Подготвено от: Б. Хорватова

ядра

Атомните ядра са сложни системи. Те се състоят от нуклони t. j. неутрони и протони. Само ядрото на водородния атом е проста система. Съставът на ядрата е важен не само за физиката, но и за химията. Електрическият заряд на ядрото qj = + Ze, e = 1,602 * 10 -19 C, зависи само от протонното число.

Нуклиди се образува от атоми, чиито ядра имат еднакво протонно число Z и едно и също число нуклони A. Изотопи са различни нуклиди от един елемент, имат един и същ протонен номер и различни нуклонни числа, така че те също имат различни маси.

Интересно е да се изчисли сумата от масите на ядрата в ядрото m`j = Zmp + Nmn, да се сравнят с действителната, експериментално определена маса на ядрото mj Масата на ядрото винаги е по-малка от сумата на маси от протони и неутрони. mj 2, където? m е промяната в теглото в покой на системата.

Енергията на свързване Ej на ядро, състоящо се от Z протони и N неутрони, има загуба на маса Bj обвързани с релацията Ej = Bjc 2, Bj = Zmp + Nmp - mj.

Колкото по-голям е Bj, в сравнение с Zmp + Nmn колкото по-леко е ядрото, толкова по-силни са нуклоните в ядрото. Енергия Ej трябва да доставим ядрото, ако искаме да го разложим на отделни нуклони. Еднакво висока енергия Ej се отделя по време на синтеза на ядрото от отделни нуклони. Въвежда се количество енергия на свързване на нуклон εj = Ej/A, колкото по-висока е енергията на свързване εj, толкова по-трудно е дадено ядро ​​да се раздели на отделни нуклони.

На графиката виждаме енергията на свързване на нуклон в ядра с различни нуклеонни числа А. Някои ядра са много стабилни. Различните стойности на свързваща енергия на нуклон за различни ядра обясняват процесите, чрез които се освобождава част от вътрешната енергия на ядрата. Такива процеси протичат вътре в звездите, където енергията се освобождава чрез синтезиране на по-леки ядра в по-тежки. Ядра с по-малко енергия на свързване се променят към ядра с повече енергия на свързване и енергийната разлика се освобождава. В ядрените реактори ядрата на тежкия уран се разделят на по-леки, ядра с по-ниска стойност на свързваща енергия на нуклон се прехвърлят в ядра с по-висока стойност на свързваща енергия и разликата в енергиите на свързване се освобождава.

Огромните стойности на εj показват големината на ядрените сили, които свързват нуклоните в ядрото, въпреки силното електростатично отблъскване на положително заредени протони. Атрактивните ядрени сили, действащи между два нуклона, имат малък обхват от порядъка на 10 -15 m.

Изучаването на ядрените сили е една от трудните задачи на ядрената физика. В теорията на атомните ядра трябва също да вземем предвид, че нуклоните са микрочастици и се държат според законите на квантовата физика. Процесите, протичащи в атомното ядро, често могат да се характеризират само с определена вероятност.

В много ядрени процеси съставът на частиците на ядрата се променя. Има две събития: синтез на леки ядра (А 56, обикновено А> 200).

По време на тези реакции се отделя енергия. Тук символът Er означава енергията, която трябва да бъде доставена, за да се осъществи реакцията. Ако енергията е отрицателна, тя се освобождава в реакцията. В реакциите освободената енергия се проявява по такъв начин, че продуктите от реакцията ще имат по-висока кинетична енергия от ядрата, които са влезли в реакцията.

За да се осъществи синтезът на ядрата, е необходимо положително заредените ядра, влизащи в реакцията, да се приближават едно до друго на разстояние, приблизително равно на обхвата на ядрените сили. За да преодолеят електростатичното отблъскване на ядрата, частиците се нуждаят от много енергия, няколко MeV. Те могат да получат необходимата енергия, например в горещ газ. Тогава говорим за термоядрен синтез. Контролираната термоядрена реакция е обещаващ източник на енергия. Към днешна дата не е възможно да се постигне достатъчно висока температура и плътност на плазмата. Експериментите се извършват в съоръжения, наречени Tokamak. Магнитното поле компресира плазмата вътре в съда в тесен лъч и я отдалечава от стените. Това е така, защото всеки съд се топи и изпарява при контакт с горещата плазма.

Фигурата показва опростена схема на токамак, 1-метален пръстен, 2-плазмен, 3-жилен електромагнит, токов импулс в намотката произвежда електрически ток в плазмата по обиколката на пръстена и магнитното поле на това токът отдалечава плазмата от стените на съдовете.

След откриването на неутрона физиците осъзнават, че неутронът, който няма електрически заряд, няма да бъде отблъснат от ядрото и следователно може да бъде ефективен за предизвикване на ядрени реакции.

Трансформациите на ядра, индуцирани от въздействието на неутроните, започват да се изучават от Ферми. В тези експерименти той открива, че когато постави съд с вода или парафин между източника на неутрон и облъчената проба, радиоактивността на пробата се увеличава. При преминаване през вода или парафин неутроните пренасят част от енергията си към леките ядра в веществото и забавят. При предизвикване на ядрени реакции тези бавни неутрони са по-ефективни от оригиналните неутрони. Тези знания бяха използвани при изграждането на ядрени реактори.

При изстрелване на уранови ядра, урановите ядра се разделят на две средно тежки ядра.

те са нестабилни ядра, които по-късно се разпадат по-късно. Има няколко крайни състояния на дадена реакция, но те имат две общи свойства: Във всяка реакция се отделят около 200 MeV, от които около 80% като кинетична енергия на ядра и неутрони в крайно състояние, а в повечето реакции неутроните са формиран отново. Следователно деленето на ядрата на урана е източник на огромна енергия.

Тази енергия се използва в оръжейната индустрия, но също така и в атомните електроцентрали.

1) Обяснете загубата на тегло на сърцевината.

2) Какво е ядрен синтез?

3) Какви са реакциите на делене?

Прикачен файл със снимка:

учебник Физика за 4-та година на гимназията, Дж. Pišút и сътр.

Препратки:

J. Pišút и сътр. - Физика за 4-та година на гимназията