Атомное ядро
Состав и характеристики атомного ядра. Квантовая природа процессов взаимодействия нуклонов. Закон радиоактивного распада и основные типы радиоактивности. Определение пороговой кинетической энергии. Устройство ядерного реактора на медленных нейтронах.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.08.2018 |
| Размер файла | 605,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Кинетическая энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана, огромна - порядка 200 МэВ. Оценку выделяющейся при делении ядра энергии можно сделать с помощью понятия удельной энергии связи нуклонов в ядре. Удельная энергия связи нуклонов в ядрах с массовым числом A ? 240 порядка 7,6 МэВ/нуклон, в то время как в ядрах с массовыми числами A = 90-145 удельная энергия примерно равна 8,5 МэВ/нуклон. Следовательно, при делении ядра урана освобождается энергия порядка 0,9 МэВ/нуклон или приблизительно 210 МэВ на один атом урана. При полном делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти.
В природе имеются три изотопа, которые могут служить ядерным топливом: ,, . Исходным продуктом для получения искусственного ядерного топлива служит
а исходным продуктом для получения ядерного топлива служит
Реакции (42) и (43), таким образом, открывают реальную возможность воспроизводства ядерного горючего в процессе цепной реакции деления.
Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором. Схема ядерного реактора на медленных нейтронах приведена на рис. 12.
Ядерная реакция протекает в активной зоне реактора, которая заполнена
замедлителем и пронизана стержнями, содержащими обогащенную смесь изотопов урана с повышенным содержанием урана-235 (до 3 %). В активную зону вводятся регулирующие стержни, содержащие кадмий или бор, которые интенсивно поглощают нейтроны. Введение стержней в активную зону позволяет управлять скоростью цепной реакции. Активная зона охлаждается с помощью прокачиваемого теплоносителя, в качестве которого может применяться вода или металл с низкой температурой плавления (например, натрий, имеющий температуру плавления 98 °C). В парогенераторе теплоноситель передает тепловую энергию воде, превращая ее в пар высокого давления. Пар направляется в турбину, соединенную с электрогенератором. Из турбины пар поступает в конденсатор. Во избежание утечки радиации контуры теплоносителя I и парогенератора II работают по замкнутым циклам. Турбина атомной электростанции является тепловой машиной, определяющей в соответствии со вторым законом термодинамики общую эффективность станции.
Рис. 12 Схема устройства ядерного реактора на медленных нейтронах
атомный ядро нуклон энергия
Наряду с ядерным реактором, работающим на медленных нейтронах, большой практический интерес представляют реакторы, работающие без замедлителя на быстрых нейтронах. В таких реакторах ядерным горючим является обогащенная смесь, содержащая не менее 15 % изотопа . Преимущество реакторов на быстрых нейтронах состоит в том, что при их работе ядра урана-238 (), поглощая нейтроны, посредством двух последовательных в--распадов превращаются в ядра плутония (см. (43)), которые затем можно использовать в качестве ядерного топлива.
Коэффициент воспроизводства таких реакторов достигает 1,5, т. е. на 1 кг урана-235 получается до 1,5 кг плутония. В обычных реакторах также образуется плутоний, но в гораздо меньших количествах.
Первый ядерный реактор был построен в 1942 году в США под руководством Э. Ферми. В нашей стране первый реактор был построен в 1946 году под руководством И. В. Курчатова.
8. Термоядерные реакции
Ядерный синтез, т. е. образование из легких ядер более тяжелых является источником огромных энергий. Для синтеза ядер необходимы очень высокие температуры, этот процесс называется термоядерной реакцией.
