Ядерные иследования
ПЛАН:
1.Введения
2.Радиоактивность
3.Ядерные реакторы
4.Инженерные аспекты термоядерного реактора
5.Ядерная реакция. Ядерная енергетика.
6.Гамма-излучения
7.Атомный реактор
8.Принципы построения атомной енергетики
9.Ядерный синтез завтра
10 .Выивод
11.Список литератури
ВВЕДЕНИЕ: что изучает физика?
Физика - наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее
общие закономерности природы, строение и законы движения материи. Физику
относят к точным наукам. Ее понятия и законы составляют основу
естествознания. Границы, разделяющие физику и другие естественные науки,
исторически условны. Принято считать, что в своей основе физика является
наукой экспериментальной, поскольку открытые ею законы основаны на
установленных опытным путем данных. Физические законы представляются в виде
количественных соотношений, выраженных на языке математики. В целом физика
разделяется на экспериментальную, имеющую дело с проведением экспериментов
с целью установления новых фактов и проверки гипотез и известных физических
законов, и теоретическую, ориентированную на формулировку физических
законов, объяснение на основе этих законов природных явлений и предсказание
новых явлений.
Структура физики сложна. В нее включаются различные дисциплины или
разделы. В зависимости от изучаемых объектов выделяют физику элементарных
частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, физику газов и жидкостей,
физику плазмы, физику твердого тела. В зависимости от изучаемых процессов
или форм движения материи выделяют механику материальных точек и твердых
тел, механику сплошных сред (включая акустику), термодинамику и
статистическую механику, электродинамику (включая оптику), теорию
тяготения, квантовую механику и квантовую теорию поля. В зависимости от
ориентированности на потребителя получаемого знания выделяют
фундаментальную и прикладную физику. Принято выделять также учение о
колебаниях и волнах, рассматривающее механические, акустические,
электрические и оптические колебания и волны под единым углом зрения. В
основе физики лежат фундаментальные физические принципы и теории, которые
охватывают все разделы физики и наиболее полно отражают суть физических
явлений и процессов действительности.
От ранних цивилизаций, возникших на берегах Тигра, Евфрата и
Нила (Вавилон, Ассирия, Египет), не осталось никаких свидетельств о
достижениях в области физических знаний, за исключением овеществленных в
архитектурных сооружениях, бытовых и т.п. изделиях знаний. Возводя
различного рода сооружения и изготавливая предметы быта, оружия и т.д.,
люди использовали определенные результаты многочисленных физических
наблюдений, технических опытов, их обобщений. Можно сказать, что
существовали определенные эмпирические физические знания, но не было
системы физических знаний.
Физические представления в Древнем Китае появились также на основе
различного рода технической деятельности, в процессе которой вырабатывались
разнообразные технологические рецепты. Естественно, что прежде всего
вырабатывались механические представления. Так, китайцы имели представления
о силе ( то, что заставляет двигаться), противодействии, (то, что
останавливает движение), рычаге, блоке, сравнении весов (сопоставлении с
эталоном). В области оптики китайцы имели представление об образовании
обратного изображения в "camera obscura". Уже в шестом веке до н.э. они
знали явления магнетизма - притяжения железа магнитом, на основе чего был
создан компас. В области акустики им были известны законы гармонии, явления
резонанса. Но это были еще эмпирические представления, не имевшие
теоретического объяснения.
В Древней Индии основу натурфилософских представлений составляют учение о
пяти элементах - земле, воде, огне, воздухе и эфире. Существовала также
догадка об атомном строении вещества. Были разработаны своеобразные
представления о таких свойствах материи, как тяжесть, текучесть, вязкость,
упругость и т.д., о движении и вызывающих его причинах. К VI в. до н.э.
эмпирические физические представления в некоторых областях обнаруживают
тенденцию перехода в своеобразные теоретические построения (в оптике,
акустике).
РАДИОАКТИВНОСТЬ
Явление радиоактивности, или спонтанного распада ядер, была открыта
французским физиком А. Беккерелем в 1896 г. Он обнаружил, что уран и его
соединения испускают лучи или частицы, проникающие сквозь непрозрачные
тела и способные засвечивать фотопластинку, Беккерель установил, что
интенсивность излучения пропорциональна только концентрации урана и не
зависит от внешних условий (температура, давление) и от того, находится ли
уран в каких-либо химических соединениях.
Английскими физиками Э. Резерфордом и Ф. Содди было доказано, что во
всех радиоактивных процессах происходят взаимные превращения атомных ядер
химических элементов. Изучение свойств излучения, сопровождающего эти
процессы в магнитном и электрическом полях, показало, что оно разделяется
на (-частицы (ядра гелия), (- частцы (электроны) и (- лучи
(электромагнитное излучение с очень малой длиной волны ).
