas hitam, dan hanya sinar-X yang dapat menerangi plat di bawah keadaan ini. Becquerel mengulangi eksperimen beberapa kali dengan kejayaan yang sama. Pada akhir Februari 1896, pada mesyuarat Akademi Sains Perancis, beliau membuat laporan mengenai pelepasan sinar-X bahan pendarfluor. Selepas beberapa lama, plat telah dibangunkan secara tidak sengaja di makmal Becquerel, yang meletakkan garam uranium, tidak disinari oleh cahaya matahari. Dia, tentu saja, tidak memfosforus, tetapi jejak pada pinggan ternyata. Kemudian Becquerel mula menguji pelbagai sebatian dan mineral uranium (termasuk yang tidak menunjukkan fosforesensi), serta uranium logam. Pinggan itu sentiasa dinyalakan. Dengan meletakkan salib logam antara garam dan plat, Becquerel memperoleh kontur lemah salib pada plat. Kemudian menjadi jelas bahawa sinar baru ditemui yang melalui objek legap, tetapi bukan sinar-X.

Becquerel berkongsi penemuannya dengan saintis yang bekerjasama dengannya. Pada tahun 1898, Marie Curie dan Pierre Curie menemui radioaktiviti torium, dan kemudiannya mereka menemui unsur radioaktif polonium dan radium. Mereka mendapati bahawa semua sebatian uranium dan, pada tahap yang paling besar, uranium sendiri mempunyai sifat radioaktiviti semula jadi. Becquerel kembali kepada luminofor yang menarik minatnya. Benar, dia membuat satu lagi penemuan besar yang berkaitan dengan radioaktiviti. Suatu ketika, untuk kuliah umum, Becquerel memerlukan bahan radioaktif, dia mengambilnya dari Curies dan memasukkan tabung uji itu ke dalam poket jaketnya. Selepas memberi syarahan, dia memulangkan persediaan radioaktif kepada pemilik, dan keesokan harinya dia mendapati kemerahan kulit dalam bentuk tabung uji pada badan di bawah poket vest. Becquerel memberitahu Pierre Curie tentang perkara ini, dan dia membuat eksperimen: selama sepuluh jam dia memakai tabung uji dengan radium terikat pada lengan bawahnya. Beberapa hari kemudian dia juga mengalami kemerahan, yang kemudian berubah menjadi ulser yang teruk, yang mana dia menderita selama dua bulan. Oleh itu, kesan biologi radioaktiviti ditemui buat kali pertama.

Pada tahun 1899, hasil daripada eksperimen yang dijalankan di bawah bimbingan ahli fizik Inggeris Ernest Rutherford, didapati bahawa sinaran radioaktif radium adalah tidak homogen, i.e. mempunyai komposisi yang kompleks. Di tengah terdapat aliran (radiasi) yang tidak mempunyai cas elektrik, dan 2 aliran zarah bercas berbaris di sisi. Zarah bercas positif dipanggil zarah alfa, yang merupakan atom helium terion sepenuhnya, dan zarah bercas negatif, zarah beta, yang merupakan elektron. Neutral dipanggil zarah gamma atau gamma quanta. Sinaran gamma, seperti yang ternyata kemudian, adalah salah satu julat sinaran elektromagnet.

Kerana diketahui bahawa atom secara keseluruhan adalah neutral, fenomena radioaktiviti membolehkan saintis mencipta model kasar atom. Orang pertama yang melakukan ini ialah ahli fizik Inggeris Joseph John Thomson, yang mencipta salah satu model pertama atom pada tahun 1903. Model itu adalah sfera, di seluruh isipadu yang cas positif diagihkan sama rata. Di dalam bola itu terdapat elektron, setiap satu daripadanya boleh berayun di sekeliling kedudukan keseimbangannya. Model itu menyerupai kek dengan bentuk dan struktur kismis. Caj positif adalah sama dalam nilai mutlak dengan jumlah cas negatif elektron, jadi cas atom secara keseluruhan adalah sifar.

Model struktur atom Thomson memerlukan pengesahan eksperimen, yang diambil pada tahun 1911 oleh Rutherford. Dia menjalankan eksperimen dan membuat kesimpulan bahawa model atom adalah bola, di tengahnya terdapat nukleus bercas positif, yang menduduki jumlah kecil keseluruhan atom. Elektron bergerak mengelilingi nukleus, yang jisimnya lebih kecil. Atom adalah neutral elektrik kerana cas nukleus adalah sama dengan modulus jumlah cas elektron. Rutherford juga mendapati bahawa nukleus atom mempunyai diameter kira-kira 10-14 – 10 -15 m, iaitu ia adalah ratusan ribu kali lebih kecil daripada atom. Ia adalah nukleus yang mengalami perubahan semasa transformasi radioaktif, i.e. radioaktiviti ialah keupayaan beberapa nukleus atom untuk secara spontan berubah menjadi nukleus lain dengan pelepasan zarah. Untuk mendaftar (lihat) zarah, pada tahun 1908 ahli fizik Jerman Hans Geiger mencipta apa yang dipanggil kaunter Geiger.

Kemudian, zarah bercas positif dalam atom dipanggil proton, dan yang negatif - neutron. Proton dan neutron secara kolektif dikenali sebagai nukleon.

pembelahan uranium. Tindakbalas berantai.

Pembelahan nukleus uranium semasa pengeboman dengan neutron ditemui pada tahun 1939 oleh saintis Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassmann.

Mari kita pertimbangkan mekanisme fenomena ini. Setelah menyerap neutron tambahan, nukleus mula bertindak dan berubah bentuk, memperoleh bentuk yang memanjang.

Terdapat 2 jenis daya dalam nukleus: daya tolakan elektrostatik antara proton, cenderung untuk memecahkan nukleus, dan daya tarikan nuklear antara semua nukleon, kerana nukleus tidak mereput. Tetapi daya nuklear adalah jarak dekat, jadi dalam nukleus yang memanjang mereka tidak dapat lagi memegang bahagian nukleus yang sangat jauh antara satu sama lain. Di bawah tindakan daya elektrostatik, nukleus koyak kepada dua bahagian, yang berselerak ke arah yang berbeza pada kelajuan yang tinggi dan mengeluarkan 2-3 neutron. Sebahagian daripada tenaga dalaman ditukarkan kepada tenaga kinetik. Serpihan nukleus dengan cepat melambatkan dalam persekitaran, akibatnya tenaga kinetiknya ditukar menjadi tenaga dalaman persekitaran. Dengan pembelahan serentak sejumlah besar nukleus uranium, tenaga dalaman medium mengelilingi uranium dan, dengan itu, peningkatan suhunya. Oleh itu, tindak balas pembelahan nukleus uranium berjalan dengan pembebasan tenaga ke alam sekitar. Tenaga sangat besar. Dengan pembelahan lengkap semua nukleus yang terdapat dalam 1 g uranium, sebanyak tenaga yang dilepaskan seperti yang dilepaskan semasa pembakaran 2.5 tan minyak. Untuk menukar tenaga dalaman nukleus atom kepada tenaga elektrik, tindak balas rantai pembelahan nuklear digunakan, berdasarkan fakta bahawa 2-3 neutron yang dibebaskan semasa pembelahan nukleus pertama boleh mengambil bahagian dalam pembelahan nukleus lain yang menangkapnya. Untuk mengekalkan kesinambungan tindak balas berantai, adalah penting untuk mengambil kira jisim uranium. Jika jisim uranium terlalu kecil, maka neutron terbang keluar daripadanya tanpa bertemu nukleus dalam perjalanan mereka. Tindak balas berantai berhenti. Semakin besar jisim sekeping uranium, semakin besar dimensinya dan semakin panjang laluan neutron di dalamnya. Kebarangkalian neutron bertemu dengan nukleus atom bertambah. Sehubungan itu, bilangan pembelahan nuklear dan bilangan neutron yang dipancarkan meningkat. Bilangan neutron yang muncul selepas pembelahan nukleus adalah sama dengan bilangan neutron yang hilang, jadi tindak balas boleh berterusan untuk masa yang lama. Agar tindak balas tidak berhenti, adalah perlu untuk mengambil jisim uranium dengan nilai tertentu - kritikal. Jika jisim uranium lebih daripada kritikal, maka akibat peningkatan mendadak dalam neutron bebas, tindak balas berantai membawa kepada letupan.

reaktor nuklear. Tindak balas nuklear. Menukarkan tenaga dalaman nukleus atom kepada tenaga elektrik.

reaktor nuklear - Ini adalah peranti di mana tindak balas rantai nuklear terkawal dijalankan, disertai dengan pembebasan tenaga. Reaktor nuklear pertama, dipanggil SR-1, dibina pada Disember 1942 di Amerika Syarikat di bawah pimpinan E. Fermi. Pada masa ini, menurut IAEA, terdapat 441 reaktor di dunia di 30 negara. 44 lagi reaktor sedang dalam pembinaan.

Dalam reaktor nuklear, uranium-235 digunakan terutamanya sebagai bahan pembelahan. Reaktor sedemikian dipanggil reaktor neutron perlahan. moderator Neutron boleh menjadi bahan yang berbeza:

1. air . Kelebihan air biasa sebagai penyederhana ialah ketersediaan dan kos yang rendah. Kelemahan air ialah takat didih yang rendah (100 °C pada tekanan 1 atm) dan penyerapan neutron haba. Kelemahan pertama dihapuskan dengan meningkatkan tekanan dalam litar utama. Penyerapan neutron haba oleh air diimbangi oleh penggunaan bahan api nuklear berasaskan uranium yang diperkaya.
2. Air berat . Air berat berbeza sedikit daripada air biasa dalam sifat kimia dan termofiziknya. Ia boleh dikatakan tidak menyerap neutron, yang memungkinkan untuk menggunakan uranium semulajadi sebagai bahan api nuklear dalam reaktor dengan penyederhana air berat. Kelemahan air berat ialah kosnya yang tinggi.
3. grafit . Grafit reaktor diperoleh secara buatan daripada campuran kok petroleum dan tar arang batu. Pertama, blok ditekan daripada campuran, dan kemudian blok ini dirawat secara terma pada suhu tinggi. Grafit mempunyai ketumpatan 1.6-1.8 g/cm3. Ia menyublim pada suhu 3800-3900 °C. Grafit yang dipanaskan di udara hingga 400 °C menyala. Oleh itu, dalam reaktor kuasa, ia terkandung dalam suasana gas lengai (helium, nitrogen).
4. Berilium . Salah satu retarder terbaik. Ia mempunyai takat lebur yang tinggi (1282°C) dan kekonduksian terma, serta serasi dengan karbon dioksida, air, udara dan beberapa logam cecair. Walau bagaimanapun, helium muncul dalam tindak balas ambang, oleh itu, di bawah penyinaran sengit dengan neutron cepat, gas terkumpul di dalam berilium, di bawah tekanan yang berilium membengkak. Penggunaan berilium juga dihadkan oleh kosnya yang tinggi. Di samping itu, berilium dan sebatiannya adalah sangat toksik. Berilium digunakan untuk membuat pemantul dan penyesar air dalam teras reaktor penyelidikan.

Bahagian reaktor neutron perlahan: dalam teras terdapat bahan api nuklear dalam bentuk rod uranium dan penyederhana neutron (contohnya, air), pemantul (lapisan bahan yang mengelilingi teras) dan cangkerang pelindung yang diperbuat daripada konkrit. Tindak balas dikawal oleh rod kawalan yang menyerap neutron dengan berkesan. Untuk memulakan reaktor, mereka secara beransur-ansur dikeluarkan dari teras. Neutron dan serpihan nukleus yang terbentuk semasa tindak balas ini, terbang berasingan pada kelajuan tinggi, jatuh ke dalam air, berlanggar dengan nukleus atom hidrogen dan oksigen, dan memberi mereka sebahagian daripada tenaga kinetiknya. Pada masa yang sama, air menjadi panas, dan selepas beberapa lama neutron yang perlahan jatuh semula ke dalam batang uranium dan mengambil bahagian dalam pembelahan nuklear. Zon aktif disambungkan ke penukar haba melalui paip, membentuk litar tertutup pertama. Pam menyediakan peredaran air di dalamnya. Air yang dipanaskan melalui penukar haba, memanaskan air dalam gegelung sekunder dan mengubahnya menjadi wap. Oleh itu, air dalam teras berfungsi bukan sahaja sebagai penyederhana neutron, tetapi juga sebagai penyejuk yang menghilangkan haba. Selepas tenaga wap dalam gegelung ditukar kepada tenaga elektrik. Stim memutarkan turbin, yang memacu pemutar penjana arus elektrik. Stim ekzos masuk ke dalam pemeluwap dan bertukar menjadi air. Kemudian keseluruhan kitaran diulang.

enjin nuklearmenggunakan tenaga pembelahan nuklear atau pelakuran untuk mencipta tujahan jet. Enjin nuklear tradisional secara keseluruhan adalah reka bentuk reaktor nuklear dan enjin itu sendiri. Cecair kerja (lebih kerap - ammonia atau hidrogen) dibekalkan dari tangki ke teras reaktor, di mana, melalui saluran yang dipanaskan oleh tindak balas pereputan nuklear, ia dipanaskan pada suhu tinggi dan kemudian dikeluarkan melalui muncung, mewujudkan tujahan jet .

