Слайд 5Деление ядер урана Первым открытым процессом деления ядра урана было вынужденное деление. Происходит это так: тепловыделяющие сборки (ТВС) разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления. При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно.
Спонтанное деление ядер
| Деление ядра атома урана | Расследование показало, что концентрация урана-235 в руднике такая же, как в отработанной атомной станции, но деление ядер произошло 1,8 миллиарда лет назад. |
| Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса | Слайд 5Деление ядер урана Первым открытым процессом деления ядра урана было вынужденное деление. |
Деление ядер урана
Но, как ни парадоксально, президент Трумэн на этом распорядился прекратить атомные бомбардировки, отказавшись от идеи убийства еще 100 тыс. Конец кошмару был положен капитуляцией Японии 15 августа. Переворот армейских офицеров, планировавших продолжить войну, не состоялся, а японский военный министр Анами покончил с собой. После бомбардировки японских городов американские физики стали покидать атомный проект и возвращаться к академической работе, а некоторые из них навсегда бросили заниматься физикой. Когда Лизе Мейтнер сообщили о бомбардировке Хиросимы, она была этим потрясена и несколько часов бродила по округе городка, в котором тогда жила. От Советского Союза требовалось полностью свернуть ядерную программу, подчиниться мощной международной организации, явно контролируемой США, и отказаться от разработки всех залежей урана, которые могли быть найдены в недрах СССР. Оно было схоже с конвенцией, направленной на запрещение разработки, производства, накопления и использования химического оружия, которая была принята в 1925 году. Согласно этому варианту, атомное оружие следовало запретить специальной международной конвенцией. Все имеющиеся ядерные арсеналы подлежали уничтожению в течение трех месяцев после ее ратификации.
Предлагались и другие мероприятия, гарантирующие выполнение данной конвенции. Однако США советские предложения не приняли. Тем самым возможность сдержать процесс распространения ядерного оружия была упущена. Примечательна реакция Роберта Оппенгеймера на советские контрпредложения о том, чтобы в принципе запретить атомную бомбу. Он счел их намерением «сразу же лишить нас единственного оружия, которое позволило бы не допустить русских в Восточную Европу». К этому времени «левак» Оппенгеймер превратился в «реалиста» холодной войны. Этот комитет возглавил Л. Он не был ни ученым, ни инженером, но российские физики считали, что Берия — человек, с которым можно работать.
Они оценили его ум, волю и целеустремленность, а также умение доводить дело до конца. Игорю Курчатову, научному руководителю программы, было приказано создать советскую атомную бомбу в кратчайшие сроки, не считаясь с расходами. Лозунг «Догнать и перегнать! Благодаря разведывательной работе Теодора Холла, Дэвида Грингласса и особенно Клауса Фукса Советский Союз смог быстро догнать США в ядерных технологиях, а затем и опередить их благодаря усилиям советских ученых более подробно о роли разведки и Клауса Фукса в создании советского ядерного оружия см. При создании первой советской атомной бомбы в полной мере была использована исчерпывающая информация о конструкции американской плутониевой бомбы, переданная советскими разведчиками, действовавшими непосредственно в центре Манхэттенского проекта. Из-за предательства перебежчика Игоря Гузенко, работавшего шифровальщиком в советском посольстве в Оттаве, такие советские разведчики, как Алан Мэй, были раскрыты. В списке, представленном Гузенко, были служащие Госдепартамента США, оттавского отдела Верховного комиссариата Великобритании и британских разведывательных организаций. Информация о предательстве Гузенко была передана в Москву Кимом Филби.
Советский физик Юлий Харитон провозгласил девиз: «Мы должны знать в десять раз больше того, что мы делаем». Советская атомная индустрия строилась с нуля. Возводились реакторы, установки для получения плутония, специальные оружейные лаборатории для создания бомбы и подготовки к ее испытанию. Советские конструкторы не ограничились одним лишь копированием американской бомбы. Весной 1948 года они под руководством Якова Зельдовича начали работы над собственной оригинальной моделью, размер которой получился вдвое меньше, а мощность вдвое больше, чем у американского прототипа. Вскоре приступили к разработке более мощной, водородной бомбы, взяв в качестве прототипа модель американской бомбы «Супер», разработанную Теллером. В конце 1948 года Стратегические силы ВВС США возглавил генерал Кертис Лемей, который в конце войны приказал сбросить на 63 японских города зажигательные бомбы, от которых погибли 2,5 млн гражданских лиц. В марте 1949 года он приготовил боевой план, в соответствии с которым в течение 30 дней предлагалось на 70 советских городов сбросить 133 атомные бомбы, уничтожив тем самым основные индустриальные центры, правительственные учреждения, нефтяную промышленность, транспортные сети и электростанции.
По предварительным оценкам, страна могла бы потерять примерно 3 млн мирных жителей, и 4 млн человек оказались бы ранеными. Собравшаяся вскоре американская Комиссия по атомной энергии была потрясена этой новостью, поскольку ожидалось, что на создание атомной бомбы в СССР уйдет еще несколько лет. Вернер Гейзенберг предпочел стать слугой нацистов. Фото Федерального архива Германии Потеряв монополию на технологию создания «классической» атомной бомбы, США сосредоточились на создании супербомбы.
