Энергия ядерной реакции формула: Ядерные реакции

Содержание

Ядерные реакции

Задачи

11.1. Какую минимальную кинетическую энергию в лабораторной системе Tmin должен иметь нейтрон, чтобы стала возможной реакция 16O(n,α)13C?

11.2. Определить порог Eпор реакции фоторасщепления 12С: γ + 12С → 11С + n.

11.3. Определить пороги реакций: 7Li(p,α)4He и 7Li(p,γ)8Be.

11.4. Идентифицировать частицу X и рассчитать энергии реакции Q в реакции 7Li + X → 7Be + n

11.5. Какую минимальную энергию Tmin должен иметь дейтрон, чтобы в результате неупругого рассеяния на ядре 10B возбудить состояние с энергией Eвозб = 1.75 МэВ?

11.6. Ядро 7LI захватывает медленный нейтрон и испускает γ-квант.

Чему равна энергия γ-кванта?

11.7. Мишень из естественной смеси изотопов бора бомбардируется протонами. После окончания облучения детектор β-частиц зарегистрировал активность 100 Бк. Через 40 мин активность образца снизилась до ~25 Бк. Каков источник активности? Какая ядерная реакция происходит? 

11.8. Используя импульсную диаграмму, Получите связь между углами вылета частиц в лабораторной системе координат и в системе центра инерции.

11.9. При каких относительных орбитальных моментах количества движения протона возможна ядерная реакция p +

7Li → 8Be* α + α?

11.10. Ядро 12C поглощает γ-квант, в результате чего вылетает протон с орбитальным моментом l = 1. Определить мультипольность поглощенного γ-кванта, если конечное ядро образуется в основном состоянии?

11. 11. Можно ли в реакции неупругого рассеяния дейтронов на ядре 10В возбудить состояние с характеристиками JP = 2+ , I = 1?

11.12.

Оцените сечение реакции 63Cu(p,n)63Zn, если известны сечения реакций, идущих с образованием того же составного ядра с той же энергией возбуждения:
60Ni(,n)63Zn – 0.7 б; 63Cu(p,pn)62Cu – 0.87 б; 60Ni(,pn)62Cu – 0.97 б.

11.13. Получите, исходя из модели оболочек, отношение сечений реакций подхвата 16O(p,d)15O, с образованием конечного ядра 15Oв основном состоянии (JP =1/2) и в состоянии (JP =3/2).

11.14. Оцените спин и четность состояния ядра

24Mg с энергией 1.37 МэВ, если при возбуждении этого состоянии в реакции неупругого рассеяния α-частиц с энергией T = 40 Мэв, первый максимум в угловом распределении α-частиц наблюдается под углом 100.

11.15. Оцените угол, под которым должен быть максимум углового распределения протонов в реакции (d,p) на ядре 58Ni, вызванной дейтронами с энергией T=15 МэВ, с образованием ядра 59Ni в основном состоянии.

11.16. Определить пороги Tпор

реакций фоторасщепления 12С.

  1. γ + 12С → 11В + р
  2. γ + 12С → 11С + n
  3. γ + 14С → 12С + n + n

11.17. Идентифицировать частицу X и рассчитать энергии реакции Q в следующих случаях:

1. 35Сl + X→ 32S + α; 4. 23Na + p→ 20Ne + X;
2. 10B + X→ 7Li + α; 5. 23Na + d→ 24Mg + X;
3. 7Li + X →7Be + n; 6.
23Na + d→ 24Na + X.

11.18. Вычислите пороги следующих реакций в случае, если налетающей частицей является: 1)  легкая частица, 2) ядро:
1) 27Al(3He,t)27Si;   2) 31P(n,pd)29Al;   3)7Li(p,α)4He; 4)12C(α,d)14N.
Объясните полученные результаты.
Ответ: 1) T15.4 МэВ, T248.2 МэВ; 2) T119.2 МэВ, T2595.0 МэВ; 3) > 0;
4) T1 = 18.1 МэВ, T254.3 МэВ.

11.18а.

 Вычислить порог реакции: 14N + α→17О + p, в двух случаях, если налетающей частицей является:
1) α-частица,
2) ядро 14N. Энергия реакции Q = 1.18 МэВ. Объяснить результат.

11.19. Рассчитать энергии и пороги следующих реакций:

1. d( p,γ)3He; 5. 32S(γ,p )31P;
2. d( d,3He )n;   6. 32S(γ,n )31S;
3. 7Li( p,n )7Be;
7. 32S(γ,α)28Si;
4. 3He(α,γ)7Be; 8. 4He(α,p)7Li;

11.20.  Определите максимальную энергию возбуждения E* ядра, образующегося в реакции (α, 2n) на следующих мишенях под действием α-частиц с энергией: 1) на 54Cr, Tα = 16 МэВ;
2) на 26Mg, Tα = 14 МэВ; 3) на 56Fe, Tα = 20 МэВ.
Ответ: 1) E* = 5.19 МэВ; 2) E* = 4.27 МэВ; 3) E* = 4.91 МэВ.

11.21. Почему в нерезонансной области сечение захвата медленных нейтронов пропорционально 1/v?

11. 22. Какие составные ядро образуются в следующих реакциях 1) d + 14N, 2) α + 10B, 3) p + 9Be,
4) d + 19F, 5) 3He + 12C? Какие конечные ядра и частицы могут образоваться в каждой из этих реакций?

11.23. При каких орбитальных моментах налетающего протона возможно возбуждение состояний промежуточного ядра 20Ne* со спином, четностью и изоспином JP, I = 1,0; 1,

1; 1+,0 и через какие из этих состояний возможно протекание реакции

p + 19F(1/2+) → 20Ne* → 160 + α

 с образованием  конечного ядра 16O в основном состоянии?
Ответ:

11.24. Ядро 16O под действием М1-фотонов испускает протон (нейтрон). Конечное ядро образуется в основном состоянии. Определить орбитальный момент вылетевшего протона (нейтрона).
Ответ: = 1

11.25. В результате поглощения ядром 40Ca E2-фотона из ядра вылетает 3He. Конечное ядро образуется в основном состоянии. Определить спин и четность образовавшегося ядра. Сравнить полученный результат с табличными значениями.

Ответ: JP = 3/2+, 5/2+ (табличное значение 3/2+)

11.26. Определить орбитальный момент трития lt, образующегося в реакции 27Al(,t)28Si, если орбитальный момент налетающей α-частицы lα = 0.

11.27. Оцените величину сечения образования составного ядра при взаимодействии нейтронов с энергией 0.1 эВ с ядром 208Pb. 

11.28.    Протон с энергией 10 МэВ налетает на неподвижное ядро водорода. Определите кинетическую энергию T каждой частицы в СЦИ.

Ответ: T*p  = 2.5 МэВ

11.29. Рассчитайте кинетическую энергию нейтрона при температуре T = 5·104 К. Какова зависимость кинетической энергии нейтрона от угла рассеяния при рассеянии нейтронов на неподвижных протонах? Оцените среднее число столкновений нейтрона с протоном необходимое для уменьшения кинетической энергии нейтрона до тепловой.
Ответ: Tn = Tncos2θ, n ≈ 7.3

11.30. А) Реакция t(d,n)α может быть использована для получения монохроматичных нейтронов. Определите энергию нейтронов T

n, вылетающих под углом 90º при энергии налетающих дейтронов Td = 4 МэВ. Б) В условии задачи А) рассмотрите реакцию d(d,n)3He.
Ответ: А) Tn = 4/5Q + 2/5 Td = 15.7 МэВ; Б) Tn = 3/4Q + 1/4 Td = 3.5 МэВ

11.31. Определите максимальную и минимальную энергии нейтронов Tn, образующихся в реакции 7Li(p,n)7Be под действием ускоренных протонов с энергией Tp = 5 МэВ.
Ответ: Tnmax = 3. 33 МэВ, Tnmin =  1.67 МэВ

11.32. Хлор имеет два стабильных изотопа 35Cl (75.77%) и 37Cl (24.23%) и радиоактивный изотоп  36Cl с периодом полураспада 3.5·105 лет.
1) Определить возможные значения орбитального момента дейтрона, захваченного ядром 35Cl в результате реакции срыва  d + 35Cl → 36Cl + p.
2) Определить возможные значения орбитального момента дейтрона в реакции подхвата
p + 37Cl → 36Cl + d, если ядро 36Cl образуется в основном состоянии. 

11.33. Сечение реакции 35As на тепловых нейтронах равно 4.5 барн. Образец естественной смеси изотопов As размером 2 см × 1 см × 0.3 мм облучается потоком тепловых нейтронов I = 1012 н/см2∙с. Рассчитайте скорость реакции. Плотность ρ(As) = 5.7 г/см3.
Ответ: I = 1.2·1010 с–1

27. 10.2016

Энергия ядерных реакций – Справочник химика 21

    Важнейшей особенностью ядерных реакций является выделение огромного количества энергии в форме кинетической энергии образующихся частиц или в форме энергии излучения. В химических реакциях энергия выделяется главным образом в форме теплоты. Энергия ядерных реакций превышает энергию химических реакций в миллионы раз. Этим объясняется неразрушимость ядер атомов при протекании химических реакций. [c.23]
    Новые применения ядерной техники в управляемом термоядерном синтезе. В настоящее время во ВНИИ ядерной физики РФ ведутся работы по прямому преобразованию энергии ядерных реакций в лазерное излучение оптического диапазона [2]. Задача инерционного термоядерного синтеза решается на установке Искра-5 с применением 12-канального лазера с суммарной мощностью излучения 30 кДж и длительностью импульса 0,3 не. Оптические зеркала направляют 12 лазерных лучей на мишень диаметром 2 мм лазерное излучение трансформируется в рентгеновское излучение, которое обеспечивает 3000-кратное сжатие сферической мишени диаметром 0,03 мм, содержащей дейтерий-тритиевую смесь. Нри этом радиус мишени уменьшается в 14 раз. Сейчас создается установка Искра-6 , мощность которой будет в 10 раз превышать мощность установки Искра-5 . [c.27]

    Преобразуйте формулу Эйнштейна в выражение для расчета энергии ядерной реакции. [c.25]

    Q — энергия ядерной реакции с — скорость света  [c.285]

    Энергия ядерных реакций. В табл. 19.6 приведены энергии образования из нуклонов ядер наиболее распространенных изотопов элементов от водорода до цинка. Эти энергии в миллионы и сотни миллионов раз превосходят энергии образования молекул из атомов. Поэтому и энергии ядерных реакций огромны по сравнению с теплотами обычных химических реакций. [c.585]

    Использованию огромной энергии ядерных реакций препятствуют их чрезвычайно низкие выходы. Так как диаметр ядра очень мал ( 10 5 диаметра атома), только незначительная часть потока частиц, проходящего через вещество, сталкивается с ядрами. Кроме того, проникновение частицы в ядро происходит лишь в не- [c. 585]

    Энергия ядерной реакции определяется разностью между массой образующихся и исходных частиц и ядер, Ат, и равна Ат-с , где с — скорость света, 3 10 см/с. [c.222]

    Таким образом, при исследовании радиационной стойкости смазочных материалов при помощи бета- или гамма-излучения более целесообразно использовать такие источники, энергия излучения которых не достигает пороговых энергий ядерных реакций, т. е. обеспечивается отсутствие наведенной радиоактивности в облучаемом смазочном материале. [c.239]

    Если изотопный обмен можно с уверенностью применять для синтеза многих меченых соединений, то другие специальные методы, основанные на использовании энергии ядерных реакций, нахо- [c.12]

    Энергия ядерных реакций в сравнении с реакциями окисления приводится в табл. 95. [c.211]

    Энергия ядерных реакций и окислительных процессов [c.211]

    Энергии химических реакций составляют от ОД до 10 eV, тогда как энергии ядерных реакций, связанных с радиоактивными, излучениями, лежат в пределах от 0,1 до 10 MeV.[c.11]


    Образование Ве в соединениях лития и бора происходит по двухстуиен-чатому механизму. Быстрые нейтроны в реакторе образуют быстрые про-топы, дейтроны и тритоны но реакциям п, р), п,ё ) и (п, I) или при столкновении с изотопами водорода, находящимися в мишени. Следующая ступень состоит во взаимодействии этих частиц с В1°, Ы или Ы , в результате чего создается несколько путей для образования Ве . Наиболее вероятные пути в реакторе, основанные на значении энергии ядерной реакции О [13], показаны в табл, 2. [c.7]

    Li n,t) Не (энергия ядерной реакции Q равна 4,78 Мэе) (№ 15). [c.8]

    Если принять, что энергия исходного -(-кванта Е = 7 Мэе [Р36], энергия ядерной реакции р == — 8 Мэе, масса нейтрона /га = 1 и масса атома отдачи брома Ж — 80 (в действительности присутствуют как атомы Вг °, так и Вг ), то вычисленное значение энергии отдачи Ем равняется 0,11 Мэе. Конечно, это значение намного превышает энергию, необходимую для разрыва связи углерод — бром. Баркас и другие исследователи извлекали активные атомы отдачи брома из облученного бромистого этила путем экстракции водными растворами. [c.213]

    Таким образом, энергия ядерных реакций превышает энергию химических реакций (связи атомов в молекуле) в миллионы раз. Этим объясняется неразрушаемость ядер при протекании химических реакций. [c.71]

    Цепная ядерная реакция и освобождение ядерной энергии. Ядерные реакции сопровождаются чрезвычайно большим энергетическим эффектом. Однако использовать ядерные реакции для нужд энергетики стало возможным только после того, как было обнаружено (1939) следующее. [c.67]

    Если предположить, что энергия ядерной реакции реализуется в одном фотоне Еу = Лу, то легко рассчитать импульс отдачи [c.342]

    Энергию ядерных реакций иногда выражают в единицах массы. Энергетический эквивалент массы электрона fx = тс = 0,51 Мэе.[c.18]

    При рассмотрении вопроса об энергиях ядерных реакций весьма часто пользуются величинами массы как эквивалентом энергии на основании соотношения Е= = тс” . При рассмотрении такого типа распада, о котором говорится здесь, можно пользоваться и обычно пользуются атомными массами, а не массами ядер. [c.142]

    Из перспективных источников энергии, которые могут быть в дальнейшем использованы для осуществления рабочего процесса, следует прежде всего назвать энергию ядерных реакции. [c.199]

    Уравнение (1) может быть применено для безукоризненно точного вычисления энергии ядерных реакций, если известны точные атомные веса их участников. [c.29]

    Точные величины атомных весов в настоящее время известны для большинства стабильных и радиоактивных изотопов всех легких и многих тяжелых элементов из масс-спектрометрических измерений, балансов энергии ядерных реакций и микроволновых спектров [146, 83]. Сопоставление дефектов масс обнаруживает новые, еще не объясненные закономерности. На одной из них, проверенной до сих пор для ядер с массами от 32 до 136, следует особо остановиться [147]. Дефекты масс всех изотопов (как стабильных, так и радиоактивных) данного элемента в функции массового числа А располагаются на двух квадратичных параболах, одна из которых охватывает изотопы с четными А, а другая — с нечетными. На рис. 5 представлен пример таких пар парабол, относящийся к изотопам селена. Далее было показано [148], что если соединить плавной кривой вершины таких парабол, относящихся к четным А и 7, то на них с точностью до 0,003 ед. массы укладываются все стабильные атомы с нечетными А. Эта последняя закономерность охватывает всю таблицу элементов. [c.32]

    Топлива. 1. Для всех промышленных процессов, а также транспортных средств требуется расход энергии. Важнейшим источником энергии, используемым человеком до сих пор для указанных выше целей, является химическая реакция между кислородом воздуха и топливом, т. е. веществом, способным соединяться с ним. Меньшие количества энергии получают при использовании гидроэнергии (в виде электрической энергии). В прошлом столетии рациональное использование этих двух источников энергии привело к беспримерному развитию техники. Недавнее открытие способов использования энергии ядерных реакций открывает перед техникой новые пути, которые в настоящее время еще трудно предвидеть. [c.490]

    Ядерные синтезы (трансмутации). Почти все природные изотопы были подвергнуты каким-либо ядерным превращениям путем бомбардировки частицами с адекватной природой и энергией. Ядерные реакции могут вызывать протоны (р), дейтроны (ф, ядра гелия (а) и нейтроны ( ). Как уже было сказано, возможны, кроме того, реакции, вызываемые электромагнитной энергией излучения (у-лучи). [c.770]

    Многие ядерные реакции сопровождаются значительным выделением энергии в том случае, если сумма масс бомбардирующей частицы и ядра Л1ишени больше суммы масс продуктов реакции. Например, энергию ядерной реакции а + 6 – с + d можно определить по формуле Эйнштейна (4), где [c.30]

    В графе 7 табл. 301 приведены значения атомных весов изотопов, рекомендованные Кравцовым [256—258] на основании тщательного отбора наиболее точных результатов, полученных при масс-спектрометрических измерениях и при измерениях энергий ядерных реакций. Более ранние обзоры экспериментальных результатов по определению масс атомов отдельных изотопов составлялись Джелеповым и Зыряновой [179], Бейнбриджем [467] идр. [c.952]


    Но обычно, как уже сказано, энергия ядерной реакции реализуется в каскаде у фотонов. Теория этого процесса пока не разработана, и причины разрыва связи в молекуле не совсем ясны, так как упрощенные расчеты значения энергии отдачи при каскадном испускании уквантов показывают, что она недостаточна для разрыва связи. [c.342]

    О б о 3 и а ч е н и я Не —а-часши. а (а), jH (р)—протон, 7—гамма-излучеиие, п —нейтрон,, D-—дейтой, е —электрон, —иоаитрои,, С – — ядро атома изотопа т лерода с массовым числом 12, v—нейтрино, t —энергия ядерной реакции, [c.525]

    Источником данных об атомных весах служили таблица К. Бейнбриджа [83] и, главным образом, критические сопоставления и пересчеты Б. С. Джелепова и Л. Н. Зырянова [1286] и В. А. Кравцова [146], основанные на масс-спектрометрических измерениях, балансах энергии ядерных реакций и микроволновых спектрах. [c.513]


Открытый урок “Ядерные реакции. Энергетический выход реакций”

Дидактическая цель: Сформировать умения записывать ядерные реакции, уметь определять неизвестный продукт реакции с использованием законов сохранения массового числа и заряда, обосновать существование ядерной энергии как одной из форм энергии, формировать умение вычислять энергетический выход ядерных реакций.