Чтобы два ядра вступили в реакцию синтеза, они должны сблизиться на расстояние действия ядерных сил порядка 2·10-15 м, преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов. Для этого средняя кинетическая энергия теплового движения молекул должна превосходить потенциальную энергию кулоновского взаимодействия. Расчет необходимой для этого температуры T приводит к величине порядка 108-109 К. Это чрезвычайно высокая температура. При такой температуре вещество находится в полностью ионизированном состоянии, которое называется плазмой. Из-за случайного распределения частиц по скоростям всегда имеется некоторое число ядер, энергия которых значительно превышает среднее значение. Кроме того слияние ядер может произойти вследствие туннельного эффекта. Поэтому некоторые термоядерные реакции протекают с заметной интенсивностью уже при температурах порядка 107 К.
Особенно благоприятны условия для синтеза ядер дейтерия и трития, так как реакция между ними носит резонансный характер. Именно эти вещества образуют заряд водородной (или термоядерной) бомбы. На данном этапе развития науки и техники удалось осуществить только неуправляемую реакцию синтеза в водородной бомбе. Высокая температура, необходимая для ядерного синтеза, достигается здесь с помощью взрыва обычной урановой или плутониевой бомбы, при взрыве которой возникает температура порядка 107 К. Реакция синтеза дейтрона (d) и ядра трития ()
сопровождается выделением энергии, равной 17,6 МэВ, что составляет около 3,5 МэВ на нуклон. Для сравнения укажем, что деление ядра урана приводит к высвобождению приблизительно 0,85 МэВ на нуклон.
Термоядерные реакции играют чрезвычайно важную роль в эволюции Вселенной. Энергия излучения Солнца и звезд имеет термоядерное происхождение.
Осуществление управляемых термоядерных реакций дало бы человечеству новый экологически чистый и практически неисчерпаемый источник энергии. Однако получение сверхвысоких температур и удержание плазмы, нагретой до миллиарда градусов, представляет собой труднейшую научно-техническую задачу на пути осуществления управляемого термоядерного синтеза.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Краткая характеристика нуклонов. Масса и энергия связи ядра. Формы радиоактивного распада. Ядерные силы и модели атомного ядра. Основные формулы теории атомного ядра. Цепные реакции деления. Термоядерные и ядерные реакции. Химические свойства изобаров.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 21.03.2014Типы радиоактивного распада и радиоактивного излучения. Закон радиоактивного распада. Анализы, основанные на измерении радиоактивности. Использование естественной радиоактивности в анализе. Метод изотропного разбавления, радиометрическое титрование.
реферат [23,4 K], добавлен 11.03.2012Физика атомного ядра. Структура атомных ядер. Ядерные силы. Энергия связи ядер. Дефект массы. Ядерные силы. Ядерные реакции. Закон радиоактивного распада. Измерение радиоактивности и радиационная защита.
реферат [306,3 K], добавлен 08.05.2003История открытий в области строения атомного ядра. Модели атома до Бора. Открытие атомного ядра. Атом Бора. Расщепление ядра. Протонно-нейтронная модель ядра. Искусственная радиоактивность. Строение и важнейшие свойства атомных ядер.
реферат [24,6 K], добавлен 08.05.2003Заряд, масса, размер и состав атомного ядра. Энергия связи ядер, дефект массы. Ядерные силы и радиоактивность. Плотность ядерного вещества. Понятие ядерных реакций и их основные типы. Деление и синтез ядер. Квадрупольный электрический момент ядра.
презентация [16,0 M], добавлен 14.03.2016Опыт Резерфорда. Исследование строения атома. Измерение дифференциального сечения. Состав атомного ядра. Методы измерения размеров ядер и распределения в них массы. Характеристики протона, нейтрона, электрона. Тензорный характер взаимодействия нуклонов.
презентация [222,2 K], добавлен 21.06.2016Внутренняя структура и компоненты ядра, специфика взаимосвязи нуклонов. Энергия связи и масса ядра, квантовые характеристики, а также электрические и магнитные моменты. Оболочечная и ротационная модель, несферичность ядер. Текучесть ядерного вещества.
