Презентация по физике на тему "Деление ядра урана" (11 класс)

• 1 слайд

  Физика 11 класс
  Деление ядра урана
  

• 2 слайд

  Содержание
  1. История открытия
  2. Деление ядра урана
  3. Энергия распада
  4. Цепная реакция деления ядра урана
  5. Скорость цепной реакции. Критическая масса
  

• 3 слайд

  История открытия
  Отто Ган
  22.02.1902 — 22.04.1980
  92U + n → 56Ba + 36Kr + xn.
  В 1938 году немецкими ученными О.Ганом и Ф.Штрассманом, было показано, что одним из продуктов облучения урана нейтронами является барий (Z = 56) – химический элемент среднего атомного веса.
  Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления – один нейтрон может дать начало разветвленной цепи делений ядер урана
  Фриц Штрассман
  08.03.1879— 28.07.1968
  

• 4 слайд

  История открытия
  Наиболее типичными являются следующие реакции
  Осколки деления содержат избыточное количество нейтронов и являются радиоактивными. В результате серии радиоактивных превращений они превращаются в стабильные изотопы
  

• 5 слайд

  Деление ядра урана
  

• 6 слайд

  Энергия распада
  Удельная энергия связи нуклона в ядре урана 92 235 𝑈
  около 7,6 МэВ,
  а осколков реакции 8,5 МэВ. Поэтому в результате реакции выделяется энергия
  (8,5-7,6) МэВ = 0,9 МэВ
  на один нуклон. Общее количество нуклонов 235, следовательно энергия выделяющаяся при делении одного ядра.
  

• 7 слайд

  Энергия распада
  В одном килограмме урана содержится 2,5·1024 атомов
  3,2·10-11 ·2,5·1024 = 8·1013 Дж
  При сгорании 1 кг угля выделяется 29,3·106 Дж.
  Для получения такой же энергии необходимо сжечь
  80·1012 Дж : 29,3·106 = 2,7·106 кг = 2000 тонн угля (25 вагонов)
  

• 8 слайд

  Цепная реакция деления ядра урана
  Любой из двух нейтронов второго поколения, вылетающих из ядра
  в процессе деления, может вызвать деление соседних ядер, и т.д.
  92 235 𝑈
  

• 9 слайд

  Цепная реакция деления ядра урана
  Деление ядра урана
  происходит под действием медленных (тепловых) нейтронов.
  92 235 𝑈
  Для деления ядра изотопа урана 238, требуется быстрые нейтроны.
  Доля урана 235 в природном уране составляет всего лишь 0,7 %.
  В природе урана в чистом виде не существует – он является компонентом руды и минералов. Основная урановая руда – это карнотит и настуран
  

• 10 слайд

  Скорость цепной реакции. Критическая масса
  Скорость цепной реакции определяется
  коэффициентом размножения нейтронов
  

• 11 слайд

  Скорость цепной реакции. Критическая масса
  Коэффициент размножения нейтронов определяется четырьмя факторами:
  1) Захватом медленных нейтронов ядрами урана-235 с последующим делением и захватом быстрых нейтронов ядрами урана-238 и урана-235 с последующим делением.
  2) Захватом нейтронов ядрами урана без последующего деления.
  3) Вылетом нейтронов из объема вещества.
  4) Наличием замедлителя реакции, т.е. элементов, захватывающих нейтроны.
  

• 12 слайд

  Скорость цепной реакции. Критическая масса
  Необходимое условие для развития цепной самоподдерживающейся реакции:
  k≥1
  При k<1 реакция затухает, количество нейтронов уменьшается
  При k=1 реакция протекает стационарно, число нейтронов сохраняется неизменным, управляемая ядерная реакция (атомный реактор)
  При k>1 реакция нестационарная, число нейтронов лавинообразно возрастает, неуправляемая ядерная реакция (атомный взрыв)
  

• 13 слайд

  Скорость цепной реакции. Критическая масса
  Самоподдерживающаяся реакция деления ядер возникает, если за время пролета нейтроном среды с линейным размером l успевает образоваться новый нейтрон в результате реакции деления.
  За время пролета нейтрон столкнется с ядрами радиуса R, центры которых находятся в цилиндре с образующей l и площадью сечения πR2.
  
  Объем цилиндра 𝑉=𝜋 𝑅 2 𝑙
  Зная концентрацию ядер nя, найдем число ядер в объеме V, равное числу столкновений нейтрона с ядрами в единицу времени.
  𝜈= 𝑛 я 𝑉= 𝑛 я 𝜋 𝑅 2 𝑙
  

• 14 слайд

  Скорость цепной реакции. Критическая масса
  Для поддержания реакции нужно образование хотя бы одного нейтрона(ν=1). Минимальный критический размер активной зоны (в которой возможна цепная реакция):
  𝑙= 1 𝑛 я 𝜋 𝑅 2
  По известной плотности урана (18,7∙103 кг/м3) и молярной массе
  (235·10-3 кг/моль) можно оценить концентрацию ядер урана:
  𝑛 я = 𝜌 𝑚 я = 𝜌 𝑀 𝑁 𝐴 =4,8∙ 10 28 м −3
  Отсюда критический размер активной зоны l = 0,12 м.
  Если считать активную зону кубом со стороной l
  mкр= ρl3 = 33,2 кг
  Более точные расчеты дают значение mкр= 47 кг
  

• 15 слайд

  Использованные материалы
  1. Касьянов В.А. Физика . 11 кл. Профильный уровень: учеб. для общеобразовательных учреждений / В.А. Касьянов. - 8-е изд., дораб. – М.: Дрофа, 2011. – 448 с.: ил., 7 л. цв. вкл.
  2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Коэффициент_размножения_нейтронов
  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Деление_ядра
  4. https://www.youtube.com/watch?v=Gb7h657Ra9Q