Учитель физики МОУ СОШ п. Мирный Ажгалиева Асия Амангельдеевна

2 Энергия связи атомного ядра Часть 1

3 Вспомните, каков состав ядра атома

4 Энергия связи атомного ядра – энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны Е = m · c² Е св = Δ M · c²

5 Δ M - дефект масс - разность масс покоя нуклонов, составляющих ядро атома, и массы целого ядра M я < Z· m p + N· m n Δ M = Z· m p + N· m n - M я На 1 а. е. м. приходится энергия связи = 931 МэВ

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

7 Удельная энергия связи - энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра Е уд = Е св А 1. У ядер средней части периодической системы Менделеева с массовым числом 40 А 100 Е уд максимальна 2. У ядер с А > 100 Е уд плавно убывает 3. У ядер с А< 40 Е уд скачкообразно убывает 4. Максимальной Еуд обладают ядра, у которых число протонов и нейтронов четное, минимальной – ядра, у которых число протонов и нейтронов нечетное Наиболее оптимальные способы высвобождения внутренней энергии ядер: - деление тяжелых ядер; - синтез легких ядер.

8 Ядерные реакции Часть 2

9 Ядерные реакции – искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом Условия : 1) Частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил ; 2) Частицы должны обладать большой кинетической энергией (… с помощью ускорителей элементарных частиц и ионов )

10 Первые ядерные реакции Э. Резерфорд, 1932 г. Li+Li+H H e+ HeHe Ядерная реакция на быстрых протонах

11 Классификация ядерных реакций : 1. По энергии частиц, которые их вызывают : малые энергии 100 эВ ; средние 1 МэВ ; высокие 50 МэВ. 2. По виду ядер, которые участвуют в реакции : реакции на легких ядрах ( А <50), средних (50< А <100) и тяжелых ядрах ( А >100); 3. По природе бомбардирующих частиц : реакции на нейтронах, квантах, заряженных частицах ; 4. По характеру ядерных преобразований : захват частиц с преобразованием в более массивное ядро, расщепление ядра на части при бомбардировании, переход ядра из возбужденного состояния в нормальное.

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

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

14 Деление ядер урана Открытие в 1938 г. О. Ган, Ф. Штрассман Объяснение в 1939 г. О. Фриш, Л. Мейтнер Деление происходит под действием кулоновских сил Rb 94 При бомбардировке нейтронами U образуется 80 различных ядер. Наиболее вероятное деление на Kr и Ba в соотношении 2/ α -излучение γ -излучение

15 Цепная ядерная реакция Часть 3

16 Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы среднее количество освобожденных нейтронов с течением времени не уменьшалось. Отношение количества нейтронов в каком - либо « поколении » к количеству нейтронов в предыдущем « поколении » называют коэффициентом размножения нейтронов k Если k < 1, реакция быстро затухает, Если k = 1, то реакция протекает с постоянной интенсивностью (управляемая), Если k >1, то реакция развивается лавинно (неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву

17 Коэффициент размножения определяют следующие факторы : 1) Захват медленных нейтронов ядрами U или захват быстрых нейтронов ядрами U и U с последующим делением. 2) Захват нейтронов ядрами урана без деления. 3) Захват нейтронов продуктами деления, замедлителем и конструктивными элементами установки. 4) Вылет нейтронов наружу из вещества, которое делится

18 Чтобы уменьшить вылет нейтронов из куска урана увеличивают массу урана ( масса растет быстрее, чем площадь поверхности, если форма – шар ). Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установки и типа горючего критическая масса изменяется от 250 г до сотен килограммов

19 Термоядерный синтез Часть 4

20 Термоядерная реакция - реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии Энергетически очень выгодна !!! 1. С самоподдерживающиеся – в недрах З емли, С олнца и других звезд. 2. Н еуправляемая – водородная бомба !!! 3. В едутся работы п о осуществлению управляемой термоядерной реакции.

21 Ядерный реактор Часть 5

22 Ядерный реактор – установка, в которой осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер Первый ядерный реактор : США, 1942 г., Э. Ферми, деление ядер урана. В России : 25 декабря 1946 г., И. В. Курчатов

23 Условия работы : 1) Горючее – природный уран, обогащенный до 5% ураном -235, торий или плутоний 2) Замедлитель – тяжелая (D 2 O) или обычная вода 3) Для уменьшения вытекания нейтронов активная зона окружена слоем отражателя ( графит ) 4) Ядерное горючее вводят в активную зону в виде стержней. Температура 800 К – 900 К 5) Управление с помощью регулирующих стержней из соединений бора и кадмия, активно поглощающих нейтроны 6) Система охлаждения для отвода тепла из активной зоны реактора ( вода, жидкие металлы, некоторые органические жидкости ) 7) Системы дозиметрического контроля и биологической защиты окружающей среды от протонов, нейтронов, γ - излучения 8) После лет службы реактор не подлежит восстановлению

24 Применение ядерной энергии Часть 6

25 Атомная энергетика Первая АЭС, 1954 г., г. Обнинск, мощность 5000 к Вт

26 Схема устройства АЭС 1) Не потребляют дефицитного органического топлива, 2) Не загружают перевозками угля ЖД - транспорт, 3) Не потребляют атмосферный воздух, 4) Не засоряют среду золой и продуктами сгорания. + 1) Нельзя размещать в густонаселенных районах – потенциальная угроза радиоактивного заражения !!!!! 2) Сложности с захоронением радиоактивных отходов и демонтажем отслуживших свой срок атомных электростанций -

27 Ядерное оружие … в отличие от обычного оружия, оказывает разрушающее действие за счет ядерной, а не механической или химической энергии. По разрушительной мощи только взрывной волны одна единица ядерного оружия может превосходить тысячи обычных бомб и артиллерийских снарядов. Кроме того, ядерный взрыв оказывает на все живое губительное тепловое и радиационное действие, причем, как правило, на больших площадях.

28 Радиус поражения при ядерном взрыве

29 Первая атомная бомба СССР « РДС –1» Ядерный заряд впервые испытан 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне. Мощность заряда до 20 килотонн тротилового эквивалента. Музей РФЯЦ – ВНИИТФ г. Снежинск

30 Отделяемая моноблочная головная часть баллистической ракеты Пуск осуществляется с подводной лодки на дальность до 1500 км. В этом ракетном комплексе впервые реализован подводный пуск ракеты с глубины м. Изделие имеет в своём составе термоядерный заряд мегатонного класса. Габаритные размеры : длина 2300 мм, диаметр 1304 мм. Габаритные размеры : длина 2300 мм, диаметр 1304 мм. Масса 1144 кг. Масса 1144 кг. Изделие разрабатывалось и испытывалось в начале х гг., Изделие разрабатывалось и испытывалось в начале х гг., принято на вооружение в 1963 г. Музей РФЯЦ – ВНИИТФ г. Снежинск. принято на вооружение в 1963 г. Музей РФЯЦ – ВНИИТФ г. Снежинск.

31 Головная часть межконтинентальной баллистической ракеты Длина 1893 мм, диаметр миделя 1300 мм, масса 736 кг. Заряд термоядерный мегатонного класса. Корпус имеет многослойную конструкцию, предусматривающую силовую оболочку и теплозащиту. Наконечник корпуса выполнен из радиопрозрачного материала. Разработка и испытания проводились в х гг. Музей РФЯЦ – ВНИИТФ г. Снежинск.