Просмотр содержимого документа
«Презентация на тему "Ядерные реакции"»
Уроки физики в 11 классе
Содержание:
1.Энергия связи атомного ядра
2. Ядерные реакции
3. Цепная ядерная реакция
4. Термоядерный синтез
5. Ядерный реактор
6. Применение ядерной энергии
7. Блок контроля
8. Глоссарий
9. Литература
Часть 1
Энергия связиатомного ядра
Вспомните, каковсостав ядра атома
Энергия связи атомного ядра–энергия, которая необходимадля полного расщепления ядрана отдельные нуклоныЕ=m·c²Есв=ΔM·c²
ΔM-дефект масс-разность масс покоя нуклонов, составляющих ядро атома,и массы целого ядраMяZ·mp +N·mnΔM=Z·mp +N·mn-MяНа 1 а.е.м. приходитсяэнергия связи = 931 МэВ
Сравнение ядерной энергиии тепловой
Синтез
4 г гелия
Сгорание
2 вагонов каменного угля
=
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 с массовым числом 40 ≤ А ≤ 100 Е уд максимальна" width="640"
Удельная энергия связи-энергия связи, приходящаясяна один нуклон ядра
Есв
Еуд =
А
Наиболее оптимальные способы
высвобождения внутренней энергии
ядер:
- деление тяжелых ядер;
- синтез легких ядер.
У ядер средней части периодической системы Менделеева
2. У ядер сА100Еудплавно убывает
3.У ядер сА40Еуд скачкообразно убывает
4. Максимальной Еуд обладают ядра, у которых
число протонов и нейтронов четное, минимальной – ядра,
у которых число протонов и нейтронов нечетное
с массовым числом 40≤А≤ 100Еуд максимальна
Часть 2
Ядерные реакции
Ядерные реакции –искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии ихс элементарными частицамиили 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)
Первые ядерные реакции
Э.Резерфорд, 1932 г.
Ядерная реакция
на быстрых протонах
He
Li+
H
He+
7
1
4
4
→
2
3
2
1
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." width="640"
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.
0, то энергия поглощается (эндотермическая)." width="640"
Энергетический выход ядерных реакцийЕ=Δm·c²-разность энергий покоя ядер и частицдо реакции и после реакции
Пример:
Δm=
(mH+ mH) – (mHe+ mn)
3
1
2
4
1
1
2
0
Если Е0, то энергия выделяется
(экзотермическая);
ЕслиЕ0, то энергия поглощается
(эндотермическая).
Ядерные реакции на нейтронах
1934г., 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;
nзамедляют в обычной воде)
1
24
4
Al + n→ Na + He
27
2
0
11
13
1
0
Деление ядер урана
Открытие в1938г. О.Ган, Ф.Штрассман
Объяснение в 1939 г. О.Фриш, Л.Мейтнер
235
При бомбардировке нейтронамиU
образуется 80 различных ядер.
Наиболее вероятное деление наKrиBa
в соотношении 2/3
91
142
Деление происходит
под действием кулоновских сил
94
Rb
α-излучение
γ-излучение
Часть 3
Цепнаяядерная реакция
Ядерной цепной реакциейназывается реакция, в которой частицы, вызывающие её (нейтроны), образуются как продукты этой реакции
В1940г., Г.Флеров и В.Петржак
обнаружилисамопроизвольное (спонтанное)
деление ядер урана–
цепная ядерная реакция
1 , то реакция развивается лавинно (неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву" width="640"
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 нейтроновk
Еслиk1,реакция быстро затухает,
Еслиk= 1,то реакция протекает с постоянной
интенсивностью (управляемая),
Еслиk1,то реакция развивается лавинно
(неуправляемая)и приводит к ядерному взрыву
Коэффициент размноженияопределяют следующие факторы:
1) Захват медленных нейтронов ядрамиU
или захват быстрых нейтронов ядрамиUиU
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.
235
236
235
Чтобы уменьшить вылет нейтроновиз куска урана увеличивают массу урана (масса растет быстрее, чем площадь поверхности, если форма – шар).
Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называетсякритической массой.
В зависимости от устройства установки и типа горючего критическая масса изменяется от 250 г до сотен килограммов
Часть 4
Термоядерный синтез
Термоядерная реакция-реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии
Энергетически очень выгодна!!!
Самоподдерживающиеся –
в недрах Земли, Солнца и других звезд.
2. Неуправляемая – водородная бомба!!!
3. Ведутся работы по осуществлению
управляемой термоядерной реакции.
Часть 5
Ядерный реактор
Ядерный реактор– установка, в которой осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер
Первый ядерный реактор: США, 1942 г., Э.Ферми,
деление ядер урана.