Воспитательная цель: Раскрыть роль эксперимента в научном познании, продолжить формирование диалектико-материалистического мировоззрения учащихся, развивать познавательный интерес к предмету.

Развивающая цель: Развитие умений учащихся анализировать результаты эксперимента, формулировать выводы, развивать умение работать с табличными данными при решении задач, формировать познавательные способности учащихся.

Тип урока: Изучение нового материала

Вид урока: Беседа, рассказ

Ход урока

Атомные ядра при взаимодействиях испытывают превращения. Эти превращения сопровождаются увеличением или уменьшением кинетической энергии участвующих в превращениях частиц.

Сегодня на уроке мы с вами рассмотрим ядерные реакции на нейтронах и научимся рассчитывать энергетический выход.

Запишите тему урока.

Итак, ядерными реакциями называют изменение атомных ядер при взаимодействиях их с элементарными частицами или друг с другом.

Впервые в истории человечества искусственное превращение ядер было осуществлено Резерфордом в 1919 году. Он осуществил мечту всех алхимиков. Ему удалось бомбардировать азот α-частицами и получить ядро изотопа кислорода:

Что называют изотопом? Написать данную реакцию

Резерфорд предположил, что для разрушения или преобразования ядра нужна очень большая энергия.. наиболее подходящими носителями большой энергии в то время и были α-частицы, вылетающие из ядер при радиоактивном распаде.

1932 год, сотрудники Резерфорда, Уолтон и Кокрофт впервые расщепили на две α-частицы, с помощью искусственно ускоренных протонов.

Написать данную реакцию:

Это была первая реакция на быстрых протонах.

Что представляет собой α-частица?

Эта реакция идет с выделением огромной энергии 17,6 МэВ. Выделяющаяся при ядерных реакциях энергия может быть очень огромной. Но использовать её путем осуществления столкновений ускоренных частиц (или ядер) с неподвижными ядрами мишенями, практически нельзя. Ведь большая часть ускоренных частиц пролетает мимо ядер мишеней, не вызывая реакции.

1934 год, Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, получили искусственные радиоактивные ядра фосфора, путем бомбардировки α-частицами.

Написать реакцию:

Это был впервые полученный радиоактивный фосфор.

В последствии было получено свыше 1000 радиоактивных изотопов. Где они применяются мы поговорим на следующих уроках.

Открытие нейтронов было поворотным пунктом в исследовании ядерных реакций, так как нейтроны лишены заряда и они беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения.

Итальянский физик Энрико Ферьми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения вызываются не только быстрыми нейтронами, но и медленными нейтронами. Причем медленные нейтроны оказываются в большинстве случаев даже гораздо более эффективными.

Как уже было сказано, что каждая реакция протекает с выделением или поглощением энергии.

Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до и после реакции.

Данная энергия выражается в Джоулях, но нам предстоит ее выражать в МэВ. Для этого наша формула будет выглядеть следующим образом:

А теперь давайте рассчитаем энергетический выход реакции Уолтона и Кокрофта.

Е-?

Решение

На самом деле эта реакция проходит с выделением энергии 17,6 МэВ, у нас значение данной энергии получилось меньше, так как мы не учитывали кинетическую энергию протона, так как он был разогнан на ускорителе.

На закрепление:

  1. рассчитать энергетический выход реакции

  1. Самостоятельная работа по карточкам.

Домашнее задание.

Энергия реакции ядерной – Энциклопедия по машиностроению XXL

Если энергия затрачивается на излучение, то туманность постепенно сжимается и становится еще более горячей, т. е. ее средняя температура возрастает тем быстрее, чем быстрее она излучает энергию и при этом сжимается. Уравнение (117) показывает, как связана уменьшающаяся величина радиуса звезды за с ее возрастающей средней температурой Тср. В конце концов эта температура становится настолько высокой, что могут начаться ядерные реакции ). Когда главным источником энергии становятся ядерные реакции, гравитационное сжатие звезды замедляется или совсем прекращается, потому что увеличение давления излучения противодействует дальнейшему сжатию звездного вещества. Таково нынешнее состояние нашего Солнца. Приблизительно через 7-10 лет, когда в результате термоядерного горения большая часть водорода Солнца превратится в гелий, опять начнется сжатие и возобновится процесс постепенного повышения средней температуры внутри Солнца ).[c.305]
Величина Q в реакции называется энергией ядерной реакции и численно равняется разности энергий конечной и исходной пар в реакции. Ядерные реакции, протекающие с выделением энергии (Q > 0), называются экзотермическими. Реакции, которые могут осуществляться только с поглощением энергии (Q Эндотермическая ядерная реакция становится возможной лишь при некоторой минимальной энергии налетающей частицы, измеренной в л. с. к. и С-системе. Эта энергия и называется пороговой энергией данной эндотермической реакции.  [c.263]

Кроме закона сохранения полной энергии в ядерных реакциях выполняется еще целый ряд законов сохранения законы сохранения электрического заряда и числа нуклонов (т. е. барионного заряда) , законы сохранения импульса, момента количества движения и четности, а также закон сохранения изотопического спина. Последний закон сохранения является следствием зарядовой независимости (изотопической инвариантности ) ядерных сил все три элементарные, чисто ядерные (т. е. без учета электромагнитного) взаимодействия нуклонов тождественны р — р = п — п = п — р), если нуклоны находятся в одинаковых пространственных и спиновых состояниях.  [c.282]

Энергетические соотношения в ядерной реакции определяются законами сохранения энергии и импульса. Энергией реакции А (а, Ь)В называется величина  [c.1069]

Ядро-мишень Ядерная реакция Остаточное ядро Период полураспада продукта реакции Энергия реакции, МэВ Сечение при =14,5 МэВ, 10-31 2 Сечение, усредненное по спектру деления iiU, Ю-ч мг  [c.1130]

Процесс гравитационного уплотнения и разогревания звезды приводит к тому, что в ее недрах начинают протекать ядерные реакции. Как только выделение энергии в ядерных реакциях станет достаточным для того, чтобы компенсировать потери энергии на излучение, гравитационное сжатие звезды прекращается.  [c.602]

Заманчиво было бы составить классификацию видов знергии (подобно таблице химических элементов Д. И. Менделеева) на основе ступенчатого перехода количества в качество с помощью формулы Действительно, при термоядерных реакциях выделяется 0,65% всей энергии, при ядерных реакциях деления — 0,09, при химических —5-10 %. Однако дальше резкая граница между цифрами стирается.  [c.131]

Сопровождаются выделением энергии и ядерные реакции от распада радиоактивных ядер. В этом случае величина энергии достигает нескольких мегаэлектронвольт. А деление ядра урана сопровождается выделением энергии около 200 МэБ. Несколько далее мы подробнее рассмотрим этот процесс деления ядра, но прежде познакомимся с очень важным для нас понятием внутриядерной связи, обусловленной в конечном счете наличием дефекта массы.  [c.37]


То, что ядерный синтез представляет собой более мощный источник энергии, чем ядерное деление, объясняет, почему при одинаковом весе зарядов водородная бомба по своему действию гораздо разрушительнее атомной. Правда, процессы ядерного синтеза, происходящие в водородной бомбе и предложенные для использования в будущих термоядерных реакторах, начинаются не с ядер водорода (протонов), а с ядер дейтерия или даже трития. Некоторые из этих реакций синтеза, начинающихся с дейтерия или трития, даны в табл. 6. Две из них уже упоминались среди реакций, происходящих в Солнце, однако последнее, как мы знаем, само производит (синтезирует) свой дейтерий из водорода. Почему же в качестве термоядерного топлива мы предпочитаем использовать редкие изотопы водорода — дейтерий или тритий, а не имеющиеся в изобилии протоны (ядра водорода-1)  [c.95]

При помощи-ускорителей частиц, имеющихся сейчас на вооружении ядерной физики, к сожалению, нельзя получить всю необходимую нам энергию для ядерных реакций синтеза. Например, предположим, что в таком ускорителе с помощью пучка дейтронов энергией 1 МэВ бомбардируется мишень из дейтерия, первоначально имеющая комнатную температуру. Средняя кинетическая энергия ядер дейтерия в мишени при комнатной температуре составляет примерно 0,025 эВ (в каждом грамме мишени содержится около З-Ю таких ядер). В лучшем случае только 10% бомбардирующих дейтронов (пучок таких дейтронов может содержать всего около 10 частиц) будет вступать в ядерную реакцию синтеза с участием дейтронов мишени (возможно, лишь после многочисленных столкновений) и отдавать тем самым часть своей кинетической энергии на термоядерную реакцию. А остальные 90% не вступают в реакцию синтеза, хотя они также отдают некоторую часть своей энергии ядрам мишени (в принципе этот процесс близок к замедлению нейтронов в обычных ядерных реакторах). Вся выделившаяся энергия (и термоядерная, и кинетическая), поднимающая температуру мишени всего на несколько градусов, будет быстро уменьшаться в результате последующих столкновений (в которых, кроме дейтронов мишени, участвуют образующиеся нейтроны и гамма-кванты). Таким образом, бомбардировка дейтронами высоких энергий приводит в ускорителе лишь к тому, что эти дейтроны как бы растворяются в огромном количестве дейтронов мишени, обладающих низкой энергией. Оказывается, для того чтобы началась самоподдерживающаяся ядерная реакция синтеза, необходимо поднять температуру мишени до нескольких миллионов градусов. Только тогда беспорядочные столкновения, обусловленные тепловым движением дейтронов мишени, будут приводить к достаточно частым реакциям ядерного синтеза, чтобы выделившаяся энергия смогла превзойти энергию бомбардирующих дейтронов. Однако дамчастиц энергию, способную разогреть мишень до  [c.104]

Основная проблема, связанная с реакцией ядерного синтеза, состоит в разработке технологии, способной удерживать газ заряженных частиц, плазму при температуре порядка многих миллионов градусов в течение довольно длительного времени для того, чтобы высвободить нужное количество энергии, в то время как плазма находится в изолированном состоянии. Известны два способа, с помощью которых управляют этим процессом метод магнитных полей и метод удерживания атомов тяжелого водорода с помощью мощных лазеров. Первый метод имеет несколько вариаций, из которых наиболее известна токамак [слово тока-мак составлено из первых слогов русских слов тороидальный (то), камера (ка) и магнитный (мак)]. Этот метод представляет собой наиболее легкий путь осуществления ядерного синтеза, в котором участвуют дейтерий и тритий и который протекает в удерживаемой с помощью магнитных полей плазме при температуре более 100 млн. °С. Конечными продуктами реакции синтеза являются ионы гелия (Не ) и нейтроны. Около 80% высвобождаемой в результате синтеза энергии приходится на нейтроны. Высокая кинетическая энергия этих частиц должна быть преобразована в тепло и использована для расширенного. воспроизводства трития путем абсорбции энергии в слое лития. Системы переноса тепла и преобразования в тепло, которые являются следующей ступенью, аналогичны используемым в ядерных реакторах деления. При осуществлении второго метода лазерный луч направляют на скопление атомов дейтерия-трития с разных  [c.230]


Ядерно-физические свойства урана. Природный уран является сырьевой основой ядерного топлива для современной ядерной энергетики. Под воздействием нейтронов различной энергии в ядерном топливе происходят два вида ядерных превращений деление на две части тяжелых ядер и образование новых, более тяжелых ядер в результате захвата нейтронов. Вероятность этих реакций и количественное соотношение между ними характеризуются сечениями реакций деления ст/ и радиационного захвата Onv, а также соотношениями этих сечений . Сечения реакций измеряются в барнах (1 6=10-2 см2).  [c.149]

Масс-спектрометрические исследования строения ядер способствовали важнейшим открытиям и помогли создать. фундаментальные основы ядерной физики, позволившие ускорить решение проблемы использования освобождающейся энергии при ядерных реакциях.  [c.193]

Известны ядерные реакции при малых (порядка 1 эВ), средних (до 1 —10 МэВ) и высоких (10-—10 МэВ) энергиях. Реакции деления ядер обычно являются экзотермическими с количеством выделившейся энергии Q 10 эВ в каждом акте реакции. В каждом акте реакции деления тяжелых ядер из сильно возбужденных ядер испускаются от двух до трех мгновенных нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами, вызывают в них реакцию деления. Особенностью такой цепной ядерной реакции является непрерывное восстановление активных центров. Скорость цепной реакции деления V равна числу актов деления ядер в веществе за единицу времени  [c.112]

С другой стороны, заряженная частица гораздо чаще обменивается энергией с электронами и ядрами, нежели вступает в ядерную реакцию. Поэтому в обычных условиях (при невысоких температурах) в ядерную реакцию вступает весьма малая часть заряженных частиц, которым была сообщена начальная энергия реакция будет затухающей.  [c.56]

Настоящий параграф посвящен исследованию явления генерации возрастающей внешней электромагнитной энергии при возрастающей скорости (плотности) прохождения внутреннего процесса цепной реакции ядерного деления. Эффект, подобный лавинообразному квантовому возбуждению при соответствующей накачке лазерного генератора, проявляется и в ядерной среде при цепной реакции деления тяжелых ядер во внешнем (накачивающем) электромагнитном поле.  [c.268]

Каскадное развитие реакции ядерного деления приводит далее к лавинообразному усилению внешнего индуцируемого электрического тока и электромагнитного поля. Нри этом сценарий развития направленного скоростного движения возрастающего числа заряженных продуктов деления может служить основой для создания сверхмощных ядерных генераторов электрической энергии и электромагнитных силовых установок, а также ускорителей разного рода частиц.[c.268]

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ — внутренняя энергия атомного ядра, связанная с взаимодействиями и движениями образующих ядро нуклонов. О способах получения и применения Я. э. см. Атомная энергетика. Термоядерные реакции, Ядерные реакторы, Ядерные реакции, Ядерные цепные реакции.  [c.546]

На атомной электростанции (АЭС) источником энергии служит ядерное горючее (изотопы урана или плутоний). В атомном реакторе осуществляется регулируемая реакция деления ядер горючего, Процесс деления ядер сопровождается выделением тепла, которое отводится из активной зоны реактора теплоносителем, и используется для выработки электрической энергии. Атомные электростанции могут работать по паротурбинному или газотурбинному циклу.  [c.205]

Анализ многих явлений в ядерной физике позволяет установить уравнения, связывающие введенные нами коэффициенты. Это позволяют сделать, в частности, массы ядер, измеренные методом масс-спектрометрии, баланс энергии в ядерных реакциях, стабильность ядер по отношению к радиоактивному Р-распаду.[c.83]

Цепная ядерная реакция возможна только в том случае, если кинетическая энергия нейтронов, образующихся в результате деления, больше пороговой энергии реакции деления. Отсюда следует, что невозможно построить ядерный реактор, скажем, на висмуте.  [c.276]

Однако для получения большого и постоянного выхода энергии при ядерных реакциях необходимо искусственно возбуждать ядра увеличивая их энергию настолько, чтобы они становились неустойчивыми и распадались с образованием новых ядер. Эта энергия возбуждения ядер аналогична энергии активации химических реакций.  [c.169]

В ракетных двигателях возможно использование трех видов энергии химической, ядерной и солнечной. Химическую энергию выделяют вещества в процессе реакции окисления (сгорания) или разложения. Ядерную энергию можно получить путем деления ядер тяжелых или путем синтеза легких элементов.  [c.115]

В энергетике недалекого будущего новым источникам энергии отводится ведущая роль. Потребление энергии в промыщленных целях на данном этапе развития увеличивается с каждым годом. Обеспечить такой расход энергии только за счет топливных ресурсов земного шара и использования атомной энергии невозможно. Мировые запасы нефти, угля и газа не безграничны. Перспективы получения энергии в широких масштабах в результате ядернэй реакции деления также проблематичны, Правда, положение может улучшиться при использовании техники реакторов-размножителей и при овладении реакцией ядерного синтеза.  [c.6]


Величину Q называют эне 5гетическим выходом ядерной реакции или, короче, энергией реакции.  [c.234]

Териолдерная реакция, Ядерная энергия освобождается не только и ядерных реакциях дв ления тяжелых ядер, по и в реакциях соединения лех кнх атомных ядер.  [c.333]