Kuasa nuklear.

Kuasa nuklear- bidang teknologi berasaskan penggunaan tindak balas pembelahan nukleus atom untuk menjana haba dan menjana elektrik. Sektor tenaga nuklear paling ketara di Perancis, Belgium, Finland, Sweden, Bulgaria dan Switzerland, i.e. di negara perindustrian yang tidak mempunyai sumber tenaga asli yang mencukupi. Negara-negara ini menjana antara suku setengah daripada tenaga elektrik mereka daripada loji kuasa nuklear.

Reaktor Eropah pertama dicipta pada tahun 1946 di Kesatuan Soviet di bawah pimpinan Igor Vasilyevich Kurchatov. Pada tahun 1954, loji tenaga nuklear pertama mula beroperasi di Obninsk. Kelebihan NPP:

1. Kelebihan utama ialah kebebasan praktikal daripada sumber bahan api kerana jumlah bahan api yang digunakan yang kecil. Di Rusia, ini amat penting di bahagian Eropah, kerana penghantaran arang batu dari Siberia terlalu mahal. Operasi loji tenaga nuklear jauh lebih murah daripada loji kuasa haba. Benar, pembinaan loji kuasa haba adalah lebih murah daripada pembinaan loji kuasa nuklear.
2. Kelebihan besar loji tenaga nuklear ialah kebersihan persekitaran relatifnya. Di TPP, jumlah pelepasan tahunan bahan berbahaya adalah kira-kira 13,000 tan setahun untuk gas dan 165,000 tan untuk TPP arang batu hancur. Tiada pelepasan sedemikian di loji kuasa nuklear. Loji kuasa terma menggunakan 8 juta tan oksigen setahun untuk pengoksidaan bahan api, manakala loji kuasa nuklear tidak menggunakan oksigen langsung. Di samping itu, loji arang batu memberikan pelepasan khusus bahan radioaktif yang lebih tinggi. Arang batu sentiasa mengandungi bahan radioaktif semula jadi; apabila arang batu dibakar, ia hampir sepenuhnya memasuki persekitaran luaran. Kebanyakan radionuklid daripada loji janakuasa haba adalah tahan lama. Kebanyakan radionuklid daripada loji kuasa nuklear cepat mereput, bertukar menjadi bukan radioaktif.
3. Bagi kebanyakan negara, termasuk Rusia, pengeluaran elektrik di loji janakuasa nuklear tidak lebih mahal daripada di arang batu dan, lebih-lebih lagi, loji kuasa terma gas-minyak. Kelebihan loji tenaga nuklear dalam kos tenaga elektrik yang dihasilkan amat ketara semasa krisis tenaga yang dipanggil yang bermula pada awal 1970-an. Kejatuhan harga minyak secara automatik mengurangkan daya saing loji tenaga nuklear.

Penggunaan enjin nuklear pada zaman moden.

Dengan perkembangan fizik nuklear, prospek mewujudkan loji kuasa atom menjadi semakin jelas. Langkah praktikal pertama ke arah ini telah diambil oleh Kesatuan Soviet, di mana pada tahun 1954. sebuah loji tenaga nuklear telah dibina.

Pada tahun 1959 Kapal berkuasa nuklear pertama di dunia, kapal pemecah ais Lenin, telah mula beroperasi di bawah bendera USSR, berjaya membimbing kapal dagang dalam keadaan sukar di Artik.

Pada tahun-tahun terakhir abad ke-19, kapal pemecah ais berkuasa nuklear Soviet yang berkuasa Arktika dan Sibir memasuki jam tangan Artik...

Tenaga nuklear telah membuka peluang yang sangat baik untuk kapal selam, yang memungkinkan untuk menyelesaikan dua masalah yang paling mendesak - meningkatkan kelajuan dalam air dan meningkatkan tempoh berenang di bawah air tanpa permukaan. Lagipun, kapal selam diesel-elektrik yang paling canggih tidak boleh membangunkan lebih daripada 18-20 knot di bawah air, malah kelajuan ini dikekalkan hanya selama kira-kira sejam, selepas itu mereka terpaksa muncul untuk mengecas bateri.

Di bawah keadaan sedemikian, atas arahan Jawatankuasa Pusat CPSU dan kerajaan Soviet, sebuah armada kapal selam atom telah dicipta di negara kita dalam masa yang sesingkat mungkin. Kapal selam berkuasa nuklear Soviet berulang kali melintasi Lautan Artik di bawah ais, muncul di kawasan Kutub Utara. Pada malam sebelum Kongres XXIII CPSU, sekumpulan kapal selam nuklear mengelilingi dunia, melalui kira-kira 22 ribu batu di bawah air tanpa permukaan ...

Perbezaan utama antara kapal selam nuklear dan kapal selam berkuasa wap ialah penggantian dandang stim dengan reaktor di mana tindak balas rantai terkawal pembelahan atom bahan api nuklear dijalankan dengan pembebasan haba yang digunakan untuk menghasilkan stim dalam stim. penjana.

Pemasangan nuklear mencipta prospek sebenar untuk kapal selam bukan sahaja untuk kelajuan yang sama dengan kapal permukaan, tetapi juga untuk mengatasi mereka. Seperti yang kita ketahui, dalam keadaan tenggelam, kapal selam tidak mengalami rintangan gelombang, untuk mengatasi kapal anjakan permukaan berkelajuan tinggi yang membelanjakan sebahagian besar kuasa loji kuasa.

Kesan biologi radiasi.

Sinaran, dengan sifatnya, berbahaya kepada kehidupan. Dos radiasi yang kecil boleh "memulakan" rantaian peristiwa yang belum difahami sepenuhnya yang membawa kepada kanser atau kerosakan genetik. Pada dos yang tinggi, sinaran boleh memusnahkan sel, merosakkan tisu organ dan menyebabkan kematian organisma. Kerosakan yang disebabkan oleh dos sinaran yang tinggi biasanya muncul dalam masa beberapa jam atau hari. Kanser, bagaimanapun, muncul beberapa tahun selepas pendedahan, biasanya tidak lebih awal daripada satu hingga dua dekad. Dan kecacatan kongenital dan penyakit keturunan lain yang disebabkan oleh kerosakan pada alat genetik, mengikut definisi, hanya muncul pada generasi seterusnya atau seterusnya: ini adalah anak, cucu dan keturunan yang lebih jauh daripada individu yang telah terdedah kepada radiasi.

Bergantung pada jenis sinaran, dos sinaran dan keadaannya, pelbagai jenis kecederaan sinaran adalah mungkin. Ini adalah penyakit sinaran akut (ARS) - daripada pendedahan luaran, ARS - daripada pendedahan dalaman, penyakit sinaran kronik, pelbagai bentuk klinikal dengan kebanyakan lesi tempatan organ individu, yang boleh dicirikan oleh kursus akut, subakut atau kronik; ini adalah akibat jangka panjang, di antaranya yang paling ketara ialah berlakunya tumor malignan; proses degeneratif dan distrofik (katarak, kemandulan, perubahan sklerotik). Ini juga termasuk akibat genetik yang diperhatikan dalam keturunan ibu bapa yang terdedah. Sinaran mengion yang menyebabkan perkembangannya, disebabkan oleh keupayaan penembusan yang tinggi, menjejaskan tisu, sel, struktur intrasel, molekul dan atom di mana-mana di dalam badan.

Makhluk hidup bertindak balas secara berbeza terhadap kesan sinaran, dan perkembangan tindak balas sinaran sebahagian besarnya bergantung kepada dos sinaran. Oleh itu, adalah dinasihatkan untuk membezakan antara: 1) kesan dos kecil, sehingga kira-kira 10 rad; 2) pendedahan kepada dos sederhana, biasanya digunakan untuk tujuan terapeutik, yang bersempadan pada had atasnya dengan pendedahan kepada dos yang tinggi. Apabila terdedah kepada radiasi, terdapat tindak balas yang berlaku serta-merta, tindak balas awal, serta manifestasi lewat (jauh). Hasil akhir penyinaran selalunya bergantung pada kadar dos, pelbagai keadaan penyinaran, dan terutamanya pada sifat sinaran. Ini juga terpakai kepada bidang aplikasi sinaran dalam amalan klinikal untuk tujuan terapeutik.

Radiasi memberi kesan kepada orang secara berbeza bergantung pada jantina dan umur, keadaan badan, sistem imunnya, dsb., tetapi ia sangat kuat pada bayi, kanak-kanak dan remaja.

Kanser adalah yang paling serius daripada semua akibat pendedahan manusia kepada dos yang rendah. Tinjauan meluas yang meliputi 100,000 mangsa yang terselamat dalam pengeboman atom Hiroshima dan Nagasaki telah menunjukkan bahawa setakat ini kanser adalah satu-satunya punca peningkatan kematian dalam kumpulan populasi ini.

Kesimpulan.

Selepas menjalankan penyelidikan, kami mendapati bahawa bahan api nuklear dan enjin nuklear membawa manfaat yang besar kepada manusia. Terima kasih kepada mereka, seseorang menemui sumber haba dan tenaga yang murah (satu loji kuasa nuklear menggantikan beberapa puluh atau bahkan ratusan loji janakuasa haba biasa untuk seseorang), dapat melalui ais ke Kutub Utara dan tenggelam ke dasar lautan. Tetapi semua ini hanya berfungsi apabila ia digunakan dengan betul, i.e. dalam jumlah yang betul dan hanya untuk tujuan aman. Terdapat banyak kes letupan loji tenaga nuklear (Chernobyl, Fukushima) dan letupan bom atom (Hiroshima dan Nagasaki).

Tetapi tiada siapa yang dilindungi daripada akibat sisa radioaktif. Ramai orang mengalami penyakit radiasi dan kanser yang disebabkan oleh radiasi. Tetapi kami berpendapat bahawa dalam beberapa tahun, saintis akan menghasilkan kaedah untuk melupuskan sisa radioaktif tanpa membahayakan kesihatan dan mencipta penawar untuk semua penyakit ini.

Bibliografi.

1. A. V. Pyoryshkin, E. M. Gutnik. "Buku teks fizik untuk darjah 9".
2. G. Kessler. "Tenaga nuklear".
3. R. G. Perelman. "Enjin Nuklear".
4. E. Rutherford. Karya Ilmiah Terpilih. Struktur atom dan transformasi buatan.
5. https://ms.wikipedia.org

Pratonton:

Untuk menggunakan pratonton pembentangan, buat akaun Google (akaun) dan log masuk:

TINDAK BALAS NUKLEAR DALAM ALAM - terbahagi kepada 2 kelas: tindak balas termonuklear dan tindak balas di bawah tindakan zarah nuklear dan pembelahan nuklear. Yang pertama memerlukan suhu ~ beberapa juta darjah untuk pelaksanaannya dan hanya berlaku di bahagian dalam bintang atau semasa letupan bom H. Yang terakhir berlaku di atmosfera dan litosfera disebabkan oleh sinaran kosmik dan disebabkan oleh zarah-zarah aktif nuklear di lapisan atas Bumi. Zarah kosmik yang pantas (purata tenaga ~2 10 9 eV), memasuki atmosfera Bumi, sering menyebabkan pemisahan lengkap atom atmosfera (N, O) kepada serpihan nuklear yang lebih ringan, termasuk neutron. Kadar pembentukan yang terakhir mencapai 2.6 neutron (cm -2 saat -1). Neutron berinteraksi terutamanya dengan N atmosfera, memberikan pengeluaran radioaktif yang berterusan isotop karbon C 14 (T 1/2 = 5568 tahun) dan tritium H 3 (T 1/2 = 12.26 tahun) mengikut tindak balas berikut N 14 + P\u003d C 14 + H 1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. Pembentukan tahunan radiokarbon di atmosfera bumi adalah kira-kira 10 kg. Pembentukan radioaktif Be 7 dan Cl 39 di atmosfera turut diperhatikan. Tindak balas nuklear dalam litosfera berlaku terutamanya disebabkan oleh zarah-α dan neutron yang timbul daripada pereputan unsur radioaktif yang berumur panjang (terutamanya U dan Th). Perlu diperhatikan pengumpulan He 3 dalam beberapa ml yang mengandungi Li (lihat. Isotop helium dalam geologi), pembentukan isotop individu neon dalam euxenite, monazite, dan m-lah lain mengikut tindak balas: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + P; Fe 19 + He \u003d Na 22 + P; Na 22 → Ne 22 . Pembentukan isotop argon dalam bahan radioaktif mengikut tindak balas: Cl 35 + Bukan = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. Semasa pembelahan uranium secara spontan dan disebabkan oleh neutron, pembentukan isotop berat kripton dan xenon diperhatikan. (lihat kaedah penentuan umur mutlak Xenon). Dalam m-lakh litosfera, pembelahan tiruan nukleus atom menyebabkan pengumpulan isotop tertentu dalam jumlah 10 -9 -10 -12% daripada jisim m-la.

