Презентация на тему: "Ядерные реакции"

• 1 слайд

  Ядерная реакция — это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.
  

• 2 слайд

  Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются
  к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил.
  

• 3 слайд

  Протоны
  Дейтроны
  Положительно заряженные частицы, которым с помощью ускорителя сообщается кинетическая энергия
  α-частицы
  

• 4 слайд

  Для осуществления ядерных реакций такой метод гораздо эффективнее, чем использование ядер гелия, испускаемых радиоактивными элементами.
  

• 5 слайд

  Преимущества использования ускорителя
  для сообщения энергии частицам
  С помощью ускорителей частицам может быть сообщена
  E ≈ 105 МэВ, т.е. гораздо большая той, которую имеют
  α-частицы (max = 9 МэВ).
  Можно использовать протоны, которые в процессе радиоактивного распада не появляются.
  Можно ускорить ядра более тяжёлые, чем ядра гелия.
  

• 6 слайд

  Джон Кокрофт
  1897–1967 г.
  Эрнест Томас Синтон Уолтон
  1903–1995 гг.
  В 1932 году провели первое ядерное превращение
  с помощью искусственно разогнанных протонов: мишенью служило ядро атома лития — самого лёгкого элемента после водорода и гелия.
   
  

• 7 слайд

  Игорь Васильевич
  Курчатов
  1903–1960 г.
  Кирилл Дмитриевич Синельников
  1901–1966 гг.
  Отечественные физики-атомщики.
  Вскоре после кембриджских учёных и независимо от них обнаружили ту же реакцию, первыми дали вероятное объяснение процесса.
   
  

• 8 слайд

  Реакция превращения атома лития в атом гелия
  

• 9 слайд

  Нейтрон
  Существенным прорывом в области физики было открытие нейтрона.
  

• 10 слайд

  Наблюдается следующая реакция при взаимодействии алюминия с нейтроном.
   
  

• 11 слайд

  Энрико Ферми
  1901–1954 гг.
  Великий итальянский физик. Первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения обусловлены не только быстрыми, но и медленными нейтронами.
  

• 12 слайд

  Вода
  O
  H
  H
  Для уменьшения скоростей нейтронов применяют воду, так как в воде есть большое число ядер атома водорода, масса которых практически такая же как и масса нейтронов.
  

• 13 слайд

  Проводимые реакции очень разнообразны. И так как ядро не способно оттолкнуть нейтрон, здесь можно говорить о различных превращениях.
  

• 14 слайд

  Ядерные превращения, приводящие
  к испусканию радиоактивных излучений
  Схема реакции деления ядра
  

• 15 слайд

  Отто Ган
  1879–1968 г.
  Фриц Штрассман
  1902–1980 гг.
  Немецкие учёные.
  В конце 1938 года открыли деление ядер урана. Они установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической системы — радиоактивные изотопы бария (Z = 56), криптона (Z = 36) и др.
  

• 16 слайд

  Лиза Мейтнер
  1878–1968 г.
  Отто Роберт Фриш
  1904–1979 гг.
  Объяснили появление этих элементов распадом ядер урана, захватившего нейтрон, на две примерно равные части.
  

• 17 слайд

  Деление ядра урана-235
  Осколки деления ядра
  

• 18 слайд

  U235 (0,7%)
  U238 (99,3%)
  Изотопы урана
  Реакция деления
  наиболее интенсивно идёт на медленных (тепловых) нейтронах.
  Ядра вступают
  в реакцию деления только с быстрыми нейтронами
  с энергией порядка
  1 МэВ.
  

• 19 слайд

  Деление ядра урана-235
  

• 20 слайд

  Деление ядра урана-235
  

• 21 слайд

  Деление ядра урана-235
  

• 22 слайд

  Деление ядра урана-235
  скорости
  света
  1/30
  

• 23 слайд

  Продуктами деления ядер U235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т.д.
  

• 24 слайд

  кинетическая энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана
  200 МэВ
  Оценку выделяющейся при делении ядра энергии можно сделать с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре.
  

• 25 слайд

  Фундаментальный факт ядерного деления — испускание в процессе деления 2–3 нейтронов.
  n
  n
  n
  n
  

• 26 слайд

  Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
  

• 27 слайд

  Энергия имеет различные значения — от нескольких млн эВ до совсем малых, близких к 0.
  n
  n
  n
  n
  E
  

• 28 слайд

  Массы осколков отличаются примерно в 1,5 раза.
  

• 29 слайд

  В результате серии последовательных β-распадов в конце концов получаются стабильные изотопы.
  

Краткое описание документа:

Ядерные реакции. Деление ядер урана

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.

Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил. Одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга. Поэтому сближение положительно заряженных частиц с ядрами (или ядер друг с другом) возможно, если этим частицам (или ядрам) сообщена достаточно большая кинетическая энергия. Эта энергия сообщается протонам, ядрам дейтерия — дейтронам,-частицам и другим более тяжелым ядрам с помощью ускорителей.

