Какой химический элемент кроме ксенона появился в результате деления ядра урана
Реакция деления ядер была открыта в 1938 г. немецкими радиохимиками Ганном и Штрассманом, которые, облучая уран нейтронами, обнаружили образование ядер элемента 56Ва, отстоящего от урана по заряду на целых 36 единиц. Этот результат казался совершенно необъяснимым, так как ожидалось, что при облучении урана нейтронами должен получаться /Г -радиоактивный изотоп урана U 238 , который после /Г -распада должен был превратиться в трансурановый элемент 93Np 239 .
Объяснение было дано Фришем и Мейтнер, которые высказали гипотезу о неустойчивости ядра урана при его деформации. При захвате нейтрона ядро урана возбуждается и приходит в колебания, которые в некоторых случаях могут привести к разрыву ядра на две части (осколки деления). Позднее было установлено, что осколки деления имеют довольно широкий спектр масс, причём наиболее вероятным является деление на осколки, массы которых относятся как 2:3.
Масса (и энергия) делящегося ядра значительно превышает сумму масс осколков. В связи с этим при делении освобождается очень большая энергия Q ~ 200 МэВ, значительную часть которой (около 170 МэВ) уносят осколки в виде кинетической энергии.
Гипотеза Фриша и Мейтнер позволяет предсказать ещё два важных свойства осколков деления. При разделении ядра урана на два осколка все Z протонов и все N нейтронов ядра урана распределяются между этими осколками, поэтому в осколках должно быть примерно такое же соотношение между Z и N, что и в уране:
Но это соотношение не типично для стабильных изотопов ядер середины периодической таблицы (к которым относятся осколки). Например, для ядра '^Ва значение = 1,45, а не 1,6. Таким образом осколки, образующиеся при делении, оказываются перегруженными нейтронами, а следовательно, они должны быть /Г -радиоактивными и могут испускать нейтроны.
Эти свойства были подтверждены экспериментально. Действительно, при делении урана на один акт деления в среднем испускается 2,4 нейтрона, а осколки действительно /Г -радиоактивны.
Осколки деления - цезий и рубидий - претерпевают превращения:
Конечные продукты 140 Се и 94 Zr являются стабильными.
Кроме урана при облучении нейтронами делятся торий 23 9 2 0Th и протактиний 2 9[Ра , а так же плутоний 2 Ц Ри. Эти ядра могут также делиться самопроизвольно (спонтанное деление). Однако период полураспада для спонтанного деления, например, урана очень велик 10 16 лет). Нейтроны сверхвысоких энергий (порядка нескольких сотен МэВ) вызывают деление и более лёгких ядер. Ядра
- 235 U и 239 Pu делятся нейтронами любых энергий, но особенно хорошо медленными нейтронами. Ядра 238 U делятся только нейтронами с энергиями не меньшими ~1 МэВ. При меньших энергиях нейтроны поглощаются ядрами
- 238 U без последующего их деления. В результате образуется ядро 239 U, энергия возбуждения которого выделяется в виде у -фотона. Поэтому такой процесс называется радиационным захватом.
Образовавшееся в результате захвата нейтрона ядро 239 U нестабильно (период полураспада Т = 23 мин). Испуская электрон, антинейтрино и у -фотон, оно превращает в нептуний Np. Нептуний также претерпевает /Г -распад (Т = 2,3 дня), превращаясь в плутоний
239 Pu. Эта цепочка превращений выглядит следующим образом:
Плутоний а-радиоактивен. Однако его период полураспада так велик (24400 лет), что его можно считать практически стабильным.
Радиационный захват нейтронов ядром тория приводит к образованию делящегося изотопа 233 U , отсутствующего в природном уране:
233 U а-радиоактивен (Т = 162000 лет).
Испускание при делении ядер 235 U, 239 Ри и 233 U нескольких нейтронов делает возможным осуществление цепной ядерной реакции. Действительно, испущенные при делении одного ядра Z нейтронов могут вызвать деление Z ядер, в результате будет испущено Z 2 новых нейтронов, которые вызовут деление Z 2 ядер и т.д. Таким образом, количество нейтронов, рождающихся в каждом поколении, нарастает в геометрической прогрессии. Нейтроны, испускаемые при делении ядер 235 U , имеют скорость ~210 7 м/с. Поэтому время, протекающее между испусканием нейтрона и захватом его новым делящимся ядром, очень мало, так что процесс размножения нейтронов в делящемся веществе протекает очень быстро.
