О высотская. "Дорогая наша мама". Рис. и.архангельскойобидчивая кукушка(о. высоцкая)

Как и химические реакции, ядерные реакции могут быть эндотермическим и экзотермическим .

Ядерные реакции подразделяются на реакции распада и реакции синтеза. Особым типом ядерной реакции является деление ядра . Сроки распад ядра и деление ядра означают совершенно разные типы реакций [ ].

1. История

Первую искусственно вызванной ядерной реакции наблюдал в году Эрнест Резерфорд , облучая альфа-частицами азот . Реакция проходила по схеме

2. Законы сохранения при ядерных реакциях

Во время ядерных реакций выполняются общие законы сохранения энергии , импульса , момента импульса и электрического заряда .

Кроме того, существует ряд особых законов сохранения, присущих ядерной взаимодействия, например, закон сохранения барионного заряда.

3. Энергетический выход ядерной реакции

Если сумма масс покоя частиц в реакции больше суммы масс покоя частиц после реакции, то такая реакция происходит с выделением энергии. Такую энергию называют энергетическим выходом ядерной реакции. Энергетический выход ядерной реакции вычисляется по формуле ΔE = Δmc 2, где Δm - дефект массы , c - скорость света .

4. Виды ядерных реакций

4.1. Ядерные реакции синтеза

Во время ядерных реакций синтеза из легких ядер элементов образуются новые, более тяжелые ядра.

Обычно реакции синтеза возможны только в условиях, когда ядра имеют большую кинетическую энергию, поскольку силы электростатического отталкивания препятствуют сближению одинаково заряженных ядер, создавая так называемый кулоновский барьер.

Искусственным путем этого удается достичь с помощью ускорителей заряженных частиц , в которых ионы, протоны или α-частицы ускоряют электрическим полем, или термоядерных реакторов, где ионы вещества приобретают кинетической энергии за счет теплового движения. В последнем случае речь ведут о реакции термоядерного синтеза.

4.1.1. Ядерный синтез в природе

В природе реакции синтеза начались в первые минуты после Большого взрыва . Во время первичного нуклеосинтеза из протонов образовались лишь некоторые легкие ядра (дейтерия , гелия , лития).
Сейчас ядерные реакции происходят в ядрах звезд, например, в Солнце . Основным процессом является образование ядра гелия из четырех протонов, что может происходить или в протон-протонном цепочке , или в цикле Бете-Вайцзекера .

В звездах, масса которых превышает половину M ☉ , могут образовываться и другие, более тяжелые элементы. Этот процесс начинается с образования ядер углерода в тройной α-реакции . Образующиеся ядра взаимодействуют с протонами и α-частицами и, таким образом, образуются химические элементы до железного пика.

Образование тяжелых ядер (от железа в Висмут) происходит в оболочках достаточно массивных звезд на стадии красного гиганта основном благодаря s-процесса и, частично, благодаря p-процесса . Наважчи (нестабильные) ядра образуются во время вспышек сверхновых .

4.2. Ядерные реакции распада

Реакциями распада обусловлено альфа-и бета-радиоактивность. При альфа-распаде из ядра вылетает альфа-частица 4 He, а массовое число и зарядовое числа ядра меняются на 4 и 2 соответственно. При бета-распаде из ядра вылетает электрон или позитрон, массовое число ядра не меняется, а зарядовое увеличивается или уменьшается на 1. Оба типа распада происходят спонтанно.

4.3. Деление ядра

Небольшое количество изотопов способна к делению - реакции при которой ядро ​​делится на две большие части. Деление ядра может происходить как спонтанно, так и вынужденно - под воздействием других частиц, в основном - нейтронов.

Года было выявлено, что ядра урана-235 способны не только к спонтанному делению (на два легких ядра) с выделением ~ 200 МэВ энергии и излучением двух-трех нейтронов, но и к вынужденного деления, инициируемое нейтронами. Учитывая, что в результате такого разделения тоже излучаются нейтроны, которые могут вызвать новые реакции вынужденного деления соседних ядер урана, стала очевидной возможность цепной ядерной реакции. Такая реакция не происходит в природе лишь потому, что природный уран на 99,3% состоит из изотопа урана-238, а в реакции деления способен только уран-235, которого в природном уране содержится всего 0,7%.