контрольная работа [51,7 K], добавлен 31.01.2016Использование ядерного топлива в ядерных реакторах. Характеристики и устройство водоводяного энергетического реактора и реактора РБМК. Схема тепловыделяющих элементов. Металлоконструкции реактора. Виды экспериментальных реакторов на быстрых нейтронах.
реферат [1,0 M], добавлен 01.02.2012Планетарная модель атома Резерфорда. Состав и характеристика атомного ядра. Масса и энергия связи ядра. Энергия связи нуклонов в ядре. Взаимодействие между заряженными частицами. Большой адронный коллайдер. Положения теории физики элементарных частиц.
курсовая работа [140,4 K], добавлен 25.04.2015Анализ источников радиоактивного фона. Определение естественного радиоактивного фона с использованием радиометрической лабораторной установки. Исследование изменения радиоактивности воздуха с течением времени. Определение периода радиоактивного распада.
методичка [188,0 K], добавлен 30.04.2014Вивчення фізичної сутності поняття атомного ядра. Енергія зв’язку і маса ядра. Електричні і магнітні моменти ядер. Квантові характеристики ядер. Оболонкова та ротаційні моделі ядер. Надтекучість ядерної речовини. Опис явищ, що протікають в атомних ядрах.
курсовая работа [50,2 K], добавлен 07.12.2014Строение атома и атомного ядра. Явление радиоактивности. Взаимодействие нейтронов с атомными ядрами. Цепная ядерная реакция. История создания ядерного оружия. Виды ядерных зарядов. Поражающие факторы ядерного взрыва. Ядерный терроризм.
реферат [85,8 K], добавлен 05.05.2006Сведения о радиоактивных излучениях. Взаимодействие альфа-, бета- и гамма-частиц с веществом. Строение атомного ядра. Понятие радиоактивного распада. Особенности взаимодействия нейтронов с веществом. Коэффициент качества для различных видов излучений.
реферат [377,6 K], добавлен 30.01.2010Основные термины, используемые при рентгенологическом исследовании. Устройство рентгеновской трубки. Свойства рентгеновского излучения. Характеристика структуры атома и ядра вещества. Виды радиоактивного распада: альфа-распад. Система обозначений ядер.
реферат [667,7 K], добавлен 16.01.2013Характеристики форм движения материи. Механическая и электростатическая энергия. Теорема о кинетической энергии. Физический смысл кинетической энергии. Потенциальная энергия поднятого над Землей тела. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия.
презентация [3,7 M], добавлен 19.12.2016Прообраз ядерного реактора, построенный в США. Исследования в области ядерной энергетики, проводимые в СССР, строительство атомной электростанции. Принцип действия атомного реактора. Типы ядерных реакторов и их устройство. Работа атомной электростанции.
презентация [810,8 K], добавлен 17.05.2015Основные принципы распределения ядер по группам и квазиоболочкам. Особенности расположения нуклонов в ядрах. Радиоактивность и деление ядер. Синтез ядерных моделей. Сравнительная характеристика предложенной модели ядра с другими ядерными моделями.
книга [3,7 M], добавлен 12.11.2011Определение параметров ядерного реактора. Средняя плотность потока тепловых нейтронов. Динамика изменения концентраций. Оценка потери реактивности вследствие отравления ксеноном. Микроскопическое сечение деления. Постоянные распада и сечения поглощения.
контрольная работа [150,7 K], добавлен 10.01.2014Основні характеристики та пов’язані з ними властивості атомних ядер: лінійні розміри, заряд, магнітний момент. Експериментальне визначення форми електричного поля ядра. Структурна будова ядра, його елементи та характеристика. Природа ядерних сил.
реферат [293,1 K], добавлен 12.04.2009Принцип действия ядерного реактора. Строение защиты реактора, механизмы его управления и защиты. Сервопривод ручного и автоматического управления. Исследование биологической защиты реактора. Оборудование бетонной шахты: основные сборочные единицы.
реферат [130,5 K], добавлен 13.11.2013