В СССР: 25 декабря 1946 г., И.В.Курчатов
Условия работы:
3) Для уменьшения вытекания нейтронов
активная зона окружена слоем отражателя
(графит)
5) Управление с помощью регулирующих
стержней из соединений бора и кадмия,
активно поглощающих нейтроны
1)Горючее – природный уран, обогащенный до 5% ураном-235, торий или плутоний
2) Замедлитель – тяжелая (D2O)
или обычная вода
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
4) Ядерное горючее вводят в активную зону
в виде стержней. Температура 800К– 900 К
8) После 30-40 лет службы реактор
не подлежит восстановлению
Часть 6
Применениеядерной энергии
Атомная энергетика
Первая АЭС,
1954 г.,
г. Обнинск,
мощность 5000 кВт
Атомная энергетика
ВВЭР –водо-водяной
энергетическийреактор
РБМК – атомныйреактор
большоймощности
канальный
БН – атомный реактор
набыстрыхнейтронах
ЭГП – атомныйэнергетический
графитовыйреактор
сперегревомпара
Атомная энергетика
-
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
+
Ядерная энергия в мирных целях
В 1955 г. основано МАГАТЭ
МЕЖДУНАРОДНОЕ АГЕНТСТВО ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ
(МАГАТЭ)
является межправительственной организацией,
которая на основе соглашения с ООН с 1956 г. входит в общую
систему Объединенных Наций.
МАГАТЭ уполномочено:
поощрять и поддерживать изучение, развитие и практическое
использование атомной энергии во всем мире в гражданских целях;
посредничать в обмене услугами и материалами между
своими членами по их желанию;
обеспечивать использование материалов, услуг и
оборудования для развития атомной энергетики в мирных целях;
поощрять обмен научной и технической информацией в сфере
мирного использования атомной энергии;
предпринимать меры безопасности для предотвращения
использования ядерных материалов в военных целях;
вместе с отвечающими за эти вопросы органами и институтами
системы ООН определять и устанавливать нормы в области
безопасности и охраны здоровья.
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.
Радиус пораженияпри ядерном взрыве
Испытания ядерного оружия впервые были проведены на Аламогордской базе ВВС, расположенной в пустынной части шт. Нью-Мексико. Плутониевое ядерное устройство, установленное на стальной башне, было успешно взорвано 16 июля 1945. Энергия взрыва приблизительно соответствовала 20 кт тротила. При взрыве образовалось грибовидное облако, башня обратилась в пар, а характерный для пустыни грунт под ней расплавился, превратившись в сильно радиоактивное стеклообразное вещество.(Через 16 лет после взрыва уровень радиоактивности в этом месте все еще был выше нормы.) Информация об удачном опытном взрыве сохранялась в тайне от общественности, но была передана президенту Г.Трумену, который в то время находился в Потсдаме на переговорах о послевоенном устройстве Германии. Проинформированы были также У.Черчилль и И.Сталин.
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
Бомба предназначалась для проведения натурных испытаний ядерных
зарядов большой мощности (20–50 мегатонн).Она представляет собой
баллистическое тело обтекаемой формы с хвостовым оперением.
Диаметр 2 м, длина 8 м, масса 30 т. Для обеспечения возможности
транспортировки авиабомбы такого большого калибра была проведена
специальная доработка самолёта Ту-95, позволившая разместить на нём
авиабомбу, частично заглубив её внутри фюзеляжа. Бомбометание
производилось на дозвуковой скорости. Для обеспечения безопасности
экипажа самолёта-носителя от поражающих факторов сброшенной им
бомбы была разработана парашютная система: 2 вытяжных парашюта
площадью 0,52 и 5 м 2, четыре тормозных — по 42 м 2 и основной
парашют — площадью 1600 м 2. Перегрузки не превышали 5 единиц,
скорость снижения обеспечивалась в пределах 20–25 м/с. В дальнейшем
на базе такой парашютной системы были разработаны системы
спасения для спускаемых аппаратов управляемых космических ракет.
Бомба испытана на половинную мощность 24 декабря 1962 года
на полигоне „Новая Земля“.Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.
Ядерная бомба
для применения со сверхзвуковых самолётов
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 40-50 м. Изделие имеет в своём составе
термоядерный заряд мегатонного класса.
Габаритные размеры: длина 2300 мм, диаметр 1304 мм.
Масса 1144 кг.
Изделие разрабатывалось и испытывалось в начале 1960-х гг.,
принято на вооружение в 1963 г.Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.
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 1960-х гг.Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.
Водородная бомба для стратегической авиации
Самая первая водородная бомба,
освоенная серийным производством
и принятая на вооружение стратегической
авиации. Окончание разработки — 1962 г.Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г.Снежинск.
Ракета
оперативно-тактического назначения
Ракета оперативно-тактического назначения,
известная в мире как твёрдотопливная ракета
„Skad“ наземного базирования, имеет две боевые
части: неядерную и ядерную. Длина 11 м, диаметр
880 мм, дальность стрельбы до 370 км. По договору
о сокращении ракет средней и малой дальности все
ядерные боеголовки этих ракет были сняты
с вооружения и уничтожены. В неядерном
варианте находится на вооружении многих стран.
Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.
Отделяемая моноблочная
головная часть баллистической ракеты
Пуск осуществляется с подводной лодки.
При разработке головной части удалось по сравнению
с предыдущим изделием значительно уменьшить габариты,
а величину массы снизить почти вдвое — 650 кг.
Это позволило получить более высокие тактико-
технические характеристики нового ракетного комплекса.
Изделие принято на вооружение в 1968 г.
Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.
Боевой блок для первой разделяющейся головной части баллистической ракеты морского базирования