ПЛАН:
1.Введения
2.Радиоактивность
3.Ядерные реакторы
4.Инженерные аспекты термоядерного реактора
5.Ядерная реакция. Ядерная енергетика.
6.Гамма-излучения
7.Атомный реактор
8.Принципы построения атомной енергетики
9.Ядерный синтез завтра
10 .Выивод
11.Список литератури
ВВЕДЕНИЕ: что изучает физика?
Физика – наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее
общие закономерности природы, строение и законы движения материи.
Физику относят к точным наукам. Ее понятия и законы составляют основу
естествознания. Границы, разделяющие физику и другие естественные науки,
исторически условны. Принято считать, что в своей основе физика является
наукой экспериментальной, поскольку открытые ею законы основаны на
установленных опытным путем данных. Физические законы представляются в
виде количественных соотношений, выраженных на языке математики. В целом
физика разделяется на экспериментальную, имеющую дело с проведением
экспериментов с целью установления новых фактов и проверки гипотез и
известных физических законов, и теоретическую, ориентированную на
формулировку физических законов, объяснение на основе этих законов
природных явлений и предсказание новых явлений.
Структура физики сложна. В нее включаются различные дисциплины или
разделы. В зависимости от изучаемых объектов выделяют физику
элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, физику газов
и жидкостей, физику плазмы, физику твердого тела. В зависимости от
изучаемых процессов или форм движения материи выделяют механику
материальных точек и твердых тел, механику сплошных сред (включая
акустику), термодинамику и статистическую механику, электродинамику
(включая оптику), теорию тяготения, квантовую механику и квантовую
теорию поля. В зависимости от ориентированности на потребителя
получаемого знания выделяют фундаментальную и прикладную физику. Принято
выделять также учение о колебаниях и волнах, рассматривающее
механические, акустические, электрические и оптические колебания и волны
под единым углом зрения. В основе физики лежат фундаментальные
физические принципы и теории, которые охватывают все разделы физики и
наиболее полно отражают суть физических явлений и процессов
действительности.
От ранних цивилизаций, возникших на берегах Тигра, Евфрата и
Нила (Вавилон, Ассирия, Египет), не осталось никаких свидетельств о
достижениях в области физических знаний, за исключением овеществленных в
архитектурных сооружениях, бытовых и т.п. изделиях знаний. Возводя
различного рода сооружения и изготавливая предметы быта, оружия и т.д.,
люди использовали определенные результаты многочисленных физических
наблюдений, технических опытов, их обобщений. Можно сказать, что
существовали определенные эмпирические физические знания, но не было
системы физических знаний.
Физические представления в Древнем Китае появились также на основе
различного рода технической деятельности, в процессе которой
вырабатывались разнообразные технологические рецепты. Естественно, что
прежде всего вырабатывались механические представления. Так, китайцы
имели представления о силе ( то, что заставляет двигаться),
противодействии, (то, что останавливает движение), рычаге, блоке,
сравнении весов (сопоставлении с эталоном). В области оптики китайцы
имели представление об образовании обратного изображения в “camera
obscura”. Уже в шестом веке до н.э. они знали явления магнетизма –
притяжения железа магнитом, на основе чего был создан компас. В области
акустики им были известны законы гармонии, явления резонанса. Но это
были еще эмпирические представления, не имевшие теоретического
объяснения.
В Древней Индии основу натурфилософских представлений составляют учение
о пяти элементах – земле, воде, огне, воздухе и эфире. Существовала
также догадка об атомном строении вещества. Были разработаны
своеобразные представления о таких свойствах материи, как тяжесть,
текучесть, вязкость, упругость и т.д., о движении и вызывающих его
причинах. К VI в. до н.э. эмпирические физические представления в
некоторых областях обнаруживают тенденцию перехода в своеобразные
теоретические построения (в оптике, акустике).
РАДИОАКТИВНОСТЬ
Явление радиоактивности, или спонтанного распада ядер, была открыта
французским физиком А. Беккерелем в 1896 г. Он обнаружил, что уран и его
соединения испускают лучи или частицы, проникающие сквозь непрозрачные
тела и способные засвечивать фотопластинку, Беккерель установил, что
интенсивность излучения пропорциональна только концентрации урана и не
зависит от внешних условий (температура, давление) и от того, находится
ли уран в каких-либо химических соединениях.
Английскими физиками Э. Резерфордом и Ф. Содди было доказано, что
во всех радиоактивных процессах происходят взаимные превращения атомных
ядер химических элементов. Изучение свойств излучения, сопровождающего
эти процессы в магнитном и электрическом полях, показало, что оно
разделяется на (-частицы (ядра гелия), (- частцы (электроны) и (- лучи
(электромагнитное излучение с очень малой длиной волны ).
Атомное ядро, испускающее (-кванты, (-, (- или другие частицы,
называется радиоактивным ядром. В природе существует 272 стабильных
атомных ядра. Все остальные ядра радиоактивны и называются
радиоизотопами.
Альфа-распад.
Энергия связи ядра характеризует его устойчивость к распаду на
составные части. Если энергия связи ядра меньше энергии связи продуктов
его распада, то это означает, что ядро может самопроизвольно (спонтанно)
распадаться. При альфа-распаде альфа-частицы уносят почти всю энергию и
только 2 % ее приходится на вторичное ядро. При альфа-распаде массовое
число изменяется на 4 единицы, а атомный номер на две единицы.
Начальная энергия альфа-частицы составляет 4-10 МэВ. Поскольку
альфа-частицы имеют большую массу и заряд, длина их свободного пробега в
воздухе невелика. Так, например, длина свободного пробега в воздухе
альфа-частиц, испускаемых ядром урана, равна 2,7 см, а испускаемых
радием, – 3,3 см.