Для осуществления ядерных реакций такой метод гораздо эффективнее, чем использование ядер гелия, испускаемых радиоактивными элементами. Во-первых, с помощью ускорителей частицам может быть сообщена энергия порядка 105 МэВ, т. е. гораздо большая той, которую имеют -частицы (максимально 9 МэВ). Во-вторых, можно использовать протоны, которые в процессе радиоактивного распада не появляются (это целесообразно потому, что заряд протонов вдвое меньше заряда-частиц, и поэтому действующая на них сила отталкивания со стороны ядер тоже в 2 раза меньше). В-третьих, можно ускорить ядра более тяжелые, чем ядра гелия.

Ученикам Резерфорда, Кокрофту и Уолтону, в 1932 году удалось провести первое ядерное превращение с помощью искусственно разогнанных протонов: мишенью служило ядро атома лития - самого легкого элемента после водорода и гелия. Путем такого обстрела литий превратился в гелий. Отечественные физики-атомщики И.В. Курчатов и Н.Н. Синельников, которые вскоре после кембриджских ученых и независимо от них обнаружили ту же реакцию, первыми дали вероятное объяснение процесса. Сенсационная пресса видела в "разрушении" лития дальнейший шаг к подчинению атомных сил человеку и связывала с этим самые отважные фантазии: боевой корабль с несколькими граммами лития в качестве топлива сможет пересечь Атлантику. Специалисты рассматривали этот эксперимент гораздо более трезво. Превращение атома лития идет с ничтожным выходом. Нужно ускорить миллионы протонов, чтобы произошло одно-единственное столкновение.

Существенным прорывом в области физики было открытие нейтрона. Так как нейтроны не имеют заряда, то они беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения. Например, наблюдается следующая реакция при взаимодействии алюминия с нейтроном.

Великий итальянский физик Энрико Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения обусловлены не только быстрыми, но и медленными нейтронами. Причем эти медленные нейтроны оказываются в большинстве случаев даже гораздо более эффективными, чем быстрые. Поэтому быстрые нейтроны целесообразно предварительно замедлять.

Для уменьшения скоростей нейтронов применяют воду, так как в воде есть большое число ядер атома водорода, масса которых практически такая же как и масса нейтронов. После центрального упругого соударения нейтрон полностью передает кинетическую энергию протону. Проводимые реакции очень разнообразны. И так как ядро не способно оттолкнуть нейтрон, здесь можно говорить о различных превращениях.

В отличие от радиоактивного распада ядер, сопровождающегося испусканием α - или β- частиц, реакции деления – это процесс, при котором нестабильное ядро делится на два крупных фрагмента сравнимых масс.

В конце 1938 года немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деление ядер урана. Продолжая исследования, начатые Ферми, они установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической системы – радиоактивные изотопы бария (Z = 56), криптона (Z = 36) и др.

Правильное толкование этому факту дали австрийский физик Л. Мейтнер и английский физик О. Фриш. Они объяснили появление этих элементов распадом ядер урана, захватившего нейтрон, на две примерно равные части. Это явление получило название деления ядер, а образующиеся ядра — осколков деления.

Уран встречается в природе в виде двух изотопов: U235(99,3 %) и U238 (0,7 %). При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. При этом реакция деления U235 наиболее интенсивно идет на медленных (тепловых) нейтронах, в то время как ядра U238 вступают в реакцию деления только с быстрыми нейтронами с энергией порядка 1 МэВ. Рассмотрим на примере деления ядра урана-235. Он представляет собой шар. После того, как ядро поглотило один свободный нейтрон, наблюдается возбуждение, в результате чего ядро начинает испытывать деформацию и постепенно вытягивается (смотрите рисунок 13.14 б). Разрыв двух половинок произойдет тогда, когда силы отталкивания между двумя частями ядра станут намного больше сил притяжения, которые действуют в центральной части разрыва (рисунок 13.14 в). Как следствие, мы получаем две половинки (смотрите рисунок 13.14 г). Под действием кулоновских сил отталкивания эти осколки разлетаются со скоростью, равной 1/30 скорости света. В результате деления ядра, инициированного нейтроном, возникают новые нейтроны, способные вызвать реакции деления других ядер. Продуктами деления ядер урана-235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т. д. Кинетическая энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана, огромна – порядка 200 МэВ. Оценку выделяющей при делении ядра энергии можно сделать с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре.

Фундаментальный факт ядерного деления — испускание в процессе деления двух-трех нейтронов. Именно благодаря этому оказалось возможным практическое использование внутриядерной энергии. Понять, почему происходит испускание свободных нейтронов, можно исходя из следующих соображений. Известно, что отношение числа нейтронов к числу протонов в стабильных ядрах возрастает с повышением атомного номера. Поэтому у возникающих при делении осколков относительное число нейтронов оказывается большим, чем это допустимо для ядер атомов, находящихся в середине таблицы Менделеева. В результате несколько нейтронов освобождается в процессе деления. Их энергия имеет различные значения — от нескольких миллионов электрон-вольт до совсем малых, близких к нулю.

Если говорить об осколках, которые образуются, то их массы отличаются примерно в 1,5 раза. В следствие того, что осколки имеют в своем распоряжении лишние нейтроны, они являются радиоактивными.

В результате серии последовательных-распадов в конце концов получаются стабильные изотопы.