ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ, ВОДОРОДНАЯ БОМБА. АНТИВЕЩЕСТВО

ЗАДАНИЕ

Для дистанционного обучения на период 04.05-10.05.2020 г.

По дисциплине «Естествознание» раздел «Физика»

Для студентов специальности 40.02.01 Право и организация социального обеспечения (базовая подготовка)

Саратовской государственной юридической академии

Тема лекции:

СТРОЕНИЕ АТОМА. ЯДЕРНЫЕ И ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

Рассматриваемые вопросы:

1. История развития представлений о строении атома.

2. Строение атома. Постулаты Бора

3. Радиоактивность. Ядерные реакции

4. Ядерная энергетика. Ядерное оружие. Водородная бомба. Антивещество

Задание:

1. Необходимо написать краткий конспект лекции в рабочей тетради, который должен включать в себя:

- Основные понятия, теории, законы, названия которых выделены жирным,

- Формулы с расшифровкой,

- Диаграммы и рисунки переписывать НЕ обязательно,

- Информация, выделенная желтым маркером, а так же описания в тексте предназначены для прочтения и изучения без необходимости конспектирования.

2.Фото выполненных работ отправлять по эл.почте на адрес:

ms . elena . lazareva @ list . ru .

Тетради с записями сохранять!

Требования к отправляемым работам:

1. Страницы Конспекта Лекции пронумеровать в пределах каждой темы на полях, а так же подписывать Фамилию и группу.

2. В Те ме письма указать Фамилию, группу, Тему(Пример: Иванов 11 гр Оптика)

3. Фото выполненных работ лучше помещать по порядку в Word файл.

Следите, что бы фото страниц были правильного расположения (НЕ перевернуты).

4. Все страницы одной лекции присылайте одним Письмом.

ВОПРОС 1

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О СТРОЕНИИ АТОМА

Понятие «атом» (от греч. atomos — неделимый) возникло и оформилось как система представлений об устройстве окружающего мира в воззрениях древнегреческих философов в 500— 200 гг. до н. э. Левкипп утверждал, что мир состоит из мельчайших частиц и пустоты. Демокрит назвал эти частицы атомами (неделимыми) и считал, что они вечно существуют и способны двигаться.

Размеры атомов полагались настолько малыми, что не могли быть измерены. Форма, внешнее различие атомов, как считалось, придают определенные свойства телам. Например, атомы воды -гладкие! они способны перекатываться, и поэтому жидкости свойственна текучесть; атомы железа имеют зубчики, которыми они зацепляются друг за друга, что придает железу свойства твердого тела. Способность атомов самостоятельно взаимодействовать друг с другом была предположена Эпикуром.

Затем в течение почти 20 столетий учение об атомном строении окружающего мира не получило развития и было предано забвению. В начале XIX в. Дальтон, опираясь на открытые к тому времени законы химии — кратных отношений, эквивалентов, постоянства состава, возродил атомистическую теорию. Главное отличие новых положений теории от представлений древнегреческих философов заключалось в том, что они опирались на строгие экспериментальные данные о строении вещества. Дальтон установил, что атомы одного и того же химического элемента имеют одинаковые свойства, а разным элементам соответствуют разные атомы. Была введена важнейшая характеристика атома — атомная масса, относительные значения которой были установлены для ряда элементов. Однако атом по-прежнему считался неделимой частицей.

В конце XIX и начале XX вв. появились экспериментальные доказательства сложной структуры атома: фотоэффект -— явление, когда при освещении металлов с их поверхности испускаются носители электрического заряда; катодные лучи — поток отрицательно заряженных частиц — электронов в вакуумированной трубке, содержащей катод и анод; рентгеновские лучи — электромагнитное излучение, подобное видимому свету, но с гораздо более высокой частотой, испускаемое веществами при сильном воздействии на них катодных лучей; радиоактивность — явление самопроизвольного превращения одного химического элемента в другой, сопровождающееся испусканием электронов, положительно заряженных частиц, других элементарных частиц и рентгеновского излучения. Таким образом, было установлено, что атомы состоят из отрицательно и положительно заряженных частиц, сильно взаимодействующих между собой.

Предложенная Э. Резерфордом в 1911 году ядерная (планетарная) модель строения атома сводится к следующим положениям: атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него электронов; более 99,96 % массы атома сосредоточено в его ядре; диаметр ядра примерно в сто тысяч раз меньше диаметра самого атома.