Бета-распад.
Это процесс превращения атомного ядра в другое ядро с изменением
порядкового номера без изменения массового числа. Различают три типа
(-распада: электронный, позитронный и захват орбитального электрона
атомным ядром. тип Последний распада принято также называть К-захватом,
поскольку при этом наиболее вероятно поглощение электрона с ближайшей к
ядру К оболочки. Поглощение электронов с L и М оболочек также возможно,
но менее вероятно. Период полураспада ( -активных ядер изменяется в
очень широких пределах.
Число бета-активных ядер, известных в настоящее время, составляет около
полутора тысяч, но только 20 из них являются естественными
бета-радиоактивными изотопами. Все остальные получены искусственным
путем.
Непрерывное распределение по кинетической энергии испускаемых при
распаде электронов объясняется тем обстоятельством, что наряду с
электроном испускается и антинейтрино. Если бы не было антинейтрино, то
электроны имели бы строго определенный импульс, равный импульсу
остаточного ядра. Резкий обрыв спектра наблюдается при значении
кинетической энергии, равной энергии бета-распада. При этом
кинетические энергии ядра и антинейтрино равны нулю и электрон уносит
всю энергию, выделяющихся при реакции.
При электронном распаде остаточное ядро имеет порядковый номер на
единицу больше исходного при сохранении массового числа. Это означает,
что в остаточном ядре число протонов увеличилось на единицу, а число
нейтронов, наоборот, стало меньше: N=A-(Z+1).
Позитронный бета-распад.
При позитронном распаде сохраняется полное число нуклонов, но в
конечном ядре на один нейтрон больше, чем в исходном. Таким образом,
позитронный распад может быть интерпретирован как реакция превращения
внутри ядра одного протона в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино.
Электронный захват.
К электронному захвату относится процесс поглощения атомом одного из
орбитальных электронов своего атома. Поскольку наиболее вероятен захват
электрона с орбиты, наиболее близко расположенных к ядру, то с
наибольшей вероятность поглощаются электроны К-оболочки . Поэтому этот
процесс называется также К-захватом.
С гораздо меньшей вероятностью происходит захват электронов с
L-,M-оболочек. После захвата электрона с К-оболочки происходит ряд
переходов электронов с орбиты на орбиту, образуется новое атомное
состояние испускается рентгеновский квант.
Гамма-распад.
Стабильные ядра находятся в состоянии, отвечающем наименьшей энергии.
Это состояние называется основным. Однако путем облучения атомных ядер
различными частицами или высокоэнергитическими протонами им можно
передать определенную энергию и, следовательно, перевести в состояния,
отвечающие большей энергии. Переходя через некоторое время из
возбужденного состояния в основное, атомное ядро может испустить или
частицу, если энергия возбуждения достаточно высока, или
высокоэнергетическое электромагнитное излучение – гамма-квант.
Поскольку возбужденное ядро находится в дискретных энергетических
состояниях, то и гамма-излучение характеризуется линейчатым спектром.
Ядерные реакторы.
При делении тяжелых ядер образуется несколько свободных нейтронов. Это
позволяет организовать так называемую цепную реакцию деления, когда
нейтроны, распространяясь в среде, содержащей тяжелые элементы, могут
вызвать их деление с испусканием новых свободных нейтронов. Если среда
такова, что число вновь рождающихся нейтронов увеличивается, то процесс
деления лавинообразно нарастает. В случае, когда число нейтронов при
последующих делениях уменьшается, цепная ядерная реакция затухает.
Для получения стационарной цепной ядерной реакции, очевидно, необходимо
создать такие условия, чтобы каждое ядро, поглотившее нейтрон, при
делении выделяло в среднем один нейтрон, идущий на деление второго
тяжелого ядра.
Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется и
поддерживается управляемая цепная реакция деления некоторых тяжелых
ядер.
Цепная ядерная реакция в реакторе может осуществляться только при
определенном количестве делящихся ядер, которые могут, делиться при
любой энергии нейтронов. Из делящихся материалов важнейшим является
изотоп 235U, доля которого в естественном уране составляет всего 0,714
%.
Хотя 238U и делится нейтронами, энергия которых превышает 1,2 МэВ,
однако само поддерживающаяся цепная реакция на быстрых нейтронах в
естественном уране не возможна из-за высокой вероятности не упругого
взаимодействия ядер 238U с быстрыми нейтронами. При этом энергия
нейтронов становится ниже пороговой энергии деления ядер 238U.
Использование замедлителя приводит к уменьшению резонансного поглощения
в 238U, так как нейтрон может пройти область резонансных энергий в
результате столкновения с ядрами замедлителя и поглотиться ядрами 235U,
239Pu, 233U, сечение деления которых существенно увеличивается с
уменьшением энергии нейтронов. В качестве замедлителей используют
материалы с малым массовым числом и небольшим сечением поглощения (вода,
графит, бериллий и др.).
Для характеристики цепной реакции деления используется величина,
называемая коэффициентом размножения К. Это отношение числа нейтронов
определенного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. Для
стационарной цепной реакции деления К=1. Размножающаяся система
(реактор), в которой К=1, называется критической. Если К >1, число
нейтронов в системе увеличивается, и она в этом случае называется над
критической. При К 1, ряд в этой формуле расходится, что и является отражением
критического поведения процесса в этом случае. Если же kэф 1, ряд в этой формуле расходится, что и является отражением
критического поведения процесса в этом случае. Если же kэф
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