Kamus geologi: dalam 2 jilid. - M.: Nedra. Disunting oleh K. N. Paffengolts et al.. 1978 .

Lihat apakah "TINDAK BALAS NUKLEAR DALAM ALAM" dalam kamus lain:

Fizik nuklear Nukleus atom Pereputan radioaktif Tindak balas nuklear Istilah asas Nukleus atom Isotop Isobar Separuh hayat Ma ... Wikipedia

Tindak balas nuklear antara atom cahaya. nukleus yang berlaku pada suhu yang sangat tinggi (=108K dan ke atas). Suhu tinggi, iaitu, tenaga relatif yang cukup besar bagi nukleus yang berlanggar, adalah perlu untuk mengatasi elektrostatik. penghalang, ... ... Ensiklopedia Fizikal

Kimia. transformasi dan proses nuklear, di mana kemunculan zarah aktif perantaraan (radikal bebas, atom, molekul teruja dalam transformasi kimia, neutron dalam proses nuklear) menyebabkan rantaian transformasi yang awal menjadi c. Contoh kimia. C. r ... Ensiklopedia Kimia

Salah satu hala tuju baharu moden geol. sains, berkait rapat dengan bahagian berkaitan fizik nuklear, geokimia, radiokimia, geofizik, kosmokimia dan kosmogoni dan meliputi masalah kompleks evolusi semula jadi nukleus atom dalam alam semula jadi dan ... ... Ensiklopedia Geologi

Isotop stabil dan radioaktif yang terbentuk dalam objek semula jadi di bawah tindakan sinaran kosmik, contohnya, mengikut skema: XAz + P → YAZ + an + bp, di mana A = A1 + an + (b 1)p; Z \u003d Z1.+ (b 1)p, di mana XAz ialah inti asal, P adalah pantas ... ... Ensiklopedia Geologi

Pelauran termonuklear, tindak balas pelakuran nukleus atom ringan kepada nukleus yang lebih berat, berlaku pada suhu supertinggi dan disertai dengan pembebasan sejumlah besar tenaga. Pelaburan nuklear ialah tindak balas yang merupakan kebalikan daripada pembelahan atom: dalam yang terakhir ... ... Ensiklopedia Collier

Proses nuklear Pereputan radioaktif Pereputan alfa Pereputan beta Pereputan kelompok Pereputan beta berganda Penangkapan elektronik Penangkapan elektron berganda Sinaran gamma Penukaran dalaman Peralihan isomer Pereputan neutron Pereputan positron ... ... Wikipedia

94 Neptunium ← Plutonium → Americium Sm Pu ... Wikipedia

Fizik nuklear ... Wikipedia

Buku

• Mendapatkan tenaga nuklear dan logam nadir dan berharga hasil daripada transformasi nuklear. Tenaga pengikat dan tenaga keupayaan interaksi elektrik cas elektrik dalam neutron, deuteron, tritium, helium-3 dan helium-4
• Mendapatkan tenaga nuklear dan logam nadir dan berharga hasil daripada transformasi nuklear. Tenaga Pengikat dan Tenaga Potensi Interaksi Elektrik Caj Elektrik dalam Neutron, Deuter, Larin V.I. Bahagian pertama buku ini membincangkan pelbagai tindak balas nuklear untuk mendapatkan tenaga dan logam berharga hasil daripada transformasi nuklear paksa isotop stabil.…

Seperti tindak balas kimia, tindak balas nuklear boleh menjadi endotermik dan eksotermik.

Tindak balas nuklear dibahagikan kepada tindak balas pereputan dan tindak balas pelakuran. Jenis tindak balas nuklear khas ialah pembelahan nuklear. Masa pereputan nuklear dan pembelahan nuklear bermakna jenis tindak balas yang sama sekali berbeza [ ].

1. Sejarah

Tindak balas nuklear teraruh buatan pertama diperhatikan pada tahun itu oleh Ernest Rutherford, menyinari nitrogen dengan zarah alfa. Reaksi diteruskan mengikut skema

.

2. Undang-undang pemuliharaan dalam tindak balas nuklear

Semasa tindak balas nuklear, undang-undang am pemuliharaan tenaga, momentum, momentum sudut, dan cas elektrik dipenuhi.

Di samping itu, terdapat beberapa undang-undang pemuliharaan khas yang wujud dalam interaksi nuklear, contohnya, undang-undang pemuliharaan caj baryon.

3. Hasil tenaga tindak balas nuklear

Jika jumlah jisim selebihnya zarah dalam tindak balas adalah lebih besar daripada jumlah jisim selebihnya zarah selepas tindak balas, maka tindak balas sedemikian berlaku dengan pembebasan tenaga. Tenaga ini dipanggil hasil tenaga tindak balas nuklear. Hasil tenaga tindak balas nuklear dikira dengan formula ΔE = Δmc 2, di mana Δm ialah kecacatan jisim, c ialah kelajuan cahaya.

4. Jenis tindak balas nuklear

4.1. Tindak balas pelakuran nuklear

Semasa tindak balas pelakuran nuklear, nukleus baru yang lebih berat terbentuk daripada nukleus unsur yang ringan.

Biasanya, tindak balas pelakuran hanya boleh dilakukan dalam keadaan di mana nukleus mempunyai tenaga kinetik yang besar, kerana daya tolakan elektrostatik menghalang pendekatan nukleus yang sama bercas, mewujudkan apa yang dipanggil Penghalang Coulomb.

Secara buatan, ini boleh dicapai menggunakan pemecut zarah bercas, di mana ion, proton atau zarah α dipercepatkan oleh medan elektrik, atau reaktor termonuklear, di mana ion bahan memperoleh tenaga kinetik akibat gerakan haba. Dalam kes kedua, kita bercakap tentang tindak balas gabungan termonuklear.

4.1.1. Gabungan nuklear dalam alam semula jadi

Secara semula jadi, tindak balas gabungan bermula pada minit pertama selepas Letupan Besar. Semasa nukleosintesis primer, hanya beberapa nukleus ringan (deuterium, helium, litium) terbentuk daripada proton.
Sekarang tindak balas nuklear berlaku di teras bintang, contohnya, di Matahari. Proses utama ialah pembentukan nukleus helium daripada empat proton, yang boleh berlaku sama ada dalam rantai proton-proton atau dalam kitaran Bethe-Weizsäcker.

Dalam bintang yang jisimnya melebihi separuh M ☉, unsur lain yang lebih berat boleh dibentuk. Proses ini bermula dengan pembentukan nukleus karbon dalam tindak balas tiga α. Nukleus yang terhasil berinteraksi dengan proton dan zarah α dan dengan itu membentuk unsur kimia sehingga kemuncak besi.

Pembentukan nukleus berat (dari besi kepada Bismut) berlaku dalam cangkerang bintang yang agak besar pada peringkat gergasi merah, terutamanya disebabkan oleh proses-s dan, sebahagiannya, disebabkan oleh proses-p. Nukleus Navagchi (tidak stabil) terbentuk semasa letupan supernova.

4.2. Tindak balas pereputan nuklear

Tindak balas pereputan adalah disebabkan oleh radioaktiviti alfa dan beta. Semasa pereputan alfa, zarah alfa 4 Dia terbang keluar dari nukleus, dan nombor jisim dan nombor cas nukleus bertukar kepada 4 dan 2, masing-masing. Semasa pereputan beta, elektron atau positron terbang keluar dari nukleus, nombor jisim nukleus tidak berubah, dan nombor cas bertambah atau berkurang sebanyak 1. Kedua-dua jenis pereputan berlaku secara spontan.

4.3. pembelahan nuklear

Sebilangan kecil isotop mampu pembelahan - tindak balas di mana nukleus dibahagikan kepada dua bahagian besar. Pembelahan nuklear boleh berlaku secara spontan, jadi terpaksa- di bawah pengaruh zarah lain, terutamanya - neutron.

tahun, ia telah mendedahkan bahawa nukleus uranium-235 mampu bukan sahaja pembelahan spontan(pada dua nukleus ringan) dengan pembebasan ~ 200 MeV tenaga dan pelepasan dua atau tiga neutron, tetapi juga untuk pembahagian paksa, dicetuskan oleh neutron. Memandangkan hasil daripada pemisahan sedemikian, neutron juga dipancarkan, yang boleh menyebabkan tindak balas baru pembelahan paksa nukleus uranium jiran, kemungkinan tindak balas rantai nuklear telah menjadi jelas. Tindak balas sedemikian tidak berlaku dalam alam semula jadi hanya kerana uranium semulajadi terdiri daripada 99.3% isotop uranium-238, dan hanya uranium-235, yang hanya 0.7% terkandung dalam uranium semulajadi, mampu pembelahan.

Mekanisme tindak balas pembelahan nuklear adalah seperti berikut. Daya nuklear melalui interaksi pertukaran zarah maya (dalam kebanyakan kes interaksi pion-nukleon berlaku) mempunyai watak bukan pusat. Ini bermakna nukleon tidak boleh berinteraksi serentak dengan semua nukleon dalam nukleus, terutamanya dalam nukleus berbilang nukleon. Dengan bilangan nukleon yang besar dalam nukleus, ini menyebabkan asimetri dalam ketumpatan daya nuklear dan asimetri selanjutnya dalam ikatan nukleon, dan, akibatnya, asimetri dalam tenaga berbanding isipadu nukleus. Nukleus memperoleh bentuk yang berbeza dengan ketara daripada sfera. Dalam kes ini, interaksi elektrostatik antara proton boleh mendekati interaksi yang kuat dari segi tenaga.

Oleh itu, disebabkan asimetri, halangan tenaga pembelahan diatasi dan nukleus mereput menjadi nukleus yang lebih ringan yang tidak simetri dalam jisim.

Kadangkala nukleus boleh terowong ke dalam keadaan tenaga yang lebih rendah.

5. Tindak balas nuklear dalam kehidupan manusia

5.1. Bom atom

Tindak balas berantai pembelahan nukleus atom pada abad kedua puluh mula digunakan dalam bom atom. Disebabkan fakta bahawa untuk tindak balas nuklear yang sengit adalah perlu untuk mempunyai jisim kritikal (jisim yang diperlukan untuk pembangunan tindak balas berantai), maka untuk melakukan letupan atom, beberapa bahagian dengan jisim kurang daripada kritikal digabungkan , jisim superkritikal terbentuk, dan tindak balas rantai pembelahan berlaku di dalamnya, disertai dengan pembebasan sejumlah besar tenaga - letupan atom berlaku.

5.2. reaktor nuklear

Reaktor nuklear digunakan untuk menukar tenaga haba pereputan nuklear kepada tenaga elektrik. Sebagai bahan api dalam reaktor, campuran isotop uranium-235 dan uranium-238 atau plutonium-239 digunakan. Apabila neutron pantas mengenai nukleus atom uranium-238, ia ditukar kepada plutonium-239 dan pereputannya seterusnya dengan pembebasan tenaga. Proses ini boleh menjadi kitaran, tetapi ini memerlukan reaktor yang beroperasi pada neutron pantas. Kini, nuklida uranium-235 digunakan sebagai komponen utama dalam reaktor. Untuk interaksinya dengan neutron pantas, mereka mesti diperlahankan. Cara menggunakan retarder:

Mengikut jenis air yang digunakan dalam reaktor, D 2 O atau H 2 O, reaktor dibahagikan kepada air berat dan air ringan masing-masing. Dalam reaktor air berat, uranium-238 nuklida digunakan sebagai bahan api, dalam reaktor air ringan - Uranium-235. Rod kawalan yang mengandungi isotop boron atau kadmium digunakan untuk mengawal tindak balas pereputan dan menghentikannya. Tenaga yang dibebaskan semasa tindak balas rantai pembelahan dikeluarkan oleh penyejuk. Oleh itu, ia menjadi panas, dan apabila ia memasuki air, ia memanaskannya, mengubahnya menjadi wap (selalunya air itu sendiri adalah penyejuk). Stim menyongsangkan turbin stim yang memutarkan pemutar alternator.