Согласно этой модели можно дать следующее определение атома: Атом — электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Ядро атома состоит из элементарных частиц: протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны имеют общее название нуклоны (ядерные частицы).

Протон (p) — частица, имеющая заряд +1 и относительную массу, равную 1.

Нейтрон (n) — частица без заряда с относительной массой 1.

К элементарным частицам относятся также электроны (e), которые образуют электронную оболочку атома. Протоны и нейтроны имеют одинаковую массу. Масса электрона составляет 11840 массы протона и нейтрона. Поэтому основная масса атома сосредоточена в его ядре.

Протон имеет положительный заряд +1. Заряд электрона — отрицательный и по величине равен заряду протона: –1.

Частицы	Обозначения	Относительная масса	Относительныйзаряд
Протон	p	1	+1
Нейтрон	n	1	0
Электрон	e	1/1840	–1

Установлено, что число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в Периодической таблице.

Заряд ядра определяется числом протонов в нём. Значит, заряд ядра тоже равен порядковому номеру элемента.

Атом — электронейтральная частица, поэтому число электронов в нём равно числу протонов.

ВОПРОС 2

РАДИОАКТИВНОСТЬ

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ, ВОДОРОДНАЯ БОМБА. АНТИВЕЩЕСТВО

В 1789 г. немецкий химик Мартин Клапрот извлек из саксонской смоляной руды неизвестный металл. В честь самой далёкой из известных тогда планет Клапрот, считая новое вещество элементом, назвал его ураном. В древнейшие времена окись урана использовалась для изготовления жёлтой глазури для керамики.

1934 г., Э.Ферми – облучали нейтронами почти все элементы периодической системы. Нейтроны, не имея заряда, беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения. Реакции на быстрых нейтронах. Реакции на медленных нейтронах (более эффективны, чем быстрые; n замедляют в обычной воде).

Первым открытым процессом деления ядер урана было вынужденное деление изотопа урана-235 при их бомбардировке нейтронами, проведено в 1938 году О.Ганом и Ф.Штрассманом. Скорость нейтрона ≈ 1000 м/с

Впервые цепная реакция ядерного распада была осуществлена 2 декабря 1942 года в Чикагском университете с использованием урана в качестве топлива и графита в качестве замедлителя.

Ядерная энергетика (Атомная энергетика) – отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло. При делении ядер, входящих в состав 1 кг урана, высвобождения внутриядерная энергия 8·1013 Дж, что эквивалентно сжиганию 1900 т нефти или взрыву 20000 т тротила.

Первая электроэнергия из энергии ядерного распада была получена 20 декабря 1951 года в Национальной лаборатории Айдахо с помощью реактора на быстрых нейтронах EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I). Произведённая мощность составляла около 100 кВт.

9 мая 1954 года на ядерном реакторе в г. Обнинск была достигнута устойчивая цепная ядерная реакция. Реактор мощностью 5 МВт работал на обогащённом уране с графитом в качестве замедлителя, для охлаждения использовалась вода с обычным изотопным составом

Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках. В 1959 году в СССР спущено на воду первое в мире невоенное атомное судно — ледокол «Ленин». Россия осуществляет программу создания и испытания ядерного ракетного двигателя, США прекратили программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, предпринимались попытки создать ядерный двигатель для самолётов (атомолётов) и «атомных» танков.

Радиоактивные изотопы стали широко применяться в промышленности для автоматизации производственных процессов и контроля за ними, в аналитической химии, производстве строительных материалов, для повышения чувствительности химического анализа, контроля утечек нефтепродуктов, в медицине для диагностики и лечения ряда заболеваний. Внедрялись медицинские установки для облучения, рентгеновские установки, гамма-дефектоскопы Внедрение радиационной техники проводилось на тысячах предприятий.

Еще одним направлением мирного использования ядерной энергии были ядерные взрывы в народно-хозяйственных целях. С их помощью решались такие задачи, как:

· глубинное зондирование с целью разведки полезных ископаемых;

· интенсификация добычи нефти и газа;

· создание подземных резервуаров;

· перемещение грунта;

· гашение газовых фонтанов;

· разрушение монолитности пород и другие задачи.

ВОДОРОДНАЯ БОМБА

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ.

