Fisi Nuklir: proses fisi nuklir. reaksi nuklir

Artikel ini berbicara tentang apa fisi nuklir sebagai proses telah ditemukan dan dijelaskan. Mengungkapkan penggunaannya sebagai sumber energi dan senjata nuklir.

"Terpisahkan" atom

abad ke-penuh dengan ungkapan-ungkapan seperti "energi atom", "teknologi nuklir", "limbah radioaktif". Sesekali headline berkelebat laporan tentang kemungkinan kontaminasi radioaktif dari tanah, lautan, es Antartika. Namun, orang-orang biasa sering tidak ide yang sangat baik dari apa bidang ilmu pengetahuan dan bagaimana hal itu membantu dalam kehidupan sehari-hari. Anda harus mulai, mungkin, dengan cerita. Dari pertanyaan pertama, yang meminta seorang pria cukup makan dan berpakaian rapi, ia ingin tahu bagaimana dunia bekerja. Bagaimana melihat mata, telinga mendengar mengapa daripada air berbeda dari batu - yang adalah apa yang orang-orang bijak dari perawatan dahulu waktu. Bahkan di India kuno dan Yunani, beberapa pikiran bertanya telah menyarankan bahwa ada partikel minimum (juga disebut "terbagi"), dengan sifat-sifat material. Abad pertengahan ahli kimia dikonfirmasi menebak bijaksana, dan modern definisi atom meliputi atom - yang terkecil partikel zat yang merupakan pembawa sifat.

bagian atom

Namun, perkembangan teknologi (misalnya, foto) menyebabkan atom berhenti menjadi mungkin zat partikel terkecil. Meskipun diambil secara terpisah atom adalah netral, para ilmuwan segera menyadari: itu terdiri dari dua bagian dengan biaya yang berbeda. Jumlah unit bermuatan positif jumlah negatif mengkompensasi sehingga tetap atom netral. Tapi tidak ada model yang ambigu atom. Sejak saat itu masih didominasi oleh fisika klasik, bahwa ada asumsi yang berbeda.

model atom

Awalnya, model "roti putih dengan kismis" diusulkan. Muatan positif seperti mengisi seluruh ruang atom dan, seperti kismis dalam roti, muatan negatif didistribusikan. Yang terkenal percobaan Rutherford diidentifikasi sebagai berikut: adalah unsur yang sangat berat dengan muatan positif (inti), dan dikelilingi dengan elektron jauh lebih ringan di pusat atom. Kernel Berat ratusan kali lebih berat daripada jumlah semua elektron (yang 99,9 persen berat total atom). Maka lahirlah model planet atom Bohr. Namun, beberapa dari unsur-unsurnya bertentangan diterima pada saat fisika klasik. Oleh karena itu, baru mekanika kuantum dikembangkan. Dengan penampilan periode mulai ilmu non-klasik.

Atom dan radioaktivitas

Dari semua di atas menjadi jelas bahwa kernel - itu adalah, bagian bermuatan positif berat atom, yang merupakan sebagian besar dari itu. Ketika kuantisasi energi dan posisi elektron mengorbit atom telah baik dipelajari, itu yaitu waktu untuk memahami sifat dari atom inti. Itu datang ke bantuan penemuan brilian dan tak terduga radioaktivitas. Ia telah membantu untuk mengungkapkan esensi dari atom pusat berat, sebagai sumber radioaktif - fisi nuklir. Pada pergantian abad kesembilan belas dan kedua puluh, pembukaan jatuh satu demi satu. solusi teoritis dari satu masalah yang menyebabkan kebutuhan untuk mengatur pengalaman baru. Hasil eksperimen memunculkan teori-teori dan hipotesis yang diperlukan untuk mengkonfirmasi atau menyangkal. Seringkali, penemuan terbesar muncul, hanya karena dengan cara ini rumus nyaman untuk komputasi (seperti kuantum Max Planck). Pada awal era fotografi, para ilmuwan tahu bahwa garam uranium cahaya-sembuh Film yang sensitif terhadap cahaya, tetapi mereka tidak tahu bahwa dasar dari fenomena ini adalah fisi nuklir. Oleh karena itu, radioaktivitas dipelajari untuk memahami sifat peluruhan nuklir. Hal ini jelas bahwa transisi kuantum emisi yang dihasilkan, tetapi tidak jelas apa itu. Chet Curie diekstraksi murni radium dan polonium, pengolahan uranium bijih hampir secara manual untuk mendapatkan jawaban ini pertanyaan.

radiasi biaya

Rutherford telah melakukan banyak untuk studi struktur atom dan juga memberikan kontribusi untuk mempelajari bagaimana pembagian inti atom. Ilmuwan menempatkan radiasi yang dipancarkan oleh unsur radioaktif dalam medan magnet dan mendapat hasil yang besar. Ternyata radiasi terdiri dari tiga komponen: satu adalah netral dan dua lainnya - positif dan bermuatan negatif. Penelitian fisi dimulai dengan identifikasi komponen-komponennya. Telah terbukti bahwa inti dapat dibagi, untuk memberikan bagian dari muatan positif.

