Ядерные реакции – искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом. - презентация

1 Ядерные реакции – искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом

2 Виды ядерных реакций: Наиболее оптимальные виды высвобождения внутренней энергии ядер: - деление тяжелых ядер; - синтез легких ядер. Условия : 1) Частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил, для этого частицы должны обладать большой кинетической энергией (…с помощью ускорителей элементарных частиц и ионов) 2)Незаряженные частицы, например нейтроны, могут проникать в атомные ядра, обладая сколь угодно малой кинетической энергией.

3 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.

4 Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году в опытах по обнаружению протонов в продуктах распада ядер Резерфорд бомбардировал атомы азота α-частицами. При соударении частиц происходила ядерная реакция, протекавшая по следующей схеме: Э. Резерфордом

5 Первая реакция бомбардировки атомов быстрыми заряженными частицами была осуществлена с помощью протонов большой энергии, полученных на ускорителе Э. Резерфорд, 1932 г. Li+Li+H H e+ HeHe

6 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. 1. Реакции на быстрых нейтронах. 2. Реакции на медленных нейтронах (более эффективны, чем быстрые; n замедляют в обычной воде) Al + n Na + He

7 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 α -излучение γ -излучение

8 реакции, протекающие при взаимодействии ядер с нейтронами

9 В 1940 г., Г. Флеров и В. Петржак обнаружили самопроизвольное ( спонтанное ) деление ядер урана – цепная ядерная реакция Ядерной цепной реакцией называется реакция, в которой частицы, вызывающие её ( нейтроны ), образуются как продукты этой реакции

10 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

11 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

12 Ядерный реактор – установка, в которой осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер

13 Первый ядерный реактор: США, 1942 г., Э.Ферми, В России: 25 декабря 1946 г., И.В.Курчатов Условия работы ядерного реактора: 1) Горючее – природный уран, обогащенный до 5% ураном-235, торий или плутоний 2) Для уменьшения вытекания нейтронов активная зона окружена слоем отражателя графита 3) Управление с помощью регулирующих стержней из соединений бора и кадмия, активно поглощающих нейтроны 4) Ядерное горючее вводят в активную зону в виде стержней. Температура 800К– 900 К 5) Система охлаждения для отвода тепла из активной зоны реактора (вода, жидкие металлы, некоторые органические жидкости 6)Системы дозиметрического контроля и биологической защиты окружающей среды от протонов, нейтронов, γ-излучения 7)После лет службы реактор не подлежит восстановлению

14 1. ЕСЛИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВО НЕ ИЗМЕНИТ СТРУКТУРУ ТОПЛИВНО- ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА, ТО СЖИГАТЬ НЕФТЬ И ГАЗ МЫ МОЖЕМ ЕЩЁ 50 ЛЕТ, А УГОЛЬ –250 ЛЕТ. 2. ИСКОПАЕМОЕ ТОПЛИВО САМОЕ ДЕШЁВОЕ И САМОЕ ЭФФЕКТИВНОЕ, ПОКА ОСТАЁТСЯ ОСНОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 3. СЕГОДНЯ В МИРЕ СУЩЕСТВУЕТ ОКОЛО 420 АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ. В РОССИИ 14% ВСЕЙ ЭНЕРГИИ ВЫРАБАТЫВАЕТСЯ АЭС. 4. САМЫЕ ИЗВЕСТНЫЕ АЭС: БАЛАКОВСКАЯ, КАЛИНИНСКАЯ, КОЛЬСКАЯ, НОВОВОРОНЕЖСКАЯ, КУРСКАЯ, ЛЕНИНГРАДСКАЯ, СМОЛЕНСКАЯ, БЕЛОЯРСКАЯ, БИЛИБИНСКАЯ (НА ЧУКОТКЕ). 5. ОТ ОБЫЧНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, АТОМНАЯ ЭС ОТЛИЧАЕТСЯ, ПРЕЖДЕ ВСЕГО, ВИДОМ ТОПЛИВА(ЯДРА ТЯЖЁЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ – УРАНА И ПЛУТОНИЯ) 6. ПРИ ДЕЛЕНИИ 1 Г УРАНА ВЫДЕЛЯЕТСЯ СТОЛЬКО ЖЕ ТЕПЛА, СКОЛЬКО ПРИ СГОРАНИИ 3 Т КАМЕННОГО УГЛЯ. Развитие атомной энергетики и экологические проблемы.