По значениям энергии различают ядерные реакции при малых, средних и высоких энергиях. Реакции при малых энергиях, примерно в несколько электрон-вольт, происходят в основном с участием нейтронов. Реакции при средних энергиях (до нескольких мегаэлектрон-вольт) вызываются нейтронами, а также заряженными частицами и -у-фотонами. При высоких энергиях (сотни и тысячи мегаэлектрон-вольт) реакции приводят к разложению ядер на составляющие их нуклоны и к рождению элементарных частиц.  [c.263]

Выше ( 45) уже отмечалось, что первые ядерные реакции осуществлялись учеными имен о с а-частицами. Например, реакция Резерфорда (а, р) принадлежит к первому типу реакций. Вторым примером реакции первого типа является реакция с алюминием 1зАР (а, р) i4Si . Энергия реакции Q == – – 2,26 Мэе, выход составляет примерно 1 протон на 10 а-частиц. В диапазоне значений энергии а-частиц от 3,92 до 6,61 Мэе для выхода (и сечения) реакции обнаружено шесть резонансных максимумов.  [c.288]

В процессе ядерной реакции сохраняется полная энергия частиц. При упругом рассеянии сохраняется также их суммарная кинетическая энергия. В общем случае кинетическая энергия не сохраняется. Разность между суммарной кинетической энергией продуктов реакции и суммарной кинетической энергией частиц, вступающих в реакцию, называется энергией реакции Q. Реакции с Q > О называются экзоэнергетическими, с Q кинетическая энергия бомбардирующей частицы превосходит пороговое значение Гмин . q JJ — массы  [c.282]

Реакции типа (р, а). Эти реакции обычно бывают экзоэнер-гетическими. Действительно, в соответствии со схемой ядерной реакции, изображенной на рис. 92, энергия реакции равна Q = = г а — еь, где e —энергия связи падающей, а еь —энергия связи вылетающей частицы относительно промежуточного ядра. Применительно к рассматриваемой реакции типа р, а) Q = = е.р — Еа. Но гр onst для всех ядер периодической системы и равно Ер 8 Мэе. Что касается энергии связи а-частицы то, как следует из табл. 31 ( 53), она меняется от максимального значения Ба = 8 Мэе при 2 = 8доеа = 0 при Z = 60 и становится отрицательной (ея 60 (для а-радиоактивных ядер). Отсюда следует, что  [c. 445]

Для получения нейтронных пучков с энергиями до 14 МэВ существуют методы, не связанные с использованием ускорителей. Во-первых, исключительно мощным источником нейтоонов в этой области энергий является ядерный реактор (см. гл. XI, 3). Во-вторых, в этой же области энергий используются простые и широко доступные источники, в которых нейтроны получаются ва-активном препарате за счет вторичной реакции а-частиц с ядрами примесей-определенного вида (см. 3, п. 2).  [c.467]

При такой схеме рабочее тело верхней ступени цикла циркулирует по замкнутому контуру сначала оно поступает в атомный реактор, где за счет регулируемой реакции ядерного распада получает тепло и превращается в плазму, затем, пройдя через разгонное сопло, отдает свою кинетическую энергию в канале МГД-генератора, наконец, окончательно охлаждается в парогенераторе ниж ней ступени цикла и вновь поступает в атомный реактор. Естественно, что в качестве рабочего тела верхней ступени в этом случае выбираются наиболее легко ионизирующиеся газы, что позволяет существенно снизить температуру перед каналом МГД-генератора. Так, например, применение гелия (с присадкой паров щелочных металлов) дает бозможность ограничиться температурой плазмы 1 800—2 300°С, что значительно удешевляет сооружение установки.  [c.239]

Рис, 2. Сечения реакций ядерною синтеза в зависимости от энергии налегающей частицы (в 1абл.— слева). Кривая I — реакция 7 2 — реакция 10 3 — реакция 4 и 5 4 — реакция d + Li-> Ве + гИ-.Ч,4 МэВ 5 — реакция 15 Л —реакция 16  [c.104]

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ—аналог химического потенциала для систем, содержащих заряж. частицы (ионы, электроны, дырки) характеризует состояние к.-л. заряж. компонента i в фазе а при определ. внеш. условиях (темп-ре, давлении, хим. составе фазы и электрич. поле). По определению, Э. п. = (йГиббса энергии, учитывающее наличи гтек-трич. поля в фазе а я,—число молей компонента i в этой фазе. Э, п. можно определить также как умноженную на Аеогадро постоянную работу переноса заряж. частицы i из бесконечно удалённой точки с нулевым потенциалом внутрь фазы а. Во мн. случаях Э. п. формально разбивают на два слагаемых, характеризующих хим. и электрич. составляющие такой работы (1 = ц -1-7, ф, где ц — хим. потенциал частицы в фазе а г,- — заряд частицы с учётом знака, F—Фарадея постоянная, ф —электрич. потенциал. ЭЛЕКТРОЙДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ—ядерные превращения, идущие при рассеянии электронов атомными ядрами. Согласно представлениям квантовой электродинамики, рассеяние электронов на нуклоне происходит путём обмена виртуальными у-квантами. В большинстве случаев достаточно ограничиться обменом одним у-квантом. Отличие виртуальных у-квантов от реальных состоит в том, что для последних имеет место однозначная связь между переданной нуклону энергией Лео и импульсом р. Для виртуальных у-квантов такое равенство не имеет места, что позволяет при рассеянии электронов варьировать независимо каждую кинематич. переменную.  [c.595]

Назовем некоторые из источников взрывообразного выделения энергии. Это ядерные реакции (атомные и ядерные взрывы), химические реакции (большинство взрывов ВВ), сильные электрические разряды (например, атмосферная молния), мощные световые импульсы (получаемые в квантовых генераторах). Аналогичные явления имеют место, например, при соударении быстро движущихся тел, при горных ударах и землетрясениях, при разрушении высокопрочных стекол или сильно сжатых хрупких материалов, при взрывах баллонов со сжатым газом и т. д. В этом параграфе рассматривается, в основном, разрушение под действием химических и ядерных ВВ, когда в очаге взрыва образуется газ, находящийся под большим давлением и производящий деформацию и разрушение твердого тела.  [c.449]

I и приобретает направленное движение к центру. Энергия и импулы этого вещества передаются внутренней части шарика, которая сильно сжимается и нагревается. Частищ>1 верхних слоев шарика приобретают скорость от центра шарика (как бы испаряются с поверхности). Таким образом, вещество внутренней области шарика очень сильно сжимается, что сопровождается огромным повышением температуры, а вещество внешних слоев шарика разлетается с очень большими скоростями (рис, 9 прямые стрелки). Если плотность и температура сжатого вещества шарика достигнут необходимых для осуществления ядерной реакции значений, то произойдет небольшой термойдерный взрыв, вроде взрыва маленькой водородной бомбы. Выделенная при этом энергия превращается в основном в кинетическую энергию продуктов ядерной реакции слияния, которая, в принципе, может быть преобразована в другие формы энергии и целесообразно использована.  [c.30]


Тепловая машина, преобразующая тепло в механическую или непосредственно в электрическую энергию, обязательно включает в себя три составных звена источник тепловой энергии (реакция горения органического топлива, ядерный распад и т. д.), преобразователь (паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая или газовая турбина, термоэлектрические, магнитогидродинамические, термоэмиссионные преобразователи), и устройство для отвода неиспользованной тепло-, вой энергии. Как правило, эти звенья располагаются в непосредственной близости друг от друга в пределах одной энергоустановки или агрегата, и передача тепла  [c.3]

В водородной бомбе, где используется в качестве твердого горючего дейтерид лития LiD, проходят обе реакции — ядерное превращение лития с выделением трития и превращение дейтерия под действием трития, что сопровождается выделением колоссального количества энергии в 22,4 Мэе на молекулу дей-терида лития. Важная область ядерного применения лития — использование гидрида Li H для экранировки быстрых нейтронов, которые сильно тормозятся обоими легкими компонентами гидрида лития.  [c.533]

ПРЯМЫЕ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ ядерные реакции, в которых налетаюгцая на ядро-мишень частица передаст свою энергию и имнульс либо одному ядерному нуклону, либо сравнительно небольшой группе нуклонов. П. я. р. отличаются от процессов, идущих через этап образования составного ядра, след, особенностями.  [c.240]