Похоже действуют гидроприборы, если носителем ядерного заряда является торпеда. Гидростатические приборы реагируют на заданное статическое давление морской воды, гидродинамические датчики измеряют перепад полного и статического давлений воды при движении торпеды. Есть и группы приборов, не связанных со средой, подобно скрытым в теле человека мышечным рецепторам. Это датчики линейных ускорений и инерционные включатели, которые включают или выключают электрические цепи блока автоматики при контрольных значениях перегрузки по трем осям. Есть временные приборы, переключающие электрические цепи по истечении заданного времени.
Только по мере верного прохождения этих последовательностей система предохранения и взведения постепенно повышает взрывоготовность заряда. И сразу обнуляет ее при значимых отклонениях фактических событий от планового сценария работы носителя. Кто нажмет на спусковой крючок Но вот все этапы движения носителем пройдены, он уже в непосредственной близости к цели. Все ступени предохранения сняты, и заряд готов взорваться в любое мгновение. Кто примет решение и даст главную команду на подрыв? Пусковая система, или исполнительная система подрыва. Ее задача — выработка главной команды на подрыв заряда, которую выполнит блок автоматики и его система подрыва заряда. Главная команда запустит процесс подрыва, поэтому система называется пусковой. Исполнительная она потому, что при выполнении главного условия подрыва — достижения цели — следует только исполнение подрыва, больше ничего Пусковая система частично находится в блоке автоматики — ее логические блоки, формирующие главную команду.
Снаружи блока автоматики размещены подсистемы исполнительных датчиков — и на поверхности носителя, и внутри него. Подсистемы исполнительных датчиков имеют свою иерархию и работают на разных физических принципах. В этом они схожи с датчиками системы предохранения и взведения. Схем и воплощений пусковых систем так же много, как и конструкций, несущих ядерный заряд. Возьмем как условный пример боеголовку баллистической ракеты. Ее цель обычно точка в пространстве на высоте 500—800 метров над земной поверхностью. Взрыв мощностью в сотни килотонн создаст на поверхности Земли наибольшие разрушения, если произойдет на высоте, зависящей от мощности заряда. Возможен и подрыв на земле, когда нужно поразить укрепленную подземную цель. Пусковая система заряда боеголовки состоит из сегментов, основной из которых — бесконтактный инерциальный.
У боеголовки есть инерциальный блок с датчиками ускорений — акселерометрами, непрерывно измеряющими ускорения по трем перпендикулярным в пространстве осям. Интегрированием ускорений получают текущие скорости по этим осям, или пространственную скорость боеголовки. Интегрирование скоростей дает пространственные координаты боеголовки, путь и положение относительно цели. Это вычисляет бортовая инерциальная навигационная система боеголовки. Термоядерная боеголовка W76 мощностью 100 килотонн, размещенная внутри боевого блока Mk4. Поэтому цель заменяется частью пространства вокруг целевой точки, сферой или цилиндром. Когда инерциальная система определит вход боеголовки в целевое пространство, она сообщит об этом пусковой системе, которая немедленно выдаст главную команду на подрыв заряда. В случае наземного взрыва работает контактный сегмент пусковой системы — ударные датчики, действующие на разных физических принципах. Датчики ускорения, выявляющие ударный рост перегрузки, и другие приборы.
Пусковая система успеет взорвать заряд при любой скорости встречи с поверхностью.
После аварии это помещение оказалось недоступным. И радиационные те, что связаны с опасностью облучения , и ядерные те, что связаны с риском возникновения самоподдерживающийся цепной реакции измерения по нему косвенные.
В итоге получается, что нейтронный «шум» от других ЛТСМ забивает самый важный источник, поэтому точность данных по росту не очень велика в плане привязки замеченного роста потока к конкретному скоплению материалов. Что там происходит Атомный реактор, прежде всего, представляет из себя устройство для размножения нейтронов, с помощью которых идет извлечение ядерной энергии деления. Размножение достигается организацией такой геометрии из делящегося материала и замедлителя, при котором количество нейтронов возрастает после каждого акта деления, образуя самоподдерживающуюся цепную реакцию.
Если же часть из нейтронов из нового поколения поглощать или давать им утекать из активной зоны таким образом, что количество их будет постоянным, то и мощность будет поддерживаться на одном и том же уровне. Организовать такое непросто, и для ЛТСМ в «Укрытии» расчеты показывают , что для запуска ускоряющейся цепной реакции необходимо было бы уменьшить поглощение нейтронов «нейтральными» материалами и их утечку за пределы застывшего расплава как минимум в 2,5 раза. Самостоятельно такие изменения в самой керамике происходить не могут, но в ней есть поры и трещины, так что кое-что меняться может.
Основную роль в изменениях тут играет вода, которой в руинах четвертого энергоблока еще со времен аварии скопилось немало. После сооружения «Укрытия» оказалось, что дождевая и талая вода продолжает поступать внутрь, но к началу 1990 года установился некоторый баланс водного режима. Изменения нейтронной активности в помещениях под саркофагом, как пишут ученые в той же самой статье, были сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, влажные наоборот.
Эта ситуация изменилась, когда поверх «Укрытия» возвели в середине 2010-х Новый безопасный конфайнмент — поступление воды в остатки энергоблока резко сократилось. Из вышеупомянутой публикации по нейтронной физике ЛТСМ также следует, что существует точка «оптимального увлажнения», при которой нарастание количества нейтронов в каждом поколении достигает максимума.
Деление ядер урана Ядерные превращения, приводящие к испусканию радиоактивных излучений Схема реакции деления ядра Ядерные реакции. Деление ядер урана Немецкие учёные. В конце 1938 года открыли деление ядер урана. Отто Ган 1879—1968 г.