Нарисованная картина является идеальной. В действительности всё далеко не так. Прежде всего из-за конечных размеров делящегося вещества и большой проникающей способности нейтронов многие из них покинут зону реакции прежде, чем будут захвачены каким-либо ядром и вызовут его деление. Кроме того, часть нейтронов поглотится ядрами неделящихся примесей, вследствие чего выйдет из игры.
Природный уран содержит 99,27% изотопа 238 U, 0,72% 235 U и около 0,01% 234 U. Следовательно, на каждое делящееся под действием медленных нейтронов ядро 235 U приходится 140 ядер 238 U , которые захватывают не слишком быстрые нейтроны без деления. Поэтому в природном уране цепная реакция деления не возникает. Обычно для её осуществления используют либо чистый 235 U , либо 239 Ри.
В обоих случаях в куске делящегося вещества каждый захваченный ядром нейтрон вызывает деление с испусканием ~2,5 новых нейтронов.
Поскольку объём тела растёт как куб, а поверхность как квадрат линейных размеров, то относительная доля вылетающих наружу нейтронов уменьшается с ростом массы делящегося вещества. Отсюда следует, что существует некоторая масса, при которой может начаться цепная реакция. Эта масса называется критической. При массе, большей критической, нейтроны быстро размножаются, и реакция приобретает взрывной характер. На этом основано действие атомной бомбы.
Ядерный заряд такой бомбы представляет собой два или более кусков почти чистого 235 U или 239 Ри. Масса каждого куска меньше критической, вследствие чего цепная реакция не возникает.
В земной атмосфере всегда присутствует некоторое количество нейтронов, рождённых космическими лучами. Поэтому, чтобы вызвать взрыв, достаточно соединить части ядерного заряда в один кусок массой, большей критической. Такую массу нужно сконцентрировать за время порядка ~ 10 _3 с. Для соединения используют обычное взрывчатое вещество, с помощью которого одной частью заряда выстреливают в другую. Всё устройство заключено в массивную оболочку из металла большой плотности. Оболочка служит отражателем нейтронов и, кроме того, удерживает ядерный заряд от распыления. Цепная реакция в атомной бомбе идёт на быстрых нейтронах. При взрыве успевает прореагировать только часть ядерного заряда. Первые американские атомные бомбы содержали около 2 кг 235 U и приводились в действие указанным способом.
Иной способ осуществления цепной реакции используется в ядерных реакторах. В качестве делящегося вещества в них служит природный либо несколько обогащённый уран 235 U . Чтобы предотвратить радиационный захват нейтронов 238 U, сравнительно небольшие блоки делящегося вещества размещают на некотором расстоянии друг от друга, а промежутки между блоками заполняют замедлителем, т. е. веществом, в котором нейтроны замедляются до тепловых скоростей. Сечение захвата тепловых нейтронов ядром 238 U составляет всего 3 барна (1 барн = 10 -24 см 2 ), в то время как сечение деления тепловыми нейтронами почти в 200 раз больше (580 барн). Поэтому, хотя нейтроны сталкиваются с ядрами 238 U в 140
раз чаще, чем с ядрами 235 U , радиационный захват происходит реже, чем деление, и при больших критических размерах всего устройства коэффициент размножения нейтронов (т.е. отношение количеств нейтронов, рождающихся в двух последующих поколениях) может достигнуть значений, больших единицы (у первого реактора он был равен 1,005).
Замедление нейтронов осуществляется за счёт упругого рассеяния. В качестве замедлителя могут быть использованы тяжёлая вода, графит (С) и бериллий (Be).
Схема уран-графитового реактора приведена на рис. 3.2.
Здесь: 1 - замедлитель (графит); 2 - блоки из урана; 3 - стержни, содержащие кадмий или бор. Эти стержни служат для регулировки процесса в реакторе. Кадмий и бор интенсивно поглощают нейтроны. Поэтому введение стержней в реактор уменьшает коэффициент размножения нейтронов, а выведение - увеличивает. Специальное устройство, управляющее стержнями, позволяет поддерживать развиваемую в реакторе мощность на заданном уровне.
Первые промышленные реакторы предназначались для производства плутония. В таких реакторах часть нейтронов, испускаемых при делении ядер 235 U , идёт на поддержание цепной реакции, часть же претерпевает захват ядрами 238 U , что, согласно (3. 3), приводит к образованию Ри.
В настоящее время строятся реакторы самых различных назначений, в том числе и для производства электроэнергии.
10 Смотреть ответы Добавь ответ +10 баллов
Ответы 10
1) преломлением
2) скорость света в воздухе больше скорости света в среде
3) за счет преломления изображение находится в другом месте, чем на самом деле.