Ядерные реакции

продолжаем нашу работу следующая тема звучит так ядерные реакции . энергетический выход ядерной реакции ядерные реакции энергетический выход ядерной реакции на прошлом уроке домашнее задание мы уже записали так что сразу займёмся вопросом что же такое ядерной реакции начнем прямо с определения запишите пожалуйста ядерные реакции это ядерные реакции тире это превращения атомных ядер ядерной реакции терры это превращение атомных ядер при взаимодействии это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами и друг с другом при взаимодействии с элементарными частицами и друг с другом при взаимодействии с элементарными частицами и друг с другом вот например ядерная реакция которая была осуществлена резерфордом мы уже записывали уравнение этой ядерной реакции когда азот бомбардировал ся альфа частицами гелий два-четыре в результате плюс в результате получались протоны и кислород-кислород 8 дальше посмотрим какое массовое число здесь протон 11 значит что тут 14. 4 18 минус 117 кислород 817 вот один из пример ядерной реакции под действием альфа-частиц продуктом являются протон а может быть и ядерная реакция под действием протона вот пример такой ядерная реакция литий изотоп лития 37 если его бомбардировать протонами h21 то в результате получается гелий два-четыре плюс гелий два-четыре 7 плюс 18 4 + 48 3 плюс 1 4 2 + 2 4 получается 2 альфа-частицы то есть реакция может происходить не только под действием альфа-частиц мы под действием любых других элементарных частиц частности по действиям протона ядерную реакцию может вызвать столкновение двух ядер разных химических элементов тоже это будет ядерная реакция для того чтобы ядерная реакция пошла я уже говорил на предыдущем уроке что необходимо чтобы ядра сблизились достаточно близко чтобы преодолеть электростатическое отталкивание между одноименными зарядами настолько близко чтобы вступила в действие сильное взаимодействие ядерные силы тогда будет происходить ядерная реакция и вот что интересно в ходе такой реакции было обнаружено следующая вещь вот на примере этой реакции давайте сложим массы этих двух ядер масса ядра литье плюс масса протона масса протона масса h21 и сравним эту массу с массами 2 альфа-частиц 2 масса гелий два-четыре так вот что оказывается оказывается что масса не сохраняется масса исходных лидер и массой 1 которые получаются в результате реакции разные чем же дело почему так получается давайте рассуждать следующим образом что это такое это массы покоя что если мы умножим массу покоя на квадрат скорости света получится энергия покоя значит энергия покоя вот этих двух ядер вместе больше чем энергия покоя вот этих двух ядер но ведь ядра были неподвижны и стали неподвижность куда-то девалась эта энергия на что она пошла если эта разница масс не равна нулю это энергия выделилась то есть эта реакция сопровождается выделением энергии на что каким образом эту энергию можно отвести на что она идет что будет обладать той энергией которая выделяется в ходе этой ядерной реакции здесь можно перечислить несколько факторов во-первых когда происходит взаимодействие я der то нуклоны а. с. в данном случае важно речь идет о протонах поскольку они обладают электрическим зарядом значит протоны движутся внутри ядра с огромными ускорениями под действием ядерных сил а если заряженная частица движется ускоренно это означает что она обязательно излучает электромагнитные волны электромагнитное излучение это жесткая гамма-излучения которое сопровождает ядерной реакции это излучение уносит часть энергии кроме того оказывается если вы будете сталкивать вот эти ядра а их придется сталкивать они же у нас одноименно заряженные то после реакции кинетическая энергия продуктов может оказаться больше чем кинете отдых я der то есть часть энергии которая выделяется при такой реакций идет на сообщение продуктом реакции кинетической энергии и мы можем легко найти энергетический выход этой ядерной реакции по формуле которые следует из теории относительности разницу вот этих масс масса лития плюс масса протона -2 масса гелия 24 если мы умножим на квадрат скорости света мы получим разницу масса покоя разницу энергии покоя этих ядер и это и будет выделяющаяся энергия то есть то что мы называть будем энергетическим выходом ядерной реакции давайте запишем определение энергетический выход ядерной реакции энергетический выход ядерной реакции равен разности энергетический выход ядерной реакции равен разности энергий покоя равен разности энергии покоя я der и частиц равен разности энергии покоя я der и частиц до реакции и после реакции равен разности энергии покоя ядер и частиц до реакции и после реакции вот фактически алгоритм вычисления энергетического выхода ядерной реакции если энергетический выход больше нуля то такая реакция химики такие реакции называют экзотермический можно ее и здесь называть экзотермической или экзо энергетическая реакция за термическая или экз энергетическая реакции если энергетический выход отрицательно то такая реакция сама не пойдет ее обязательно нужно запустить она требует какой-то энергия на при этом поглощает энергию и при этом масса продуктов реакции будет больше чем масса исходных ядер и частиц это будет эндотермическая или энда энергетическая реакция естественно нас интересуют экз энергетические реакции это мы еще поговорим на следующих уроках а сейчас давайте вернёмся к вот этой реакции чтобы эту реакцию провести нужно чтобы протон имел достаточную энергию для того чтобы приблизиться близко к ядру и те альфа частица должна иметь достаточную энергию чтобы приблизиться к ядру азота причем обратите внимание здесь у нас заряды большие 7 и 2 здесь заряды поменьше 31 значит эта реакция легче запустить чем эту реакцию на тяжелых играх вообще очень трудно запустить для этого уже придется строить ускорители заряженных частиц а существует ли частица с помощью которой очень легко можно запустить ядерную реакцию не разгоняя эту частицу что мешает запустится этим реакциям кулоновского отталкивания компонентов а если мы возьмем нейтрон нейтрон электрически нейтрален это значит что ядро не будет его отталкивать и нейтрон спокойно пройдет сквозь электронную оболочку может подойти вплотную к ядру настолько близко что включаться силы ядерные и пойдет ядерная реакция и вот такие реакции по действиям нейтрона представляют особый интерес первую из этих реакций мы рассмотрим сегодня а практически важную реакцию рассмотрим на следующем уроке и так реакция под действием нейтронов [музыка] jcb действием нейтронов одна из первых реакций под действием нейтронов это реакция на алюминии алюминий 1327 если его даже слова бомбардировать наверное здесь не нужно произносить потому что даже медленный нейтрон если подойдет к ядру алюминия он может быть захвачен этим ведром и в результате начнется ядерная реакция в ходе этой ядерной реакции вылетает альфа-частица и что еще давайте смотреть здесь 13 + 0 здесь должно быть тоже 13 значит здесь должно быть зарядовой число 11 уже сразу можно сказать какой химический элемент получается по периодической системе химический элемент с одиннадцатым номером это натрий значит уже можно написать что получится натрий теперь какой изотоп на то я получится 27 + 1 2828 -4 24 получается изотоп на 324 ядерной реакции по действиям нейтронов исследовал подробно итальянский физик энрико ферми энрико ферми обнаружил интересный факт оказывается что вероятность реакции зависит от того нейтроны быстрые или медленные в ходе ядерных реакций обычно получаются быстрые нейтроны то есть обладающие энергиями порядка нескольких мега электрон-вольт так вот оказалось что реакции на быстрых нейтронах идут с меньшей вероятностью чем реакции на медленных нейтронах что это значит как это можно описать с помощью физической величины которая в ядерная физика называется сечением реакции допустим вас летит нейтрон вот ядро ядро можно представить как мишени площадь этой мишени и то есть сечение ядерной реакции если нейтрон быстрый то он скорее всего пролетит мимо этой мишени тогда говорят что сечение ядерной реакции мало но экспериментально было обнаружено что если и нейтрон медленный то он с большей вероятностью за хватится ядром то есть сечение ядерной реакции будет больше в принципе интуитивно понятно почему медленно и нейтроны охотнее реагируют с ядром потому что если нейтрон быстро движется то короткое время находится вблизи ядра и ну скажем так не успевают в действие вступить ядерные силы они не успевают изменить состояние нейтрон если же нейтрон медленный он не спеша проходит мимо ядра ядерные силы способны его захватить и начнётся ядерная реакция раз реакция под действием медленных нейтронов идет более успешно с большей вероятностью возникает вопрос а как можно замедлить искусственно нейтроны и вообще до каких значений энергии можно замедлить нейтроны как вы думаете нейтрон веществе какой минимальной энергии может обладать может он быть абсолютно не подвижен можно полностью остановить нейтрон не то а там можно полностью остановить нет потому что существует тепловое движение оказывается нейтрон можно замедлить до энергии порядка энергии теплового движения то есть та энергия предка три вторых коты такие нейтроны так и называются тепловые нейтроны как же это можно сделать делается это очень просто принцип этот мы изучали в механике принцип это соударение нейтронов с другими частицами например с другими ядрами но любые ядра не годятся нужны ядра которые не захватывают нейтроны такие вещества ядра которых не захватывают нейтроны могут использоваться в качестве замедлителей нейтронов замедлители нейтронов допустим у меня есть тяжелое ядро ядро там какого-нибудь элемента которые не поглощает нейтроны для масса которого весьма велика и мы заставим нейтрон сталкиваться с этим ведром я его вот так вот быстро нейтрон получился в результате какой-то ядерной реакции я его заставляю сталкиваться он отлетел а ядро едва-едва сдвинулось почему потому что масса этого ядра гораздо больше чем масса нейтрона заберем наши не то он обратно а скажите а что если я заставлю сталкиваться нейтрон с частицей масса которой почти такая же как масса нейтрона примером такой частицы может служить протона у них массы почти одинаковые если протон обстреливать нейтронами то произойдёт вот что вот это называется не центральный удар алиса спасибо а сейчас попробуем провести центральный ударов принят центральном ударе замедлить нейтрон полностью не удалось а при центральном ударе они покатились еще раз о получилось вы видите нейтрон остановился любые игроки в бильярд знак при центральном ударе одинаковых шаров происходит обмен скоростями мы с вами это изучали в свое время в девятом классе значит если вы нейтрон заставить iso ударяться с протонами то вы можете практически полностью нейтрона остановить где много протонов в водороде в каком дешевым и доступным веществе много водорода вода и так в качестве великолепного замедлителя нейтронов служит вода h3o правда протоны протия могут захватить нейтроны и превратится в ядра дейтерия поэтому замедлителем нейтронов используется еще тяжелая вода вот это просто вода а это тяжелая вода тяжелая вода конечно да и трон дей трон это ядро дейтерия полностью не замедлит нейтрон не остановит не тру но если соударение такое произойдёт несколько раз то в конечном счете можно получить тепловые нейтроны то есть нейтроны с энергии порядка три вторых к-т очень неплохим хотя не самым лучшим замедлителем нейтронов служит графит углерод не захватывает нейтроны за одно соударение конечно вы сильно не замедлить и нейтроны но если таких соударений много графит достаточно плотное вещество и нейтрон многократно будет там со ударяться с потерей энергии top графит используется в качестве эффективного замедлителя нейтронов для чего это нужно мы с вами обсудим на следующем уроке ну а теперь давайте то что мы знаем превратим в то что мы умеем то есть давайте мушка порешаем задачи достаньте калькуляторы аниме сейчас пригодятся будете мне помогать потому что много кнопок придется нажимать при решении задач ну начнём с самых простейших задач задача номер 12 9 номер 12 9 по гельфгат у при облучении играми дейтерия мишени из молибдена 95 наблюдается вылет нейтронов запишите уравнение происходящей ядерной реакции тут не надо никакого краткого условия писать при облучении ядрами дейтерия дейтерий это тяжелый водород значит ядро дейтерия это гей трон h22 при облучении ядрами дейтерия молибдена мишени из молибдена 95 молибден 95 теперь что надо сделать взять периодическую систему элементов и найти молибден он находится на сорок втором месте значит заряда во и число 42 наблюдается вылет нейтронов получается нейтрон 0 1 плюс что-то давайте это что это идентифицируем закон сохранение заряда один плюс 42 х равно 0 плюс 43 значит этот элемент 43 в периодической системе элементов попробуем выяснить что это за элемент сорок третий элемент это технеций технеции сорок третий элемент значит обозначается он вот так и какой изотоп технеция получится 95 плюс 2 будет 97 одна единица уходит на нейтрон остается 96 получается технеций 96 это была разминка следующая задача задача номер 12 20 номер 1221 году какова энергия связи ядра силициум 30 данная дров кремний силициум 3014 нужно найти энергию связи ну давайте вспомним как вычисляется энергия связи и уже для этого потом из таблиц вы пишем необходимые нам справочные данные и чтобы найти энергию связи надо суммарную массу всех нейтронов и протонов взять и из нее вычесть массу ядра значит у нас получится следующая энергия связи равняется число протонов на массу протона плюс число нейтронов на массу нейтронах минус масса ядра умножить на t квадрат значит выписываем массы протонов и нейтронов и удобнее взять в атомных единицах массы уже у вас табличка и то есть я ее еще раз здесь воспроизведу масса протона масса протона равняется 1 , 2 0 728 атомных единиц массы масса нейтрона равняется 12 0 866 866 атомных единиц массы дальше сейчас вы увидите зачем нам понадобится масса электрона масса электрона равняется 0 , 0 0 0 . атомных единиц массы но это 5 5 на 10 в минус четвертой атомных единиц массы и теперь нам нужно еще масса ядра масса тут масса ядра а где ж ее взять есть справочная таблица справочная таблица в конце задачника но тут есть одна тонкость вот давайте посмотрим на эту справочную таблицу масса изотопов относительно атомная масса некоторых изотопах в атомных единицах массы эта масса атомов для определения массы ядра необходимо вычесть от массы атома суммарную массу электронов и вот масса атома кремния силициум здесь есть где она у нас вот силициум 3014 выписываемые масса я напишу силициум не ядра а силициум а яндекс силициум 2990 729 97 376 376 атомных единиц массы вот так нужно найти энергию связи как же мы ее будем считать смотрите энергия связи равняется z число протонов вот открытым текстом 14 умножить на массу протонов в атомных единицах один , ноль ноль 728 единицы я не пишу для краткости прибавить массу нейтрона умножить на число нейтронов сколько нейтронов в этом ядре 30 минус 14 16 16 умножить на массу нейтрона 1 , 2 0 866 теперь нам надо отнять массу ядра чтобы получить массу ядра нам надо из массы атома вычесть 14 масс электронов так как в нейтральном атоме 14 электронов значит вычесть это означает минус вот такая сумма 29 , 97 376 плюс внутри скобок так нет минус внутри скобок от массы атома вычитаем массу электронов сколько их 14 умножить на 0 3 0 55 вот вот эта масса ядра масса ядра та самая которая здесь стоит а вот эта масса атома и умножить это на квадрат скорости света 931 и 5 мега электрон-вольт на атомную единицу массы натан единицы меня уже сократятся ответ получится в мега электрон-вольтах яйца посчитайте пожалуйста 256 до хорошо 256 мега электрон-вольт как себя проверить ошибиться очень просто 10 и клешнин пропустил и ответ неправильный как себя проверить существует один из способов вот такой давайте найдем удельную энергию связи этого ядра сколько нуклонов 30 разделим 256 256 делим на 30 получается 8,5 это меньше чем максимальная энергия удельная энергия связи для железо на 8 и 6 а у нас 8 и 5 если бы мы получили больше чем 86 это однозначно означает что мы где-то ошиблись поскольку получилась хоть и немножко но меньше чем 86 значит этот ответ вполне вероятный ответ вполне вероятно тем более что это элемент такой легкий то есть он недалеко от железа там от 14 до железа 26 недалеко следующая задача номер 12 23 номер 1223 тоже для экономии времени надеюсь на ваши расчеты массу протона я оставляю массу нейтрона электрона оставляю читаем условия задачи 1223 какого удельная энергия связи ядра радия 226 итак ядра у нас ради и 226 88 нужно найти удельную энергию связи эпсилон связи я думаю что мы можем сразу же записать формулу уже с числами энергия связи удельная это отношение энергии связи к числу нуклонов в числителе пишем энергию связи оно равняется числу протонов z на массу протона прибавить число нейтронов у нас умножить на массу нейтрона отнять массу ядра умножить это все на c квадрат и разделить на массовое число вот это будет наша рабочая формула подставляем в нее числа удельная энергия связи равняется в числителе z 88 на массу протона один , ноль ноль 728 плюс сколько нейтронов в ядре радио 226 226 минус восемьдесят восемь от общего числа нуклонов вычисляем вычитаем число протонов получается 138 138 на массу нейтрона один , ноль ноль 866 минус вычитаем массу я drove у нас есть в справочных таблицах масса атома давайте ее запишем но тут у меня уже не поместилась давайте я запишу вот здесь масса атома радия равняется смотрим в таблице вот он тут надо внимательно выписывать ради 226 , 024 35 значит не забудьте вычесть массу электронов их 88 штук стало быть у нас будет так 226 , 024 35 теперь чтобы не писать скобки я сразу здесь буду писать с плюсом восемьдесят восемь электронов умножить на 0 , 3 0 55 это мы нашли дефект масс теперь мы умножаем его на скорость света в квадрате я это сделаю за дробью сколько 931 с половиной до 931 и пять лет будет в мега электрон-вольтах на нуклон сколько нуклонов 226 226 равняется 767 семь целых шестьдесят семь сотых мега электрон-вольт на нуклоны максимальное значение удельной энергии связи 8 и 6 а здесь 7 и 6 примерно на 1 мэв меньше помните мы рисовали график у тяжелых ядер удельная энергия примерно снижается на 1 мега электрон-вольт на руку так оно и получилось так что этому значению доверять можно и последняя задача задача номер 12 24 послушайте условия задачи каков энергетический выход ядерной реакции записываем уравнение реакции слева оставляем место для краткого условия литий-6 3 + протон h21 дает гелий два-четыре обычно гелий плюс гелий 23 это так называемый легкий гелий изотоп гелия у которого в ядре всего лишь один нейтрон нужно найти энергетический выход ядерной реакции давайте посмотрим какие данные нам нужны вроде бы чтобы найти энергетический выход надо знать массы ягер исходных продуктов массы я der получившийся в результате реакции вычесть из первого второе это что получится умножить на t квадрат это и будет энергетический выход но в справочных таблицах данной массы атомов так вот посмотрите в массу атомов ходит масса электронов но когда мы будем считать разность мы здесь должны будем вычесть 4 масса электрона в уменьшаем am чтобы найти массы я der но и вычитаем am мы тоже должны будем вычесть два плюс два четыре масса электрона получается что мы и из уменьшаемого и вычитаемого отнимаем одно и то же число тогда зачем это делать она все равно взаимно уничтожатся поэтому когда вы считаете энергетический выход ядерных реакций то вы можете здесь спокойно брать массы изотопов то есть здесь мы берем массу атома лития массу не протона а изотопа протия с электронщикам и то же самое здесь берем не массу альфа-частицы а массу атома гелия тяжелого и легкого все эти массы справочные таблицы нам предоставлен сейчас мы их выпишем и подставим в наши рабочие формулы выписываем и так масса лития масса лития какой на свете 6 равняется выписываем 60 1513 атомных единиц массы дальше масса протия он он самый верхний масса h21 равняется 12 0 783 атомных единиц массы масса тяжелого gelin у обычного геля геля 4 масса гелия 24 равняются 420 а 260 атомных единиц массы и масса гелия легкого масса гелия-3 равняется 30 1602 3 , 0 1602 атомных единиц массы все все что нам нужно все справочные данные мы выписали кстати обратите внимание масса атома 1 , 2 0 783 а масса протона равняется по справочным таблицам 120 а 728 один , ноль ноль 728 смотрите разницу вот здесь 783 тут 728 если вычесть из 80 328 как раз получится эти самые пятьдесят пять десятитысячных которые представляют собой массу электрона значит здесь видите чуть-чуть другое значение чем масса протона и мы будем пользоваться этим значениям нужно найти энергетический выход е считаем энергетический выход равняется скобка масса лития 6 , 0 15 13 плюс масса протия один , ноль ноль 783 теперь вычитаем массу продуктов массы гелия минус 4 , 2 0 260 и минус легкий гелий-3 , 0 1602 закрываем скобку умножаем на t квадрат на 931 с половиной мега электрон-вольт а там единицы сокращаются остаются мега электрон-вольт и пожалуйста посчитайте сколько будет 4 40 44 целых четыре сотых мега электрон-вольт это число что что округляете до трех значащих цифр до трех значащих цифр реакция выделения или поглощение энергии в этом случае у нас энергия выделяется или поглощается масса было больше стало меньше значит запас энергии был больше стал меньше что-то выделилась в окружающую среду эта реакция экзо энергетическая экзотермическая с ее помощью можно получать энергию все на сегодня отдыхаем

%d1%8f%d0%b4%d0%b5%d1%80%d0%bd%d0%be%d0%b9%20%d1%80%d0%b5%d0%b0%d0%ba%d1%86%d0%b8%d0%b8 — с русского на все языки

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────Айнский языкАканАлбанскийАлтайскийАрабскийАрагонскийАрмянскийАрумынскийАстурийскийАфрикаансБагобоБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийБурятскийВаллийскийВарайскийВенгерскийВепсскийВерхнелужицкийВьетнамскийГаитянскийГреческийГрузинскийГуараниГэльскийДатскийДолганскийДревнерусский языкИвритИдишИнгушскийИндонезийскийИнупиакИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКиргизскийКитайскийКлингонскийКомиКомиКорейскийКриКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛюксембургскийМайяМакедонскийМалайскийМаньчжурскийМаориМарийскийМикенскийМокшанскийМонгольскийНауатльНемецкийНидерландскийНогайскийНорвежскийОрокскийОсетинскийОсманскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийРумынский, МолдавскийСанскритСеверносаамскийСербскийСефардскийСилезскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТатарскийТвиТибетскийТофаларскийТувинскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧеркесскийЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШайенскогоШведскийШорскийШумерскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЮпийскийЯкутскийЯпонский

 

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────АлтайскийАрабскийАрмянскийБаскскийБашкирскийБелорусскийВенгерскийВепсскийВодскийГреческийДатскийИвритИдишИжорскийИнгушскийИндонезийскийИсландскийИтальянскийКазахскийКарачаевскийКитайскийКорейскийКрымскотатарскийКумыкскийЛатинскийЛатышскийЛитовскийМарийскийМокшанскийМонгольскийНемецкийНидерландскийНорвежскийОсетинскийПерсидскийПольскийПортугальскийСловацкийСловенскийСуахилиТаджикскийТайскийТатарскийТурецкийТуркменскийУдмуртскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрумскийФинскийФранцузскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧеченскийЧешскийЧувашскийШведскийШорскийЭвенкийскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЯкутскийЯпонский

Ядерная энергия – Введение в химию – 1-е канадское издание

  1. Объясните, откуда берется ядерная энергия.
  2. Опишите разницу между делением и синтезом.

Ядерные изменения происходят с одновременным выделением энергии. Откуда берется эта энергия? Если бы мы могли точно измерить массы реагентов и продуктов ядерной реакции, мы бы заметили, что количество массы несколько уменьшается при переходе от реагентов к продуктам.Рассмотрим следующее ядерное уравнение, в котором молярная масса каждого вида указана с точностью до четырех знаков после запятой:

.

Если мы сравним массу реагента (235,0439) с массами продуктов (сумма = 234,8605), мы заметим разницу в массе -0,1834 г или -0,0001834 кг. Куда делась эта масса?

Согласно теории относительности Альберта Эйнштейна, энергия ( E ) и масса ( m ) связаны следующим уравнением:

, где c — скорость света, или 3.00 × 10 8 м/с. В ходе химической реакции для урана разница масс превращается в энергию, которая выделяется реакцией:

   

(Чтобы единицы работали, масса должна быть выражена в килограммах. ) То есть 16,5 миллиардов кДж энергии выделяется каждый раз, когда 1 моль урана-235 подвергается этой ядерной реакции. Это невероятное количество энергии. Сравните это с реакциями горения углеводородов, которые выделяют около 650 кДж/моль энергии на каждую единицу СН 2 в углеводороде — порядка сотен кДж на моль.Ядерные реакции дают миллиардов килоджоулей на моль.

Если бы эту энергию можно было правильно собрать, она стала бы важным источником энергии для нашего общества. Ядерная энергия включает контролируемый сбор энергии от реакций деления. Реакцией можно управлять, поскольку деление урана-235 (и некоторых других изотопов, таких как плутоний-239) можно искусственно инициировать путем введения нейтрона в ядро ​​урана. Полное ядерное уравнение с включенной в него энергией в виде произведения выглядит следующим образом:

Таким образом, осторожно добавляя дополнительные нейтроны в образец урана, мы можем контролировать процесс деления и получать энергию, которую можно использовать для других целей. (Искусственная или индуцированная радиоактивность, при которой нейтроны вводятся в образец вещества, что впоследствии вызывает деление, впервые была продемонстрирована в 1934 году Ирен Жолио-Кюри и Фредериком Жолио, дочерью и зятем Марии Кюри.)

Плутоний-239 может поглощать нейтрон и вступать в реакцию деления с образованием атома золота-204 и атома фосфора-31. Напишите сбалансированное ядерное уравнение для процесса и определите количество нейтронов, выделившихся в результате реакции.

Решение
Используя приведенные данные, мы можем написать следующее исходное уравнение:

В сбалансированных ядерных уравнениях суммы нижних индексов с каждой стороны уравнения одинаковы, как и суммы верхних индексов. Нижние индексы уже сбалансированы: 0 + 94 = 94 и 79 + 15 = 94. Верхние индексы слева равны 240 (1 + 239), а справа равны 235 (204 + 31). Нам нужно еще пять единиц массового числа справа. Пять нейтронов должны быть продуктами процесса, чтобы массовые числа уравновесились. (Поскольку атомный номер нейтрона равен нулю, включая пять нейтронов справа, общая сумма индексов не изменяется.) Таким образом, сбалансированное ядерное уравнение выглядит следующим образом:

Мы предсказываем, что общий процесс испустит пять нейтронов.

Проверь себя
Уран-238 может поглощать нейтрон и подвергаться реакции деления с образованием атома цезия-135 и атома рубидия-96. Напишите сбалансированное ядерное уравнение для процесса и определите количество нейтронов, выделившихся в результате реакции.