Атомное ядро, испускающее (-кванты, (-, (- или другие частицы,
называется радиоактивным ядром. В природе существует 272 стабильных атомных
ядра. Все остальные ядра радиоактивны и называются радиоизотопами.
Альфа-распад.
Энергия связи ядра характеризует его устойчивость к распаду на составные
части. Если энергия связи ядра меньше энергии связи продуктов его распада,
то это означает, что ядро может самопроизвольно (спонтанно) распадаться.
При альфа-распаде альфа-частицы уносят почти всю энергию и только 2 % ее
приходится на вторичное ядро. При альфа-распаде массовое число изменяется
на 4 единицы, а атомный номер на две единицы.
Начальная энергия альфа-частицы составляет 4-10 МэВ. Поскольку альфа-
частицы имеют большую массу и заряд, длина их свободного пробега в воздухе
невелика. Так, например, длина свободного пробега в воздухе альфа-частиц,
испускаемых ядром урана, равна 2,7 см, а испускаемых радием, - 3,3 см.
Бета-распад.
Это процесс превращения атомного ядра в другое ядро с изменением
порядкового номера без изменения массового числа. Различают три типа (-
распада: электронный, позитронный и захват орбитального электрона атомным
ядром. тип Последний распада принято также называть К-захватом, поскольку
при этом наиболее вероятно поглощение электрона с ближайшей к ядру К
оболочки. Поглощение электронов с L и М оболочек также возможно, но менее
вероятно. Период полураспада ( -активных ядер изменяется в очень широких
пределах.
Число бета-активных ядер, известных в настоящее время, составляет около
полутора тысяч, но только 20 из них являются естественными бета-
радиоактивными изотопами. Все остальные получены искусственным путем.
Непрерывное распределение по кинетической энергии испускаемых при распаде
электронов объясняется тем обстоятельством, что наряду с электроном
испускается и антинейтрино. Если бы не было антинейтрино, то электроны
имели бы строго определенный импульс, равный импульсу остаточного ядра.
Резкий обрыв спектра наблюдается при значении кинетической энергии, равной
энергии бета-распада. При этом кинетические энергии ядра и антинейтрино
равны нулю и электрон уносит всю энергию, выделяющихся при реакции.
При электронном распаде остаточное ядро имеет порядковый номер на единицу
больше исходного при сохранении массового числа. Это означает, что в
остаточном ядре число протонов увеличилось на единицу, а число нейтронов,
наоборот, стало меньше: N=A-(Z+1).
Позитронный бета-распад.
При позитронном распаде сохраняется полное число нуклонов, но в конечном
ядре на один нейтрон больше, чем в исходном. Таким образом, позитронный
распад может быть интерпретирован как реакция превращения внутри ядра
одного протона в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино.
Электронный захват.
К электронному захвату относится процесс поглощения атомом одного из
орбитальных электронов своего атома. Поскольку наиболее вероятен захват
электрона с орбиты, наиболее близко расположенных к ядру, то с наибольшей
вероятность поглощаются электроны К-оболочки . Поэтому этот процесс
называется также К-захватом.
С гораздо меньшей вероятностью происходит захват электронов с L-,M-
оболочек. После захвата электрона с К-оболочки происходит ряд переходов
электронов с орбиты на орбиту, образуется новое атомное состояние
испускается рентгеновский квант.
Гамма-распад.
Стабильные ядра находятся в состоянии, отвечающем наименьшей энергии. Это
состояние называется основным. Однако путем облучения атомных ядер
различными частицами или высокоэнергитическими протонами им можно передать
определенную энергию и, следовательно, перевести в состояния, отвечающие
большей энергии. Переходя через некоторое время из возбужденного состояния
в основное, атомное ядро может испустить или частицу, если энергия
возбуждения достаточно высока, или высокоэнергетическое электромагнитное
излучение - гамма-квант.
Поскольку возбужденное ядро находится в дискретных энергетических
состояниях, то и гамма-излучение характеризуется линейчатым спектром.
Ядерные реакторы.
При делении тяжелых ядер образуется несколько свободных нейтронов. Это
позволяет организовать так называемую цепную реакцию деления, когда
нейтроны, распространяясь в среде, содержащей тяжелые элементы, могут
вызвать их деление с испусканием новых свободных нейтронов. Если среда
такова, что число вновь рождающихся нейтронов увеличивается, то процесс
деления лавинообразно нарастает. В случае, когда число нейтронов при
последующих делениях уменьшается, цепная ядерная реакция затухает.
Для получения стационарной цепной ядерной реакции, очевидно, необходимо
создать такие условия, чтобы каждое ядро, поглотившее нейтрон, при делении
выделяло в среднем один нейтрон, идущий на деление второго тяжелого ядра.
Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется и
поддерживается управляемая цепная реакция деления некоторых тяжелых ядер.
