Что называется удельной энергией связи?

энергия связи , приходящаяся на каждый кулон )

 

Удельная энергия связи ядер атомов ,занимающих в периодической системе последние места(А 200Мэв) , примерно на 1 Мэв меньше удельной энергии связи в ядрах , находящихся в середине периодической системы(А 100Мэв). Поэтому процесс деления тяжёлых ядер на ядра элементов средней части периодической системы является энергетически выгодным.

При делении ядра энергия связи , приходящаяся на каждый кулон, увеличивается на 1 Мэв и общая выделяющаяся энергия должна быть огромной – порядка 200 Мэв. Ни при какой другой реакции ( не связанной с делением) столь больших энергий не выделяется.

Механизм деления ядра урана- 235.

- Возьмем ядро урана. При попадании нейтрона в ядро происходит возбуждение в ядре, ядро начинает деформироваться, приобретать вытянутую форму, вследствие действия сил внутри ядра. Наряду, с большими электростатическими силами отталкивания между протонами, действуют ядерные силы притяжения. Когда кулоновские силы отталкивания станут больше, ядро разлетится на два осколка и произойдет испускание нейтронов. Под действием кулоновских сил отталкивания образовавшиеся осколки разлетаются со скоростями , равными 1/30 скорости света.

 

Испускание нейтронов в процессе деления.

Фундамен­тальный факт ядерного деления — испускание в процес­се деления двух-трех нейтронов. Именно благодаря это­му оказалось возможным практическое использование внутриядерной энергии.

Понять, почему происходит испускание свободных ней­тронов, можно исходя из следующих соображений. Изве­стно, что отношение числа нейтронов к числу протонов в стабильных ядрах возрастает с повышением атомного номера. Поэтому у возникающих при делении осколков относительное число нейтронов оказывается большим, чем это допустимо для ядер атомов, находящихся в середине таблицы Менделеева. В результате несколько нейтронов освобождается в процессе деления. Их энергия имеет раз­личные значения — от нескольких миллионов электрон-вольт до совсем малых, близких к нулю.

Деление обычно происходит на осколки неравной мас­сы. Осколки эти сильно радиоактивны, так как содержат избыточное количество нейтронов. В результате серии последовательных (3-распадов в конце концов получаются стабильные изотопы.

Итак,

Деление атомных ядер тяжелых элементов возможно благодаря тому, что удельная энергия связи этих ядер меньше удельной энергии связи ядер элементов, находя­щихся в середине периодической системы Менделеева.

 

ЦЕПНЫЕ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

При делении ядра урана освобождаются два-три нейтрона. Это позволяет осуществлять цепную реакцию де­ления урана.

Любой из нейтронов, вылетающих из ядра в процессе деления, может, в свою очередь, вызвать деление сосед­него ядра, которое также испускает нейтроны, способные вызвать дальнейшее деление. В результате число делящихся ядер очень быстро увеличивается. Возникает цепная реакция.

Ядерной цепной реакцией называется реак­ция, в которой частицы, вызывающие ее (нейтроны), образуются как продукты этой реакции.

 

 

 

Цепная реакция сопровождается выделением энергии. При делении каждого ядра выдел и 200 МэВ. При полном же делении всех ядер в 1 г урана, выделяется энергия эквивалентная энергии, получаемой при сгорании 3т угля или 2,5 т нефти.

Но для осуществления цепной реакции нельзя использовать любые ядра, делящиеся под влиянием нейтронов. В силу ряда причин из ядер, встречающихся в природе | пригодны лишь ядра изотопа урана с массовым числом 235, т. е.

Изотопы урана. Естественный уран состоит в основном

из двух изотопов: и . Но изотоп составляет всего 1/140 долю от более распространенного изотопа .

Ядра делятся под влиянием как быстрых, так и медленных нейтронов. Ядра могут делится под влиянием нейтронов с энергией более 1 МэВ. Такую энергию имеют примерно 60% нейтронов, появляющихся при делении. Однако примерно лишь один нейтрон из пяти производит деление Остальные нейтроны захватываются этим изотопом, не производя деления. В результате цепная реакция с использованием чистого изотопа невозможна. \

Коэффициент размножения нейтронов.

Для течения цепной реакции нет необходимости, чтобы каждый нейтрон обязательно вызывал деление ядра. Необходимо лишь, чтобы среднее число освобожденных нейтроном в| данной массе урана не уменьшалось с течением времени

Это условие будет выполнено, если коэффициент размножения нейтронов k больше или равен единице.

Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в каком-либо «поколении» к числу нейтронов предшествующего «поколения». Под сменой «поколений» понимают деление ядер, при котором погло­щаются нейтроны старого «поколения» и рождаются но­вые нейтроны.