Ответить
; восемь нейтронов

Одна сбалансированная ядерная реакция деления плутония-239 выглядит следующим образом:

Для каждой частицы указана молярная масса в граммах каждого вида. Каково изменение энергии этой реакции деления?

Решение
Начнем со сложения масс всех видов с каждой стороны ядерного уравнения. Затем мы определяем разницу в массе по мере протекания реакции и переводим ее в эквивалентное количество энергии. Суммарная масса реагентов следующая:

г.

Общая масса изделий следующая:

Изменение массы определяется путем вычитания массы реагентов из массы продуктов:

Это изменение массы должно быть преобразовано в килограммы:

Теперь мы можем использовать уравнение Эйнштейна для определения изменения энергии ядерной реакции:

Это почти 6 триллионов джоулей.

Проверь себя
Ядерное уравнение деления урана-238 выглядит следующим образом:

Для каждой частицы указана молярная масса в граммах каждого вида. Каково изменение энергии этой реакции деления?

Ответ
−1,35 × 10 13 Дж

A ядерный реактор : Устройство, предназначенное для тщательного контроля за ходом ядерной реакции и извлечения полученной энергии для полезных целей.это устройство, предназначенное для тщательного контроля за ходом ядерной реакции и извлечения полученной энергии для полезных целей. На рис. 15.5 «Схема атомной электростанции для выработки электроэнергии» показана упрощенная схема ядерного реактора. Энергия контролируемой ядерной реакции преобразует воду в пар высокого давления, который используется для запуска турбин, вырабатывающих электроэнергию.

Рисунок 15.5 «Схема атомной электростанции для производства электроэнергии». Двумя основными компонентами электростанции являются сам ядерный реактор и паровая турбина и электрогенератор.

Хотя при делении больших ядер могут образовываться разные продукты, в среднем при делении урана образуется на два свободных нейтрона больше, чем было изначально. Эти нейтроны сами по себе могут стимулировать деление других ядер урана, высвобождая еще больше энергии и еще больше нейтронов, что, в свою очередь, может вызвать еще большее деление урана. Таким образом, один нейтрон может начать процесс, который экспоненциально растет в явлении, называемом цепной реакцией . Экспоненциальный рост явления.:

1 → 2 → 4 → 8 → 16 → 32 → 64 → 128 → 256 → 512 → 1024 → 2048 → 4096 → 8192 → 16384 →…

Поскольку энергия вырабатывается при каждом акте деления, энергия также вырабатывается экспоненциально и неконтролируемым образом. Быстрое производство энергии создает взрыв. Это механизм атомной бомбы . Оружие, которое основано на цепной ядерной реакции для создания огромной силы.. (Первая управляемая цепная реакция была достигнута 2 декабря 1942 года в эксперименте под руководством Энрико Ферми в лаборатории под футбольным стадионом Чикагского университета.)

Хотя атомная бомба довольно проста в теории, ее трудно изготовить, отчасти потому, что уран-235, изотоп, который подвергается делению, составляет всего 0,7% природного урана; остальное – в основном уран-238, который не делится. (Помните, что радиоактивный процесс, которому подвергается ядро, характерен для изотопа.) Чтобы сделать уран пригодным для ядерных реакторов, уран в уране-235 должен быть обогащен примерно до 3%. Обогащение урана представляет собой трудоемкую и дорогостоящую серию физических и химических разделений.Чтобы его можно было использовать в атомной бомбе, уран должен быть обогащен до 70% или более. При меньших концентрациях цепная реакция не может поддерживаться, поэтому взрыва не происходит.

Слияние : Ядерный процесс, в котором маленькие ядра объединяются в более крупные ядра, высвобождая энергию. это еще один ядерный процесс, который можно использовать для производства энергии. В этом процессе более мелкие ядра объединяются в более крупные ядра с сопутствующим высвобождением энергии. Одним из примеров является синтез водорода, в результате которого получается гелий:

.

Обратите внимание, что количество энергии, выделяемой на моль реагента, составляет лишь одну десятую от количества, выделяемого при делении 1 моля урана-235.Однако по массе (на грамм) синтез водорода дает в 10 раз больше энергии, чем деление. Кроме того, продуктом деления является газообразный гелий, а не широкий спектр изотопов (некоторые из которых также радиоактивны), образующихся при делении.

Синтез происходит в природе: Солнце и другие звезды используют синтез как основной источник энергии. Термоядерный синтез также является основой очень разрушительного оружия, разработанного несколькими странами мира. Однако одной из текущих целей является разработка источника контролируемого синтеза для использования в качестве источника энергии.Практическая проблема заключается в том, что для осуществления синтеза необходимы чрезвычайно высокие давления и температуры. В настоящее время единственными известными стабильными системами, в которых происходит синтез, являются недра звезд. Условия, необходимые для синтеза, могут быть созданы с помощью атомной бомбы, но полученный синтез неуправляем (и является основой для другого типа бомбы, водородной бомбы). В настоящее время исследователи ищут безопасные, контролируемые способы получения полезной энергии с помощью термоядерного синтеза.

  • Ядерная энергия возникает в результате незначительных изменений массы ядер в результате радиоактивных процессов.
  • При делении большие ядра распадаются и выделяют энергию; при слиянии маленькие ядра сливаются вместе и выделяют энергию.
  1. Согласно уравнению Эйнштейна, сколько энергии получается при преобразовании 1,00 г вещества в энергию?
  2. Сколько вещества необходимо преобразовать в энергию, чтобы получить 400 кДж энергии, что примерно соответствует энергии 1 моля связей С–Н? Какой вывод следует из этого об изменении энергии химических реакций?
  3. При самопроизвольном делении свинца-208 происходит следующая реакция:

    За каждый моль свинца-208, который распадается, 0. Потеряно 1002 г массы. Сколько энергии выделяется на моль свинца-208, вступившего в реакцию?

  4. При спонтанном делении радия-226 происходит следующая реакция:

    При распаде каждого моля радия-226 теряется 0,1330 г массы. Сколько энергии выделяется на моль радия-226, вступившего в реакцию?

  5. Пересчитайте количество энергии, полученное в упражнении 3, через количество граммов прореагировавшего свинца-208.
  6. Пересчитайте количество энергии из упражнения 4 в единицах количества граммов прореагировавшего радия-226.
  7. Каково изменение энергии этой реакции деления? Указаны массы в граммах.

  8. Каково изменение энергии этой реакции деления? Указаны массы в граммах.

  9. Два более редких изотопа водорода — дейтерий и тритий — также могут быть синтезированы для получения гелия по следующей реакции:

    В ходе этой реакции теряется 0,01888 г массы. Сколько энергии выделяется при реакции 1 моль дейтерия и трития?

  10. Считается, что процесс, называемый горением гелия , происходит внутри старых звезд с образованием углерода:

    Если реакция идет с 0. 00781 г массы теряется в молярном отношении, сколько энергии выделяется?

  11. Кратко опишите, как ядерный реактор вырабатывает электричество.
  12. Кратко опишите разницу между тем, как работает ядерный реактор, и тем, как работает ядерная бомба.
  13. Что такое цепная реакция?
  14. Почему необходимо обогащать уран для производства ядерной энергии?
  1. 9,00 × 10 13 Дж
  1. 9,02 × 10 12 Дж
  1. 4.34 × 10 10 Дж/г
  1. −1,28 × 10 13 Дж
  1. 1,70 × 10 12 Дж
  1. Ядерный реактор управляет ядерной реакцией для производства энергии в пригодных для использования количествах. Произведенная энергия генерирует пар, который используется для вращения турбины, вырабатывающей электричество для общего пользования.
  1. Процесс, который создает больше путей реакции для каждой предыдущей реакции.

%PDF-1.6 % 599 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 599 197 0000000016 00000 н 0000007849 00000 н 0000007986 00000 н 0000008208 00000 н 0000008251 00000 н 0000008379 00000 н 0000008720 00000 н 0000009763 00000 н 0000009823 00000 н 0000010061 00000 н 0000010751 00000 н 0000011800 00000 н 0000011854 00000 н 0000012099 00000 н 0000013145 00000 н 0000014184 00000 н 0000015366 00000 н 0000015605 00000 н 0000015835 00000 н 0000016081 00000 н 0000028445 00000 н 0000072255 00000 н 0000120085 00000 н 0000159131 00000 н 0000202499 00000 н 0000222983 00000 н 0000223243 00000 н 0000224097 00000 н 0000224190 00000 н 0000224282 00000 н 0000224374 00000 н 0000224466 00000 н 0000224642 ​​00000 н 0000224753 00000 н 0000224846 00000 н 0000224938 00000 н 0000225030 00000 н 0000225122 00000 н 0000225298 00000 н 0000225416 00000 н 0000225487 00000 н 0000225562 00000 н 0000225649 00000 н 0000225692 00000 н 0000225778 00000 н 0000225821 00000 н 0000225954 00000 н 0000226028 00000 н 0000226071 00000 н 0000226148 00000 н 0000226295 00000 н 0000226370 00000 н 0000226413 00000 н 0000226491 00000 н 0000226633 00000 н 0000226707 00000 н 0000226750 00000 н 0000226827 00000 н 0000226970 00000 н 0000227044 00000 н 0000227087 00000 н 0000227177 00000 н 0000227331 00000 н 0000227405 00000 н 0000227448 00000 н 0000227526 00000 н 0000227660 00000 н 0000227734 00000 н 0000227776 00000 н 0000227865 00000 н 0000227996 00000 н 0000228070 00000 н 0000228112 00000 н 0000228189 00000 н 0000228283 00000 н 0000228325 00000 н 0000228413 00000 н 0000228455 00000 н 0000228555 00000 н 0000228597 00000 н 0000228639 00000 н 0000228754 00000 н 0000228796 00000 н 0000228908 00000 н 0000228950 00000 н 0000229046 00000 н 0000229088 00000 н 0000229189 00000 н 0000229231 00000 н 0000229329 00000 н 0000229371 00000 н 0000229413 00000 н 0000229456 00000 н 0000229581 00000 н 0000229665 00000 н 0000229708 00000 н 0000229833 00000 н 0000229955 00000 н 0000229998 00000 н 0000230123 00000 н 0000230211 00000 н 0000230254 00000 н 0000230380 00000 н 0000230491 00000 н 0000230534 00000 н 0000230659 00000 н 0000230743 00000 н 0000230786 00000 н 0000230911 00000 н 0000231038 00000 н 0000231081 00000 н 0000231171 00000 н 0000231214 00000 н 0000231316 00000 н 0000231358 00000 н 0000231478 00000 н 0000231520 00000 н 0000231563 00000 н 0000231606 00000 н 0000231649 00000 н 0000231692 00000 н 0000231735 00000 н 0000231778 00000 н 0000231820 00000 н 0000231863 00000 н 0000231978 00000 н 0000232021 00000 н 0000232153 00000 н 0000232196 00000 н 0000232299 00000 н 0000232342 00000 н 0000232385 00000 н 0000232428 00000 н 0000232517 00000 н 0000232560 00000 н 0000232649 00000 н 0000232692 00000 н 0000232781 00000 н 0000232824 00000 н 0000232913 00000 н 0000232956 00000 н 0000233046 00000 н 0000233089 00000 н 0000233204 00000 н 0000233247 00000 н 0000233363 00000 н 0000233406 00000 н 0000233500 00000 н 0000233543 00000 н 0000233653 00000 н 0000233696 00000 н 0000233815 00000 н 0000233858 00000 н 0000233901 00000 н 0000233944 00000 н 0000234059 00000 н 0000234102 00000 н 0000234219 00000 н 0000234262 00000 н 0000234369 00000 н 0000234412 00000 н 0000234517 00000 н 0000234560 00000 н 0000234603 00000 н 0000234646 00000 н 0000234762 00000 н 0000234805 00000 н 0000234920 00000 н 0000234963 00000 н 0000235068 00000 н 0000235111 00000 н 0000235229 00000 н 0000235272 00000 н 0000235401 00000 н 0000235444 00000 н 0000235589 00000 н 0000235632 00000 н 0000235768 00000 н 0000235811 00000 н 0000235948 00000 н 0000235991 00000 н 0000236160 00000 н 0000236203 00000 н 0000236246 00000 н 0000236289 00000 н 0000236405 00000 н 0000236448 00000 н 0000236563 00000 н 0000236606 00000 н 0000236768 00000 н 0000236811 00000 н 0000236945 00000 н 0000236988 00000 н 0000237126 00000 н 0000237169 00000 н 0000237212 00000 н 0000004327 00000 н трейлер ]>> startxref 0 %%EOF 795 0 объект>поток /~[>_>HF&3X”i-}˟))0ەye8B]};ѵ}]dL}SDгRNʗsu!z

Mass Defect – обзор

c. 1

Завершите следующую ядерную реакцию:

c.2

Рассчитайте наиболее вероятную скорость нейтронного газа при комнатной температуре.

c.3

Масса атомного ядра меньше суммы масс составляющих его отдельных частиц. Вычислите этот дефект массы для . Найдите общую формулу для вычисления дефекта массы для .

17.1

Термоядерная реакция (синтез)

(17.23) привлекателен тем, что практически не производит излучения и использует только обычные изотопы. Сколько энергии дает 1 кг бора? Используйте данные задачи 17.4.
17,2

Каждое деление дает в среднем 165 МэВ и 2,5 нейтрона. Какова масса продуктов деления?

17,3

можно использовать в качестве топлива в «мечтательных» реакциях синтеза, то есть в реакциях, в которых не участвуют ни радиоактивные вещества, ни нейтроны. Возможны две реакции:

(17.24) и (17.25)
а.

Для каждой из приведенных выше реакций рассчитайте энергию (в кВтч), выделяемую 1 кг . На Земле составляет 0,00013% встречающегося в природе гелия. Производство гелия в США составляет в настоящее время 12 000 тонн в год.

б.

Если весь этот гелий переработать для выделения Не-3, каков будет годовой объем производства этого топлива? Есть основания полагать, что на Луне имеется значительное количество .Проведем предварительный анализ экономики организации майнинга на нашем спутнике.

 Одним из преимуществ использования «мечтательных» реакций является то, что образуются только заряженные частицы (протоны и альфа-частицы). Энергия, связанная с заряженными частицами, может быть более эффективно преобразована в электричество, чем когда энергия переносится нейтронами, которые должны сначала производить тепло, которое затем преобразуется в механическую и электрическую энергию с помощью неэффективных тепловых двигателей. Таким образом, не обязательно оптимистично присваивать 30-процентную эффективность преобразования энергии синтеза в электричество.

г.

Сколько киловатт-часов электроэнергии производит 1 кг продукции? Используйте наиболее экономичную из двух упомянутых реакций.

 Предположим, что коэффициент установки равен 70 % (реактор вырабатывает в среднем 70 % энергии, которую он вырабатывал бы, если бы работал постоянно на полной мощности). Предположим далее, что стоимость термоядерного реактора составляет 2000 долл./кВт, а стоимость кредита составляет 10% в год. Наконец, стоимость эксплуатации всей операции составляет 30 долл. США за кВт-1 год-1.

д.

Сколько стоила бы электроэнергия (за киловатт-час), если бы топливо было бесплатным?

эл.

Сколько мы можем позволить себе платить за 1 кг и при этом оставаться безубыточными, когда электроэнергия продается по 5 центов за киловатт-час?

17.40257
17.4
17.40253

Вот некоторые соответствующие данные:

MASS (DALTONS) 36 MASS (DALTONS) 56 MASS (DALTONS) 36 9 1.3449

305 м / с

8 6625 × 10 -34 Joule / Sec

MASS (DALTONS)
0. 00054579903 альфа 4,001506175
Мюонная 0,1134381 5,01254
Протон 1,007276467 6,015122794
Нейтрон 1,008664909 7,01600455
1.007825032 10.012937
2.014101778
3,016049278
3,016029319
4,002603254
Константы
гр 2,998 × 10 8 м / с
H H

Для преобразования Дальтонов в килограммы, разделите на 6. 02213670×1026.

Дейтерий — очень распространенное термоядерное топливо. Он существует в огромных количествах в океанах Земли. Также относительно легко воспламеняется. Он может вступать в три различные реакции сам с собой:

Для каждой реакции вычислить выделяющуюся энергию и, предполагая равное распределение импульсов продуктов реакции, энергию каждого продукта.

Какова энергия фотона, выделившегося в третьей реакции, описанной выше?

17,5

Две заряженные частицы в параллельной вселенной одновременно притягиваются и отталкиваются своими одинаковыми зарядами.Сила притяжения интенсивна, но быстро ослабевает и очень мало действует за пределами определенного расстояния. Эта сила может быть описана математически как

(17,26)Fa=105exp⁡(−100x),

, где F в ньютонах и x в метрах.

Сила отталкивания определяется выражением

(17.27)Fr=−1×2.

Например, при расстоянии между частицами 10 см сила притяжения 4,54 Н, а сила отталкивания 100 Н — частицы сильно отталкиваются друг от друга. С другой стороны, при расстоянии 5 см сила притяжения равна 674 Н, а отталкивания 400 Н; следовательно, частицы притягиваются друг к другу и одна частица захватывает другую.

Предположим, что частица «А» неподвижна и с расстояния 1 м частица «В» летит прямо в «А». Какой минимальной начальной скорости должна обладать частица «В», чтобы ее захватил «А»? Масса каждой частицы составляет 1 г (т. е. 0,001 кг).