Ini ialah rencana rintisan fizik. Anda boleh projek

NUKLEAR REAKSI
Tindak balas nuklear - transformasi nukleus atom apabila berinteraksi dengan nukleus lain,zarah asasatau kuantiti. Takrifan ini mengehadkan nuklear tindak balas dan proses transformasi spontan nukleus semasa pereputan radioaktif (lihat.Radioaktiviti), walaupun dalam kedua-dua kes kita bercakap tentang pembentukan nukleus baru.
Nuklear tindak balas dilakukan di bawah tindakan insiden, atau pengeboman, zarah ( neutron p, proton p, deuteron d, elektron e, nukleus atom pelbagai. unsur) atau quanta, yang disinari dengan nukleus lebih berat yang terkandung dalam sasaran. Menurut tenaga zarah pengeboman, nuklear tindak balas pada rendah (< 1 МэВ), средних (1-100 МэВ) и высоких (>100 MeV) tenaga. Membezakan daerah pada nukleus ringan ( nombor jisim nukleus sasaran A< 50), ядрах ср. массы (50 < А < 100) и тяжелых ядрах (А > 100).
Nuklear tindak balas boleh berlaku jika dua zarah yang mengambil bahagian di dalamnya menghampiri pada jarak kurang daripada diameter nukleus (kira-kira 10 -13 cm), iaitu, pada jarak di mana daya intranuklear bertindak dan berinteraksi. antara nukleon konstituen. Jika kedua-duanya terlibat dalam nuklear tindak balas zarah - kedua-dua pengeboman dan teras sasaran - bercas positif, maka pendekatan zarah dihalang oleh daya tolakan kedua-dua meletakkan. caj, dan zarah pengeboman mesti mengatasi apa yang dipanggil. Penghalang potensi Coulomb. Ketinggian halangan ini bergantung kepada cas zarah pengeboman dan cas nukleus sasaran. Untuk nukleus dengan atom daripada rujuk. nilai nombor atom , dan mengebom zarah dengan cas +1, ketinggian penghalang adalah kira-kira 10 MeV. Sekiranya dalam nuklear tindak balas zarah yang tidak mempunyai cas terlibat ( neutron ), tiada halangan berpotensi Coulomb, dan nuklear tindak balas boleh mengalir dengan penyertaan zarah yang mempunyai tenaga haba (iaitu, tenaga yang sepadan dengan getaran haba atom ).
Kemungkinan berlakunya nuklear tindak balas bukan akibat pengeboman nukleus sasaran oleh zarah kejadian, tetapi disebabkan oleh pendekatan super kuat nukleus (iaitu, pendekatan kepada jarak yang setanding dengan diameter nukleus) yang terletak dalam pepejal matriks atau di permukaan badan padat (contohnya, dengan penyertaan nukleus atom gas deuterium , terlarut dalam paladium ); setakat ini (1995) data yang boleh dipercayai mengenai pelaksanaan nuklear tersebut tindak balas ("penyatuan sejuk") tidak.
Nuklear tindak balas mematuhi undang-undang am alam yang sama seperti kimia biasa. tindak balas (hukum kekekalan jisimdan tenaga, pemuliharaan cas, momentum). Di samping itu, semasa proses nuklear tindak balas terdapat juga beberapa undang-undang khusus yang tidak dimanifestasikan dalam kimia. tindak balas, sebagai contoh, undang-undang pemuliharaan caj baryon (baryon adalah beratzarah asas).
Rekod nuklear tindak balas mungkin, seperti yang ditunjukkan oleh contoh perubahan nukleus Pu kepada nukleus Ku semasa penyinaran sasaran plutonium dengan nukleus bukan dia:

Daripada entri ini dapat dilihat bahawa jumlah caj di kiri dan kanan (94 + 10 = 104) dan jumlah nombor jisim (242 + 22 = 259 + 5) adalah sama antara satu sama lain. Sejak simbol kimia. unsur unik menunjukkan nombor atomnya (cas nuklear), kemudian apabila menulis nuklear tindak balas nilai cas zarah biasanya tidak ditunjukkan. Lebih kerap nuklear tindak balas tulis lebih pendek. Ya, nuklear tindak balas pembentukan radionuklid 14 C semasa penyinaran nukleus 14 N neutron tulis seperti berikut: 14 N (n, p) 14 C.
Dalam kurungan menunjukkan terlebih dahulu zarah pengeboman atau kuantum, kemudian, dipisahkan dengan koma, zarah cahaya atau kuantum yang terhasil. Selaras dengan kaedah rakaman ini, (n, p), (d, p), (n, 2n) dan nuklear lain tindak balas .
Dalam perlanggaran zarah yang sama, nuklear tindak balas boleh pergi dengan cara yang berbeza. Sebagai contoh, apabila sasaran aluminium disinari neutron boleh ikut. nuklear tindak balas : 27 A1(n,) 28 A1, 27 A1(n, n) 27 A1, 27 A1(n, 2n) 26 A1, 27 A1(n, p) 27 Mg, 27 Al(n,) 24 Na, dsb Set zarah berlanggar dipanggil saluran masuk nuklear tindak balas , dan zarah yang dihasilkan hasil daripada nuklear tindak balas , membentuk saluran keluaran.
Nuklear tindak balas boleh meneruskan pelepasan dan penyerapan tenaga Q. Jika kita menulis nuklear tindak balas sebagai A(a, b)B, maka untuk nuklear sedemikian tindak balas tenaga ialah: Q \u003d [(M A + M a) - (M dalam + M b)] x c 2, dengan M ialah jisim yang terlibat dalam nuklear tindak balas zarah; c ialah kelajuan cahaya. Dalam amalan, adalah lebih mudah untuk menggunakan nilai kecacatan jisim delta M (lihat. Nukleus atom ), maka ungkapan untuk mengira Q mempunyai bentuk: lebih-lebih lagi, atas sebab kemudahan, ia biasanya dinyatakan dalam kiloelectronvolts (keV, 1 amu = 931501.59 keV = 1.492443 x 10 -7 kJ).
Perubahan tenaga yang mengiringi nuklear tindak balas , boleh 10 6 kali ganda atau lebih tinggi daripada tenaga yang dikeluarkan atau diserap semasa kimia. tindak balas. Oleh itu, dengan nuklear tindak balas perubahan dalam jisim nukleus yang berinteraksi menjadi ketara: tenaga yang dibebaskan atau diserap adalah sama dengan perbezaan antara jumlah jisim zarah sebelum dan selepas nuklear tindak balas . Keupayaan untuk melepaskan sejumlah besar tenaga dalam pelaksanaan nuklear tindak balas terletak di tengah-tengah nuklear tenaga . Penyiasatan tentang hubungan antara tenaga zarah yang terlibat dalam nuklear tindak balas , serta hubungan antara sudut di mana zarah yang terhasil mengembang, membentuk bahagian fizik nuklear - kinematik tindak balas nuklear.
Nuklear tindak balas .
Sifat interaksi zarah kejadian dengan nukleus sasaran bergantung pada sifat individu zarah berinteraksi dan tenaga zarah kejadian. Zarah kejadian boleh memasuki teras sasaran dan terbang keluar daripadanya hanya dengan menukar trajektorinya. Fenomena ini dipanggil interaksi elastik (atau penyerakan elastik). Dalam contoh di atas dengan penyertaan nukleus 27 A1, ia sepadan dengan nuklear tindak balas 27 A1(r, r) 27 A1. Nukleon zarah pengeboman, memukul nukleus, boleh berlanggar dengan nukleon nukleus. Jika, dalam kes ini, tenaga satu atau kedua-dua nukleon ternyata lebih besar daripada tenaga yang diperlukan untuk melepaskan diri daripada nukleus, maka kedua-duanya (atau sekurang-kurangnya satu daripada mereka) akan meninggalkan nukleus. Ini adalah proses langsung yang dipanggil. Masa semasa ia mengalir sepadan dengan masa di mana zarah pengeboman melalui ruang yang diduduki oleh nukleus sasaran. Dianggarkan kira-kira 10 -22 s. Proses langsung boleh dilakukan pada tenaga tinggi zarah pengeboman.
Pada tenaga sederhana dan rendah zarah pengeboman, tenaga berlebihannya diagihkan semula di antara banyak nukleon nukleus. Ini berlaku dalam masa 10 -15 -10 -16 s. Masa ini sepadan dengan jangka hayat apa yang dipanggil nukleus kompaun sistem nuklear, yang terbentuk semasa letupan nuklear. tindak balas hasil daripada penggabungan zarah kejadian dengan nukleus sasaran. Dalam tempoh ini, lebihan tenaga yang diterima oleh nukleus majmuk daripada zarah kejadian diagihkan semula. Ia boleh menumpukan pada satu atau lebih nukleon yang membentuk nukleus sebatian. Akibatnya, nukleus sebatian mengeluarkan, contohnya, deuteron d, triton t, atau zarah.
Walau bagaimanapun, jika tenaga yang dimasukkan ke dalam nukleus majmuk oleh zarah kejadian ternyata kurang daripada ketinggian halangan potensi yang mesti diatasi oleh zarah cahaya yang melarikan diri dari nukleus majmuk, maka dalam kes ini nukleus sebatian mengeluarkan kuantum ( tangkapan sinaran). Hasil daripada pereputan nukleus majmuk, nukleus baru yang agak berat terbentuk, yang boleh berada di bahagian utama dan di dalam.keadaan teruja. Dalam kes kedua, akan berlaku peralihan beransur-ansur nukleus teruja ke keadaan dasar.

Keratan rentas nuklear yang berkesan tindak balas .

Tidak seperti kebanyakan tindak balas kimia, di mana bahan permulaan, diambil dalam kuantiti stoikiometri, bertindak balas antara satu sama lain sepenuhnya, nuklear tindak balas menyebabkan hanya sebahagian kecil daripada semua zarah pengeboman yang jatuh pada sasaran. Ini disebabkan oleh fakta bahawa nukleus menduduki bahagian isipadu yang boleh diabaikan atom , supaya kebarangkalian zarah kejadian melalui sasaran memenuhi nukleus atom sangat kecil. Penghalang potensi Coulomb antara zarah kejadian dan nukleus (dengan cas yang sama) juga menghalang nuklear tindak balas . Untuk kuantiti. ciri-ciri kebarangkalian nuklear tindak balas menggunakan konsep bahagian berkesan a. Ia mencirikan kebarangkalian peralihan dua zarah berlanggar kepada keadaan akhir tertentu dan adalah sama dengan nisbah bilangan peralihan tersebut bagi setiap unit masa kepada bilangan zarah pengeboman yang melalui per unit masa melalui satu unit luas berserenjang dengan arah usul mereka. Bahagian berkesan mempunyai dimensi luas dan setanding mengikut urutan magnitud dengan luas keratan rentas nukleus atom (kira-kira 10 -28 m 2). Sebelum ini, unit luar sistem bahagian berkesan digunakan - bangsal (1 bangsal \u003d 10 -28 m 2).
Nilai sebenar untuk pelbagai nuklear tindak balas berbeza secara meluas (dari 10 -49 hingga 10 -22 m 2). Nilai bergantung pada sifat zarah pengeboman, tenaganya, dan, sebahagian besarnya, pada sifat nukleus yang disinari. Dalam kes penyinaran nuklear neutron apabila mengubah tenaga neutron anda boleh memerhatikan apa yang dipanggil. tangkapan bergema neutron , yang dicirikan oleh keratan rentas resonans. Tangkapan resonans diperhatikan apabila tenaga kinetik neutron adalah hampir dengan tenaga satu daripada keadaan pegun nukleus majmuk. Keratan rentas yang sepadan dengan tangkapan resonan bagi zarah pengeboman boleh melebihi keratan rentas bukan resonan dengan beberapa urutan magnitud.
Jika zarah pengeboman mampu menyebabkan nuklear tindak balas melalui beberapa saluran, maka jumlah keratan rentas berkesan pelbagai proses yang berlaku dengan nukleus penyinaran yang diberikan selalunya dipanggil jumlah keratan rentas.
Keratan rentas nuklear yang berkesan tindak balas untuk pelbagai nukleus isotop c.-l. elemen selalunya sangat berbeza antara satu sama lain. Oleh itu, apabila menggunakan campuran isotop untuk nuklear tindak balas keratan rentas yang berkesan mesti diambil kira bagi setiap nuklida mengambil kira kelazimannya dalam campuran isotop.
Pintu keluar nuklear tindak balas
Hasil tindak balas nuklear -nisbah nombor tindakan tindak balas nuklear bilangan zarah yang jatuh setiap unit luas (1 cm 2 ) sasaran biasanya tidak melebihi 10 -6 -10 -3 . Untuk sasaran nipis (secara ringkasnya, sasaran boleh dipanggil nipis, apabila melaluinya aliran zarah pengeboman tidak ketara melemahkan), hasil nuklear tindak balas adalah berkadar dengan bilangan zarah yang jatuh pada 1 cm 2 permukaan sasaran, bilangan nukleus yang terkandung dalam 1 cm 2 sasaran, dan juga dengan nilai keratan rentas berkesan nuklear tindak balas . Walaupun menggunakan sumber zarah peluru yang kuat sebagai reaktor nuklear, dalam masa 1 jam adalah mungkin, sebagai peraturan, untuk mendapatkan dalam pelaksanaan nuklear. tindak balas di bawah pengaruh neutron tidak lebih daripada beberapa mg atom mengandungi nukleus baru. Biasanya, jisim bahan yang diperolehi dalam satu atau lain nuklear tindak balas , kurang ketara.