Фриц Штрассман 1902—1980 гг. Деление ядер урана Объяснили появление этих элементов распадом ядер урана, захватившего нейтрон, на две примерно равные части. Лиза Мейтнер 1878—1968 г. Отто Роберт 1904—1979 гг. Фриш Ядерные реакции. Деление ядер урана Деление ядра урана-235 Осколки деления ядра Ядерные реакции.
Деление ядер урана Деление ядра урана-235 Ядерные реакции. Деление ядер урана Продуктами деления ядер U235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т. Деление ядер урана 200 МэВ кинетическая энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана Оценку выделяющейся при делении ядра энергии можно сделать с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра (так называемые вторичные нейтроны деления), способны вызывать деление новых ядер урана. процессе деления путем Вывод Делиться на части могут только ядра некоторых тяжелых Цепные ядерные реакции При делении ядра урана освобождаются 2-3 нейтрона. Период полураспада урана-241, который образовался в результате взаимодействия урана-238 с платиной-198, составляет около 40 минут. Период полураспада урана-241, который образовался в результате взаимодействия урана-238 с платиной-198, составляет около 40 минут. Повторные реакции деления ядер урана и плутония, зафиксированные на Чернобыльской АЭС, потенциально опасны и требуют серьезных наблюдений. Ядро урана-238 захватывает нейтрон, превращается в нептуний-239, а затем, путём испускания электрона, превращается в плутоний-239.
Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников
При дальнейшем увеличении массы реакция начнет бурно развиваться начало ей положат спонтанные деления. При уменьшении массы ниже критической реакция затухает. Итак, можно осуществить цепную реакцию деления. Если располагать достаточным количеством чистого , отделенного от. И действительно, извлечение из природного урана явилось одним из тех способов, при помощи которых цепная реакция деления была осуществлена на практике. Наряду с этим цепная реакция была достигнута и другим способом, не требующим разделения изотопов урана. Этот способ несколько более сложен в принципе, но зато более прост в осуществлении.
Он использует замедление быстрых вторичных нейтронов деления до скоростей теплового движения. Мы видели, что в природном уране незамедленные вторичные нейтроны поглощаются главным образом изотопом. Так как поглощение в не приводит к делению, то реакция обрывается. Как показывают измерения, при замедлении нейтронов до тепловых скоростей поглощающая способность возрастает сильнее поглощающей способности , ведущее к делению, получает перевес. Поэтому, если замедлить нейтроны деления, не дав им поглотится в , цепная реакция станет возможной и с природным ураном. Система из природного урана и замедлителя, в которой может развиваться цепная реакция деления На практике такого результата добиваются, помещая топкие стержни из природного урана в виде редкой решетки в замедлитель рис.
В качестве замедлителей используют вещества, обладающие малой атомной массой и слабо поглощающие нейтроны. Хорошими замедлителями являются графит, тяжелая вода, бериллий. Пусть в одном из стержней произошло деление ядра урана.
По его словам, возобновление подобной реакции опасно в первую очередь для жителей близлежащих к Чернобылю городов — Гомеля и Чернигова. Также «вторичная критичность» представляет угрозу для работников «зоны». Однако о критической опасности можно будет говорить лишь в случае обнаружения новых радионуклидов в воздухе, подчеркнул Ожаровский. Среди возможных причин возобновления ядерных реакций может быть попадание в устройство влаги, отметил ученый. Это частично может быть связано с периодом дождей: вода может проникать в реактор и создавать необходимые условия.
Они содержат оптимальное количество графической и анимационной информации для сосредоточения внимания и удержания интереса ребят без отвлечения от сути занятия. Каждый видеоурок озвучен профессиональным мужским голосом, четким и приятным для восприятия. Ученики ценят оригинальность подачи материала, родители радуются повышению отметок детей, а учителя в восторге от эффекта и экономии времени и денег при подготовке к урокам.
Авторы исследования Петр Матвеев и Светлана Гуторова Способ описан в науке довольно давно, но для его реализации не удавалось подобрать селективные экстракционные агенты с высокой емкостью, то есть способные захватывать большое количество химических элементов. Пока мы заняты теоретической частью проекта, продолжаем исследовать возможности этого механизма экстракции. Но я мечтаю о том, что мы доведем проект до конца в теоретическом плане и сможем на практике внедрить его в ядерный топливный цикл». Внешний вид, геометрия твэлов и топливных кассет соответствуют проектным критериям, замечания отсутствуют.
Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую. Чтобы повысить вероятность деления природного урана, необходимо увеличить содержащееся в нем количество урана-235 с помощью процесса, называемого обогащением урана. Теория предсказывала, что уран-235 с гораздо большей вероятностью подвергнется делению, чем другие изотопы, особенно если нейтроны, ударяющие в его ядро, движутся с относительно низкой скоростью. новости космоса. Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. Многим ученым из Колумбийского университета было ясно, что они должны попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при делении ядра урана в результате нейтронной бомбардировки.
Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
Потом, уже в 1946 году, работа «Спонтанное деление ядер урана» была удостоена Сталинской премии I степени. Изучение деления ядра атома урана показало, что при этом выделяется 3–4 нейтрона: 238U → 145La + 90Br + 3n. бригада: это специальная вещь принадлежит для хранения урана, ядро ядерной бомбы есть это вещество она очень радиоактивное и даже 1мг может убить человека если вы увидели такую вещь на полу срочно убегайте и предупреждайте полиции и ФСБ! При делении ядра урана-235, выделяется 200 МэВ энергии, большая часть которой (168 МэВ) приходится на кинетическую энергию осколков. нейтроны могут вызывать дальнейшее деление, но только ядер данного урана, количество которого в природном уране всего.
Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра
Предстояло доказать, что все другие причины — аппаратура, трамваи, электрическая сеть, космос — несущественны, что эффект не от них. С радиотехникой и электричеством разделались довольно быстро — за полгода. Оставался космос: жесткая составляющая космического излучения могла дать такие же пики, такие же щелчки. Сначала думали от космического излучения спрятаться на дне моря — померить нулевой фон, находясь на подводной лодке. От этой идеи пришлось отказаться: Балтика мелка, двадцатиметровый слой воды от космического излучения почти не защищает. Но в то время в Москве уже работало метро. Абрам Федорович Иоффе, директор Физико-технического института, академик с мировым именем, написал письмо наркому путей сообщения. Он просил разрешить нам поэкспериментировать под землей, на одной из станций метро. Вскоре пришел ответ на красивой зеленой бумаге. Ответ положительный.
Более того, нарком обязывал своих подчиненных оказывать физикам всемерную помощь. Эта бумага помогла нам быстро, на пассажирских поездах, перевезти в Москву необходимое оборудование, и вскоре мы — Г. Там мы и работали месяцев шесть — восемь. Глубина станции — около 60 м, это эквивалентно 180 м воды. Работали в основном ночью: тихо, никто не мешает, да и мы никому. Поезда не искрят... На «Динамо» повторили все, что делали на уровне моря. Эффект был! За сороковой год все закончили, и Иоффе телеграфом послал наше сообщение в «Physical Review».
Вот и вся история. Впрочем, еще до поездки в Москву случилась еще одна история, о которой оба мы вспоминаем с улыбкой. Но тогда нам было не до смеха: в один «прекрасный» день многократно наблюдавшийся нами эффект вдруг пропал. Можете представить наше положение и состояние. День, другой, третий... Две недели, и ни одного щелчка! Перебрали всю аппаратуру, проверили каждый контакт — эффекта нет.
Изотопы могут быть стабильными, когда они сохраняют свою атомную конфигурацию, или нестабильными, когда они распадаются на другие элементы, приобретая или теряя протоны. Скорость распада измеряется периодом полураспада изотопа или временем, которое требуется половине материала для распада на другие элементы. Команда ученых еще не измерила период полураспада урана-241, но, по теоретическим оценкам, он составляет около 40 минут. Это крайне мало для периода полураспада.
К сожалению, в самой основе этой занимательной гипотезы лежит недоразумение. Кристаллизация каких-либо соединений актиноидов в виде самостоятельных минеральных фаз, которые могли бы погружаться в недра планеты, в магматическом океане невозможна. Прежде всего, это обусловлено исключительно низкими концентрациями урана и других актиноидов в протопланетном веществе. При кристаллизации расплава, который возникает на основе такого вещества, весь уран распределяется в кристаллической решетке породообразующих минералов или на их границах в виде примеси, как и многие другие редкие и рассеянные элементы. Конечно, образование скоплений редких элементов в природе возможно вспомним, например, самородное золото , только это происходит в коре и не в результате кристаллизации магматических расплавов, а за счет разгрузки гидротермальных растворов, транспортирующих эти элементы и сбрасывающих их при изменении физических условий. В ходе геологических процессов зарождающиеся в недрах планеты магматические расплавы вследствие более низкой плотности по сравнению с твердым веществом перемещаются к поверхности. В тех случаях, когда они прорываются на поверхность, возникает вулкан. Когда такой расплав застревает на глубине и кристаллизуется в магматической камере, образуется твердое магматическое тело, называемое интрузивом. Дифференциация вещества по плотности при формировании магматических тел принципиально ничем не отличается от такой дифференциации при затвердевании расплава в магматическом океане. Однако кристаллизующиеся силикаты магния и железа в этих расплавах вопреки предположению авторов обсуждаемой гипотезы не всплывают, а тонут, потому что их плотность всегда выше плотности жидкой фазы. Утверждая, что плотность магмы увеличится за счет железа, авторы упускают из виду, что в магматическом океане металл сразу образует самостоятельную жидкую фазу, не смешивающуюся с силикатной, которая опустится на дно задолго до начала кристаллизации силикатов. Возвращаясь к интрузивам, заметим, что никаких скоплений минералов, сложенных актиноидами, на дне соответствующих магматических камер нет, несмотря на то, что концентрация урана как в самих интрузивных телах, так и в исходных расплавах зачастую на два порядка превосходит его концентрацию в протопланетном веществе и магматическом океане. Все происходит ровно наоборот: основная часть урана концентрируется в остаточной жидкости, которая, как правило, собирается в верхней части магматической камеры, после того как основной объем расплава уже затвердел. Поэтому, даже если бы в этих последних порциях расплава и возникли какие-то тяжелые урансодержащие минералы, опускаться им было бы некуда. Конечно, для объективной оценки обсуждаемой гипотезы необходимы исследования специалистов в различных областях науки. Что касается геологической составляющей, то я считаю, что предложенная концепция пока не подтверждается фактическим материалом. Пушкарев, д. Расчеты показали, что теоретически существуют разные сценарии работы реактора. По некоторым из них его активность могла давно прекратиться, по другим — продолжаться до настоящего времени. Максимальная продолжительность возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов. В результате содержание легко делящегося урана-235 поддерживается на достаточно высоком уровне, и получается реактор-размножитель на быстрых нейтронах. Ряд глобальных явлений на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет. О причинах этих колебаний нет единого мнения. По обломочным окаменевшим моренам и ледниково-морским осадкам, обнаруженным на всех континентах, ученые восстановили ледниковую историю Земли за последние 2,5 млрд лет. В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох. Периодичность потеплений-похолоданий, соответствующая смене ледниковых эпох, составляет около 100 тыс. Подробнейшая информация о палеоклимате получена при бурении ледниковых щитов в Антарктиде. Каково значение этого факта? Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим. Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз. Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс. Почему происходит смена магнитных полюсов? Магнитное поле планеты формируется благодаря циркуляции расплавленного железа во внешнем ядре. Движение электропроводящей жидкости в магнитном поле создает самоподдерживающуюся систему, своего рода геодинамо. Но для образования мощных переменных течений в ядре, приводящих к изменению магнитного поля, необходимы и мощные нестационарные источники тепла. Вполне подходящими кандидатами на эту роль опять-таки являются природные ядерные реакторы Вполне естественно предположить, что при работе реактора из-за тепловыделения возникают конвективные потоки, вызывающие разрыхление активной зоны. В какой-то момент цепная реакция деления останавливается. Когда выделение тепла прекращается и конвективные потоки ослабевают, уран медленно оседает — цепная реакция возобновляется. Таким образом, геореактор может работать и в импульсном режиме. Определяющим показателем хода цепной реакции является коэффициент размножения нейтронов k, который равен отношению числа нейтронов, вновь образовавшихся в реакциях деления, к количеству нейтронов, поглощенных в ходе реакции либо покинувших активную зону. Тогда в каждом новом поколении нейтронов становится все больше, и они, в свою очередь, вызывают все больше делений ядер. Возникает лавинообразный процесс. Согласно проведенным расчетам максимально возможный коэффициент размножения ведет себя следующим образом: вначале он падает в течение 1 млрд лет, однако затем более-менее стабилизируется и остается больше единицы вплоть до настоящего времени. Представляется, что более вероятен импульсный сценарий работы реактора, когда периоды активности перемежаются периодами «простоя». Так, как это было в маленьком природном реакторе Окло, но только с большей продолжительностью циклов. По мнению авторов, временные характеристики рассчитанного импульсного режима можно соотнести с рядом периодических явлений, наблюдаемых на поверхности Земли, таких как глобальные изменения климата или смена магнитных полюсов.
Очень похоже работает и система взведения. В блок автоматики, мозг ядерного заряда, стекаются данные от многих приборов и датчиков. Обрабатывая их, система взведения реализует алгоритмы повышения готовности заряда к взрыву. Так, чековые или концевые выключатели находятся на поверхности носителя ядерного заряда. Размыкаются контакты, выдергиваются чеки, и в блок автоматики поступает сигнал об отделении носителя от стартового сооружения, самолета-носителя, самоходной установки или подлодки. Другие приборы связаны со средой, в которой движется носитель, и измеряют ее параметры. Если это крылатая или баллистическая ракета, используются манометрические, барометрические или аэродинамические датчики. Первые выдают сигнал при достижении заданной разности наружного статического давления и давления в специальной емкости в приборе, сообщая о достижении заданного перепада высоты. Вторые реагируют на значение наружного статического воздушного давления. Третьи срабатывают при заданной разнице статического и полного давления, создаваемого напором встречного воздуха при заданной скорости носителя. Сигналы датчиков вызывают включения или отключения электрических цепей в блоке автоматики. Ядерная боевая часть крылатой противокорабельной ракеты. Вид со стороны блока автоматики. Но если ракета не достигла контрольной высоты или не развила контрольную скорость, то блок автоматики не отключит эту ступень предохранения. И заряд не взорвется, как бы дальше ни развивалась история нештатного полета и падения ракеты. Похоже действуют гидроприборы, если носителем ядерного заряда является торпеда. Гидростатические приборы реагируют на заданное статическое давление морской воды, гидродинамические датчики измеряют перепад полного и статического давлений воды при движении торпеды. Есть и группы приборов, не связанных со средой, подобно скрытым в теле человека мышечным рецепторам. Это датчики линейных ускорений и инерционные включатели, которые включают или выключают электрические цепи блока автоматики при контрольных значениях перегрузки по трем осям. Есть временные приборы, переключающие электрические цепи по истечении заданного времени. Только по мере верного прохождения этих последовательностей система предохранения и взведения постепенно повышает взрывоготовность заряда. И сразу обнуляет ее при значимых отклонениях фактических событий от планового сценария работы носителя. Кто нажмет на спусковой крючок Но вот все этапы движения носителем пройдены, он уже в непосредственной близости к цели. Все ступени предохранения сняты, и заряд готов взорваться в любое мгновение. Кто примет решение и даст главную команду на подрыв? Пусковая система, или исполнительная система подрыва. Ее задача — выработка главной команды на подрыв заряда, которую выполнит блок автоматики и его система подрыва заряда. Главная команда запустит процесс подрыва, поэтому система называется пусковой. Исполнительная она потому, что при выполнении главного условия подрыва — достижения цели — следует только исполнение подрыва, больше ничего Пусковая система частично находится в блоке автоматики — ее логические блоки, формирующие главную команду. Снаружи блока автоматики размещены подсистемы исполнительных датчиков — и на поверхности носителя, и внутри него. Подсистемы исполнительных датчиков имеют свою иерархию и работают на разных физических принципах. В этом они схожи с датчиками системы предохранения и взведения. Схем и воплощений пусковых систем так же много, как и конструкций, несущих ядерный заряд.