Простое правильно: +и+ друг от друга отталкиваются, +и- притягиваются друг к другу, -и- отталкиваются друг от друга.
Вследствие электрического притяжения часть свободных электронов стержня и стрелки перешла на сферу - ближе к положительно заряженной палочке. Поэтому на нижней части стержня и на стрелке образовался недостаток электронов, т.е. возник положительный заряд. Поэтому стрелка начала отталкиваться от стержня. Вели убрать заряженную палочку, не коснувшись электрометра, то стрелка вернется в вертикальное положение,
Если я правильно поняла, то это сила тяготения. примеры: Прилив, лавина, дети катаются с горки на санках, сосулька падает с крыши, идет снег, явление конвекции, бутерброд упал маслом вниз
Отклонение луча связано с прохождением через стекло - оптически более плотную среду, чем воздух. Наблюдается преломление света при переходе из среды с меньшей плотностью в среду с большей плотностью.
При замыкании переключателя по проводнику начинает протекать ток и на проводник действует сила Ампера. Направление силы Ампера определяется правилом левой руки. Под действием этой силы проводник приходит в движение и выбрасывается из магнита (выталкивается из магнитного поля).
Если изменить направление тока в проводнике или направление магнитного поля, то сила Ампера так же изменит направление своего действия.
Светящуюся часть пламени свечи создают не раскаленные газы, а несгоревшие мельчайшие раскаленные частицы углерода. При высокой температуре раскаленный уголь, как и металлы, излучает электроны, в результате чего сам заряжается положительно, поэтому пламя будет отклоняться в сторону отрицательного полюса электрофорной машины
Что а-частицами называют частицы, выбрасываемые с огромной скоростью некоторыми веществами при радиоактивном распаде. В то время, когда Резерфорд приступал к своим опытам, было известно, что а-частицы имеют положительный заряд, равный удвоенному элементарному заряду, и что при потере этого заряда (при присоединении двух электронов) сс-частица превращается в атом гелия. Скорость, с которой а-частицы вылетают из радиоактивного вещества, бывает порядка 109 см/сек
Для корректного отображения информации рекомендуем добавить наш сайт в исключения вашего блокировщика баннеров.
Для просмотра в натуральную величину нажмите на картинку
Идея нашего сайта - развиваться в направлении помощи ученикам школ и студентам. Мы размещаем задачи и решения к ним. Новые задачи, которые недавно добавляются на наш сайт, временно могут не содержать решения, но очень скоро решение появится, т.к. администраторы следят за этим. И если сегодня вы попали на наш сайт и не нашли решения, то завтра уже к этой задаче может появится решение, а также и ко многим другим задачам. основной поток посетителей к нам - это из поисковых систем при наборе запроса, содержащего условие задачи
Деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами было открыто в 1939 г. немецкими учёными Отто Ганом и Фрицем Штрассманом.
Oттo Ган (1879-1968)
Немецкий физик, учёный-новатор в области радиохимии. Открыл расщепление урана, ряд радиоактивных элементов
Фриц Штрассман (1902—1980)
Немецкий физик и химик. Работы относятся к ядерной химии, ядерному делению. Дал химическое доказательство процессу деления
Рассмотрим механизм этого явления. На рисунке 162, а условно изображено ядро атома урана . Поглотив лишний нейтрон, ядро возбуждается и деформируется, приобретая вытянутую форму (рис. 162, б).
Рис. 162. Процесс деления ядра урана под воздействием попавшего в него нейтрона
Вы уже знаете, что в ядре действует два вида сил: электростатические силы отталкивания между протонами, стремящиеся разорвать ядро, и ядерные силы притяжения между всеми нуклонами, благодаря которым ядро не распадается. Но ядерные силы — короткодействующие, поэтому в вытянутом ядре они уже не могут удержать сильно удалённые друг от друга части ядра. Под действием электростатических сил отталкивания ядро разрывается на две части (рис. 162, в), которые разлетаются в разные стороны с огромной скоростью и излучают при этом 2—3 нейтрона.
Получается, что часть внутренней энергии ядра переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков и частиц. Осколки быстро тормозятся в окружающей среде, в результате чего их кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию среды (т. е. в энергию взаимодействия и теплового движения составляющих её частиц).
При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно её температура заметно возрастают (т. е. среда нагревается).
Таким образом, реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду.
Энергия, заключённая в ядрах атомов, колоссальна. Например, при полном делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделилось бы столько же энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5 т нефти. Для преобразования внутренней энергии атомных ядер в электрическую на атомных электростанциях используют так называемые цепные реакции деления ядер.
