Ядерная энергия (деление)

Сырьем для производства топлива для ядерной энергетики яв­ляются природные уран и торий. Уран - основное топливо для ядерных реакторов. В настоящее время в 30 странах мира работают более 440 коммерческих ядерных реакторов общей установленной мощностью около 350 ГВт (эл.). Они производят около 17 % элек­троэнергии, а в ряде стран их доля в производстве электроэнергии существенно больше. Конструкции реакторов и экономические перспективы развития ядерной энергетики основываются на знани­ях о физике ядерных превращений.

2.4.1. О строении ядра: нуклоны и изотопы

До 1932 г. были известны только две элементарные частицы:

• электрон с отрицательным зарядом е = 1,6.10^-19 Кл и массой покоя m_e = 9,1.10^-31 кг,

• протон с положительным зарядом, равным по величине за­ряду электрона, и с массой почти в 2000 раз больше электронной m_p = 1836 m_e.

Электрон был открыт Дж. Дж. Томсоном в Кэмбридже в 1897 г. Протон был обнаружен в 1886 г немецким физиком Е. Гольдштейном в виде положительно заряженных лучей в разрядной трубке. Более точные измерения, подтвердившие существование протонов, провел в 1906 г. тот же Дж. Дж. Томсон. В 1896 г. французский физик Бекке- рель открыл явление радиоактивности урана. В 1911 г. Э. Резерфорд, которого называют отцом ядерной физики, на основе ряда экспери­ментов сформулировал модель атома, в центре которого расположено маленькое ядро, несущее весь положительный заряд и почти всю его массу. Отрицательно заряженные электроны удерживаются электро­статическими силами ядра. В простейшем атоме - водороде - ядро состоит из одной положительно заряженной частицы - протона.

В современной ядерной физике принято называть протоны и нейтроны единым термином - нуклоны (ядерные частицы). Итак, ядро состоит из А нуклонов, из которых Z протонов и (А — Z) ней­тронов. Величину А называют также массовым числом химическо­го элемента, а величина Z определяет порядковый номер элемента в периодической системе (таблице) элементов Д.И. Менделеева, созданной в 1869 - 1871 гг. Ядра с одним и тем же числом прото­нов Z, но с разным числом нейтронов называют изотопами. Изо­топы химически тождественны, но могут резко отличаться ядер­ными свойствами. В табл. 2.7 приведены некоторые изотопы, иг­рающие ключевую роль в ядерной и термоядерной энергетике.