Как было открыто спонтанное деление
Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. Деление ядер урана – 50 просмотров, продолжительность: 07:46 мин. Смотреть бесплатно видеоальбом Георгия Черняка в социальной сети Мой Мир. Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции. Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. такие жуткие последствия ждут население после применения снарядов с обедненным ураном, которые Британия собирается поставить украинской армии.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
| Деление ядер урана - Смотреть видео | Деление ядер урана Делением ядер называется процесс распада массивного ядра на две приблизительно равные части, сопровождающийся вылетом других частиц. |
| Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда | Деление ядра урана — это процесс расщепления ядра, в результате которого происходит освобождение энергии и эмиссии ядерных частиц. |
| Спонтанное деление - ядро - уран - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1 | Теория предсказывала, что уран-235 с гораздо большей вероятностью подвергнется делению, чем другие изотопы, особенно если нейтроны, ударяющие в его ядро, движутся с относительно низкой скоростью. |
| Спонтанное деление — Википедия | 0:51 Процесс деления ядра Урана под воздействием попавшего в него нейтрона. |
Спонтанное деление ядер
| Энергия связи. Дефект массы. Деление ядер урана. Цепная реакция | Физика 9 класс #55 | Инфоурок | Теория предсказывала, что уран-235 с гораздо большей вероятностью подвергнется делению, чем другие изотопы, особенно если нейтроны, ударяющие в его ядро, движутся с относительно низкой скоростью. |
| Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников — Информатор | — При делении ядра урана на два осколка эти осколки разлетаются, тормозятся в веществе и передают свою энергетическую энергию веществу, которое нагревается. |
| Энергия связи. Дефект массы. Деление ядер урана. Цепная реакция | Физика 9 класс #55 | Инфоурок | Природный уран получает обогащение, т. е. в нем увеличивают количество изотопа U-235, который стимулирует процесс ядерного деления. |
| 1. Механизм деления ядра урана: | это наличие вещества, которое могло бы замедлить высвобождение нейтронов во время деления ядра урана, чтобы одновременно вызвать распад других ядер. |
| 52. Ядерные реакции. Деление ядер урана – смотреть видео онлайн в Моем Мире | Георгий Черняк | Цепная реакция деления ядер урана – это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. |
Открытие спонтанного деления ядер урана
Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра (так называемые вторичные нейтроны деления), способны вызывать деление новых ядер урана. Многим ученым из Колумбийского университета было ясно, что они должны попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при делении ядра урана в результате нейтронной бомбардировки. При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно.
Справочник химика 21
В одном акте деления урана высвобождается энергии в 4 раза больше, чем при естественном распаде, причем скорость энерговыделения очень велика. Самые известные примеры процессов такого типа — реакции в атомной бомбе и реакторах АЭС Сама идея атомного реактора в земных недрах возникла примерно в это же время — и почти за двадцать лет до открытия феномена Окло! В 1953 г. Везерилл и М. Ингрэм выдвинули смелую гипотезу, что в древнейшие времена в скоплениях радиоактивных элементов, главным образом урана и тория, могли протекать цепные ядерные реакции. Поиски геореакторов, подобных оклоскому, предпринимались впоследствии и в других древних месторождениях, но они успехом не увенчались. Может быть, африканский реактор — это шутка Бога, результат случайного стечения обстоятельств и он действительно уникален? Даже если это так, идея, что в Земле могут идти — причем и в далеком прошлом, и в настоящее время! Красноречивый гелий Признаки работы природных реакторов ищут не только в земной коре, но и в недрах планеты. Одна из причин упорства исследователей заключается в том, что Земля излучает тепла примерно в 2,5 раза больше, чем должна отдавать в результате естественного распада радиоактивных элементов в коре радиогенное тепло и первичного нагрева.
Тепловая энергия, получаемая от Солнца, в этом балансе не учитывается. Если такую большую разницу пытаться объяснить только радиогенным теплом из внутренних областей планеты, то Земля в целом должна иметь нереально большие запасы радиоактивных элементов. Но вот в цепных ядерных реакциях как раз выделяется тепла в несколько раз больше, чем при естественном радиоактивном распаде. Цепной механизм выделения энергии мог бы объяснить и упомянутый тепловой дисбаланс, и многие другие необычные явления. И если гипотетические реакторы расположены глубоко в недрах, то понятно, почему следы их активности не удалось найти в урановых месторождениях за исключением Окло. Искали где ближе, но, может, стоит «копнуть вглубь»? Итак, предположим, что где-то в теле Земли действует такой реактор. По каким признакам его можно обнаружить? Один из методов поиска — анализ продуктов деления, мигрирующих из зоны реакции и достигающих земной поверхности.
В частности, очень интересен изотопный состав «солнечного элемента» — гелия. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He и 3He. Гелий-4 попадает в атмосферу в результате естественного распада урана и тория. В воздухе на миллион атомов гелия-4 приходится всего полтора атома гелия-3. Но в базальтах срединно-океанических хребтов изотопа 3He больше уже в 8 раз, а в некоторых изверженных магматических горных породах — в 40! Как объяснить происхождение гелия с высоким содержанием изотопа 3He? Какие физические процессы могут быть ответственны за это? Обычный радиоактивный распад явно не годится, так как он продуцирует исключительно гелий-4. Попробуем привлечь на помощь ядерные реакции деления.