В недрах Солнца содержится гигантское количество водорода, находящегося в состоянии сверхвысокого сжатия при температуре ок. 15 000 000 К. При столь высоких температуре и плотности плазмы ядра водорода испытывают постоянные столкновения друг с другом, часть из которых завершается их слиянием и в конечном счете образованием более тяжелых ядер гелия. Подобные реакции, носящие название термоядерного синтеза, сопровождаются выделением огромного количества энергии. Согласно законам физики, энерговыделение при термоядерном синтезе обусловлено тем, что при образовании более тяжелого ядра часть массы вошедших в его состав легких ядер превращается в колоссальное количество энергии. Именно поэтому Солнце, обладая гигантской массой, в процессе термоядерного синтеза ежедневно теряет ок. 100 млрд. т вещества и выделяет энергию, благодаря которой стала возможной жизнь на Земле.

ИЗОТОПЫ ВОДОРОДА.

Атом водорода – простейший из всех существующих атомов. Он состоит из одного протона, являющегося его ядром, вокруг которого вращается единственный электрон. Тщательные исследования воды (H₂O) показали, что в ней в ничтожном количестве присутствует «тяжелая» вода, содержащая «тяжелый изотоп» водорода – дейтерий (2H). Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона – нейтральной частицы, по массе близкой к протону.

Существует третий изотоп водорода – тритий, в ядре которого содержатся один протон и два нейтрона. Тритий нестабилен и претерпевает самопроизвольный радиоактивный распад, превращаясь в изотоп гелия. Следы трития обнаружены в атмосфере Земли, где он образуется в результате взаимодействия космических лучей с молекулами газов, входящих в состав воздуха. Тритий получают искусственным путем в ядерном реакторе, облучая изотоп литий-6 потоком нейтронов.

РАЗРАБОТКА ВОДОРОДНОЙ БОМБЫ.

Предварительный теоретический анализ показал, что термоядерный синтез легче всего осуществить в смеси дейтерия и трития. Приняв это за основу, ученые США в начале 1950 приступили к реализации проекта по созданию водородной бомбы (HB). Первые испытания модельного ядерного устройства были проведены на полигоне Эниветок весной 1951; термоядерный синтез был лишь частичным. Значительный успех был достигнут 1 ноября 1951 при испытании массивного ядерного устройства, мощность взрыва которого составила 4 ё 8 Мт в тротиловом эквиваленте.

Первая водородная авиабомба была взорвана в СССР 12 августа 1953, а 1 марта 1954 на атолле Бикини американцы взорвали более мощную (примерно 15 Мт) авиабомбу. С тех пор обе державы проводили взрывы усовершенствованных образцов мегатонного оружия.

Взрыв на атолле Бикини сопровождался выбросом большого количества радиоактивных веществ. Часть из них выпала в сотнях километров от места взрыва на японское рыболовецкое судно «Счастливый дракон», а другая покрыла остров Ронгелап. Поскольку в результате термоядерного синтеза образуется стабильный гелий, радиоактивность при взрыве чисто водородной бомбы должна быть не больше, чем у атомного детонатора термоядерной реакции. Однако в рассматриваемом случае прогнозируемые и реальные радиоактивные осадки значительно различались по количеству и составу.

АНТИВЕЩЕСТВО, вещество, состоящее из атомов, ядра которых имеют отрицательный электрический заряд и окружены позитронами – электронами с положительным электрическим зарядом. В обычном веществе, из которого построен окружающий нас мир, положительно заряженные ядра окружены отрицательно заряженными электронами. Обычное вещество, чтобы отличать его от антивещества, иногда называют койновеществом (от греч. койнос – обычный). Однако в русской литературе этот термин практически не употребляется. Следует подчеркнуть, что термин «антивещество» не совсем правилен, поскольку антивещество – тоже вещество, его разновидность. Антивещество обладает такими же инерционными свойствами и создает такое же гравитационное притяжение, как и обычное вещество.

В 2001 году в ЦЕРНе был синтезирован атом антиводорода, состоящий из позитрона и антипротона. В последние годы антиводород был получен в значительных количествах и было начато детальное изучение его свойств.

Дальнейшие эксперименты по исследованиям антивещества призваны показать наличие или отсутствие для антивещества эффекта антигравитации.

Антивещество известно как самая дорогая субстанция на Земле — по оценкам НАСА 2006 года, производство миллиграмма позитронов стоило примерно 25 миллионов долларов США

Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 65; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!