17,6

Почти идеально сферическая таблетка стехиометрически правильно замороженного (при 5 К) сплава Д-Т весит 10 мг.

а.

Сколько граммов дейтерия задействовано?

б.

Пуля поражается мощным лазерным лучом, и ее ядро ​​взрывается, вызывая цепную реакцию, в результате которой практически все Д-Т взрываются. Сколько энергии высвобождается? Выразите это через количество баррелей нефти.

17,7

В задаче c.3 вы нашли дефект массы для данного изотопа. Вычислите энергетический эквивалент этого дефекта массы, который представляет собой полную энергию связи Eb и представляет собой минимальное количество энергии, необходимое для распада ядра на нейтроны (A–Z) и Z протонов.Постройте график энергии связи на нуклон Eb/A в зависимости от массового числа A , охватывающего широкий диапазон. Что вы наблюдаете? Какова средняя энергия связи на нуклон в диапазоне 40⩽A⩽238 (можно оценить по графику)?

21.2 Ядерные уравнения. Химия 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определять обычные частицы и энергии, участвующие в ядерных реакциях
  • Написать и сбалансировать ядерные уравнения

Изменения ядер, которые приводят к изменению их атомных номеров, массовых чисел или энергетических состояний, являются ядерными реакциями.Чтобы описать ядерную реакцию, мы используем уравнение, которое идентифицирует нуклиды, участвующие в реакции, их массовые числа и атомные номера, а также другие частицы, участвующие в реакции.

Типы частиц в ядерных реакциях

Многие объекты могут быть вовлечены в ядерные реакции. Наиболее распространены протоны, нейтроны, альфа-частицы, бета-частицы, позитроны и гамма-лучи, как показано на рис. 21.4. Протоны (11p, (11p, также обозначаемые символом 11H)11H) и нейтроны (01n)(01n) входят в состав атомных ядер и были описаны ранее.Альфа-частицы (24He, (24He, также обозначается символом 24α)24α) представляют собой высокоэнергетические ядра гелия. Бета-частицы (-10β, (-10β, также обозначаемые символом -10e)-10e) представляют собой высокоэнергетические электроны, а гамма-лучи представляют собой фотоны очень высокоэнергетического электромагнитного излучения. Позитроны (+10e, (+10e, также представленные символом +10β)+10β) представляют собой положительно заряженные электроны («антиэлектроны»). Нижние и верхние индексы необходимы для балансировки ядерных уравнений, но обычно необязательны в других обстоятельствах.Например, альфа-частица представляет собой ядро ​​гелия (He) с зарядом +2 и массовым числом 4, поэтому она обозначается как 24He. 24He. Это работает, потому что, как правило, заряд иона не важен для балансировки ядерных уравнений.

Фигура 21,4 Хотя в ядерных реакциях встречается много видов, в этой таблице приведены названия, символы, изображения и описания наиболее распространенных из них.

Обратите внимание, что позитроны точно такие же, как электроны, за исключением того, что они имеют противоположный заряд.Они являются наиболее распространенным примером антиматерии, частиц с той же массой, но противоположным состоянием другого свойства (например, заряда), чем обычная материя. Когда антиматерия сталкивается с обычной материей, обе они аннигилируют, а их масса преобразуется в энергию в виде гамма-лучей (γ) и других гораздо более мелких субъядерных частиц, которые выходят за рамки этой главы, в соответствии с уравнением эквивалентности массы и энергии. E = mc 2 , как показано в предыдущем разделе.Например, при столкновении позитрона и электрона оба аннигилируют и создаются два фотона гамма-излучения:

−10e++10e⟶γ+γ−10e++10e⟶γ+γ

Как видно из главы, посвященной свету и электромагнитному излучению, гамма-лучи составляют коротковолновое высокоэнергетическое электромагнитное излучение и обладают (намного) большей энергией, чем лучшими. – известные рентгеновские лучи, которые могут вести себя как частицы в смысле корпускулярно-волнового дуализма. Гамма-лучи представляют собой тип высокоэнергетического электромагнитного излучения, возникающего при переходе ядра из более высокого энергетического состояния в более низкое, аналогично тому, как фотон создается электронным переходом с более высокого на более низкий энергетический уровень.Из-за гораздо большей разницы энергий между ядерными энергетическими оболочками гамма-лучи, исходящие от ядра, имеют энергию, которая обычно в миллионы раз превышает энергию электромагнитного излучения, исходящего от электронных переходов.

Баланс ядерных реакций

Сбалансированное уравнение химической реакции отражает тот факт, что в ходе химической реакции связи разрываются и образуются, а атомы перестраиваются, но общее количество атомов каждого элемента сохраняется и не изменяется.Сбалансированное уравнение ядерной реакции указывает на то, что во время ядерной реакции происходит перегруппировка, но нуклонов (субатомных частиц внутри ядер атомов), а не атомов. Ядерные реакции также подчиняются законам сохранения и уравновешиваются двумя способами:

  1. Сумма массовых чисел реагентов равна сумме массовых чисел продуктов.
  2. Сумма зарядов реагентов равна сумме зарядов продуктов.

Если известны атомный номер и массовое число всех частиц, кроме одной, в ядерной реакции, мы можем идентифицировать частицу, уравновешивая реакцию.Например, мы могли бы определить, что 817O817O является продуктом ядерной реакции 714N714N и 24He24He, если бы знали, что протон 11H, 11H был одним из двух продуктов. В примере 21.4 показано, как мы можем идентифицировать нуклид, уравновешивая ядерную реакцию.

Пример 21,4

Балансирующие уравнения для ядерных реакций
Реакция α-частицы с магнием-25 (1225Mg)(1225Mg) приводит к образованию протона и нуклида другого элемента. Определите образовавшийся новый нуклид.
Решение
Ядерную реакцию можно записать так: 1225Mg+24He⟶11H+ZAX1225Mg+24He⟶11H+ZAX

, где A — массовое число, а Z — атомный номер нового нуклида, X. Поскольку сумма массовых чисел реагентов должна равняться сумме масс номера продуктов:

25+4=А+1 или А=2825+4=А+1 или А=28

Аналогично, заряды должны уравновешиваться, поэтому:

12+2=Z+1 и Z=1312+2=Z+1 и Z=13

Проверьте периодическую таблицу: элемент с ядерным зарядом = +13 — это алюминий.Таким образом, продукт представляет собой 1328Al.1328Al.

Проверьте свои знания
Нуклид 53125I53125I соединяется с электроном и производит новое ядро, а не другие массивные частицы. Каково уравнение этой реакции?

Отвечать:

53125I+-10e⟶52125Te53125I+-10e⟶52125Te

Ниже приведены уравнения нескольких ядерных реакций, сыгравших важную роль в истории ядерной химии:

  • Первый выделенный в природе нестабильный элемент, полоний, был открыт польскими учеными Марией Кюри и ее мужем Пьером в 1898 году.Он распадается, испуская α-частицы:
    84212Po⟶82208Pb+24He84212Po⟶82208Pb+24He
  • Первым нуклидом, полученным искусственным путем, был изотоп кислорода 17 O. Он был получен Эрнестом Резерфордом в 1919 году путем бомбардировки атомов азота α-частицами:
    714N+24He⟶817O+11H714N+24He⟶817O+11H
  • Джеймс Чедвик открыл нейтрон в 1932 году как ранее неизвестную нейтральную частицу, образовавшуюся вместе с 12 C в результате ядерной реакции между 9 Be и 4 He:
    . 49Be+24He⟶612C+01n49Be+24He⟶612C+01n
  • Первый элемент, который не встречается в природе на Земле, технеций, был получен путем бомбардировки молибдена дейтронами (тяжелый водород, 12H)12H Эмилио Сегре и Карло Перрье в 1937 году:
    12H+4297Mo⟶201n+4397Tc12H+4297Mo⟶201n+4397Tc
  • Первая управляемая цепная ядерная реакция была проведена в реакторе Чикагского университета в 1942 году.*с [Н9 wF?Tf1= конечный поток эндообъект 26 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 20 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h. T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 52 0 объект >>>/BBox[0 0 422,16 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 21 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 121>>поток хА 0D Zӥ{\@J۔d3M”QPt۲.*с [Н9 wF?Tf1= конечный поток эндообъект 48 0 объект >>>/BBox[0 0 422,16 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 40 0 объект >>>/BBox[0 0 422,16 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 8 0 объект >>>/BBox[0 0 422,16 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 70 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.*с [Н9 wF?Tf1= конечный поток эндообъект 56 0 объект >>>/BBox[0 0 422,16 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 1 0 объект >>>/BBox[0 0 418,08 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h. T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 66 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 54 0 объект >>>/BBox[0 0 418.08 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 16 0 объект >>>/BBox[0 0 422,16 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 10 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 15 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 121>>поток хА 0D Zӥ{\@J۔d3M”QPt۲.*с [Н9 wF?Tf1= конечный поток эндообъект 72 0 объект >>>/BBox[0 0 422,16 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 6 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 46 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h. T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 19 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 121>>поток хА 0D Zӥ{\@J۔d3M”QPt۲.*с [Н9 wF?Tf1= конечный поток эндообъект 38 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 42 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 74 0 объект >>>/BBox[0 0 418,08 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 13 0 объект >>>/BBox[0 0 422.*с [Н9 wF?Tf1= конечный поток эндообъект 22 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 62 0 объект >>>/BBox[0 0 420 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 24 0 объект >>>/BBox[0 0 422,16 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h. T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 3 0 объект >>>/BBox[0 0 418.*с [Н9 wF?Tf1= конечный поток эндообъект 68 0 объект >>>/BBox[0 0 422,16 612]/длина 130>>поток хА 0}N1K]h;E]h.T*i_d30;I40!QIԹIiIN!̄[M?« m)u*#\”mz)N`fn}rK1# RٸT”$ конечный поток эндообъект 77 0 объект >поток Плагин Adobe Acrobat 9.0 Paper Capture с ClearScan; изменено с использованием iText 4.2.0 автором 1T3XT2022-02-27T19:05:33-08:002002-07-26T08:13:55-06:002022-02-27T19:05:33-08:00Appligent PDF UtilitiesAppligent Document Solutions 1.3 Сен 16 2008 г., 11231123application/pdfuuid:a205150c-7c26-494f-bbed-9fa7abf5efceuuid:624b76b6-376e-1642-b80e-399e42c5031c конечный поток эндообъект 78 0 объект >поток х+

    Границы | TDHF и макроскопический аспект низкоэнергетических ядерных реакций

    1.

    Введение

    Зависящий от времени метод Хартри-Фока (TDHF) широко используется при анализе низкоэнергетических ядерных реакций с тех пор, как Бонш и его сотрудники применили TDHF к столкновению пластин в одномерном пространстве в качестве первого приложения TDHF к ядерной физике [1]. . С тех пор TDHF был улучшен в нескольких отношениях, например, включая все члены в последних функционалах плотности энергии (EDF), таких как функционалы Скирма [2] и Гоньи [3], и нарушение симметрий, таких как пространство (от одномерного до трехмерного). пространство).

    Известно, что связь между относительными движениями сталкивающихся ядер (макроскопическими степенями свободы) и их внутренними возбуждениями (микроскопическими степенями свободы) играет важную роль для описания низкоэнергетических ядерных реакций при энергиях вблизи кулоновского барьера. Для учета таких связей разработаны и широко используются модели связанных каналов [4–7]. TDHF автоматически включает связи между относительным движением и внутренними возбуждениями, поскольку TDHF описывает динамику отдельных частиц. Более того, TDHF дает интуитивно понятную картину ядерной динамики посредством временной эволюции однотельных плотностей, построенных из одночастичных волновых функций в ядрах. В последнее время TDHF применяется к ядерным коллективным возбуждениям [3, 8–15] и ядерным реакциям, таким как синтез [16–22], квазиделение [23–25], деление [26–29] и реакции многонуклонной передачи [30]. –34], некоторые из которых включают парные корреляции.

    Однако в этом мини-обзоре мы не обсуждаем развитие самого TDHF (см. недавние обзорные статьи о развитии TDHF в [35–40]).Вместо этого мы сосредоточимся на макроскопическом аспекте низкоэнергетических ядерных реакций, описываемых TDHF. С этой целью мы показываем различные приложения метода, называемого «диссипативной динамикой TDHF» (DD-TDHF), разработанного Washiyama и Lacroix [19], Washiyama et al. [20] и Васияма [41].

    2. Диссипативная динамика TDHF

    Основная идея DD-TDHF состоит в том, чтобы объединить микроскопическую динамику ядерных реакций, описываемых TDHF, и макроскопический аспект ядерных реакций посредством сопоставления микроскопической эволюции TDHF с набором макроскопических уравнений движения. Мы кратко резюмируем DD-TDHF по следующим шагам: (1) Сначала мы решаем уравнение TDHF, чтобы получить временную эволюцию одночастичных волновых функций для ядерных реакций:

    iℏ∂ϕi(t)∂t=ĥ[ρ(t)]ϕi(t),    (1)

    где ϕ i ( t ) — одночастичные волновые функции с индексом i (включая спиновые и изоспиновые степени свободы), а ĥ[ρ( t )] Гамильтониан как функционал однотельной плотности ρ( t ), полученный из ФРЭ E [ρ] соответствующей функциональной производной ĥ[ρ( t )] = δ E /δρ.(2) Следующим шагом является определение макроскопической динамики двух тел из микроскопического моделирования TDHF. Макроскопическая динамика двух тел может быть построена после определения коллективной координаты из моделирования TDHF. Для этого в TDHF вводится разделительная плоскость, которая делит плотность ρ( r , t ) сталкивающейся системы на две подсистемы ρ 1 ( r , ) и ρ 2 ( r , t ), соответствующие снарядоподобной и мишенеподобной плотности. Эта плоскость разделения перпендикулярна оси столкновения, и в положении, где две плотности ρ P ( R , 0 T ) и ρ T ( R , t ), построенные по одночастичным волновым функциям, первоначально в снаряде и в мишени, соответственно, пересекаются (наглядный пример см. на рис. 1 из [19]). Затем мы вычисляем координату R I и его сопряженный импульс P I для каждой подсистемы I = 1, 2 из ρ 1 ( R , T ) и ρ 2 ( r , t ).Кроме того, мы вычисляем массы двух подсистем как m i = P i /Ṙ i . Из них строится динамика двух тел для относительного расстояния R как коллективной координаты и сопряженного с ней импульса P , а также приведенной массы μ, которая может зависеть от R . (3) Для случая центральных столкновений мы предполагаем, что траектория динамики двух тел, полученная из TDHF, следует одномерному уравнению движения для относительных движений

    dPdt=-dVdR-ddR(P22µ)-γPµ,    (3)

    , где V ( R ) и γ( R ) обозначают ядерно-ядерный потенциал и коэффициент трения, выражающие диссипацию энергии от относительного движения сталкивающихся ядер к внутренним возбуждениям в ядрах соответственно.Важным моментом является то, что эти две величины V ( R ) и γ( R ) неизвестны при моделировании TDHF. (4) Чтобы получить эти две неизвестные величины, мы составим систему двух уравнений из двух траекторий при немного разных энергиях. Затем мы решаем систему двух уравнений для каждого R , чтобы получить V ( R ) и γ( R ). Подробности численных процедур для описанных выше расчетов можно найти у Washiyama и Lacroix [19], Washiyama et al.[20] и Васияма [41]. В следующих результатах мы использовали ФРЭ SLy4d Skyrme [16] без парных взаимодействий.

    3. Ядерно-ядерный потенциал и диссипация энергии

    3.1. Системы легкой и средней массы

    В системах легкой и средней массы, у которых произведение заряда Z 1 Z 2 меньше ≈ 1600, известно, что слияние происходит, когда два ядра контактируют друг с другом после прохождения кулоновского барьера. Действительно, моделирование TDHF для лобовых столкновений при энергиях выше кулоновского барьера приводит к слиянию, сохраняя составную систему компактной в течение достаточно долгого времени.Сначала мы приводим избранные результаты ядерно-ядерного потенциала и диссипации энергии, полученные из DD-TDHF, и обсуждаем их свойства.