Механизм ядерной реакции деления заключается в следующем. Ядерные силы через взаимодействие обменными виртуальными частицами (в большинстве случаев происходит пион -нуклонного взаимодействие), имеют нецентральных характер. Это означает, что нуклоны не могут взаимодействовать одновременно со всеми нуклонами в ядре, особенно в багатонуклонних ядрах. При большом количестве нуклонов в ядре это вызывает асимметрию плотности ядерных сил и дальнейшей асимметрию нуклонного связи, а следовательно, и асимметрию энергии по объему ядра. Ядро приобретает форму, которая существенно отличается от шарообразной. В таком случае электростатическое взаимодействие между протонами может по величине энергии приближаться к сильного взаимодействия.

Таким образом, вследствие асимметрии, энергетический барьер деления преодолевается, и ядро ​​распадается на более легкие ядра, асимметричные по массе.

Иногда ядро ​​может туннелировать в состояние с меньшей энергией.

5. Ядерные реакции в жизни человека

5.1. Атомная бомба

Цепную реакцию деления атомных ядер в ХХ веке стали применять в атомных бомбах. Из-за того, что для интенсивной ядерной реакции необходимо иметь критическую массу (массу, необходимую для развития цепной реакции), то для осуществления атомного взрыва несколько частей с массами меньше критической, соединяются, образуется сверхкритическая масса и в ней возникает цепная реакция деления, сопровождающаяся высвобождением большого количества энергии - происходит атомный взрыв.

5.2. Ядерный реактор

Для преобразования тепловой энергии распада ядер в электрическую энергию используют ядерный реактор. Как топливо в реакторе применяется смесь изотопов урана-235 и урана-238 или плутоний-239. При попадании быстрых нейтронов к ядру атома урана-238 происходит его превращение в плутоний -239 и его последующий распад с высвобождением энергии. Процесс может быть циклическим, однако для этого необходимы реакторы, работающие на быстрых нейтронах. Сейчас же как основной компонент в реакторах применяется нуклид урана-235. Для его взаимодействия с быстрыми нейтронами необходимо их замедление. Как замедлитель применяют:

По типу используемой воды в реакторах, D 2 O или H 2 O, реакторы делятся на тяжеловодных и легководяни соответственно. В тяжеловодных реакторах в качестве горючего используется нуклид урана-238, в легководяних - Уран-235. Для управления реакцией распада и ее прекращения применяют регулировочные стержни, содержащие изотопы бора или кадмия . Энергию, которая выделяется во время цепной реакции деления, выводит теплоноситель. Поэтому он нагревается, и при попадании в воду он нагревает ее, превращая в пар (часто теплоносителем является сама вода). Пара обращает паровую турбину, которая вращает ротор генератора переменного тока.