Struktur inti

Kemudian muncul bahwa inti atom terdiri tidak hanya dari partikel bermuatan positif proton, tetapi partikel neutron yang netral. Bersama-sama mereka disebut nukleon (dari bahasa Inggris «inti», kernel). Namun, para ilmuwan lagi mengalami masalah: massa inti (yaitu jumlah nukleon) tidak selalu sesuai dengan yang biaya. Y hidrogen inti memiliki muatan +1, dan massa mungkin tiga, dua, dan satu. Dalam mengikuti dalam tabel periodik helium biaya inti 2, dengan intinya mengandung 4 sampai 6 nukleon. Lebih elemen kompleks dapat memiliki sejumlah jauh lebih besar dari massa yang berbeda dengan biaya yang sama. variasi seperti atom disebut isotop. Dan beberapa isotop cukup stabil, lain dengan cepat hancur, karena bagi mereka itu ditandai dengan fisi nuklir. Apa yang secara konsisten dengan jumlah stabilitas nukleon inti? Mengapa penambahan hanya satu neutron ke inti berat dan cukup stabil menyebabkan perpecahan untuk melepaskan radioaktivitas? Anehnya, jawaban atas pertanyaan yang penting ini belum ditemukan. Secara empiris, ditemukan bahwa sejumlah proton dan neutron sesuai dengan konfigurasi yang stabil inti. Jika inti 2, 4, 8, 50 neutron dan / atau proton, kernel akan unik stabil. Angka-angka ini bahkan disebut sebagai magis (dan nama mereka sebagai orang dewasa, ilmuwan, fisika nuklir). Dengan demikian, fisi nuklir tergantung pada massa mereka, yaitu, jumlah nukleon konstituen mereka.

Drop, cover, kristal

Menentukan faktor yang bertanggung jawab, itu tidak mungkin pada saat ini untuk stabilitas inti. Ada banyak teori model struktur atom. Tiga yang paling terkenal dan dikembangkan sering bertentangan satu sama lain dalam hal-hal yang berbeda. Yang pertama adalah bahwa inti - setetes cairan nuklir khusus. Adapun air, hal itu ditandai dengan fluiditas, tegangan permukaan, fusi dan pembusukan. Dalam model shell di kernel juga, ada tingkat energi tertentu, yang dipenuhi dengan nukleon. Negara-negara ketiga yang inti - media yang mampu membiaskan gelombang tertentu (de Broglie), dimana indeks bias - adalah energi potensial. Namun, tidak ada model sejauh ini gagal untuk sepenuhnya menggambarkan mengapa pada tertentu kritis massa tertentu kimia unsur, pemisahan inti dimulai.

Apa yang terjadi pembusukan

radioaktivitas, sebagaimana disebutkan di atas, ditemukan zat-zat yang dapat ditemukan di alam: uranium, polonium, radium. Sebagai contoh, baru diproduksi, uranium murni radioaktif. Proses pemisahan dalam hal ini akan menjadi spontan. Tanpa pengaruh sejumlah eksternal atom uranium memancarkan partikel alpha spontan berubah menjadi thorium. Ini merupakan indikator, yang disebut paruh. Ini menunjukkan, untuk jangka waktu dari nomor bagian awal akan sekitar setengah. Setiap elemen radioaktif paruh sendiri - dari sepersekian detik ke California untuk ratusan ribu tahun untuk uranium dan cesium. Tapi ada kegiatan paksa. Jika inti atom membombardir proton atau partikel alpha (helium inti) dengan energi kinetik yang tinggi, mereka dapat "split". konversi mekanisme, tentu saja, berbeda dari bagaimana ibu favorit istirahat vas. Namun, analogi tertentu dapat ditelusuri.