    На рис. 1А показаны полученные ядерно-ядерные потенциалы в зависимости от относительного расстояния R вблизи радиуса кулоновского барьера для 40 Ca + 40 Ca. Линиями показаны ядерно-ядерные потенциалы при разных энергиях центра масс ( E см ) методом DD-TDHF, а заштрихованными кружками показан потенциал, полученный в приближении замороженной плотности, где энергия системы рассчитывается с той же ФРЭ, за исключением того, что динамический эффект при столкновении не учитывается, а плотность каждого фрагмента фиксируется равной его плотности в основном состоянии. Более того, в приближении замороженной плотности принцип Паули между нуклонами в снаряде и мишени игнорируется, что приводит к ухудшению приближения, поскольку перекрытие ядер снаряда и ядра мишени становится значительным. Важные замечания к этому рисунку: (1) Потенциалы, полученные при более высоких энергиях ( E см = 90, 100 МэВ), согласуются с потенциалами замороженной плотности, что указывает на сходимость потенциалов, полученных с помощью DD-TDHF при более высоких энергиях. . (2) потенциалы DD-TDHF выражают E c.м. зависимость при более низких энергиях E с.м. = 55, 57 МэВ. (3) Высота потенциала DD-TDHF уменьшается с уменьшением E с.м. . Высота кулоновского барьера уменьшается с ≈54,5 МэВ при E см.кв. = 90, 100 МэВ DD-TDHF и приближение замороженной плотности к ≈53,4 МэВ на E с.м. = 55 МэВ DD-TDHF. Приведенные выше замечания могут быть поняты как динамическая реорганизация профиля плотности TDHF каждой траектории TDHF. На рис. 1Б показана плотность TDHF ρ( x, y, z = 0, t ) при каждом R для E с.м. = 55 (верхние панели) и 90 МэВ (нижние панели). В E с.м. = 90 МэВ, форма каждой плотности 40 Ca сохраняет свою сферическую форму, а при E с.м. = 55 МэВ форма каждой плотности 40 Ca отклоняется от своей сферической формы в основном состоянии по мере того, как R становится меньше. Это динамическая реорганизация плотности во время реакций синтеза.Эта динамическая реорганизация изменяет форму каждого ядра, когда два ядра достаточно сближаются, а затем уменьшает высоту ядра-ядерного потенциала, полученного с помощью DD-TDHF. Это динамическое снижение ядерно-ядерного потенциала наблюдается в различных системах легкой и средней массы у Васиямы и Лакруа [19].

    Рис. 1. (A) Ядерно-ядерные потенциалы, обозначенные линиями, полученные методом DD-TDHF при разных энергиях, и приближением замороженной плотности закрашенными кружками с пунктирной линией в зависимости от R в 40 Ca + 40 Приблиз. (B) Контуры профиля плотности ρ( X, Y , 0), полученные из TDHF на E с.м. = 55 МэВ (верхние панели) и E с.м. = 90 МэВ (нижние панели), у R = 10,26 фм (левые панели), 9,82 фм (средняя) и 9,52 фм (справа) в 40 Ca + 40 Ca. Изоплотности (контурные линии) нанесены через каждые 0,025 фм -3 . (C) То же, что и (A) , но для 96 Zr + 124 Sn. (D) Коэффициент трения, деленный на приведенную массу, γ/μ, из DD-TDHF. (E) Энергия дополнительного толчка из экспериментов (Eexpt.extra) и от TDHF (ETDHFextra) вместе с увеличением потенциала Δ В и рассеянной энергией E diss для 90, 92, 94, 96 Zr + 124 Sn (подробности см. в тексте). (A,B) заимствован у Washiyama и Lacroix [19], (C,D) заимствован у Washiyama [41] и (E) заимствован у Washiyama [41] с небольшими изменениями с разрешения APS и SciPris.

    Отметим, что в методе TDHF с ограничениями по плотности (DC-TDHF) [17], в котором выполняется расчет Хартри–Фока с ограничениями для получения ядерно-ядерного потенциала при условии, что плотность ограничена плотность, полученная из TDHF в каждый момент времени, аналогична E см зависимости ядерно-ядерных потенциалов наблюдаются в различных сталкивающихся системах, о которых сообщалось, например, в работах Умара и Оберакера [18], Умара и соавт. [42], Oberacker и соавт. [43] и Умар и соавт.[44]. Более того, в системе 40 Ca + 40 Ca мы не находим существенной разницы в потенциале, извлекаемом DD-TDHF и DC-TDHF [44].

    3.2. Тяжелые системы

    В отличие от легких и средних систем, описанных в разделе «Легкие и средние системы», было экспериментально обнаружено, что вероятность синтеза при энергиях вблизи кулоновского барьера в тяжелых системах сильно затруднена ( Z 1 Z 2 ≥ 1, 600) [45, 46]. Основной причиной этого препятствия считалось наличие процесса квазиделения, когда составная система двух сталкивающихся ядер повторно разделяется перед образованием уравновешенного составного ядра. Это препятствие слиянию действительно наблюдалось в TDHF, например, в Simenel [35], Washiyama [41], Simenel et al. [47] и Го и Накацукаса [48]. А именно, моделирование TDHF для лобовых столкновений при энергиях выше кулоновского барьера приводит к касанию конфигурации составной системы, а затем к повторному разделению через некоторое время (от нескольких до десятков зептосекунд).В Washiyama [41] систематически получена энергия дополнительного толчка EextraTDHF=EthresTDHF-VBFD в TDHF в тяжелых системах, где EthresTDHF и VBFD обозначают пороговую энергию слияния, выше которой происходит слияние в TDHF, и энергию кулоновского барьера, полученную в замороженном состоянии. приближение плотности соответственно. На рисунке 1E показаны энергии дополнительных толчков в TDHF для 90, 92, 94, 96 Zr + 124 Sn в сравнении с полученными из экспериментальных данных Eexpt. extra, взятых из работы Шмидта и Моравека [49], где В качестве высоты кулоновского барьера использовался барьер Басса V Басса [50].Мы обнаружили, что разница между VBFD и V Bass в 90, 92, 94, 96 Zr + 124 Sn не превышает ≈1 МэВ. Эти полученные дополнительные энергии толчка в TDHF разумно воспроизводят наблюдения.

    Можно подумать, почему помеха термоядерного синтеза в тяжелых системах появляется как в экспериментах, так и при моделировании TDHF. В Washiyama [41] мы обращаемся к этому вопросу и анализируем, где возникают конечные энергии дополнительного толчка. Для анализа мы сначала получаем ядерно-ядерный потенциал и диссипацию энергии с помощью DD-TDHF, потому что мы думаем, что эти две величины сильно связаны с появлением конечной энергии дополнительного толчка.На рисунке 1C мы показываем пример ядерно-ядерных потенциалов, выделенных в тяжелых системах, то есть для системы 96 Zr + 124 Sn для трех различных энергий в DD-TDHF и замороженной плотности. Хорошо видна разница потенциалов в 40 Ca + 40 Ca (рис. 1А) и 96 Zr + 124 Sn (рис. 1В): потенциалы в 96 Zr + 0264 Sn 9 DD-TDHF монотонно возрастает с уменьшением относительного расстояния, в то время как потенциалы в 40 Ca + 40 Ca и в приближении замороженной плотности в 96 Zr + 124 Sn демонстрируют барьерную структуру при определенном относительном расстояние.Мы наблюдали монотонный рост потенциала и в других тяжелых системах [41]. Рост потенциала в тяжелых системах мы рассматриваем как переход от двухчастичной динамики сталкивающихся ядер к одночастичной динамике составной системы с сильным перекрытием плотностей сталкивающихся ядер в ТДГФ и как появление условной седловой точки внутри кулоновский барьер в тяжелых системах [51–54].

    Здесь мы хотели бы отметить, что это свойство отличается от свойства, полученного методом DC-TDHF в той же системе столкновений в Oberacker et al. [43]. Это различие связано с разной интерпретацией ядерно-ядерного потенциала между двумя методами. В методе DC-TDHF минимизация энергии осуществляется при заданной плотности системы, полученной из TDHF, для вывода ядерно-ядерного потенциала, исключающего внутренние возбуждения в этой системе. В методе DD-TDHF потенциал выводится в предположении, что эволюция TDHF сводится к одномерному уравнению движения для относительного движения. Мы считаем, что потенциал DD-TDHF может включать в себя часть энергии внутреннего возбуждения DC-TDHF.Происхождение различия между двумя потенциалами прокомментируем следующим образом: в тяжелых системах с большим кулоновским отталкиванием большее перекрытие плотностей снаряда и цели при столкновении в TDHF достигается на малом относительном расстоянии. В TDHF диабатические пересечения уровней могут происходить больше в большей области перекрытия, что приводит к части внутренних возбуждений и к переходу от двухчастичной к одночастичной картине системы. Эта часть внутренних возбуждений интерпретируется как потенциальная энергия в DD-TDHF, а в DC-TDHF — как энергия возбуждения. В методе DC-TDHF уплощение потенциала на коротких расстояниях внутри радиуса кулоновского барьера наблюдается в более тяжелых системах, что приводит к синтезу сверхтяжелых элементов в Umar et al. [42].

    На рисунке 1D приведенный коэффициент трения (γ/μ), коэффициент трения, разделенный на приведенную массу, извлеченный из уравнения (2), нанесен на график для выбранных систем. Коэффициент трения увеличивается по мере уменьшения R и показывает колебания в тяжелых системах. Мы считаем, что тот факт, что коэффициент трения становится отрицательным, свидетельствует о нарушении предположения о том, что траектория TDHF следует макроскопическому одномерному уравнению движения для относительного движения системы двух тел, сталкивающихся со столкновением.

    Наконец, мы рассматриваем происхождение затруднения синтеза в тяжелых системах посредством анализа с помощью DD-TDHF. Как упоминалось выше, ядерно-ядерный потенциал и диссипация энергии вносят основной вклад в появление конечной энергии сверхтолчка. Оценим увеличение потенциала на коротких расстояниях и накопленную энергию диссипации по коэффициенту трения по формуле [41],

    Ediss(t)=∫0tdt′γ[R(t′)]Ṙ(t′)2,    (4)

    до времени t , когда кинетическая энергия относительного движения системы полностью рассеялась.На рисунке 1E также показан вклад увеличения потенциала Δ V и рассеянной энергии E diss в энергию дополнительного толчка в системах 90, 92, 94, 96 Zr + 124 Sn. Результат Δ V > E diss указывает на то, что увеличение потенциала является основной причиной появления конечной энергии сверхтолчка, т. е. помехи синтеза. Хотя известно, что диссипация энергии играет важную роль в этом затруднении синтеза, этого недостаточно, чтобы объяснить количество дополнительной энергии толчка при анализе методом DD-TDHF.

    3.3. Нецентральные столкновения

    До сих пор применение метода DD-TDHF ограничивалось центральными столкновениями. Здесь мы обсуждаем возможное расширение метода на внецентральные столкновения. Рассматривая ( R, P ) и (φ, L ) как наборы канонических координат, где φ представляет собой угол поворота сталкивающейся системы в плоскости реакции, а L=µR2φ∙ – угловой момент относительного движения, получаем набор макроскопических уравнений движения:

    dPdt=-dVdR+12(P2µ2+L2µ2R2)dµdR+L2µR3-γRPµ,    (7) dLdt=-γφLµ.(8)

    Здесь γ R ( R ) и γ φ ( R ) обозначают радиальный и тангенциальный (или «скользящий») коэффициенты трения соответственно, где первый уже появился в уравнении (3) , случай центральных столкновений, а последний определяет диссипацию углового момента (ср. уравнение 8).

    На первый взгляд неизвестных величин три: ядерно-ядерный потенциал В , коэффициент радиального трения γ R и коэффициент тангенциального трения γ φ .Однако, поскольку временная эволюция φ( t ) и L ( t ) может быть получена из TDHF, одно моделирование TDHF уже дает коэффициент тангенциального трения на

    γφ(R)=-µ(t)L∙(t)L(t). (9)

    Таким образом, в уравнениях (5)–(8) есть только две неизвестные величины, т.е. для центральных столкновений.

    На рисунке 2 показаны результаты реакции 16 O+ 16 O при E / V B = 1.4, включая внецентральные столкновения, в качестве иллюстративного примера. На рисунке 2А ядерно-ядерный потенциал показан как функция относительного расстояния R . Мы также показываем потенциал в приближении замороженной плотности незаштрихованными кружками для сравнения. На рис. 2А хорошо видно, что метод дает практически одинаковые ядерно-ядерные потенциалы В ( Р ) независимо от прицельных параметров. На рис. 2В показан эффективный потенциал В эфф ( R ), сумма ядерного, кулоновского и центробежного потенциалов.Видно, что для b = 6 фм максимально близкое расстояние достигается около R = 10 фм, при котором эффективный потенциал совпадает с относительной энергией падающего излучения. На рисунках 2C,D приведенные коэффициенты радиального и тангенциального трения, β R = γ R /μ и β φ = γ φ /μ, показаны как функция относительной расстояние. Существенной зависимости коэффициентов трения от прицельных параметров в этой системе мы не обнаружили.Таким образом, этот подход позволяет нам получить доступ к механизму диссипации углового момента, и систематические расчеты продолжаются.

    Рисунок 2 . Результаты расчетов DD-TDHF для реакции 16 O+ 16 O при E / V B = 1,4 при различных прицельных параметрах. Ядерно-ядерные потенциалы и эффективный потенциал Veff(R)=V(R)+L2/2µR2 показаны на (A,B) соответственно в зависимости от относительного расстояния R .Приведенные коэффициенты радиального трения β R = γ R /μ показаны на (C) , а приведенные коэффициенты тангенциального трения β φ = γ φ 9, показаны в (D) .

    Обратите внимание, что нецентральные эффекты на ядерно-ядерные потенциалы и параметры эффективной массы в реакциях слияния изучались в TDHF и DC-TDHF в Jiang et al. [21]. Интересно провести подробное сравнение между ними и нашим DD-TDHF в будущей работе.

    4. Резюме

    В рамках метода DD-TDHF обсуждался макроскопический аспект динамики ТДГФ для низкоэнергетических ядерных реакций при энергиях вблизи кулоновского барьера. Мы показали, что динамическая реорганизация одночастичных волновых функций внутри сталкивающихся ядер влияет на макроскопический ядерно-ядерный потенциал, что приводит к динамическому уменьшению потенциала вокруг радиуса кулоновского барьера в системах с легкой и средней массой. В тяжелых системах динамическая реорганизация приводит к затруднению слияния, увеличению потенциала по сравнению с потенциалом, полученным из приближения замороженной плотности, в котором пренебрегается эффектом динамической реорганизации.Путем распространения метода DD-TDHF на внецентральные столкновения коэффициент тангенциального трения был извлечен в реакции 16 O+ 16 O в дополнение к ядерно-ядерному потенциалу и радиальному трению. Как и ожидалось, ядерно-ядерные потенциалы не показывают существенной зависимости от начального углового момента. Сила тангенциального трения того же порядка, что и радиального. Из этого расширения можно получить доступ к механизму рассеяния углового момента из микроскопических моделей реакций.Возможным будущим расширением будет систематическое исследование механизма рассеяния углового момента в различных системах, особенно в тяжелых системах, для решения проблемы помех термоядерному синтезу. Другим возможным расширением было бы систематическое изучение столкновений с деформированными ядрами. Интересно изучить ориентационный эффект, зависимость угла между осью столкновения и главной осью деформированного ядра, от ядерно-ядерного потенциала и коэффициента трения. Было бы важно исследовать, как диссипация орбитального углового момента связана с вращением деформированного ядра во время столкновения.

    Вклад авторов

    Все перечисленные авторы внесли существенный, непосредственный и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее для публикации.

    Финансирование

    Эта работа была частично поддержана программой QR Университета Кюсю, двусторонней программой JSPS-NSFC для совместного исследовательского проекта по ядерной массе и жизни для разгадки тайн r-процесса, а также грантом JSPS в помощь начинающим ученым. № 19К14704.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Авторы выражают благодарность Дени Лакруа и Сакиру Айику за сотрудничество в этой работе. В этой работе использовались вычислительные ресурсы суперкомпьютерной системы Oakforest-PACS, предоставленные Междисциплинарной совместной исследовательской программой Центра вычислительных наук (CCS) Университета Цукуба (идентификатор проекта: NUCLHIC), и вычислительные ресурсы системы HPCI (Oakforest-PACS), предоставленные Объединенным центром передовых высокопроизводительных вычислений (JCAHPC) в рамках системного проекта HPCI (идентификатор проекта: hp1

      ).

      Каталожные номера

      1. Бонче П., Кунин С., Негеле Дж.В. Одномерная ядерная динамика в нестационарном приближении Хартри-Фока. Phys Rev C . (1976) 13 : 1226–58. doi: 10.1103/PhysRevC.13.1226

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      3. Хасимото Ю. Линейные отклики в нестационарном методе Хартри-Фока-Боголюбова с взаимодействием Гоньи. Евро Физ J A . (2012) 48 :55. doi: 10.1140/epja/i2012-12055-0

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      4.Reisdorf W, Hessberger FP, Hildenbrand KD, Hofmann S, Münzenberg G, Schmidt KH, et al. Влияние коллективного движения поверхности на пороговое поведение ядерного синтеза. Phys Rev Lett . (1982) 49 : 1811–5. doi: 10.1103/PhysRevLett.49.1811

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      5. Dasso CH, Landowne S, Winther A. Эффекты взаимодействия каналов в реакциях синтеза тяжелых ионов. Нукл Физ А . (1983) 405 : 381–96.

