Техническое применение ядерных реакций

Управляемый термоядерный синтез использует следующие реакции, идущие при температурах 10⁷ – 10⁸К:

, ; .

Последняя из обозначенных реакций идет с выделением энергии 17,6 МэВ. Синтез гелия из водорода происходит на Солнце, обеспечивая энергией наше светило. Подобные реакции используются и в водородной бомбе, в которой требуемая высокая температура создается за счет взрыва «запала» - атомной бомбы.

УРАН (лат. Uranium), U (читается «уран»), радиоактивный химический элемент с атомным номером 92, атомная масса 238,0289. Актиноид. Природный уран состоит из смеси трех изотопов: 238U, 99,2739%, с периодом полураспада Т _1/2 = 4,51·109 лет, 235U, 0,7024%, с периодом полураспада Т _1/2 = 7,13·108 лет, 234U, 0,0057%, с периодом полураспада  Т _1/2 = 2,45·105 лет. 238U (уран-I, UI) и 235U (актиноуран, АсU) являются родоначальниками радиоактивных рядов. Из 11 искусственно полученных радионуклидов с массовыми числами 227-240 долгоживущий 233U (Т 1/2 = 1,62·105лет), он получается при нейтронном облучении тория.

В урановой группе имеется три делящихся изотопа:  и .

 получается разделением изотопов,  - в реакторах, в которых исходным сырьем является :

                    .

Кроме реакций с участием урана, существует еще группа ядерных реакций с участием тория:

                                 1,6 10⁵ лет

Сокращенная схема выглядит так:

 или

.

Тепловыделение за счет распада урана-235 осуществляется на атомных электростанциях, одна из которых схематически представлена на рисунке.

Рис. 8.7. Атомная электростанция в разрезе

9. Элементарные частицы [38]

По-видимому, еще недавно можно было подумать, что состав материи невероятно прост. Вся видимая материя во Вселенной – на Земле и в космосе – состоит из фундаментальных частиц трех разных видов: электронов и двух типов кварков.

Эти три частицы (как и другие описываемые ниже) взаимно притягиваются и отталкиваются соответственно своим зарядам, которых всего четыре вида по числу фундаментальных сил природы. Заряды можно расположить в порядке уменьшения соответствующих сил следующим образом: цветовой заряд (силы взаимодействия между кварками); электрический заряд (электрические и магнитные силы); слабый заряд (силы в некоторых радиоактивных процессах); наконец, масса (силы тяготения, или гравитационного взаимодействия). Слово «цвет» здесь не имеет ничего общего с цветом видимого света; это просто характеристика сильного заряда и самых больших сил.

Заряды сохраняются, т.е. заряд, входящий в систему, равен заряду, из нее выходящему. Если суммарный электрический заряд некоторого числа частиц до их взаимодействия равен, скажем, 342 единицам, то он и после взаимодействия независимо от его результата будет равен 342 единицам. Это относится и к другим зарядам: цветовому (заряду сильного взаимодействия), слабому и массовому (массе). Частицы различаются своими зарядами: в сущности, они и «есть» эти заряды. Заряды – это как бы «справка» о праве отвечать на соответствующую силу. Так, только на цветные частицы действуют цветовые силы, только на электрически заряженные частицы действуют электрические силы и т.д. Свойства частицы определяются наибольшей силой, действующей на нее. Только кварки являются носителями всех зарядов и, следовательно, подвержены действию всех сил, среди которых доминирующей является цветовая. Электроны имеют все заряды, кроме цветового, а доминирующей для них является электромагнитная сила.

Наиболее устойчивыми в природе оказываются, как правило, нейтральные комбинации частиц, в которых заряд частиц одного знака компенсируется суммарным зарядом частиц другого знака. Это отвечает минимуму энергии всей системы. (Точно так же два стержневых магнита располагаются в линию, причем северный полюс одного из них обращен к южному полюсу другого, что соответствует минимуму энергии магнитного поля.) Гравитация же является исключением из этого правила: отрицательной массы не существует. Нет тел, которые падали бы вверх.