Если k≥1, то число нейтронов увеличивается с течени­ем времени или остается постоянным и цепная реакция идет. При k<1 число нейтронов убывает и цепная реак­ция невозможна.

Коэффициент размножения определяется четырьмя фактами:

1) захватом медленных нейтронов ядрами после­дующим делением и захватом быстрых нейтронов ядра­ми и также с последующим делением;

2) захватом нейтронов ядрами урана без деления;

3) захватом нейтронов продуктами деления, замедли­телем (о нем сказано дальше) и конструктивными эле­ментами установки;

 

4)вылетом нейтронов из делящегося вещества наружу.

Лишь первый процесс сопровождается увеличением

числа нейтронов (в основном за счет деления ). Все

остальные приводят к их убыли. Цепная реакция в чистом изотопе невозможна, так как в этом случае k<1

(число нейтронов, поглощаемых ядрами без деления, больше числа

числа нейтронов, вновь образующихся за счет деления ядер).

Для стационарного течения цепной реакции коэффициент размножения нейтронов должен быть равен единице.

Это равенство необходимо поддерживать с большой точностью. Уже при к = 1,01 почти мгновенно произойдет взрыв.

Образование плутония.

Важное значение имеет не вы­зывающий деления захват нейтронов ядрами изотопа . После захвата образуется радиоактивный изотоп с периодом полураспада 23 мин. Распад происходит с испусканием электрона и возникновением первого трансуранового элемента — нептуния:

 

Нептуний 5 -радиоактивен с периодом полураспада около двух дней. В процессе распада нептуния образует­ся следующий трансурановый элемент — плутоний:

Плутоний относительно стабилен, так как его период полураспада велик — порядка 24 000 лет. Важнейшее свойство плутония состоит в том, что он делится под вли­янием медленных нейтронов, так же как и изотоп . Поэтому с помощью плутония также может быть осуще­ствлена цепная реакция, которая сопровождается выде­лением громадной энергии.

При цепных ядерных реакциях выделяется огромная энергия. Эта реакция возможна благодаря тому, что при делении ядер испускается два-три нейтрона. Большая часть выделяемой энергии приходится на кинетическую энергию осколков делящихся ядер.

-Учитель дает объяснение цепной ядерной реакции по схеме:

- Нейтрон – ядро.

- Осколки – испускание нейтронов.

- Деление соседнего ядра под действием нейтронов.

-Определение цепной ядерной реакции: Цепной ядерной реакцией называется реакция, в которой частицы вызывающие её, нейтроны образуются как продукт этой реакции.

- Использование замедлителя нейтронов в атомных реакторах.

- Получение новых изотопов – новое поколение нейтронов.

- Этот процесс происходит с выделением энергии в пределах 200 МэВ. Если взять 1кг урана 235, что соответствует 2,3*10⁷кВт ч, для этого понадобились бы 93 вагона угля или 67 цистерн жидкого топлива по 30 тонн в каждой. Этой энергии достаточно для освещения на 1 час Центрально – Черноземного района. Поэтому экономично использование урана, но и очень опасно.

-Для стационарного течения цепной реакции, коэффициент размножения нейтронов, k=1 это равенство нужно поддерживать с большой точностью при k=1,01 может произойти взрыв.

 

1) Вопросы для закрепления знаний.

· Почему нейтроны оказываются наиболее удобными частицами для бомбардировки атомных ядер?

· Что происходит при попадании нейтрона в ядро урана 235?

· Какие частицы образуются при делении ядер урана?

· Какие необходимы условия для протекания цепной ядерной реакции?

2) Решение задачи у доски.Разбор задачи и запись в тетрадь.

Задача №2. При реакции деление ядер урана 235 выделилось 1,204 *10²⁶ МэВ энергии. Определить массу распавшегося урана, если при делении одного ядра выделяется 200 МэВ энергии.

Дано:

Е= 1,204*10²⁶ МэВ

∆Е= 200 МэВ

N_A= 6,02*10²³ моль^-1

M (U) = 235*10^-3кг*моль ^-1

________________________

m - ?

Решение

число распавшихся атомов

N= (mN_A )/M , N= E/∆E ; (mN_A )/M= E/∆E

m = EM/∆EN_A

1,204 *10²⁶ МэВ *235*10³ моль^-1кг

m =^{- --------------------------------------------------------------------- =}

200 МэВ * 6,02*10^-23 моль^-1

= 0,235кг.

Ответ: 235г.

д/з§87  разобрать решенные задачи  решитьА1-А5 на стр 331 Ответы и решения отправить на почту matheмаtuka@yandex.соm                           

 

---

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!