Разделяются на 2 класса: термоядерные реакции и реакции под действием ядерноактивных частиц и деления ядер. Первые требуют для своего осуществления температуру ~ несколько млн. градусов и протекают лишь в недрах звезд или при взрывах H-бомб. Вторые происходят в атмосфере и литосфере за счет космического облучения и за счет ядерноактивных частиц в верхних оболочках Земли. Быстрые космические частицы (средняя энергия ~2 10 9 эв), попадая в атмосферу Земли, вызывают нередко полное расщепление атомов атмосферы (N, О) на более легкие ядерные осколки, включая нейтроны. Скорость образования последних достигает величины 2,6 нейтрона (см -2 сек -1). Нейтроны взаимодействуют преимущественно с N атмосферы, обеспечивая постоянное образование радиоактивных изотопов углерода С 14 (T 1/2 = 5568 лет) и трития H 3 (T 1/2 = 12,26 лет) по следующим реакциям N 14 + п = С 14 + Н 1 ; N 14 + n = С 12 + Н 3 . Ежегодное образование радиоуглерода в земной атмосфере составляет около 10 кг. Отмечено также образование в атмосфере радиоактивных Be 7 и Cl 39 . Реакции ядерные в литосфере происходят в основном за счет α-частиц и нейтронов, возникающих при распаде долгоживущих радиоактивных элементов (в основном U и Th). Следует отметить накопление Не 3 в некоторых м-лах, содержащих Li (см. Изотопы гелия в геологии), образование отдельных изотопов неона в эвксените, монаците и др. м-лах по реакциям: О 18 + Не 4 = Ne 21 + п; Fe 19 + Не = Na 22 + п; Na 22 → Ne 22 . Образование изотопов аргона в радиоактивных м-лах по реакциям: Cl 35 + Не = Ar 38 + n ; Cl 35 + Не = К 38 + Н 1 ; К 38 → Ar 38 . При спонтанном и нейтронно-индукцированном делении урана наблюдается образование тяжелых изотопов криптона и ксенона (см. Метод определения абсолютного возраста ксеноновый). В м-лах литосферы искусственное расщепление атомных ядер вызывает накопление некоторых изотопов в количестве 10 -9 -10 -12 % от массы м-ла.

• - превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействиями с элементарными частицами или друг с другом...
• - разветвленные цепные реакции деления тяжелых ядер нейтронами, в результате которых число нейтронов резко возрастает и может возникнуть самоподдерживающийся процесс деления...

  Начала современного Естествознания

• - боеприпасы, поражающее действие которых основано на использовании энергии ядерного взрыви. К ним относятся ядерные боевые части ракет и торпед, идерные бомбы, артиллерийские снаряды, глубинные бомбы, мины...

  Словарь военных терминов

• Словарь юридических терминов

• - ....

  Энциклопедический словарь экономики и права

• - по определению ФЗ "Об использование атомной энергии" от 20 октября 1995 г. "материалы, содержащие или способные воспроизвести делящиеся ядерные вещества"...

  Большой юридический словарь

• - snurps, small nuclear RNA - малые ядерные РНК.Обширная группа ядерных РНК небольшого размера, ассоциированная с гетерогенной ядерной РНК , входят в состав мелких рибонуклеопротеиновых гранул ядра...
• - См. малые ядерные...

  Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь

• - ядерные реакции, в к-рых налетающая частица передаёт энергию не всему ядру-мишени, а отд. нуклону или группе нуклонов в этом ядре. В П. я. р. не образуется составное ядро....

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• - аварии, возникающие на атомных электростанциях. При ядерной аварии резко усиливается радиоактивное загрязнение окружающей среды...

  Экологический словарь

• - превращение атомов ядер при соударении с другими ядрами, элементарными частицами или гамма-квантами. При бомбардировке тяжелых ядер более легкими получены все трансурановые элементы...

  Энциклопедический словарь по металлургии

• - ядерные процессы, в которых вносимая в атомное ядро энергия передаётся преимущественно одному или небольшой группе нуклонов...

  Большая Советская энциклопедия

• - ПРЯМЫЕ ядерные реакции - ядерные реакции, в которых налетающая частица передает энергию не всему ядру-мишени, а отдельному нуклону или группе нуклонов в этом ядре. В прямых ядерных реакциях не образуется составное...
• - см. Ядерные цепные реакции...

  Большой энциклопедический словарь

• - реакции превращения атомных ядер при взамодействии с элементарными частицами, ?-квантами или друг с другом. Впервые начал изучать Эрнест Резерфорд в 1919...

  Большой энциклопедический словарь

• - ЯДЕРНЫЕ цепные реакции - самоподдерживающиеся реакции деления атомных ядер под действием нейтронов в условиях, когда каждый акт деления сопровождается испусканием не менее 1 нейтрона, что обеспечивает поддержание...

  Большой энциклопедический словарь

"РЕАКЦИИ ЯДЕРНЫЕ В ПРИРОДЕ" в книгах

Ядерные евроракеты