Реакция синтеза ядер. Использование ядерной энергии.
Ядерные реакции. Деление ядер. Использование ядерной энергии.
Строение и основные характеристики атомных ядер. Ядерное взаимодействие. Дефект массы.
1) Нуклоны – нейтральные протоны.
Нейтрон в свободном состоянии радиоактивен.
Изотопы – атомы, где заряд одинаковый, а массы разные.
Относительное содержание | 0,9221 | 0,0470 |
Существуют атомы с одинаковой массовым числом, но разными зарядами ядра – изобары.
2) Экспериментально было установлено, что сумма масс нуклонов не равна массе ядра в целом, т.е. можно записать, что
Т.е. энергией связи нуклона в ядре называется физическая величина = той работе, которую надо совершить для удаления нуклона из ядра, не сообщая ему кинетич. энергии.
Энергия связи
Если ввести понятие удельной энергии связи
|
|
У легких атомов удельная энергия связи маленькая.
Ядерная реакция – процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или другим ядром, приводит к образованию ядра.
Реакции:
1) Прямые: X+a →Y+b (5);
2) Ядерные реакции с промеж.ядромX+a →П→Y+b (6).
Вероятность ядерной реакции характеризуется эффективным сечением рассеяния Ϭ.
[Ϭ] =барн, 1 барн=
– толщина слоя.
n – концентрация.
Впервые реакции деления ядра были рассмотрены нем.учёным Фрицем Шмастером. Они изучали взаимодействие атома урана.
Существует экспериментально установленная зависимость выхода продуктов этой реакции от массы осколков.
– 0,72% - в природе
– 99,3% - в природе
+
Реакция радиоактивного захвата
Лёгкая вода -, тяжёлая вода -
Реакции синтеза лёгких ядер - термоядерные реакции. Температура, которая нужна, составляет 2*. Сегодня в водородных бомбах происходит синтез:
/нуклон
На Солнце ядерный синтез возможен по нескольким механизмам:
1)
2) углер -гамоквант
В реакциях синтеза выделяется значительно больше энергии в расчете на один нуклон, чем в реакциях деления.
Существует четыре вида взаимодействия между частицами:
1. Сильное взаимодействие (по силе самое сильное):ядерные силы- взаимодействия нуклидов в ядре
1-Strong, S- взаимодействия
2. Электромагнитное взаимодействие: обеспечивает взаимодействие между электрически заряженными частицами и их фотонами
0,01-Electromagnetic, E-взаимодействие
3. Слабое взаимодействие: присущее всем элементарным частицам, кроме фотона
-Weak, W-взаимодействие
4. Гравитационное взаимодействие: проявляется в виде сил взаимодействия всемирного тяготения. Эти силы обуславливают существования вселенной, звезд, планетарных систем.
|
|
Gravitation, G- взаимодействия
Все фундаментальные взаимодействия носят отмеченный характер. Схема их реализации такова:
a,b,c,d- начальное и конечное состояние
x- катализатор взаимодействия
В этих четырех взаимодействиях: в сильном переносчик-глюон, в электромагнитном – фотон, в слабом взаимодействуют – бозоны, в гравитационном – гравитоны.
Элементарные частицы принято делить на три группы:
1) фотоны; эта группа состоит всего лишь из одной частицы — фотона — кванта электромагнитного излучения;
2) лептоны (от греч. «лептос» — легкий), участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. К лептонам относятся электронное и мюонное нейтрино, электрон, мюон и открытый в 1975 г. тяжелый лептон — t-лептон, или таон, с массой примерно 3487me, а также соответствующие им античастицы. Название лептонов связано с тем, что массы первых известных лептонов были меньше масс всех других частиц. К лептонам относится также таонное нейтрино, существование которого в последнее время также установлено;
3) адроны (от греч. «адрос» — крупный, сильный). Адроны обладают сильным взаимодействием наряду с электромагнитным и слабым. Из рассмотренных выше частиц к ним относятся протон, нейтрон, пионы и каоны.
Для всех типов взаимодействия элементарных частиц выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и электрического заряда.