      Академия Google

      6.Балантекин А.Б., Такигава Н. Квантовое туннелирование в ядерном синтезе. Rev Mod Phys . (1998) 70 : 77–100. doi: 10.1103/RevModPhys.70.77

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      7. Хагино К., Такигава Н. Реакции подбарьерного синтеза и квантовое туннелирование многих частиц. Прог Теор Физ . (2012) 128 : 1001–60. doi: 10.1143/PTP.128.1061

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      10. Накацукаса Т., Ябана К. Теория линейного отклика в континууме для деформированных ядер: функция Грина в сравнении с функцией Грина.нестационарная модель Хартри-Фока с поглощающим краевым условием. Phys Rev C . (2005) 71 :024301. doi: 10.1103/PhysRevC.71.024301

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      11. Марун Дж.А., Рейнхард П. Г., Стивенсон П.Д., Стоун Дж.Р., Стрейер М.Р. Дипольные гигантские резонансы в деформированных тяжелых ядрах. Phys Rev C . (2005) 71 :064328. doi: 10.1103/PhysRevC.71.064328

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      12. Авез Б., Сименел С., Хомаз П.Исследование парных колебаний с помощью нестационарной теории Хартри-Фока-Боголюбова. Phys Rev C . (2008) 78 :044318. doi: 10.1103/PhysRevC.78.044318

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      13. Эбата С., Накацукаса Т., Инакура Т., Йошида К., Хашимото Ю., Ябана К. Теория Хартри-Фока-Боголюбова, зависящая от времени, на каноническом базисе и расчеты линейного отклика. Phys Rev C . (2010) 82 :034306. doi: 10.1103/PhysRevC.82.034306

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      14.Стецку И., Булгач А., Магиерски П., Роше К.Дж. Изовекторный гигантский дипольный резонанс из трехмерной нестационарной теории функционала плотности для сверхтекучих ядер. Phys Rev C . (2011) 84 :051309. doi: 10.1103/PhysRevC.84.051309

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      15. Скампс Г., Лакруа Д. Систематика изовекторных и изоскалярных гигантских квадрупольных резонансов в нормальных и сверхтекучих сферических ядрах. Phys Rev C . (2013) 88 :044310.doi: 10.1103/PhysRevC.88.044310

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      16. Ким К.Х., Оцука Т., Бонче П. Трехмерные расчеты TDHF для реакций нестабильных ядер. Дж Физ Г . (1997) 23 :1267.

      Академия Google

      17. Умар А.С., Обераккер В.Е. Потенциал взаимодействия тяжелых ионов, полученный из зависящего от времени расчета Хартри-Фока с ограничением плотности. Phys Rev C . (2006) 74 :021601. дои: 10.1103/PhysRevC.74.021601

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      18. Умар А.С., Обераккер В. Е. Зависящий от времени расчет Хартри-Фока с ограничением по плотности для сечений плавления 16 O+ 208 Pb. Eur Phys J A. (2009). 39 :243–7. doi: 10.1140/epja/i2008-10712-5

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      19. Вашияма К., Лакруа Д. Энергетическая зависимость ядерно-ядерного потенциала вблизи кулоновского барьера. Phys Rev C . (2008) 78 :024610. doi: 10.1103/PhysRevC.78.024610

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      20. Вашияма К., Лакруа Д., Айик С. Рассеивание энергии одного тела в реакциях синтеза из теории среднего поля. Phys Rev C . (2009) 79 :024609. doi: 10.1103/PhysRevC.79.024609

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      21. Jiang X, Maruhn JA, Yan S. Микроскопическое исследование нецентральных эффектов в реакциях синтеза тяжелых ионов со сферическими ядрами. Phys Rev C . (2014) 90 :064618. doi: 10.1103/PhysRevC.90.064618

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      22. Хасимото Ю., Скампс Г. Зависимость калибровочного угла в нестационарных расчетах Хартри-Фока-Боголюбова 20 O+ 20 O лобовых столкновений с взаимодействием Гоньи. Phys Rev C . (2016) 94 :014610. doi: 10.1103/PhysRevC.94.014610

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      23.Kedziora DJ, Simenel C. Новый механизм обратного квазиделения для получения ядер трансфермиума, богатых нейтронами. Phys Rev C . (2010) 81 :044613. doi: 10.1103/PhysRevC.81.044613

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      24. Wakhle A, Simenel C, Hinde DJ, Dasgupta M, Evers M, Luong DH, et al. Взаимодействие между квантовыми оболочками и ориентацией в квазиделении. Phys Rev Lett . (2014) 113 :182502. doi: 10. 1103/PhysRevLett.113.182502

      Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

      25.Секидзава К., Ябана К. Зависящие от времени расчеты Хартри-Фока для процессов многонуклонной передачи и квазиделения в реакции 64 Ni+ 238 U. Phys Rev C . (2016) 93 :054616. doi: 10.1103/PhysRevC.93.054616

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      26. Сименел С., Умар А.С. Образование и динамика осколков деления. Phys Rev C . (2014) 89 :031601. doi: 10.1103/PhysRevC.89.031601

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      27.Скампс Г., Сименел С., Лакруа Д. Сверхтекучие динамики деления 258 Fm. Phys Rev C . (2015) 92 :011602(R). doi: 10.1103/PhysRevC.92.011602

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      28. Годдард П., Стивенсон П., Риос А. Динамика деления в зависимости от времени Хартри-Фока: деление, вызванное деформацией. Phys Rev C . (2015) 92 :054610. doi: 10.1103/PhysRevC.92.054610

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      29.Булгак А., Магиерски П., Роше К.Дж., Стетку И. Индуцированное деление 240 Pu в микроскопическом масштабе в реальном времени. Phys Rev Lett . (2016) 116 :122504. doi: 10.1103/PhysRevLett.116.122504

      Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

      30. Сименел С. Реакции переноса частиц с помощью зависящей от времени теории Хартри-Фока с использованием метода проецирования числа частиц. Phys Rev Lett . (2010) 105 :192701.doi: 10.1103/PhysRevLett.105.192701

      Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

      31. Sekizawa K, Yabana K. k. k. k. реакции. Phys Rev C . (2013) 88 :014614. doi: 10.1103/PhysRevC.88.014614

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      32. Скампс Г., Лакруа Д. Влияние спаривания на перенос одного и двух нуклонов ниже кулоновского барьера: микроскопическое описание, зависящее от времени. Phys Rev C . (2013) 87 :014605. doi: 10.1103/PhysRevC.87.014605

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      33. Wu Z, Guo L. Микроскопические исследования сечений образования в реакции многонуклонной передачи 58 Ni+ 124 Sn. Phys Rev C . (2019) 100 :014612. дои: 10.1103/PhysRevC.100.014612

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      34. Jiang X, Wang N. Исследование механизма образования нейтронно-избыточных ядер в реакциях многонуклонной передачи. Phys Rev C . (2020) 101 :014604. doi: 10.1103/PhysRevC.101.014604

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      36. Накацукаса Т. Подходы функционала плотности к коллективным явлениям в ядрах: Теория функционала плотности, зависящая от времени, для пертурбативной и непертурбативной ядерной динамики. Prog Theor Exp Phys . (2012) 2012 :01A207. doi: 10.1093/ptep/pts016

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      37. Накацукаса Т., Мацуянаги К., Мацуо М., Ябана К. Зависимое от времени описание ядерной динамики плотностью. Rev Mod Phys . (2016) 88 :045004. doi: 10.1103/RevModPhys.88.045004

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      38. Сименел С., Умар А.С. Столкновения тяжелых ионов и динамика деления с нестационарной теорией Хартри-Фока и ее расширениями. Часть программы Nucl Phys . (2018) 103 : 19–66. doi: 10.1016/j.ppnp.2018.07.002

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      39. Секидзава К. Теория TDHF и ее расширения для реакции многонуклонной передачи: мини-обзор. Фронт Физ . (2019) 7 :20. doi: 10.3389/fphy.2019.00020

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      40. Стивенсон П.Д., Бартон М.С. Низкоэнергетические реакции с тяжелыми ионами и эффективное взаимодействие Скирма. Часть программы Nucl Phys . (2019) 104 : 142–64. doi: 10.1016/j.ppnp.2018.09.002

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      41. Васияма К. Микроскопический анализ помех синтеза в тяжелых ядерных системах. Phys Rev C . (2015) 91 :064607. doi: 10.1103/PhysRevC.91.064607

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      42. Умар А.С., Оберакер В.Е., Марун Дж.А., Рейнхард П.Г. Динамика входных каналов реакций горячего и холодного синтеза, приводящих к сверхтяжелым элементам. Phys Rev C . (2010) 81 :064607. doi: 10.1103/PhysRevC.81.064607

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      43. Оберакер В.Е., Умар А.С., Марун Дж.А., Рейнхард П.Г. Микроскопическое исследование реакций 132, 124 Sn+ 96 Zr: динамическая энергия возбуждения, энергозависимый потенциал тяжелых ионов и сечение захвата. Phys Rev C . (2010). 82 :034603. doi: 10.1103/PhysRevC.82.034603

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      44.Умар А.С., Сименел С., Оберакер В.Е. Энергетическая зависимость потенциальных барьеров и ее влияние на сечения слияния. Phys Rev C . (2014) 89 :034611. doi: 10.1103/PhysRevC.89.034611

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      45. Gäggeler H, Sikkeland T, Wirth G, Brüchle W, Bögl W, Franz G, et al. Исследование подбарьерного слияния и сверхтолчка путем измерения остатков испарения фермия в различных реакциях с тяжелыми ионами. Z Физ А . (1984) 316 : 291–307.дои: 10.1007/BF01439902

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      46. Sahm CC, Clerc HG, Schmidt KH, Reisdorf W, Armbruster P, Heberger FP, et al. Затруднение синтеза при центральных столкновениях тяжелых симметричных ядерных систем. Z Физ А . (1984) 319 : 113–8. дои: 10.1007/BF01415623

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      47. Сименел С., Авез Б., Голабек С. Микроскопическое описание столкновений тяжелых ионов вокруг барьера (2009).архив: 0904.2653.

      Академия Google

      48. Guo L, Nakatsukasa T. Зависимые от времени исследования Хартри-Фока динамического порога слияния. Веб-конференция EPJ . (2012) 38 :09003. дои: 10.1051/epjconf/20123809003

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      49. Шмидт К.Х., Моравек В. Условия синтеза тяжелых ядер. Rep Prog Phys . (1991) 54 :949.

      Академия Google

      50.Басс Р. Синтез тяжелых ядер в классической модели. Нукл Физ А . (1974) 231 : 45–63.

      Академия Google

      52. Святецки В.Дж. Динамика слияния двух ядер. Нукл Физ А . (1982) 376 : 275–91.

      Академия Google

      53. Бьорнхольм С., Святецки В.Дж. Динамические аспекты ядерно-ядерных столкновений. Нукл Физ А . (1982) 391 : 471–504.

      Академия Google

      54.Swiatecki WJ, Siwek-Wilczynska K, Wilczynski J. Слияние путем диффузии. II. Синтез трансфермиевых элементов в реакциях холодного синтеза. Phys Rev C . (2005) 71 :014602. doi: 10.1103/PhysRevC.71.014602

      Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

      Животворящее Солнце

       


      Курсы Калспейса

       Изменение климата · Часть первая
      Изменение климата · Часть вторая
      Введение в астрономию

            Введение в программу астрономии

          1.0 – Введение
      2.0 – Как делается наука 90 051 3.0 – Большой взрыв 90 051 4.0 – Открытие Галактики
      5.0 — Возраст и происхождение Солнечной системы
      6.0 – Методы наблюдательной астрономии 90 051
        7. 0 Животворящее Солнце
      · 7.1 – Электромагнитный спектр
      · 7.2 – Структура Солнца. и Нук. Fusion

          8.0 – Планеты Солнечной системы
      9.0 – Земля в космосе
      10.0 – В поисках внесолнечных планет
      11.0 — Современные виды Марса
      12.0 – Финал Вселенной 90 051
       Жизнь во Вселенной

       Глоссарий: изменение климата
      Глоссарий: Астрономия
      Глоссарий: Жизнь во Вселенной

       

      Структура Солнца и ядерный синтез



      Протон-протонная цепочка. Это основная реакция синтеза на Солнце.Масса в форме атомов водорода преобразуется в энергию согласно формуле Эйнштейна: E = mc 2 .
      Что за огонь горит на Солнце? И что поддерживает его стабильное горение?

      Генератор энергии на Солнце находится в его центре, глубоко внутри него. Его называют «ядром», его радиус близок к четверти радиуса звезды (см. рисунок выше). В ядре давление и температура достаточно высоки, чтобы вызвать синтез, то есть ядерные реакции, при которых одни ядра сливаются, чтобы образовать другие.Это тип реакции, которая приводит в действие водородную бомбу. Наиболее важной реакцией в ядре Солнца является процесс, называемый «протон-протонный цикл».

      фотонов В протон-протонной цепной реакции ядра водорода превращаются в ядра гелия через ряд промежуточных соединений. Реакции производят высокоэнергетические фотоны (гамма-лучи), которые проходят через «излучающий слой», окружающий ядро. Этот слой занимает 60 процентов радиуса Солнца. Энергии требуется миллион лет, чтобы пройти через этот слой в «конвективный слой», потому что фотоны постоянно перехватываются, поглощаются и переизлучаются.В ядре ядра гелия составляют 62% массы (остальное по-прежнему составляет водород). Излучающий и конвективный слои содержат около 72% водорода, 26% гелия и 2% более тяжелых элементов (по массе). Энергия, полученная в результате синтеза, затем переносится на поверхность Солнца и излучается в виде света или выбрасывается в виде частиц высокой энергии.

      К тому времени, когда энергия достигает поверхности Солнца, все охлаждается до 6000 градусов по Кельвину, температура, соответствующая солнечному свету, который мы видим. К настоящему времени большая часть водорода находится в атомарном состоянии, а плотность газа низка, как у газа в неоновых лампах.Энергия, излучаемая горячей поверхностью, в среднем составляет около 230 миллионов ватт на квадратный метр. (На поверхности Земли мы обычно получаем около миллионной части этой суммы, чтобы согреться.)

      Поверхность Солнца с активными областями и магнитными петлями. (Любезно предоставлено консорциумом SOHO/EIT)

      Ядерный синтез, источник всей энергии, столь щедро излучаемой Солнцем, делает две вещи: он превращает водород в гелий (точнее, делает ядра гелия из протонов) и преобразует массы в энергию.

      Преобразование массы в энергию описывается знаменитым уравнением Эйнштейна: E = mc 2 , или, другими словами, энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света. Поскольку скорость света — очень большое число, это уравнение говорит о том, что можно получить много энергии, используя небольшое количество массы.

      Энергия, создаваемая термоядерными процессами в ядре Солнца (или любой другой звезды), оказывает внешнее давление. Если его не сдержать, такое давление вызовет взрыв (как это происходит в водородной бомбе, только в гораздо меньших масштабах).Внутреннее давление, удерживающее звезду от взрыва, — это гравитационное притяжение газовой мантии, окружающей ядро ​​(составляющее большую часть объема Солнца, очень горячее, но не сгорающее).

      Давление энергии, генерируемой в солнечном ядре, выталкивает наружу и заставило бы Солнце расширяться, если бы оно не было точно уравновешено гравитационным давлением внешних слоев Солнца.

      Внешнее давление реакций синтеза удерживает звезды от коллапса.Внутреннее давление гравитации удерживает звезды от взрыва. Если реакции синтеза в ядре становятся слишком слабыми, звезда может коллапсировать и действительно коллапсирует. Такой коллапс может создать новые условия в ядре, которые приведут к новым типам реакций синтеза, так что последует расширение. Если реакции синтеза в ядре станут слишком сильными, звезда может взорваться и действительно взорвется. Такие события можно наблюдать. Когда звезда взрывается, она какое-то время сияет с невероятной яркостью; из незамеченной она превращается в «новую» звезду, в «новую».Звезды, подобные нашему Солнцу, где внутреннее давление и внешнее давление хорошо сбалансированы, лишь незначительно колеблются в яркости и испускают постоянный поток энергии. Баланс достигается за счет саморегуляции: небольшое уменьшение энергии синтеза приведет к сжатию, которое нагреет ядро ​​и увеличит скорость синтеза, и наоборот. Другие звезды, где баланс настроен не так хорошо, заметно пульсируют. Жизнь на планете, вращающейся вокруг пульсирующей звезды, по-видимому, будет трудной или невозможной.

      Крабовидная туманность.Это остаток сверхновой, вспыхнувшей в 1054 году. Когда ядерные реакции в ядре звезды перестают создавать достаточное давление, чтобы компенсировать ее вес, звезда может взорваться, как это произошло здесь. (Предоставлено VLT)
      Таким образом, причина того, что Солнце не расширяется (из-за продолжающегося внутреннего взрыва) и не сжимается (из-за собственного веса), заключается в том, что две силы сохраняют равновесие. В далеком будущем, когда это равновесие будет нарушено из-за того, что большая часть водорода израсходована, Солнце расширится.Это будет конец Солнечной системы, какой мы ее знаем.

      Фотография Солнца, демонстрирующая солнечные пятна, темные участки неправильной формы на поверхности. Зачастую они настолько велики, что их можно увидеть невооруженным глазом. (Предоставлено НАСА)
      Таким образом, в целом наша звезда светит ровным светом. Однако его выход изменился за геологическое время. Кроме того, он немного меняется в зависимости от количества циклов. Наиболее очевидным проявлением этого является так называемый «цикл солнечных пятен», который описывает периодические изменения количества пятен на поверхности Солнца.Обилие пятен связано с яркостью Солнца (больше пятен, больше яркость). Вариация составляет менее 1 процента, а механизмы плохо изучены. Это связано с изменениями магнитного поля Солнца и с конвекцией во внешнем слое нашей звезды (а не с процессами в ядре). Активность солнечных пятен тесно связана с выбросом солнечной плазмы (в основном протонов) и последующим атмосферным фейерверком в полярных регионах Земли, называемым «полярным сиянием».

      Северное сияние Заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с атомами в атмосфере Земли, создавая «северное сияние».

      Оставить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован.