اوه ارتفاع بلند. "مادر عزیز ما." برنج. و. فاخته لمسی آرخانگلسک (o. Vysotskaya)

پسندیدن واکنش های شیمیایی، واکنش های هسته ای می تواند باشد گرماگیرو گرمازا.

واکنش های هسته ای به واکنش های فروپاشی و واکنش های همجوشی تقسیم می شوند. نوع خاصواکنش هسته ای است همجوشی هستهای. زمان فروپاشی هسته ای و شکافت هسته ای به معنای کامل است انواع متفاوتواکنش ها [ ].

1. تاریخچه

اولین واکنش هسته ای القا شده مصنوعی در سال مشاهده شد ارنست رادرفورد، تابش می کند ذرات آلفا نیتروژن. واکنش طبق طرح پیش رفت

2. قوانین بقا در واکنش های هسته ای

در طول واکنش های هسته ای، کلی قوانین حفاظت انرژی , تکانه , حرکت زاویه ایو شارژ الکتریکی.

علاوه بر این، تعدادی از قوانین بقای ویژه ذاتی در فعل و انفعالات هسته ای وجود دارد، به عنوان مثال، قانون بقای باریون.

3. بازده انرژی یک واکنش هسته ای

اگر مجموع جرمهای باقیمانده ذرات در واکنش بیشتر از مقدارپس از واکنش، توده های ذرات باقی می مانند، سپس با آزاد شدن انرژی چنین واکنشی رخ می دهد. این انرژی را بازده انرژی یک واکنش هسته ای می نامند. بازده انرژی یک واکنش هسته ای با فرمول ΔE = Δmc 2 محاسبه می شود، که Δm - نقص انبوه، ج - سرعت نور.

4. انواع واکنش های هسته ای

4.1. واکنش های همجوشی هسته ای

در طی واکنش های همجوشی هسته ای، هسته های جدید و سنگین تر از هسته های سبک عناصر تشکیل می شوند.

معمولاً واکنش‌های همجوشی فقط در شرایطی امکان‌پذیر است که هسته‌ها انرژی جنبشی زیادی داشته باشند، زیرا نیروهای دافعه الکترواستاتیکی از نزدیک شدن هسته‌های دارای بار مساوی جلوگیری می‌کنند و به اصطلاح ایجاد می‌کنند. سد کولن.

به طور مصنوعی، این را می توان با کمک به دست آورد شتاب دهنده های ذرات، که در آن یون ها، پروتون ها یا ذرات α شتاب می گیرند میدان الکتریکییا راکتورهای گرما هسته ای، که در آن یون های یک ماده به دلیل حرکت حرارتی انرژی جنبشی به دست می آورند. که در آخرین موردما در مورد واکنش همجوشی گرما هسته ای صحبت می کنیم.

4.1.1. همجوشی هسته ای در طبیعت

در طبیعت، واکنش های همجوشی در اولین دقایق پس از آن آغاز شد مهبانگ. در طول سنتز هسته اولیه، فقط تعدادی از هسته های سبک از پروتون ها تشکیل شدند. دوتریوم , هلیوم , لیتیوم).
اکنون واکنش های هسته ای در هسته ستارگان، به عنوان مثال، در آفتاب. فرآیند اصلی تشکیل یک هسته هلیوم از چهار پروتون است که می تواند در هر دو صورت اتفاق بیفتد زنجیره پروتون-پروتون، یا در چرخه Bethe-Weizsäcker.

در ستاره هایی با جرم بیشتر از نصف M☉، سایر عناصر سنگین تر نیز می توانند تشکیل شوند. این فرآیند با تشکیل هسته های کربن در آغاز می شود واکنش α سه گانه. هسته های حاصل با آن تعامل دارند پروتون هاو ذرات αو به این ترتیب شکل می گیرد عناصر شیمیاییبه قله آهنی

تشکیل هسته های سنگین (از غده V بیسموت) در پوسته ستارگان به اندازه کافی پرجرم در مرحله رخ می دهد غول سرخعمدتا به لطف فرآیند sو تا حدی به لطف فرآیند p. هسته های ناواگچی (ناپایدار) در هنگام شعله ور شدن ایجاد می شوند ابرنواخترها.

4.2. واکنش های فروپاشی هسته ای

واکنش های پوسیدگی ناشی از رادیواکتیویته آلفا و بتا است. در پوسیدگی آلفااز هسته خارج می شود ذره آلفا 4 او و عدد جرمی و عدد بار هسته به ترتیب به 4 و 2 تغییر می کند. در پوسیدگی بتایک الکترون یا یک پوزیترون از هسته خارج می شود، تعداد جرمی هسته تغییر نمی کند و تعداد بار 1 افزایش یا کاهش می یابد. هر دو نوع فروپاشی خود به خود رخ می دهند.

4.3. همجوشی هستهای

تعداد کمی از ایزوتوپ ها قادر به شکافت هستند - واکنشی که در آن هسته به دو قسمت بزرگ تقسیم می شود. شکافت هسته ای می تواند رخ دهد خود به خود،بنابراین مجبور شد- تحت تأثیر ذرات دیگر، عمدتاً - نوترون ها.

سالها مشخص شد که هسته ها اورانیوم-235قادر به نه تنها شکافت خود به خود(روی دو هسته سبک) با آزاد شدن انرژی ~ 200 مگا الکترون ولت و انتشار دو یا سه نوترون، بلکه به تقسیم اجباری،توسط نوترون ها تحریک می شود. با توجه به اینکه در نتیجه چنین جدایی، نوترون هایی نیز منتشر می شود که می تواند باعث واکنش های جدید شکافت اجباری هسته های اورانیوم همسایه شود، احتمال یک واکنش زنجیره ای هسته ای آشکار شده است. چنین واکنشی در طبیعت تنها به این دلیل رخ نمی دهد که اورانیوم طبیعی 99.3 درصد از آن تشکیل شده است ایزوتوپاورانیوم 238 و فقط اورانیوم 235 که در اورانیوم طبیعی فقط 7/0 درصد دارد قابلیت شکافت را دارد.

مکانیسم یک واکنش شکافت هسته ای به شرح زیر است. نیروهای هسته ای از طریق تعامل ذرات مجازی تبادلی (در بیشتر موارد، وجود دارد گل صد تومانی-برهمکنش نوکلئون)، دارای یک ویژگی غیر مرکزی است. این بدان معنی است که نوکلئون ها نمی توانند به طور همزمان با تمام نوکلئون های موجود در هسته، به ویژه در هسته های چند نوکلئونی، تعامل داشته باشند. با وجود تعداد زیادی نوکلئون در هسته، این باعث عدم تقارن در چگالی نیروهای هسته ای و عدم تقارن بیشتر در پیوند نوکلئونی و در نتیجه عدم تقارن در انرژی نسبت به حجم هسته می شود. هسته شکلی پیدا می کند که به طور قابل توجهی با کروی متفاوت است. در این حالت، برهمکنش الکترواستاتیکی بین پروتون ها می تواند از نظر انرژی به اندرکنش قوی نزدیک شود.

بنابراین، به دلیل عدم تقارن، مانع انرژی شکافت غلبه می‌کند و هسته به هسته‌های سبک‌تر که دارای جرم نامتقارن هستند، تجزیه می‌شود.

گاهی اوقات هسته می تواند به حالتی با انرژی کمتر تونل بزند.

5. واکنش های هسته ای در زندگی انسان

5.1. بمب اتمی

یک واکنش زنجیره ای از شکافت هسته اتم در قرن XXشروع به استفاده در بمب های اتمی. با توجه به این واقعیت که برای یک واکنش هسته ای شدید لازم است جرم بحرانی(جرم لازم برای ایجاد یک واکنش زنجیره ای)، سپس برای اجرای یک انفجار اتمی، چندین قسمت با جرم کمتر از بحرانی ترکیب می شوند، یک جرم فوق بحرانی تشکیل می شود و یک واکنش زنجیره ای شکافت در آن رخ می دهد، همراه با انتشار تعداد زیادیانرژی - اتفاق می افتد انفجار هسته ای.