Известно, что при работе реактора тяжелые ядра, поглощая нейтрон, становятся неустойчивыми и могут делиться на два крупных осколка с испусканием легких заряженных частиц и 2—3 нейтронов. В конечном продукте совокупности таких реакций доли обоих изотопов гелия хотя и отличаются, но представляют собой величины одного порядка. Напомним, что в «стандартном» атмосферном гелии их концентрации различаются на шесть порядков! Таким образом, относительно высокое содержание гелия-3, наблюдаемое в магматических породах, поднявшихся на поверхность из земных недр, может служить косвенным свидетельством работы глубинного геореактора. Уран выпал в осадок? Прежде чем продолжить разговор, хочется еще раз подчеркнуть принципиальное различие между естественным радиоактивным распадом и ядерной реакцией деления, ибо разница эта не всегда очевидна на неискушенный взгляд. Обычная радиоактивность — это самопроизвольный распад атомных ядер; для реакции деления обязательно требуется взаимодействие с внешней частицей нейтроном. По этой причине для осуществления ядерной реакции нужна достаточная концентрация активного вещества; для спонтанного распада концентрация не имеет никакого значения. Если в недрах Земли действительно идут цепные реакции, значит, там должны присутствовать скопления радиоактивных элементов актиноидов.
Как и где именно они образовались? На этот счет существует множество разных точек зрения: от мантии до геометрического центра Земли. Анисичкин с соавторами предложили обоснованную гипотезу, согласно которой местом критической концентрации урана и тория могла быть поверхность твердого внутреннего ядра Земли. Эта концепция во многом базируется на работах по растворимости диоксида урана UO2 , проведенных в конце 1990-х гг. В экспериментах на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» А. Туркиным было показано, что растворимость UO2 в расплавах на основе железа с ростом давления уменьшается. Исследуемый диапазон давлений составлял 5—10 ГПа для сравнения: в центре Земли давление около 360 ГПа. Поскольку в природе уран встречается преимущественно в виде оксидов, то логично сделать вывод: чем глубже, тем хуже будет растворяться уран! Этот важный экспериментальный факт наводит на мысль, что миграция актиноидов в теле Земли могла быть следующей.
После образования планеты в океане магмы, состоящей, в основном, из расплавов железа и силикатов, присутствовали и соединения урана.
Среднее время жизни указанного процесса составляет около 1017 лет, а, например, среднее время жизни альфа-распада того же радионуклида составляет около 1011 лет. Причина этого заключается в том, что для того, чтобы разделиться на две части, ядро должно сначала подвергнуться деформации растянуться в эллипсоидальную форму, а затем, перед окончательным расщеплением на два фрагмента, образовать «горлышко» посредине. Потенциальный барьер В деформированном состоянии на ядро действуют две силы. Одна из них — возросшая поверхностная энергия поверхностное натяжение капли жидкости объясняет ее сферическую форму , а другая — кулоновское отталкивание между осколками деления. Вместе они производят потенциальный барьер.
Как и в случае альфа-распада, чтобы произошло спонтанное деление ядра атома урана, фрагменты должны преодолеть этот барьер с помощью квантового туннелирования. Вынужденное расщепление Гораздо более вероятным является индуцированное деление ядра урана. Если родитель его поглощает, то они связываются, высвобождая энергию связи в виде колебательной энергии, которая может превысить 6 МэВ, необходимых для преодоления потенциального барьера. Там, где энергии дополнительного нейтрона недостаточно для преодоления потенциального барьера, падающий нейтрон должен обладать минимальной кинетической энергией для того, чтобы иметь возможность индуцировать расщепление атома. В случае 238U энергии связи дополнительных нейтронов не хватает около 1 МэВ. Это означает, что деление ядра урана индуцируется только нейтроном с кинетической энергией больше 1 МэВ.
С другой стороны, изотоп 235U имеет один непарный нейтрон. Этого достаточно для освобождения количества энергии, необходимого для того, чтобы ядро преодолело потенциальный барьер и деление изотопа происходило при столкновении с любым нейтроном.
Давайте посмотрим только на его путь в первые 15 лет научной карьеры. В 1904-1905 году он занимался радиохимией в Университетском колледже Лондона под руководством Уильяма Рамзая — человека, практически полностью открывшего весь восьмой период таблицы Менделеева. Именно там начались первые открытия Гана — радиоторий, изотоп тория-228. Кстати, Фишер был первым, кто номинировал Гана на Нобелевскую премию — за открытие «мезотория I» радий-228 , который стал дешевой альтернативой «радия Кюри» радий-226. Да, Ган, как и Габер, тоже делал химическое оружие и навсегда получил отвращение к войне после нескольких проведенных газовых атак. Главная встреча в научной жизни Гана случилась в 1907 году, когда Отто получил профессорскую позицию в Берлине. И у них началось… Нет, не то, что вы могли подумать, а дружба и совместная научная работа, которая продлилась 31 год. В 1938 году, когда случился аншлюс Австрии, еврейку Мейтнер лишили гражданства, и она с трудом, при помощи Гана, бежала в Швецию.
Еще одного коллегу и соавтора по главному открытию, Вильгельма Траубе, Ган спасти не сумел: в 1942 году он погиб в тюрьме гестапо в Берлине. Они выделили долгоживущий радиоактивный изотоп нового вещества, который назвали прото-актинием. Как оказалось позже, в 1913 году работавшие в Карлсруэ Казимир Фаянс и его ученик Освальд Геринг не путать с Германом! В 1949 году IUPAC окончательно утвердила название Гана — Мейтнер, «отредактировав» его в протактиний и признав за ними приоритет первооткрывателей. Он открыл еще один уран, «уран-Z», который отличается от «урана-Х2», но тоже имеет массу 234, то есть, это другое ядро, но не изотоп.
