Ядерная трансформация, ядерная бомба деления и ядерный реактор деления

Ядерная трансформация

Реакции ядерной трансформации — это ядерные реакции, в которых ядро ​​элемента (называемого мишенью) бомбардируется ускоренной частицей, называемой снарядом (бомбой), чтобы превратить цель в новое ядро, имеющее новые химические и физические свойства. Снаряды (бомбы) могут можно ускорить с помощью устройств, называемых ядерными ускорителями, таких как ускоритель Ван де Граафа и ускоритель Cyclotron.

Использование α-частицы в качестве бомбы

Первым ученым, осуществившим искусственную ядерную реакцию, был Резерфорд в 1919 году, где α-частицы используются в качестве бомбы, а газообразный азот — в качестве мишени, например, превращение N-14 в O-17.

Первый шаг : α-частица (бомба) сливается с ядром атома азота, образуя ядро ​​атома фтора (нестабильное), и называется составным ядром .

Второй шаг: нестабильное ядро ​​фтора избавляется от избыточной энергии за счет испускания ускоренного протона и превращается в ядро ​​стабильного изотопа кислорода О-17 в течение 10 ^-9 секунд.

Использование протона как бомбы

Пример: превращение алюминия-27 в магний-24.

Использование дейтрона в качестве бомбы

Пример: превращение магния-26 в натрий-24.

Использование нейтрона как бомбы

Пример: превращение лития-6 в тритий-3+.

Нейтрон — одна из самых подходящих бомб, потому что у него нейтральный заряд, и он не встречает отталкивания с электронами, окружающими ядро. Таким образом, ему не требуется большая энергия для входа в ядро .

Уравновешивание ядерных уравнений

Во время балансировки ядерных уравнений должны быть проверены следующие законы: закон сохранения заряда и закон сохранения массы (вещества) и энергии.

Закон сохранения заряда

Сумма атомных номеров реагентов (Z) = Сумма атомных номеров продуктов (Z).

Закон сохранения массы (вещества) и энергии

Сумма массовых чисел реагентов (A) = Сумма массовых чисел продуктов (A).

Реакции ядерного деления

Ядерное деление — это реакция, в которой тяжелое ядро ​​бомбардируют легким ядерным снарядом (бомбой) с низкой кинетической энергией, вызывая деление тяжелого ядра на два ядра близких масс, количества нейтронов и огромного количества энергии.

Применение: Деление ядра урана-235.

Когда ядро ​​атома U-235 бомбардируется нейтроном, оно превращается в U-236 (нестабильный), который делится на два ядра (X) и (Y), которые, кроме того, называются осколками ядерного деления. к числу нейтронов согласно закону сохранения массы.

Существует 90 вариантов ядер, которые могут быть получены в результате этого деления, наиболее распространенными являются ядра бария (Ba) и криптона (Kr).

Последовательная (цепная) реакция

Нейтроны, образующиеся в результате реакции деления, действуют как новые снаряды (бомбы), которые вызывают новые аналогичные реакции деления, и, таким образом, они расщепляют другие ядра U-235. Итак, эта реакция называется цепной (последовательной) реакцией.

Цепная реакция — это ядерная реакция деления, в которой образовавшиеся нейтроны действуют как новые снаряды (бомбы) для новых ядер, чтобы обеспечить непрерывность реакции самопроизвольно, как только она начинается.

Эта цепная реакция генерирует огромное количество тепловой энергии, которая увеличивается с непрерывностью реакции деления из-за увеличения количества образовавшихся нейтронов. Это основная научная идея ядерной бомбы деления.

Идея создания ядерного реактора деления

Ядерный реактор является одним из мирных применений цепи (последовательный) ядерной реакции делениятаксчитаетсякачестве источника тепловой энергии, которая используется для производства электрической энергии с использованием паровых турбин,в реакторе ядерного деления ,ядерную реакция деления контролируется с выделением тепла илиэнергии.

Основная ядерная реакция внутри него — это реакция деления урана-235. Количество урана, используемого в реакторе, представляет собой определенный объем, который называется критическим объемом, чтобы обеспечить непрерывность цепной реакции с той же медленной начальной скоростью для получения энергии. без взрыва.

Критический (определенный) объем

Это количество урана-235, в котором один нейтрон — в среднем — от каждой реакции может запустить новую реакцию ядерного деления.

В ядерном реакторе цепное деление ядер следует контролировать путем поглощения нейтронов путем управления:

Вставка кадмиевых стержней между стержнями ядерного топлива (U-235)

Когда эти стержни помещаются внутрь реактора , цепная ядерная реакция начинает замедляться, поскольку они поглощают нейтроны , а при их подъеме цепная ядерная реакция усиливается.

Количество кадмиевых стержней

Когда количество кадмиевых стержней увеличивается, скорость поглощения нейтронов увеличивается, а значит, скорость цепной реакции ядерного деления уменьшается.

Идея создания бомбы деления

Ядерная бомба деления — одно из безумных применений реакций деления. В бомбе деления количество урана-235 намного превышает критический объем, при котором реакция будет продолжаться с ускоренной скоростью, что приведет к взрыву.

В ядерных реакторах деления количество урана не должно быть намного больше, чем его критический (определенный) объем, потому что ему нужно количество урана, достаточное для выработки энергии и предотвращения взрыва, который может произойти в результате увеличения скорости реакция ядерного деления.