mengebom zarah.
Untuk pelaksanaan nuklear tindak balas menggunakan neutron n, proton p, deuteron d, triton t, zarah, berat ion (12 C, 22 Ne, 40 Ar, dsb.), elektron e dan kuanta. Sumber neutron (lihat sumber neutron) semasa menjalankan nuklear tindak balas berfungsi sebagai: campuran logam Be dan pemancar yang sesuai, cth. 226 Ra (yang dipanggil sumber ampul), penjana neutron, reaktor nuklear. Kerana dalam kebanyakan kes nuklear tindak balas yang lebih tinggi untuk neutron dengan tenaga yang rendah (terma neutron ), kemudian sebelum mengarahkan aliran neutron pada sasaran, mereka biasanya diperlahankan menggunakan parafin, grafit dan bahan lain. Sekiranya lambat neutron asas. proses untuk hampir semua nukleus - penangkapan sinaran - nuklear tindak balas taip kerana halangan Coulomb nukleus menghalang penerbangan proton dan zarah. Di bawah pengaruh tindak balas rantai pembelahan neutron .
Sekiranya digunakan sebagai zarah pengeboman proton , deuteron, dsb., aliran yang membawa cas positif, zarah pengeboman dipercepatkan kepada tenaga tinggi (daripada puluhan MeV kepada ratusan GeV) menggunakan pelbagai pemecut. Ini adalah perlu supaya zarah bercas boleh mengatasi halangan potensi Coulomb dan memasuki nukleus yang disinari. Apabila sasaran disinari dengan zarah bercas positif, maks. keluaran nuklear tindak balas dicapai menggunakan deuteron. Ini disebabkan oleh fakta bahawa tenaga pengikat proton dan neutron dalam deuteron adalah agak kecil, dan, dengan itu, jarak antara proton dan neutron .
Apabila deuteron digunakan sebagai zarah pengeboman, hanya satu nukleon yang sering menembusi ke dalam nukleus yang disinari - proton atau neutron , nukleon kedua nukleus deuteron terbang lebih jauh, biasanya dalam arah yang sama dengan deuteron kejadian. Keratan rentas berkesan yang tinggi boleh dicapai dalam nuklear tindak balas antara deuteron dan nukleus cahaya pada tenaga zarah kejadian yang agak rendah (1-10 MeV). Oleh itu, nuklear tindak balas dengan penyertaan deuteron boleh dijalankan bukan sahaja dengan penggunaan deuteron yang dipercepatkan pada pemecut, tetapi juga dengan memanaskan campuran nukleus yang berinteraksi kepada suhu kira-kira 10 7 K. Nuklear sedemikian tindak balas dipanggil termonuklear. Di bawah keadaan semula jadi, ia hanya berlaku di kedalaman bintang. Di Bumi, tindak balas termonuklear yang melibatkan deuterium, deuterium dan tritium, deuterium dan litium dan lain-lain telah dijalankan dengan letupan bom termonuklear (hidrogen).
Untuk zarah, halangan Coulomb untuk nukleus berat mencapai ~25 MeV. Nuklear yang sama kemungkinannya tindak balas dan Produk Nuklear tindak balas biasanya radioaktif, untuk nuklear tindak balas - biasanya biji yang stabil.
Untuk sintesis bahan kimia superheavy baru. unsur, nuklear tindak balas , mengalir dengan penyertaan pemecut-dipercepatkan berat ion (22 Ne, 40 Ar, dsb.). Sebagai contoh, untuk nuklear tindak balas m. b. sintesis fermium. Untuk tindak balas nuklear dengan ion berat dicirikan oleh sejumlah besar saluran keluaran. Contohnya, apabila mengebom nukleus dengan 232 Th ion 40 Nukleus Ar, Ca, Ar, S, Si, Mg, Ne terbentuk.
Untuk pelaksanaan nuklear tindak balas di bawah tindakan quanta, quanta bertenaga tinggi (berpuluh-puluh MeV) adalah sesuai. Kuanta dengan tenaga yang lebih rendah hanya mengalami serakan elastik pada nukleus. Proses nuklear yang berlaku di bawah tindakan kuanta insiden tindak balas dipanggil fotonuklear, tindak balas ini mencapai 10 30 m 2.
Walaupun elektron mempunyai cas yang bertentangan dengan nukleus, penembusan elektron ke dalam nukleus hanya mungkin dalam kes apabila sinaran nuklear digunakan elektron , yang tenaganya melebihi puluhan MeV. Untuk menerima seperti itu elektron betatron dan pemecut lain digunakan.
Penyelidikan nuklear tindak balas memberi pelbagai maklumat tentang struktur dalaman nukleus. Nuklear tindak balas yang melibatkan neutron membolehkan anda mendapatkan sejumlah besar tenaga dalam reaktor nuklear. Akibat nuklear tindak balas pembelahan di bawah tindakan neutron sejumlah besar yang berbeza radionuklid , yang boleh digunakan, khususnya, dalam kimia seperti pengesan isotop. Dalam beberapa kes, nuklear tindak balas membolehkan anda menerimasebatian berlabel. Tindak balas nuklear adalah asas analisis pengaktifan. Dengan bantuan nuklear tindak balas kimia buatan yang disintesis. unsur ( teknetium, prometium, unsur transuranik, transactinoid).

Sejarah penemuan pembelahan uranium

Pembelahan nukleus uranium ditemui pada tahun 1938 oleh saintis Jerman O. Hahn dan F. Strassmann. Mereka berjaya membuktikan bahawa apabila membombardir nukleus uranium dengan neutron, unsur-unsur bahagian tengah sistem berkala terbentuk: barium, kripton, dll. Ahli fizik Austria L. Meitner dan ahli fizik Inggeris O. Frisch memberikan tafsiran yang betul tentang fakta ini . Mereka menjelaskan penampilan unsur-unsur ini melalui pereputan nukleus uranium, yang menangkap neutron, kepada dua bahagian yang lebih kurang sama. Fenomena ini dipanggil pembelahan nuklear, dan nukleus yang terhasil dipanggil serpihan pembelahan.

Model jatuhan nukleus

Tindak balas pembelahan ini boleh dijelaskan berdasarkan model kejatuhan nukleus. Dalam model ini, nukleus dianggap sebagai titisan cecair tak boleh mampat bercas elektrik. Sebagai tambahan kepada daya nuklear yang bertindak antara semua nukleon nukleus, proton mengalami tolakan elektrostatik tambahan, kerana ia terletak di pinggiran nukleus. Dalam keadaan tidak teruja, daya tolakan elektrostatik diberi pampasan, jadi nukleus mempunyai bentuk sfera (Rajah 1).

nasi. satu

Selepas penangkapan neutron oleh nukleus, nukleus perantaraan terbentuk, yang berada dalam keadaan teruja. Dalam kes ini, tenaga neutron diagihkan sama rata di antara semua nukleon, dan nukleus perantaraan itu sendiri berubah bentuk dan mula berayun. Jika pengujaan kecil, maka nukleus (Rajah 1, b), membebaskan dirinya daripada tenaga yang berlebihan dengan memancarkan ? -kuantum atau neutron, kembali kepada keadaan stabil. Jika tenaga pengujaan cukup tinggi, maka ubah bentuk teras semasa getaran boleh menjadi begitu besar sehingga penyempitan terbentuk di dalamnya (Rajah 1c), serupa dengan penyempitan antara dua bahagian titisan cecair membelah. Daya nuklear yang bertindak dalam pinggang sempit tidak lagi dapat menahan daya tolakan Coulomb yang ketara bagi bahagian nukleus. Penyempitan pecah, dan nukleus terpecah kepada dua "serpihan" (Rajah 1d), yang berselerak ke arah yang bertentangan.
Pada masa ini, kira-kira 100 isotop berbeza dengan nombor jisim dari kira-kira 90 hingga 145 diketahui, yang timbul daripada pembelahan nukleus ini. Dua tindak balas pembelahan tipikal nukleus ini mempunyai bentuk:
.
Perhatikan bahawa akibat pembelahan nuklear yang dimulakan oleh neutron, neutron baru dihasilkan yang boleh menyebabkan tindak balas pembelahan dalam nukleus lain. Hasil pembelahan nukleus uranium-235 juga boleh menjadi isotop lain barium, xenon, strontium, rubidium, dll.
Semasa pembelahan nukleus atom berat (), tenaga yang sangat besar dibebaskan - kira-kira 200 MeV semasa pembelahan setiap nukleus. Kira-kira 80% daripada tenaga ini dibebaskan dalam bentuk tenaga kinetik serpihan; baki 20% dikira oleh tenaga sinaran radioaktif serpihan dan tenaga kinetik neutron segera.
Tenaga yang dibebaskan semasa pembelahan nuklear boleh dianggarkan menggunakan tenaga pengikat khusus nukleon dalam nukleus. Tenaga pengikat khusus nukleon dalam nukleus dengan nombor jisim A? 240 ialah kira-kira 7.6 MeV/nukleon, manakala dalam nukleus dengan nombor jisim A= 90 – 145 tenaga tentu adalah lebih kurang sama dengan 8.5 MeV/nukleon. Oleh itu, pembelahan nukleus uranium membebaskan tenaga dalam susunan 0.9 MeV/nukleon, atau lebih kurang 210 MeV bagi setiap atom uranium. Dengan pembelahan lengkap semua nukleus yang terkandung dalam 1 g uranium, tenaga yang sama dibebaskan seperti semasa pembakaran 3 tan arang batu atau 2.5 tan minyak.

Tindak balas rantai nuklear

Tindak balas rantai nuklear - urutan tunggaltindak balas nuklear , setiap satunya disebabkan oleh zarah yang muncul sebagai hasil tindak balas pada langkah urutan sebelumnya. Contoh tindak balas berantai nuklear ialah tindak balas berantaipembelahan nuklear elemen berat, di mana bilangan utama peristiwa pembelahan dimulakanneutron diperoleh melalui pembelahan nuklear pada generasi sebelumnya.

Dalam pembelahan nukleus uranium-235, yang disebabkan oleh perlanggaran dengan neutron, 2 atau 3 neutron dibebaskan. Di bawah keadaan yang menggalakkan, neutron ini boleh memukul nukleus uranium lain dan menyebabkannya pembelahan. Pada peringkat ini, dari 4 hingga 9 neutron akan muncul, mampu menyebabkan pereputan baru nukleus uranium, dan lain-lain. Proses seperti runtuhan salji ini dipanggil tindak balas berantai. Skim untuk pembangunan tindak balas berantai pembelahan nukleus uranium ditunjukkan dalam rajah. 3.

nasi. 3

Uranium berlaku di alam semula jadi dalam bentuk dua isotop: (99.3%) dan (0.7%). Apabila dibombardir oleh neutron, nukleus kedua-dua isotop boleh berpecah kepada dua serpihan. Dalam kes ini, tindak balas pembelahan berjalan paling intensif dengan neutron perlahan (terma), manakala nukleus memasuki tindak balas pembelahan hanya dengan neutron pantas dengan tenaga dalam susunan 1 MeV. Jika tidak, tenaga pengujaan nukleus yang terbentuk
tidak mencukupi untuk pembelahan, dan kemudian bukannya pembelahan, tindak balas nuklear berlaku:
.
Isotop uranium ? -radioaktif, separuh hayat 23 min. Isotop neptunium juga radioaktif, dengan separuh hayat kira-kira 2 hari.
.

Isotop plutonium agak stabil, dengan separuh hayat 24,000 tahun. Sifat plutonium yang paling penting ialah ia boleh fisil di bawah pengaruh neutron dengan cara yang sama seperti. Oleh itu, dengan bantuan, tindak balas berantai boleh dilakukan.
Skim tindak balas berantai yang dibincangkan di atas adalah kes yang ideal. Dalam keadaan sebenar, tidak semua neutron yang dihasilkan semasa pembelahan mengambil bahagian dalam pembelahan nukleus lain. Sebahagian daripada mereka ditangkap oleh nukleus bukan fisil atom asing, yang lain terbang keluar dari uranium (kebocoran neutron).
Oleh itu, tindak balas berantai pembelahan nukleus berat tidak selalu berlaku dan bukan untuk sebarang jisim uranium.

Faktor pendaraban neutron

Perkembangan tindak balas berantai dicirikan oleh faktor pendaraban neutron yang dipanggil Kepada, yang diukur dengan nisbah nombor N i neutron yang menyebabkan pembelahan nuklear jirim pada salah satu peringkat tindak balas, kepada nombor N i-1 neutron yang menyebabkan pembelahan pada peringkat tindak balas sebelumnya:
.
Faktor pendaraban bergantung pada beberapa faktor, khususnya, pada sifat dan jumlah bahan mudah pecah, dan pada bentuk geometri isipadu yang didudukinya. Jumlah bahan yang sama mempunyai nilai yang berbeza Kepada. Kepada maksimum jika bahan itu mempunyai bentuk sfera, kerana dalam kes ini kehilangan neutron segera melalui permukaan akan menjadi yang paling kecil.
Jisim bahan fisil di mana tindak balas rantai diteruskan dengan faktor pendaraban Kepada= 1 dipanggil jisim kritikal. Dalam kepingan kecil uranium, kebanyakan neutron, tanpa mengenai mana-mana nukleus, terbang keluar.
Nilai jisim kritikal ditentukan oleh geometri sistem fizikal, strukturnya dan persekitaran luaran. Jadi, untuk sebiji bola uranium tulen, jisim genting ialah 47 kg (sebiji bola berdiameter 17 cm). Jisim kritikal uranium boleh dikurangkan berkali-kali ganda dengan menggunakan apa yang dipanggil moderator neutron. Hakikatnya ialah neutron yang dihasilkan semasa pereputan nukleus uranium mempunyai kelajuan yang terlalu tinggi, dan kebarangkalian penangkapan neutron perlahan oleh nukleus uranium-235 adalah beratus-ratus kali lebih besar daripada yang pantas. Moderator neutron yang terbaik ialah air berat D 2 O. Apabila berinteraksi dengan neutron, air biasa itu sendiri bertukar menjadi air berat.
Penyederhana yang baik juga ialah grafit, yang nukleusnya tidak menyerap neutron. Apabila interaksi elastik dengan deuterium atau nukleus karbon, neutron diperlahankan kepada halaju terma.
Penggunaan moderator neutron dan cangkang berilium khas yang memantulkan neutron memungkinkan untuk mengurangkan jisim kritikal kepada 250 g.
Dengan faktor pendaraban Kepada= 1 bilangan nukleus pembelahan dikekalkan pada tahap malar. Mod ini disediakan dalam reaktor nuklear.
Jika jisim bahan api nuklear kurang daripada jisim kritikal, maka faktor pendaraban Kepada < 1; каждое новое поколение вызывает все меньшее и меньшее число делений, и реакция без внешнего источника нейтронов быстро затухает.
Jika jisim bahan api nuklear lebih besar daripada yang kritikal, maka faktor pendaraban Kepada> 1 dan setiap generasi baru neutron menyebabkan peningkatan bilangan pembelahan. Tindak balas berantai tumbuh seperti runtuhan salji dan mempunyai watak letupan, disertai dengan pelepasan tenaga yang besar dan peningkatan suhu ambien kepada beberapa juta darjah. Tindak balas berantai seperti ini berlaku apabila bom atom meletup.
reaktor nuklear

Reaktor nuklear ialah peranti yang dikawaltindak balas rantai nuklear disertai dengan pelepasan tenaga. Reaktor nuklear pertama dibina pada Disember 1942 di Amerika Syarikat di bawah arahan E.Fermi . Di Eropah, reaktor nuklear pertama dilancarkan pada Disember 1946 di Moscow di bawah pimpinan I.V.Kurchatov . Menjelang tahun 1978, sudah ada kira-kira seribu reaktor nuklear pelbagai jenis beroperasi di dunia. Komponen mana-mana reaktor nuklear adalah:teras Dengan bahan api nuklear , biasanya dikelilingi oleh pemantul neutron,penyejuk , sistem kawalan tindak balas rantai, perlindungan sinaran, sistem kawalan jauh. Ciri utama reaktor nuklear ialah kuasanya. Kuasa dalam 1 Bertemu sepadan dengan tindak balas berantai di mana 3 10 16 peristiwa pembelahan berlaku dalam 1 sec.

Teras reaktor nuklear mengandungi bahan api nuklear, tindak balas berantai hasil pembelahan nuklear, dan tenaga dibebaskan. Keadaan reaktor nuklear dicirikan oleh pekali berkesan Kef pendaraban neutron atau kereaktifan r:

R \u003d (K? - 1) / K eff. (satu)

Sekiranya Kepada ef > 1, maka tindak balas berantai berkembang dengan masa, reaktor nuklear berada dalam keadaan superkritikal dan kereaktifannya ialah r > 0; jika Kepada ef < 1 , maka tindak balas mereput, reaktor adalah subkritikal, r< 0; при Kepada ? = 1, r = 0, reaktor berada dalam keadaan kritikal, proses pegun sedang berjalan, dan bilangan pembelahan adalah malar dalam masa. Untuk memulakan tindak balas berantai semasa permulaan reaktor nuklear, sumber neutron biasanya dimasukkan ke dalam teras (campuran Ra dan Be, 252 Cf dll.), walaupun ini tidak perlu, kerana pembelahan nuklear spontan uranium dan sinaran kosmik berikan bilangan neutron awal yang mencukupi untuk perkembangan tindak balas berantai di Kepada ef > 1.

235 U digunakan sebagai bahan fisil dalam kebanyakan reaktor nuklear. . Jika teras, sebagai tambahan kepada bahan api nuklear (semula jadi atau diperkaya Uranus), mengandungi penyederhana neutron (grafit, air dan bahan lain yang mengandungi nukleus ringan, lihat di bawah).Kesederhanaan neutron ), maka bahagian utama pembahagian berlaku di bawah tindakanneutron haba (reaktor haba ). Dalam reaktor nuklear neutron haba, semula jadi Uranus , tidak diperkaya 235 U (ini adalah reaktor nuklear pertama). Jika tiada penyederhana dalam teras, maka bahagian utama pembelahan disebabkan oleh neutron pantas dengan tenaga x n > 10 kev(reaktor pantas ). Reaktor neutron perantaraan dengan tenaga 1-1000 ev.

Mengikut reka bentuk, reaktor nuklear dibahagikan kepada reaktor heterogen , di mana bahan api nuklear diagihkan secara diskret dalam teras dalam bentuk blok, di antaranya terdapat penyederhana neutron, danreaktor homogen , di mana bahan api nuklear dan penyederhana adalah campuran homogen (pelarut atau ampaian). Blok dengan bahan api nuklear dalam heterogen dalam reaktor nuklear dipanggilunsur bahan api (TVEL "ami), membentuk kekisi biasa; isipadu setiap satu elemen bahan api dipanggil sel. Mengikut sifat penggunaan, reaktor nuklear dibahagikan kepada reaktor kuasa danreaktor penyelidikan . Selalunya satu reaktor nuklear menjalankan beberapa fungsi .

Di bawah keadaan kritikal, reaktor nuklear mempunyai bentuk:

Kepada ef = K ? ? P = 1, (1)

Di mana 1 - P ialah kebarangkalian keluar (kebocoran) neutron daripada zon aktif reaktor nuklear, Kepada ? - faktor pendaraban neutron dalam teras dimensi besar yang tidak terhingga, ditentukan untuk reaktor nuklear haba oleh apa yang dipanggil "formula 4 faktor":

Kepada? = neju. (2)

Di sini n ialah purata bilangan neutron sekunder (cepat) yang timbul daripada pembelahan nukleus 235 U. neutron haba, e ialah faktor pendaraban untuk neutron pantas (peningkatan bilangan neutron akibat pembelahan nukleus, terutamanya nukleus 238 U , neutron pantas); j ialah kebarangkalian bahawa neutron tidak ditangkap oleh nukleus 238 U semasa proses nyahpecutan, u ialah kebarangkalian bahawa neutron haba akan menyebabkan pembelahan. Nilai h \u003d n / (l + a) sering digunakan, di mana a ialah nisbah keratan rentas tangkapan sinaran s p kepada keratan rentas pembelahan s d.

Keadaan (1) menentukan dimensi Reaktor Nuklear. Contohnya, untuk reaktor nuklear daripada uranium semulajadi dan grafit n = 2.4. e » 1.03, eju » 0.44, dari mana Kepada? =1.08. Ini bermakna bahawa untuk Kepada ? > 1 diperlukan R<0,93, что соответствует (как показывает теория Ядерного реактора) размерам активной зоны Ядерный реактор ~ 5-10 m. Jumlah reaktor tenaga nuklear moden mencecah ratusan m 3 dan ditentukan terutamanya oleh kemungkinan penyingkiran haba, dan bukan oleh keadaan kritikal. Isipadu zon aktif reaktor nuklear dalam keadaan genting dipanggil isipadu kritikal reaktor nuklear, dan jisim bahan fisil dipanggil jisim kritikal. Reaktor nuklear dengan bahan api dalam bentuk larutan garam isotop fisil tulen dalam air dan dengan reflektor neutron air mempunyai jisim kritikal terkecil. Untuk 235 U jisim ini ialah 0.8 kg, untuk 239 Pu - 0,5 kg. 251 mempunyai jisim kritikal terkecil rujuk (secara teorinya 10 g). Parameter kritikal reaktor nuklear grafit dengan semula jadi uranium: jisim uranium 45 t, isipadu grafit 450 m 3 . Untuk mengurangkan kebocoran neutron, teras diberi bentuk sfera atau hampir dengan bentuk sfera, contohnya, silinder dengan ketinggian susunan diameter atau kiub (nisbah terkecil permukaan kepada isipadu).

Nilai n dikenali untuk neutron haba dengan ketepatan 0.3% (Jadual 1). Dengan peningkatan tenaga x n neutron yang menyebabkan pembelahan, n berkembang mengikut undang-undang: n \u003d n t + 0.15x n (x n dalam mev), di mana n t sepadan dengan pembelahan oleh neutron haba.

Tab. 1. - Nilai n dan h) untuk neutron haba (mengikut data untuk 1977)

233 U	235 U	239 Pu	241 Pu
n 2.479	2,416	2,862	2,924
h 2.283	2,071	2,106	2,155

Nilai (e-1) biasanya hanya beberapa%; namun, peranan pendaraban neutron pantas adalah penting, kerana untuk reaktor nuklear yang besar ( Kepada ? - 1) << 1 (графитовые Ядерный реактор с естественным uranium di mana tindak balas berantai mula-mula dijalankan, ia tidak mungkin dibuat jika pembelahan pada neutron pantas tidak wujud).

Nilai maksimum J yang mungkin dicapai dalam reaktor nuklear yang hanya mengandungi nukleus fisil. Reaktor nuklear kuasa menggunakan diperkaya ringan

Uranus (tumpuan 235 U ~ 3-5%), dan teras 238 U menyerap pecahan neutron yang ketara. Jadi, untuk campuran semula jadi isotop uranium nilai maksimum nJ = 1.32. Penyerapan neutron dalam penyederhana dan bahan struktur biasanya tidak melebihi 5-20% daripada penyerapan oleh semua isotop bahan api nuklear. Daripada penyederhana, air berat mempunyai penyerapan neutron paling rendah, dan bahan struktur - Al dan Zr .

Kebarangkalian penangkapan resonan neutron oleh nukleus 238

U dalam proses nyahpecutan (1-j) berkurangan dengan ketara dalam reaktor nuklear heterogen. Pengurangan dalam (1 - j) adalah disebabkan oleh fakta bahawa bilangan neutron dengan tenaga yang hampir dengan resonan berkurangan secara mendadak di dalam blok bahan api dan hanya lapisan luar blok mengambil bahagian dalam penyerapan resonans. Struktur heterogen reaktor nuklear memungkinkan untuk menjalankan proses rantai secara semula jadi uranium . Ia mengurangkan nilai O, tetapi kehilangan kereaktifan ini jauh lebih kecil daripada keuntungan akibat penurunan penyerapan resonans.