Рассмотрим механизм протекания цепной реакции деления ядра изотопа урана . Ядро атома урана (рис. 163) в результате захвата нейтрона разделилось на две части, излучив при этом три нейтрона. Два из этих нейтронов вызвали реакцию деления ещё двух ядер, при этом образовалось уже четыре нейтрона. Эти, в свою очередь, вызвали деление четырёх ядер, после чего образовалось девять нейтронов и т. д.
Цепная реакция возможна благодаря тому, что при делении каждого ядра образуется 2—3 нейтрона, которые могут принять участие в делении других ядер.
На рисунке 163 показана схема цепной реакции, при которой общее число свободных нейтронов в куске урана лавинообразно увеличивается со временем. Соответственно резко возрастает число делений ядер и энергия, выделяющаяся в единицу времени. Поэтому такая реакция носит взрывной характер (она протекает в атомной бомбе).
Рис. 163. Цепная реакция деления ядер урана
Возможен другой вариант, при котором число свободных нейтронов уменьшается со временем. В этом случае цепная реакция прекращается. Следовательно, такую реакцию тоже нельзя использовать для производства электроэнергии.
В мирных целях возможно использовать энергию только такой цепной реакции, в которой число нейтронов не меняется с течением времени.
Как же добиться того, чтобы число нейтронов всё время оставалось постоянным? Для решения этой проблемы нужно знать, какие факторы влияют на увеличение и на уменьшение общего числа свободных нейтронов в куске урана, в котором протекает цепная реакция.
Одним из таких факторов является масса урана. Дело в том, что не каждый нейтрон, излучённый при делении ядра, вызывает деление других ядер (см. рис. 163). Если масса (и соответственно размеры) куска урана слишком мала, то многие нейтроны вылетят за его пределы, не успев встретить на своём пути ядро, вызвать его деление и породить таким образом новое поколение нейтронов, необходимых для продолжения реакции. В этом случае цепная реакция прекратится. Чтобы реакция не прекращалась, нужно увеличить массу урана до определённого значения, называемого критическим.
Почему при увеличении массы цепная реакция становится возможной? Чем больше масса куска, тем больше его размеры и тем длиннее путь, который проходят в нём нейтроны. При этом вероятность встречи нейтронов с ядрами возрастает. Соответственно увеличивается число делений ядер и число излучаемых нейтронов.
При критической массе урана число нейтронов, появившихся при делении ядер, становится равным числу потерянных нейтронов (т. е. захваченных ядрами без деления и вылетевших за пределы куска).
- Наименьшая масса урана, при которой возможно протекание цепной реакции, называется критической массой
Если масса урана больше критической, то в результате резкого увеличения числа свободных нейтронов цепная реакция приводит к взрыву, а если меньше критической, то реакция не протекает из-за недостатка свободных нейтронов.
Уменьшить потерю нейтронов (которые вылетают из урана, не прореагировав с ядрами) можно не только за счет увеличения массы урана, но и с помощью специальной отражающей оболочки. Для этого кусок урана помещают в оболочку, сделанную из вещества, хорошо отражающего нейтроны (например, из бериллия). Отражаясь от этой оболочки, нейтроны возвращаются в уран и могут принять участие в делении ядер.
Существует ещё несколько факторов, от которых зависит возможность протекания цепной реакции. Например, если кусок урана содержит слишком много примесей других химических элементов, то они поглощают большую часть нейтронов и реакция прекращается.
Наличие в уране так называемого замедлителя нейтронов также влияет на ход реакции. Дело в том, что ядра урана-235 с наибольшей вероятностью делятся под действием медленных нейтронов. А при делении ядер образуются быстрые нейтроны. Если быстрые нейтроны замедлить, то большая их часть захватится ядрами урана-235 с последующим делением этих ядер. В качестве замедлителей используются такие вещества, как графит, вода, тяжёлая вода (в состав которой входит дейтерий — изотоп водорода с массовым числом 2), и некоторые другие. Эти вещества только замедляют нейтроны, почти не поглощая их.
Таким образом, возможность протекания цепной реакции определяется массой урана, количеством примесей в нём, наличием оболочки и замедлителя и некоторыми другими факторами.
Критическая масса шарообразного куска урана-235 приблизительно равна 50 кг. При этом его радиус составляет всего 9 см, поскольку уран имеет очень большую плотность.
Применяя замедлитель и отражающую оболочку и уменьшая количество примесей, удаётся снизить критическую массу урана до 0,8 кг.
Читайте также: