2 Енергія зв язку атомного ядра Частина 1

3 З яких частинок складається ядро атома ?

4 Енергія зв язку атомного ядра – енергія, яка необхідна для повного розщеплення ядра на окремі нуклони Е = m · c² Е зв = Δ M · c²

5 Δ M - дефект мас - різниця мас спокою нуклонів, з яких складається ядро атома, і маси цілого ядра M я < Z· m p + N· m n Δ M = Z· m p + N· m n - M я На 1 а. о. м. припадає енергії зв язку = 931 МеВ

6 Порівняння ядерної енергії та теплової = Синтез 4 г гелію Згоряння 2 вагонів кам ' яного вугілля

7 Питома енергія зв'язку - енергія зв'язку, що припадає на один нуклон ядра Е п = Е зв А 1.У ядер середньої частини періодичної системи Менделєєва з масовим числом 40 А 100 Е п максимальна 2. У ядер з А>100 Е п плавно зменшується 3. У ядер з А< 40 Е п скачкоподібно зменшується 4. Максимальною Еп володіють ядра, у яких число протонів і нейтронів парне, мінімальною - ядра, у яких число протонів і нейтронів непарне Найбільш оптимальні способи вивільнення внутрішньої енергії ядер: - розподіл важких ядер; - синтез легких ядер.

8 Ядерні реакції Частина 2

9 Ядерні реакції – штучні перетворення атомних ядер при взаємодії їх з елементарними частинками або один з одним Умови : 1) Частинки впритул наближаються до ядра і потрапляють в поле дії ядерних сил ; 2) Частинки повинні мати велику кінетичну енергію (... за допомогою прискорювачів елементарних частинок та іонів)

10 Перші ядерні реакції Е. Резерфорд, 1932 р. Li+Li+H H e+ HeHe Ядерна реакція на швидких протонах

11 Класифікація ядерних реакцій : 1. За енергією частинок, які їх викликають : малі енергії 100 еВ ; середні 1 МеВ ; високі 50 МеВ. 2. За видом ядер, які беруть участь в реакції : реакції на легких ядрах ( А <50), середніх (50< А <100) і важких ядрах ( А >100); 3. За природою бомбардуючих частинок : реакції на нейтронах, квантах, заряджених частинках ; 4. За характером ядерних перетворень : захоплення частинок з перетворенням в більш масивне ядро, розщеплення ядра на частини при бомбардуванні, перехід ядра із збудженого стану в нормальний.

12 Енергетичний вихід ядерних реакцій Е = Δ m·c² - різниця енергій спокою ядер і частинок до реакції і після реакції Приклад : Δm=Δm=(m H + m H ) – (m He + m n ) Якщо Е < 0, то енергія виділяється (екзотермічна); Якщо Е > 0, то енергія поглинається (ендотермічна).

13 Ядерні реакції на нейтронах 1934 р., Е. Фермі – опромінював нейтронами майже всі елементи періодичної системи. Нейтрони, не маючи заряду, безперешкодно проникають в атомні ядра і викликають їх зміни. Реакції на швидких нейтронах. Реакції на повільних нейтронах ( больш ефективні, ніж швидкі ; n сповільнюють в звичайній воді ) Al + n Na + He

14 Поділ ядер урану Відкрили в 1938 р. О. Ган, Ф. Штрасман Пояснили в 1939 р. О. Фріш, Л. Мейтнер Поділ відбувається під дією кулонівських сил При бомбардуванні нейтронами U утворюється 80 різних ядер. Найбільш ймовірний поділ на Kr і Ba у відношенні 2/

15 Ланцюгова ядерна реакція Частина 3

16 Для здійснення ланцюгової реакції необхідно, щоб середня кількість звільнених нейтронів з плином часу не зменшувалася. Відношення кількості нейтронів в якому-небудь «поколінні» до кількості нейтронів в попередньому «поколінні» називають коефіцієнтом розмноження нейтронів k Якщо k < 1, реакція швидко згасає, Якщо k = 1, то реакція відбувається з постійною інтенсивністю (керована), Якщо k >1, то реакція розвивається лавинно (некерована) і призводить до ядерного вибуху

17 Коефіцієнт розмноження визначають слідуючі фактори : 1) Захоплення повільних нейтронів ядрами U або захоплення швидких нейтронів ядрами U і U з наступним поділом. 2) Захоплення нейтронів ядрами урану без поділу. 3) Захоплення нейтронів продуктами поділу, сповільнювачем і конструктивними елементами установки. 4) Виліт нейтронів назовні із речовини, яка ділиться

18 Щоб зменшити виліт нейтронів із шматка урану збільшують масу урану ( маса зростає швидше, ніж площа поверхні, якщо форма – куля ). Мінімальне значення маси урану, при якій можлива ланцюгова реакція, називається критичною масою. Залежно від пристрою установки і типу пального критична маса змінюється від 250 г до сотень кілограмів

19 Термоядерний синтез Частина 4

20 Термоядерна реакція - реакція злиття легких ядер при дуже високій температурі, що супроводжується виділенням енергії. Енергетично д уже в игідна !!! 1. С ама п ідтримується – в н адрах З емлі, С онця т а і нших з ірок. 2. Н екерована – в однева б омба !!! 3. В едуться р оботи п о з дійсненню к ерованої т ермоядерної р еакції.