5.2. راکتور هسته ای

یک راکتور هسته ای برای تبدیل انرژی حرارتی تجزیه هسته ای به انرژی الکتریکی استفاده می شود. نحوه استفاده از مخلوط سوخت در راکتور ایزوتوپ هااورانیوم-235 و اورانیوم-238 یا پلوتونیوم-239. هنگامی که نوترون های سریع به هسته اتم اورانیوم 238 برخورد می کنند، به پلوتونیوم-239 و متعاقب آن پوسیدگی با آزاد شدن انرژی. این فرآیند می‌تواند چرخه‌ای باشد، اما این نیاز به راکتورهایی دارد که بر روی نوترون‌های سریع کار می‌کنند. در حال حاضر، هسته اورانیوم 235 به عنوان جزء اصلی در راکتورها استفاده می شود. برای برهمکنش آن با نوترون‌های سریع، باید سرعت آن‌ها را کاهش داد. نحوه استفاده از ریتاردر:

با توجه به نوع آب مصرفی در راکتورها، D 2 O یا H 2 O، راکتورها به دو دسته تقسیم می شوند. آب سنگینو آب سبکبه ترتیب. در راکتورهای آب سنگین، هسته اورانیوم-238 به عنوان سوخت استفاده می شود، در راکتورهای آب سبک - اورانیوم-235. برای کنترل واکنش واپاشی و خاتمه آن از میله های کنترل حاوی ایزوتوپ استفاده می شود. بوریا کادمیوم. انرژی آزاد شده در طی واکنش زنجیره ای شکافت توسط مایع خنک کننده حذف می شود. بنابراین، گرم می شود و هنگامی که وارد آب می شود، آن را گرم می کند و به بخار تبدیل می شود (اغلب خود آب خنک کننده است). بخار یک توربین بخار را معکوس می کند که روتور یک دینام را می چرخاند.

آنها به 2 دسته تقسیم می شوند: واکنش های گرما هسته ای و واکنش های تحت عمل ذرات هسته ای و شکافت هسته ای. اولی برای اجرای خود به دمای ~ چند میلیون درجه نیاز دارد و فقط در فضای داخلی ستارگان یا در آن ادامه می یابد انفجار بمب H. دومی در جو و لیتوسفر به دلیل تشعشعات کیهانی و به دلیل ذرات فعال هسته ای در پوسته های بالایی زمین رخ می دهد. ذرات سریع کیهانی (متوسط ​​انرژی ~ 2 10 9 eV) که وارد جو زمین می شوند، اغلب باعث تقسیم کامل اتم های جو (N, O) به قطعات هسته ای سبک تر می شوند. نوترون هاسرعت تشکیل دومی به 2.6 نوترون (سانتی متر -2 ثانیه -1) می رسد. نوترون‌ها عمدتاً با N اتمسفر برهمکنش می‌کنند و تولید ثابت رادیواکتیو را فراهم می‌کنند ایزوتوپ هاکربن C 14 (T 1/2 = 5568 سال) و تریتیوم H 3 (T 1/2 = 12.26 سال) با توجه به واکنش های زیر N 14 + پ\u003d C 14 + H 1; N 14+ n\u003d C 12 + H 3. تشكيل سالانه راديوكربن در جو زمين حدود 10 كيلوگرم است. تشکیل رادیواکتیو Be 7 و Cl 39 در جو نیز مورد توجه قرار گرفت. واکنش های هسته ای در لیتوسفر عمدتاً به دلیل ذرات α و نوترون های ناشی از فروپاشی عناصر رادیواکتیو با عمر طولانی (عمدتاً U و Th) رخ می دهد. لازم به ذکر است که تجمع He 3 در چند میلی لیتر حاوی Li (نگاه کنید به. ایزوتوپ های هلیم در زمین شناسی)تشکیل ایزوتوپ های منفرد نئون در اکسنیت، مونازیت و سایر m-lah ها با توجه به واکنش ها: O 18 + He 4 \u003d Ne 21 + پ؛ Fe 19 + He \u003d Na 22 + پ؛ Na 22 → Ne 22. تشکیل ایزوتوپ های آرگون در مواد رادیواکتیو با توجه به واکنش ها: Cl 35 + نه = Ar 38 + n; Cl 35 + He \u003d K 38 + H 1; K 38 → Ar 38. در طی شکافت خود به خود و ناشی از نوترون اورانیوم، تشکیل ایزوتوپ های سنگین کریپتون و زنون مشاهده می شود. (به روش تعیین سن مطلق زنون مراجعه کنید).در m-lakh از لیتوسفر، شکافت مصنوعی هسته های اتم باعث تجمع ایزوتوپ های خاصی به مقدار 10-9-10-12% از جرم m-la می شود.

• - تبدیل هسته های اتم به دلیل برهمکنش آنها با ذرات بنیادی یا با یکدیگر ...
• - واکنش‌های زنجیره‌ای شاخه‌دار شکافت هسته‌های سنگین توسط نوترون‌ها که در نتیجه تعداد نوترون‌ها به شدت افزایش می‌یابد و فرآیند شکافت خودپایدار می‌تواند رخ دهد.

  آغازها علوم طبیعی مدرن

• - مهمات، که اثر مخرب آن مبتنی بر استفاده از انرژی انفجار هسته ای است. اینها شامل کلاهک های هسته ای موشک ها و اژدرها، بمب های هسته ای، گلوله های توپخانه، موشک های عمقی، مین ها...

  فرهنگ اصطلاحات نظامی

• واژه نامه اصطلاحات حقوقی

• - ....

  فرهنگ دایره المعارف اقتصاد و حقوق

• - طبق تعریف قانون فدرال "در مورد استفاده از انرژی اتمی" مورخ 20 اکتبر 1995، "مواد حاوی یا قادر به بازتولید مواد هسته ای شکافت پذیر" ...

  فرهنگ لغت بزرگ قانون

• - snurps، RNA هسته ای کوچک - RNA هسته ای کوچک گروه گسترده ای از RNA های هسته ای کوچک مرتبط با RNA هسته ای ناهمگن ، بخشی از گرانول های ریبونوکلئوپروتئین کوچک هسته ...
• - ببینید هسته ای کوچک ...

  زیست شناسی مولکولی و ژنتیک. فرهنگ لغت

• - واکنش‌های هسته‌ای، که در آن ذره برخوردی انرژی را نه به کل هسته هدف، بلکه به یک هسته جداگانه منتقل می‌کند. نوکلئون یا گروهی از نوکلئون ها در این هسته. در P. I. آر. هیچ هسته مرکب تشکیل نمی شود.

  علوم طبیعی. فرهنگ لغت دایره المعارفی

• - حوادثی که در نیروگاه های هسته ای رخ می دهد. در طی یک حادثه هسته ای، آلودگی رادیواکتیو محیط به شدت افزایش می یابد ...

  فرهنگ لغت زیست محیطی

• - تبدیل اتم‌های هسته‌ها در برخورد با دیگر هسته‌ها، ذرات بنیادی یا کوانتوم‌های گاما. هنگامی که هسته های سنگین با هسته های سبک تر بمباران می شوند، تمام عناصر ترانس اورانیوم به دست می آیند ...

  فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

• - فرآیندهای هسته ای که در آن انرژی وارد شده به هسته اتم عمدتاً به یک یا گروه کوچکی از نوکلئون ها منتقل می شود ...

  دایره المعارف بزرگ شوروی

• - واکنش‌های هسته‌ای مستقیم - واکنش‌های هسته‌ای که در آن ذره برخوردی انرژی را نه به کل هسته هدف، بلکه به یک نوکلئون منفرد یا گروهی از نوکلئون‌ها در این هسته منتقل می‌کند. در واکنش های مستقیم هسته ای، هیچ ترکیبی تشکیل نمی شود ...
• - واکنش های زنجیره ای هسته ای را ببینید ...

  بزرگ فرهنگ لغت دایره المعارفی

• - واکنش های تبدیل هسته های اتمی هنگام برهم کنش با ذرات بنیادی، کوانتوم های β یا با یکدیگر. اولین بار توسط ارنست رادرفورد در سال 1919 مورد مطالعه قرار گرفت ...

  فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

• - واکنش های زنجیره ای هسته ای - واکنش های خودپایدار شکافت هسته های اتمی تحت تأثیر نوترون ها در شرایطی که هر رویداد شکافت با انتشار حداقل 1 نوترون همراه است که حفظ ...

  فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

"واکنش های هسته ای در طبیعت" در کتاب

موشک های هسته ای یورو