Untuk mengira reaktor nuklear haba, adalah perlu untuk menentukan spektrum neutron haba. Jika penyerapan neutron sangat lemah dan neutron mempunyai masa untuk berlanggar berkali-kali dengan nukleus penyederhana sebelum penyerapan, maka keseimbangan termodinamik (pemanasan neutron) diwujudkan antara medium penyederhana dan gas neutron, dan spektrum neutron haba diterangkan.

Pengedaran Maxwell . Pada hakikatnya, penyerapan neutron dalam zon aktif reaktor nuklear adalah agak besar. Ini membawa kepada sisihan daripada taburan Maxwell - tenaga purata neutron adalah lebih besar daripada tenaga purata molekul medium. Proses termalisasi dipengaruhi oleh pergerakan nukleus, ikatan kimia atom dan lain-lain.

Pembakaran dan pembiakan bahan api nuklear.

Semasa operasi reaktor nuklear, perubahan dalam komposisi bahan api berlaku, dikaitkan dengan pengumpulan serpihan pembelahan di dalamnya dan dengan pembentukanunsur transuranik , terutamanya isotop Pu . Pengaruh serpihan pembelahan terhadap kereaktifan reaktor nuklear dipanggil keracunan (untuk serpihan radioaktif) dan sanga (untuk yang stabil). Keracunan terutamanya disebabkan oleh 135 Xe yang mempunyai keratan rentas serapan neutron terbesar (2.6 10 6 bangsal). Separuh hayatnya T 1/2 = 9.2 jam, hasil pembelahan ialah 6-7%. Badan utama 135 Xe terbentuk akibat pereputan 135 ] (Tts = 6,8 h). Apabila diracuni, Kef berubah sebanyak 1-3%. Keratan rentas penyerapan besar 135 Xe dan kehadiran isotop perantaraan 135 saya membawa kepada dua fenomena penting: 1) kepada peningkatan kepekatan 135 Xe dan, akibatnya, kepada penurunan kereaktifan Reaktor Nuklear selepas penutupan atau pengurangan kuasa ("lubang iodin"). Ini menjadikan keperluan untuk mempunyai margin kereaktifan tambahan dalam badan kawal selia atau membuat pemberhentian jangka pendek dan turun naik kuasa menjadi mustahil. Kedalaman dan Tempoh iodin telaga bergantung kepada fluks neutron Ф: pada Ф = 5 10 13 neutron/cm2? sec tempoh masa iodin lubang ~ 30 h, dan kedalaman adalah 2 kali lebih besar daripada perubahan pegun Kepada ef disebabkan oleh keracunan 135 Xe . 2) Disebabkan oleh keracunan, turun naik spatio-temporal fluks neutron Ф, dan oleh itu kuasa reaktor nuklear, boleh berlaku, turun naik ini berlaku pada Ф> 10 13 neutron / cm 2? saat dan dimensi besar reaktor nuklear. Tempoh ayunan ~ 10 h.

Bilangan serpihan stabil berbeza yang timbul daripada pembelahan nuklear adalah besar. Terdapat serpihan dengan keratan rentas penyerapan besar dan kecil berbanding keratan rentas penyerapan isotop fisil. Kepekatan bekas mencapai ketepuan semasa beberapa hari pertama operasi Reaktor Nuklear (terutamanya 149 Sm , menukar K eff sebanyak 1%). Kepekatan yang terakhir dan kereaktifan negatif yang diperkenalkan oleh mereka meningkat secara linear dengan masa.

Pembentukan unsur transuranium dalam reaktor nuklear berlaku mengikut skema berikut:

Di sini 3 bermaksud tangkapan neutron, nombor di bawah anak panah ialah separuh hayat.

Pengumpulan 239 Pu (bahan api nuklear) pada permulaan operasi reaktor nuklear berlaku secara linear dalam masa, dan lebih cepat (dengan pembakaran tetap 235 U ), semakin kurang pengayaan uranium. Kemudian kepekatan 239 Pu cenderung kepada nilai malar, yang tidak bergantung pada tahap pengayaan, tetapi ditentukan oleh nisbah keratan rentas tangkapan neutron 238 U dan 239 Pu . Masa ciri penubuhan kepekatan keseimbangan 239 Pu ~ 3/ F tahun (F dalam unit 10 13 neutron/ cm 2 ?sec). Isotop 240 Pu, 241 Pu mencapai kepekatan keseimbangan hanya apabila bahan api dibakar semula dalam reaktor nuklear selepas penjanaan semula bahan api nuklear.

Pembakaran bahan api nuklear dicirikan oleh jumlah tenaga yang dikeluarkan dalam reaktor nuklear setiap 1 t bahan api. Untuk reaktor nuklear yang didorong oleh uranium semula jadi, keletihan maksimum ~ 10 gwt?hari/t(reaktor nuklear air berat). Dalam reaktor nuklear dengan diperkaya dengan lemah uranium (2-3% 235 U ) keletihan ~ 20-30 GW-hari/t. Dalam reaktor nuklear neutron pantas - sehingga 100 GW-hari/t. Burnout 1 GW-hari/t sepadan dengan pembakaran 0.1% bahan api nuklear.

Apabila bahan api nuklear terbakar, kereaktifan reaktor nuklear berkurangan (dalam reaktor nuklear yang menggunakan uranium semula jadi pada pembakaran rendah, beberapa peningkatan kereaktifan berlaku). Penggantian bahan api yang hangus boleh dilakukan dengan segera dari keseluruhan teras atau secara beransur-ansur di sepanjang rod bahan api supaya terdapat rod bahan api dari semua peringkat umur dalam mod pengisian bahan api berterusan (pilihan perantaraan mungkin). Dalam kes pertama, reaktor nuklear dengan bahan api segar mempunyai kereaktifan berlebihan yang perlu diberi pampasan. Dalam kes kedua, pampasan sedemikian hanya diperlukan pada permulaan awal, sebelum memasuki mod beban berlebihan berterusan. Pengisian bahan api berterusan memungkinkan untuk meningkatkan kedalaman pembakaran, kerana kereaktifan reaktor nuklear ditentukan oleh kepekatan purata nuklida fisil (TVEL dengan kepekatan minimum nuklida fisil dipunggah). Jadual 2 menunjukkan komposisi bahan api nuklear yang diekstrak. (dalam kg) dalamreaktor air bertekanan kuasa 3 Gwt. Seluruh teras dipunggah serentak selepas operasi reaktor nuklear selama 3 tahun dan "petikan" 3 tahun(Ф = 3?1013 neutron/cm2?sec). Barisan Permulaan: 238 U - 77350, 235 U - 2630, 234 U - 20.

Tab. 2. - Komposisi bahan api yang tidak dimuatkan, kg

238 dan lain-lain.................
Tindak balas nuklear (NR) - satu proses di mana nukleus atom berubah dengan menghancurkan atau bergabung dengan nukleus atom lain. Oleh itu, ia mesti membawa kepada transformasi sekurang-kurangnya satu nuklida kepada yang lain. Kadangkala, jika nukleus berinteraksi dengan nukleus atau zarah lain tanpa mengubah sifat mana-mana nuklida, proses itu dirujuk sebagai penyerakan nuklear. Mungkin yang paling ketara ialah tindak balas unsur cahaya yang mempengaruhi penghasilan tenaga bintang dan matahari. Tindak balas semula jadi juga berlaku dalam interaksi sinar kosmik dengan jirim. reaktor nuklear semula jadi Reaksi terkawal manusia yang paling ketara ialah tindak balas pembelahan, yang berlaku dalam peranti ini untuk memulakan dan mengawal tindak balas rantai nuklear. Tetapi terdapat bukan sahaja reaktor buatan. Reaktor nuklear semula jadi pertama di dunia ditemui pada tahun 1972 di Oklo di Gabon oleh ahli fizik Perancis Francis Perrin. Keadaan di mana tenaga semula jadi tindak balas nuklear boleh dijana telah diramalkan pada tahun 1956 oleh Paul Kazuo Kuroda. Satu-satunya tapak yang diketahui di dunia terdiri daripada 16 tapak di mana tindak balas mampan diri jenis ini telah berlaku. Ini dipercayai berlaku sekitar 1.7 bilion tahun dahulu dan berterusan selama beberapa ratus ribu tahun, seperti yang dibuktikan oleh isotop xenon (gas hasil pembelahan) dan nisbah U-235/U-238 yang berbeza-beza (pengayaan uranium semulajadi). pembelahan nuklear Plot tenaga pengikat menunjukkan bahawa nuklida dengan jisim lebih besar daripada 130 a.m.u. harus terpisah secara spontan antara satu sama lain untuk membentuk nuklida yang lebih ringan dan lebih stabil. Secara eksperimen, saintis telah mendapati bahawa tindak balas pembelahan spontan unsur-unsur tindak balas nuklear berlaku hanya untuk nuklida paling berat dengan nombor jisim 230 atau lebih. Walaupun ini dilakukan, ia sangat perlahan. Separuh hayat untuk pembelahan spontan 238 U, sebagai contoh, adalah 10-16 tahun, atau kira-kira dua juta kali lebih lama daripada usia planet kita! Tindak balas pembelahan boleh disebabkan oleh penyinaran sampel nuklida berat dengan neutron haba perlahan. Sebagai contoh, apabila 235 U menyerap neutron haba, ia pecah kepada dua zarah jisim tidak sekata dan membebaskan purata 2.5 neutron. Penyerapan neutron 238 U mendorong ayunan dalam nukleus, yang mengubah bentuknya sehingga pecah menjadi serpihan, sama seperti setitik cecair boleh pecah menjadi titisan yang lebih kecil. Lebih daripada 370 nuklida anak perempuan dengan jisim atom antara 72 dan 161 a.m.u. dihasilkan melalui pembelahan dengan neutron terma 235U, termasuk dua produk yang ditunjukkan di bawah. Isotop tindak balas nuklear, seperti uranium, mengalami pembelahan teraruh. Tetapi satu-satunya isotop semula jadi 235 U hadir dengan banyaknya pada hanya 0.72%. Pembelahan teraruh isotop ini membebaskan secara purata 200 MeV setiap atom, atau 80 juta kilojoule per gram 235 U. Daya tarikan pembelahan nuklear sebagai sumber tenaga boleh difahami dengan membandingkan nilai ini dengan 50 kJ/g yang dibebaskan apabila gas asli dibakar. Reaktor nuklear pertama Reaktor nuklear buatan pertama telah dibina oleh Enrico Fermi dan mula beroperasi oleh pekerja di bawah stadium bola sepak pada 2 Disember 1942. Reaktor ini, yang menghasilkan beberapa kilowatt kuasa, terdiri daripada longgokan 385 tan blok grafit yang disusun berlapis-lapis di sekeliling kekisi padu 40 tan uranium dan uranium oksida. Pembelahan spontan 238 U atau 235 U dalam reaktor ini menghasilkan sangat sedikit neutron. Tetapi terdapat uranium yang mencukupi, sehingga salah satu neutron ini mengaruh 235 U, dengan itu melepaskan purata 2.5 neutron, yang memangkinkan pembelahan tambahan 235 U nukleus dalam tindak balas berantai (tindak balas nuklear). Jumlah bahan pembelahan yang diperlukan untuk mengekalkan tindak balas berantai dipanggil Anak panah hijau menunjukkan pembelahan nukleus uranium dalam dua serpihan pembelahan yang memancarkan neutron baru. Sebahagian daripada neutron ini boleh mencetuskan tindak balas pembelahan baharu (anak panah hitam). Sebahagian daripada neutron mungkin hilang dalam proses lain (anak panah biru). Anak panah merah menunjukkan neutron tertunda yang datang kemudian daripada serpihan pembelahan radioaktif dan boleh menyebabkan tindak balas pembelahan baharu. Penetapan tindak balas nuklear Pertimbangkan sifat asas atom, termasuk nombor atom dan jisim atom. Nombor atom ialah bilangan proton dalam nukleus atom, dan isotop mempunyai nombor atom yang sama tetapi berbeza dalam bilangan neutron. Jika nukleus awal dilambangkan a dan b, dan isirong produk ditandakan Dengan dan d, maka tindak balas boleh diwakili oleh persamaan yang anda boleh lihat di bawah. Tindak balas nuklear manakah yang membatalkan zarah cahaya dan bukannya menggunakan persamaan penuh? Dalam banyak situasi, bentuk padat digunakan untuk menerangkan proses sedemikian: a (b, c) d bersamaan dengan a+b menghasilkan c + d. Zarah cahaya sering mengecut: biasanya hlm bermaksud proton, n- neutron, d- deuteron, α - zarah alfa, atau helium-4, β zarah beta atau elektron γ - foton gamma, dsb. Jenis tindak balas nuklear Walaupun bilangan kemungkinan tindak balas sedemikian adalah besar, ia boleh diisih mengikut jenis. Kebanyakan tindak balas ini disertai oleh sinaran gamma. Berikut adalah beberapa contoh: Penyerakan elastik. Berlaku apabila tiada tenaga dipindahkan antara nukleus sasaran dan zarah kejadian. Penyerakan tidak anjal. Berlaku apabila tenaga dipindahkan. Perbezaan dalam tenaga kinetik dipelihara dalam nuklida teruja. menangkap reaksi. Kedua-dua zarah bercas dan neutral boleh ditangkap oleh nukleus. Ini disertai dengan pancaran ɣ-ray. Zarah tindak balas nuklear dalam tindak balas penangkapan neutron dipanggil nuklida radioaktif (radioaktiviti teraruh). Memindahkan tindak balas. Penyerapan zarah yang disertai dengan pelepasan satu atau lebih zarah dipanggil tindak balas pemindahan. Tindak balas pembelahan. Pembelahan nuklear ialah tindak balas di mana nukleus atom terbahagi kepada kepingan yang lebih kecil (nukleus yang lebih ringan). Proses pembelahan selalunya menghasilkan neutron dan foton bebas (dalam bentuk sinar gamma) dan membebaskan sejumlah besar tenaga. Tindak balas gabungan. Berlaku apabila dua atau lebih nukleus atom berlanggar pada kelajuan yang sangat tinggi dan bergabung membentuk sejenis nukleus atom yang baharu. Zarah daripada tindak balas pelakuran nuklear deuterium-tritium amat diminati kerana potensinya untuk membekalkan tenaga pada masa hadapan. reaksi berpecah. Berlaku apabila nukleus dipukul oleh zarah yang mempunyai tenaga dan momentum yang cukup untuk mengeluarkan beberapa serpihan kecil atau memecahkannya kepada banyak serpihan. tindak balas penyusunan semula. Ini ialah penyerapan zarah, disertai dengan pelepasan satu atau lebih zarah: 197Au (hlm, d) 196mAu 4Dia (a, p) 7Li 27Al (a, n) 30P 54Fe (a, d) 58Co 54Fe(a, 2n) 56Ni 54Fe (32S, 28Si) 58Ni Pelbagai tindak balas penyusunan semula mengubah bilangan neutron dan bilangan proton. pereputan nuklear Tindak balas nuklear berlaku apabila atom yang tidak stabil kehilangan tenaga melalui sinaran. Ia adalah proses rawak pada tahap atom tunggal, kerana menurut teori kuantum adalah mustahil untuk meramalkan bila atom individu akan mereput. Terdapat banyak jenis pereputan radioaktif: Radioaktiviti alfa. Zarah alfa terdiri daripada dua proton dan dua neutron yang terikat bersama dengan zarah yang sama dengan nukleus helium. Oleh kerana jisimnya yang sangat besar dan casnya, ia mengion bahan dengan kuat dan mempunyai julat yang sangat pendek. Radioaktiviti beta. Ia adalah tenaga tinggi, positron berkelajuan tinggi, atau elektron, yang dipancarkan daripada jenis nukleus radioaktif tertentu, seperti kalium-40. Zarah beta mempunyai julat penembusan yang lebih besar daripada zarah alfa, tetapi masih jauh lebih rendah daripada sinar gamma. Zarah beta yang dikeluarkan ialah satu bentuk sinaran mengion, juga dikenali sebagai sinar beta tindak balas rantai nuklear. Pengeluaran zarah beta dipanggil pereputan beta. Radioaktiviti gamma. Sinar gamma ialah sinaran elektromagnet dengan frekuensi yang sangat tinggi dan oleh itu merupakan foton tenaga tinggi. Ia terbentuk apabila nukleus mereput semasa mereka pergi dari keadaan tenaga tinggi ke keadaan yang lebih rendah yang dikenali sebagai pereputan gamma. Kebanyakan tindak balas nuklear disertai oleh sinaran gamma. Pelepasan neutron. Pelepasan neutron ialah sejenis pereputan radioaktif nukleus yang mengandungi lebihan neutron (terutama hasil pembelahan), di mana neutron dikeluarkan dari nukleus. Sinaran jenis ini memainkan peranan penting dalam kawalan reaktor nuklear kerana neutron ini ditangguhkan. Tenaga Nilai Q bagi tenaga tindak balas nuklear ialah jumlah tenaga yang dibebaskan atau diserap semasa tindak balas. Ia dipanggil atau Q-nilai tindak balas. Tenaga ini dinyatakan sebagai perbezaan antara tenaga kinetik produk dan jumlah bahan tindak balas. Pandangan umum bagi tindak balas: x + X ⟶ Y + y + Q……(i) x + X ⟶ Y + y + Q……(i), di mana x dan X adalah reagen, dan y dan Y- hasil tindak balas, yang boleh menentukan tenaga tindak balas nuklear, Q - keseimbangan tenaga. NR nilai Q bermaksud tenaga yang dibebaskan atau diserap dalam tindak balas. Ia juga dipanggil keseimbangan tenaga NR, yang boleh menjadi positif atau negatif bergantung pada watak. Jika nilai Q adalah positif, tindak balas akan menjadi eksotermik, juga dipanggil exoergic. Dia mengeluarkan tenaga. Jika nilai Q adalah negatif, tindak balas adalah endoergik, atau endotermik. Tindak balas sedemikian dijalankan dengan menyerap tenaga. Dalam fizik nuklear, tindak balas sedemikian ditakrifkan oleh nilai Q, sebagai perbezaan antara jumlah jisim bahan tindak balas awal dan hasil akhir. Ia diukur dalam unit tenaga MeV. Pertimbangkan tindak balas biasa di mana peluru a dan tujuan A lebih rendah daripada dua produk B dan b. Ini boleh dinyatakan seperti berikut: a + A → B + B, atau bahkan dalam tatatanda yang lebih padat - A (a, b) B. Jenis-jenis tenaga dalam tindak balas nuklear dan nilai tindak balas ini ditentukan oleh formula : Q = c2, yang bertepatan dengan lebihan tenaga kinetik produk akhir: Q = T akhir - T permulaan Untuk tindak balas di mana peningkatan tenaga kinetik produk diperhatikan, Q adalah positif. Tindak balas Q positif dipanggil eksotermik (atau eksogen). Terdapat pelepasan bersih tenaga, kerana tenaga kinetik keadaan akhir adalah lebih besar daripada keadaan awal. Untuk tindak balas di mana penurunan tenaga kinetik produk diperhatikan, Q adalah negatif. Separuh hayat bahan radioaktif ialah pemalar ciri. Ia mengukur masa yang diperlukan untuk jumlah jirim tertentu dikurangkan separuh melalui pereputan dan dengan itu sinaran. Ahli arkeologi dan ahli geologi menggunakan separuh hayat sehingga kini pada objek organik dalam proses yang dikenali sebagai pentarikhan karbon. Semasa pereputan beta, karbon 14 ditukar kepada nitrogen 14. Pada masa kematian, organisma berhenti menghasilkan karbon 14. Oleh kerana separuh hayat adalah malar, nisbah karbon 14 kepada nitrogen 14 memberikan ukuran umur sampel. Dalam bidang perubatan, sumber tenaga untuk tindak balas nuklear ialah isotop radioaktif Cobalt 60, yang telah digunakan untuk terapi sinaran untuk mengecutkan tumor yang kemudiannya akan dibuang melalui pembedahan, atau untuk membunuh sel-sel kanser dalam tumor yang tidak boleh dibedah. Apabila ia mereput menjadi nikel yang stabil, ia mengeluarkan dua tenaga yang agak tinggi - sinar gamma. Hari ini ia digantikan oleh sistem radioterapi pancaran elektron. Separuh hayat isotop daripada beberapa sampel: oksigen 16 - tak terhingga; uranium 238 - 4,460,000,000 tahun; uranium 235 - 713,000,000 tahun; karbon 14 - 5,730 tahun; kobalt 60 - 5.27 tahun; perak 94 - 0.42 saat. pentarikhan radiokarbon Pada kadar yang sangat stabil, karbon 14 yang tidak stabil secara beransur-ansur mereput menjadi karbon 12. Nisbah isotop karbon ini mendedahkan umur beberapa penduduk tertua di bumi. Pentarikhan radiokarbon ialah kaedah yang menyediakan anggaran objektif umur bahan berasaskan karbon. Umur boleh dianggarkan dengan mengukur jumlah karbon 14 yang terdapat dalam sampel dan membandingkannya dengan rujukan standard antarabangsa. Kesan pentarikhan radiokarbon ke atas dunia moden telah menjadikannya salah satu penemuan paling penting pada abad ke-20. Tumbuhan dan haiwan mengasimilasikan karbon 14 daripada karbon dioksida sepanjang hayat mereka. Apabila mereka mati, mereka berhenti menukar karbon dengan biosfera, dan kandungan karbon 14 di dalamnya mula berkurangan pada kadar yang ditentukan oleh undang-undang pereputan radioaktif. Pentarikhan radiokarbon pada asasnya adalah kaedah untuk mengukur sisa radioaktiviti. Mengetahui berapa banyak karbon 14 yang tinggal dalam sampel, anda boleh mengetahui umur organisma apabila ia mati. Perlu diingatkan bahawa keputusan pentarikhan radiokarbon menunjukkan apabila organisma itu masih hidup. Kaedah asas untuk mengukur radiokarbon Terdapat tiga kaedah utama yang digunakan untuk mengukur karbon 14 dalam mana-mana kiraan berkadar pensampel tertentu, pembilang kilauan cecair, dan spektrometri jisim pemecut. Pengiraan gas berkadar ialah teknik pentarikhan radiometrik biasa yang mengambil kira zarah beta yang dipancarkan daripada sampel tertentu. Zarah beta ialah hasil pereputan radiokarbon. Dalam kaedah ini, sampel karbon terlebih dahulu ditukar kepada gas karbon dioksida sebelum diukur dalam meter berkadar gas. Pengiraan cecair kilauan ialah satu lagi kaedah pentarikhan radiokarbon yang popular pada tahun 1960-an. Dalam kaedah ini, sampel adalah dalam bentuk cecair dan scintillator ditambah. Sintilator ini mencipta kilatan cahaya apabila ia berinteraksi dengan zarah beta. Tiub sampel disalurkan di antara dua fotomultiplier, dan apabila kedua-dua peranti mendaftarkan kilat cahaya, kiraan dibuat. Faedah Sains Nuklear Undang-undang tindak balas nuklear digunakan dalam pelbagai cabang sains dan teknologi, seperti perubatan, tenaga, geologi, ruang angkasa dan perlindungan alam sekitar. Perubatan nuklear dan radiologi ialah amalan perubatan yang melibatkan penggunaan sinaran atau radioaktiviti untuk mendiagnosis, merawat dan mencegah penyakit. Walaupun radiologi telah digunakan selama hampir satu abad, istilah "perubatan nuklear" mula digunakan kira-kira 50 tahun yang lalu. Kuasa nuklear telah digunakan selama beberapa dekad dan merupakan salah satu pilihan tenaga yang paling pesat berkembang untuk negara yang mencari penyelesaian keselamatan tenaga dan penjimatan tenaga pelepasan rendah. Ahli arkeologi menggunakan pelbagai kaedah nuklear untuk menentukan umur objek. Artifak seperti Kafan Turin, Skrol Laut Mati dan Mahkota Charlemagne boleh diberi tarikh dan disahkan menggunakan teknik nuklear. Teknik nuklear digunakan dalam komuniti pertanian untuk melawan penyakit. Sumber radioaktif digunakan secara meluas dalam industri perlombongan. Sebagai contoh, ia digunakan dalam ujian tidak merosakkan penyumbatan dalam saluran paip dan kimpalan, dalam mengukur ketumpatan bahan yang ditebuk. Sains nuklear memainkan peranan yang berharga dalam membantu kita memahami sejarah alam sekitar kita. Tidak menemui jawapan kepada soalan anda? Tengok sini Pidato sebagai prototaip kewartawanan Petikan tentang Napoleon - dslinkov — LiveJournal Saya membalas dendam Lelaki di atas jentolak memusnahkan bandar itu