Комиссариат по атомной энергии начал расследование.
Специалисты увидели в случившемся не злой умысел, но потрясающий природный феномен. Оказалось, что около 1,8 млрд лет назад на нескольких участках уранового месторождения в Окло Габон , откуда поступила партия урана, происходили цепные ядерные реакции деления. Иными словами, там работал настоящий ядерный реактор, только не рукотворный, а природный! В частности, при изучении продуктов деления одного из таких реакторов было установлено, что он действовал в течение нескольких сотен тысяч лет в импульсном режиме — с рабочим циклом в полчаса и перерывом 2,5 часа, — выжигая уран-235. Почему вообще так важна роль урана-235? Дело в том, что именно этот изотоп охотно делится под воздействием медленных нейтронов в отличие от преобладающего изотопа — урана-238, который может делиться только быстрыми нейтронами а быстрые — в среде замедляются, и цепная реакция гаснет, не успев начаться.
Таким образом, за миллиарды лет до появления человека природа уже освоила технологию, над реализацией которой в середине ХХ в. Период полураспада урана-238 — 4,5 млрд лет, урана-235 — около 700 млн лет. Из-за разной скорости естественного распада соотношение изотопов в природе изменяется со временем: доля более легкого урана-235 неуклонно уменьшается. Например, уран-238, распадаясь, сначала превращается в торий-234, который, в свою очередь, также распадается. Конечными стабильными нуклидами для естественных цепочек распада урана являются изотопы свинца. Суммарное количество энергии, выделяющейся во всей цепочке реакций, около 50 МэВ.
Суть цепной ядерной реакции деления заключается в том, что ядро радиоактивного элемента, например урана-235, захватывая нейтрон, становится неустойчивым и распадается преимущественно с образованием двух крупных осколков и — самое важное! Эти нейтроны могут инициировать деление уже нескольких ядер — возникает цепная реакция. Если потери нейтронов в такой разветвленной цепи реакций будут меньше, чем число вновь образовавшихся, то выделение энергии будет нарастать лавинообразно. В одном акте деления урана высвобождается энергии в 4 раза больше, чем при естественном распаде, причем скорость энерговыделения очень велика. Самые известные примеры процессов такого типа — реакции в атомной бомбе и реакторах АЭС Сама идея атомного реактора в земных недрах возникла примерно в это же время — и почти за двадцать лет до открытия феномена Окло! В 1953 г.
Везерилл и М. Ингрэм выдвинули смелую гипотезу, что в древнейшие времена в скоплениях радиоактивных элементов, главным образом урана и тория, могли протекать цепные ядерные реакции. Поиски геореакторов, подобных оклоскому, предпринимались впоследствии и в других древних месторождениях, но они успехом не увенчались. Может быть, африканский реактор — это шутка Бога, результат случайного стечения обстоятельств и он действительно уникален? Даже если это так, идея, что в Земле могут идти — причем и в далеком прошлом, и в настоящее время! Красноречивый гелий Признаки работы природных реакторов ищут не только в земной коре, но и в недрах планеты.
Одна из причин упорства исследователей заключается в том, что Земля излучает тепла примерно в 2,5 раза больше, чем должна отдавать в результате естественного распада радиоактивных элементов в коре радиогенное тепло и первичного нагрева. Тепловая энергия, получаемая от Солнца, в этом балансе не учитывается. Если такую большую разницу пытаться объяснить только радиогенным теплом из внутренних областей планеты, то Земля в целом должна иметь нереально большие запасы радиоактивных элементов. Но вот в цепных ядерных реакциях как раз выделяется тепла в несколько раз больше, чем при естественном радиоактивном распаде. Цепной механизм выделения энергии мог бы объяснить и упомянутый тепловой дисбаланс, и многие другие необычные явления. И если гипотетические реакторы расположены глубоко в недрах, то понятно, почему следы их активности не удалось найти в урановых месторождениях за исключением Окло.
Искали где ближе, но, может, стоит «копнуть вглубь»? Итак, предположим, что где-то в теле Земли действует такой реактор. По каким признакам его можно обнаружить? Один из методов поиска — анализ продуктов деления, мигрирующих из зоны реакции и достигающих земной поверхности. В частности, очень интересен изотопный состав «солнечного элемента» — гелия. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He и 3He.
Гелий-4 попадает в атмосферу в результате естественного распада урана и тория. В воздухе на миллион атомов гелия-4 приходится всего полтора атома гелия-3. Но в базальтах срединно-океанических хребтов изотопа 3He больше уже в 8 раз, а в некоторых изверженных магматических горных породах — в 40! Как объяснить происхождение гелия с высоким содержанием изотопа 3He? Какие физические процессы могут быть ответственны за это? Обычный радиоактивный распад явно не годится, так как он продуцирует исключительно гелий-4.
Попробуем привлечь на помощь ядерные реакции деления. Известно, что при работе реактора тяжелые ядра, поглощая нейтрон, становятся неустойчивыми и могут делиться на два крупных осколка с испусканием легких заряженных частиц и 2—3 нейтронов. В конечном продукте совокупности таких реакций доли обоих изотопов гелия хотя и отличаются, но представляют собой величины одного порядка. Напомним, что в «стандартном» атмосферном гелии их концентрации различаются на шесть порядков!