21 Ядерний реактор Частина 5

22 Ядерний реактор – установка, в якій відбувається керована ланцюгова реакція поділу важких ядер Перший ядерний реактор : США, 1942 р., Е. Фермі, Поділ ядер урану. В Росії : 25 грудня 1946 р., І. В. Курчатов

23 Умови роботи : 1) Пальне – природний уран, збагачений до 5% ураном -235, торій або плутоній 2) Сповільнювач – важка (D 2 O) або звичайна вода 3) Для зменшення витікання нейтронів активна зона оточена шаром відбивача ( графіт ) 4) Ядерне пальне вводять в активну зону. Температура 800 К – 900 К 5) Керування з допомогою регулюючих стержнів із сполук бору і кадмію, активно поглинаючих нейтрони ) 6) Система охолодження для відводу тепла із активної зони реактора ( вода, рідкі метали, деякі органічні рідини ) 7) Системи дозиметричного контролю та біологічного захисту навколишнього середовища від протонів, нейтронів, γ - випромінювання 8) Після рр служби реактор не підлягає відновленню

24 Застосування ядерної енергії Частина 6

25 Атомна енергетика Перша АЕС, 1954 р., м. Обнінськ, потужність 5000 кВт

26 Схема пристрою АЕС 1) Не споживають дефіцитного органічного палива, 2) Не обтяжують перевезенням вугілля ЖД - транспорт, 3) Не споживають атмосферне повітря, 4) Не засмічують середовище золою і продуктами згоряння. + 1) Не можна розміщувати в густонаселених районах – потенційна загроза радіоактивного заражения !!!!! 2) Складнощі із захороненням радіоактивних відходів і демонтажем атомних електростанцій, які відслужили свій термін. -

27 Ядерна зброя … на відміну від звичайної зброї, завдає руйнівної дії за рахунок ядерної, а не механічної або хімічної енергії. За руйнівною потужністю тільки вибухової хвилі одна одиниця ядерної зброї може перевершувати тисячі звичайних бомб і артилерійських снарядів. Крім того, ядерний вибух справляє на все живе згубну теплову і радіаційну дію, причому, як правило, на великих площах.

28 Радіус ураження при ядерному вибуху

29 « РДС –1» « РДС –1» Ядерний заряд вперше випробуваний 29 серпня 1949 року на Семипалатинському полігоні. Потужність заряду до 20 кілотон тротилового еквіваленту.

30 Моноблочна головна частина балістичної ракети, що відокремлюється Пуск здійснюється з підводного човна на дальність до 1500 км.Пуск здійснюється з підводного човна на дальність до 1500 км. У цьому ракетному комплексі вперше реалізований підводний пуск ракети з глибини м. Виріб має в своєму складіУ цьому ракетному комплексі вперше реалізований підводний пуск ракети з глибини м. Виріб має в своєму складі термоядерний заряд мегатонного класу. термоядерний заряд мегатонного класу. Габаритні розміри: довжина 2300 мм, діаметр 1304 мм., маса 1144 кг. Габаритні розміри: довжина 2300 мм, діаметр 1304 мм., маса 1144 кг. Виріб розроблявся і випробувався на початку 1960-х рр.., прийнято на озброєння в 1963 р. Виріб розроблявся і випробувався на початку 1960-х рр.., прийнято на озброєння в 1963 р.

31 Головна частина міжконтинентальної балістичної ракети Довжина 1893 мм, діаметр міделя 1300 мм, маса 736 кг. Довжина 1893 мм, діаметр міделя 1300 мм, маса 736 кг. Заряд термоядерний мегатонного класу. Заряд термоядерний мегатонного класу. Корпус має багатошарову конструкцію, що передбачає Корпус має багатошарову конструкцію, що передбачає силову оболонку і теплозахист. силову оболонку і теплозахист. Наконечник корпусу виконаний з радіопрозорого матеріалу. Наконечник корпусу виконаний з радіопрозорого матеріалу. Розробка і випробування проводилися в 1960-х рр.. Розробка і випробування проводилися в 1960-х рр..