15 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В РАБОТЕ ТОПЛИВНО- ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 1)САМЫЙ КРУПНЫЙ НЕДОСТАТОК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК НА ИСКОПАЕМОМ ТОПЛИВЕ – БОЛЬШОЙ ОБЪЁМ ОТХОДОВ (КАК ТВЁРДЫХ, ТАК И ГАЗОВЫХ). 2)ВЫДЕЛЯЕМЫЕ ГАЗЫ ОБУСЛАВЛИВАЮТ УСИЛЕНИЕ «ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА» И СВЯЗАННЫЕ С НИМ ПОВЫШЕНИЕ СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ (А, СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ МИРОВОГО ОКЕАНА, ЗАБОЛАЧИВАНИЕ НИЗМЕННЫХ МЕСТ – ЖИТНИЦ ВО МНОГИХ СТРАНАХ, НАСТУПЛЕНИЕ ПУСТЫНЬ), ВЫПАДЕНИЕ «КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ», ВОЗНИКНОВЕНИЕ «ОЗОНОВЫХ ДЫР». ШЛАКИ И ЗОЛА ЗАСОРЯЮТ ТЕРРИТОРИЮ. 3)УТИЛИЗАЦИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И ПОСЛЕДСТВИЯ НЕПРЕДВИДЕННЫХ АВАРИЙ. 4) ГЛАВНУЮ ОПАСНОСТЬ ПРЕДСТАВЛЯЮТ РАДИОНУКЛИДЫ, ПОПАДАЮЩИЕ В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА, ВЫЗЫВАЯ ЛУЧЕВУЮ БОЛЕЗНЬ, ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОПУХОЛИ; ВЛИЯНИЕ НА ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ (УРОДЛИВОЕ ПОТОМСТВО, МУТАЦИЯ). 5)ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ УРАНА, ХРАНЕНИЯ И РЕГЕНЕРАЦИИ ТОПЛИВА, ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВСЕХ ГРУНТОВЫХ ВОД ТРИТИЕМ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ ПЛУТОНИЕМ. 6)ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА: ДОРОГОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, ЕЩЁ ДОРОЖЕ РАЗМОНТИРОВКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА. Развитие атомной энергетики и экологические проблемы.

16 но стоит задуматься над тем: как это скажется на безопасности населения при возникновении природных катастроф? при возникновении социальной нестабильности? Для устойчивого развития нужны устойчивые энергоресурсы. В марте 1979 г. произошла самая серьезная до Чернобыля авария на американской АЭС. После этого случая американцы не ввели в строй ни одного реактора. В Швеции принято решение о постепенном закрытии АЭС. Лишь Великобритания, Франция и Россия планируют строительство новых АЭС, несмотря на активное сопротивление общественности. Сырьём для АЭС является в основном уран, его запасов в земной коре хватит на 50 тыс. лет. В морской воде урана в 1000 раз больше, чем в земной коре. Запасы позволяют развивать атомную энергетику, но стоит задуматься над тем: как это скажется на безопасности населения при возникновении природных катастроф? при возникновении социальной нестабильности? Для устойчивого развития нужны устойчивые энергоресурсы.

17 Контрольные вопросы Допишите ядерные реакции: 4 9 Be H 5 9 B + ? 7 14 N + ? 6 14 C p 7 14 N He ? H

18 Контрольные вопросы Допишите ядерные реакции: Al He P + ? ? He Si p