energi atom

Sejauh ini kami belum menanggapi pertanyaan praktis: mana tidak energi dalam fisi nuklir. Untuk memulai itu perlu untuk memperjelas bahwa selama pembentukan inti adalah gaya nuklir khusus, yang disebut interaksi yang kuat. Sejak inti terdiri dari satu set proton positif, pertanyaannya tetap, bagaimana mereka tetap bersama-sama, karena gaya elektrostatik harus cukup kuat untuk mengusir mereka dari satu sama lain. Jawabannya adalah keduanya sederhana, dan ada: inti disimpan dengan mengorbankan pertukaran yang sangat cepat antara nukleon partikel khusus - pion. link ini hidup sangat kecil. Setelah dihentikan pertukaran pi-meson, inti hancur. hanya juga diketahui bahwa massa inti kurang dari jumlah semua nukleon pembentuknya. Fenomena ini disebut cacat massa. Bahkan, massa yang hilang - adalah energi yang dihabiskan untuk menjaga integritas kernel. Setelah dipisahkan dari inti atom beberapa bagian dari energi ini dihasilkan di pembangkit listrik tenaga nuklir dan diubah menjadi panas. Artinya, energi fisi nuklir - adalah demonstrasi jelas formula yang terkenal Einstein. Ingat, rumus berbunyi sebagai: energi dan massa dapat dikonversi ke satu sama lain (E = mc ^2).

Teori dan praktek

Sekarang memberitahu kita bagaimana ia digunakan penemuan murni teoritis dalam hidup saya untuk gigawatt listrik. Pertama, perlu dicatat bahwa dalam reaksi terkendali diinduksi fisi digunakan. Paling sering itu adalah uranium atau polonium, yang dibombardir oleh neutron cepat. Kedua, harus dipahami bahwa fisi nuklir disertai dengan penciptaan neutron baru. Akibatnya, jumlah neutron dalam zona reaksi mampu tumbuh dengan sangat cepat. Setiap neutron bertabrakan dengan yang baru, lebih utuh kernel, membagi mereka, yang mengarah ke peningkatan generasi panas. Ini adalah reaksi berantai fisi nuklir. jumlah yang tidak terkendali peningkatan neutron dalam reaktor dapat menyebabkan ledakan. Itulah yang terjadi pada tahun 1986 di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl. Oleh karena itu, dalam zona reaksi selalu zat yang menyerap kelebihan neutron untuk mencegah bencana. grafit ini dalam bentuk batang panjang. laju fisi dapat diperlambat dengan cara merendam batang dalam zona reaksi. Persamaan reaksi nuklir dibuat khusus untuk setiap tindakan zat radioaktif dan membombardir partikel nya (elektron, proton, partikel alpha). Namun, akhir output energi dihitung sesuai dengan hukum kekekalan: E1 + E2 + E3 = E4. Artinya, energi total partikel inti awal dan (E1 + E2) harus sama dengan energi dari inti yang dihasilkan dan energi bebas dirilis dalam bentuk (E3 + E4). Persamaan ini juga menunjukkan reaksi nuklir, zat yang diperoleh dekomposisi. Sebagai contoh, uranium U = Th + Dia, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. Hal ini tidak diberikan isotop dari unsur-unsur kimia, tapi ini penting. Sebagai contoh, ada tiga kemungkinan fisi uranium, yang menghasilkan isotop timah yang berbeda, dan neon. Hampir seratus persen dari reaksi fisi menghasilkan isotop radioaktif. Artinya, peluruhan uranium yang diperoleh thorium radioaktif. Thorium, protactinium yaitu mampu hancur, yang - untuk actinium, dan sebagainya. Radioaktif dalam seri dapat, dan bismuth, dan titanium. Bahkan hidrogen yang mengandung inti dua proton (pada tingkat satu proton), jika tidak disebut - deuterium. Air dibentuk dengan hidrogen yang disebut berat dan mengisi sirkuit pertama dalam reaktor nuklir.

non-damai atom

Ekspresi seperti "perlombaan senjata", "Perang Dingin", "nuklir ancaman" untuk manusia modern mungkin tampak sejarah dan tidak relevan. Tapi sekali setiap rilis berita didampingi oleh berita laporan hampir di seluruh dunia tentang berapa banyak ditemukan senjata nuklir dan bagaimana pertarungan itu. Orang-orang membangun bunker bawah tanah dan membuat saham dalam hal musim dingin nuklir. Seluruh keluarga bekerja pada penciptaan tempat penampungan. Bahkan penggunaan damai reaksi fisi nuklir dapat menyebabkan bencana. Akan terlihat bahwa Chernobyl telah mengajarkan umat manusia akurasi di daerah ini, namun unsur dari planet itu kuat: gempa bumi di Jepang menyakiti penguatan sangat kuat dari PLTN "Fukushima". Energi reaksi nuklir yang digunakan untuk menghancurkan banyak lebih mudah. Teknologi hanya membutuhkan kekuatan terbatas ledakan, agar tidak sengaja menghancurkan seluruh planet. Yang paling "manusiawi" bom, jika Anda dapat menyebutnya, tidak mencemari sekitar radiasi. Secara umum, paling sering mereka menggunakan reaksi berantai yang tidak terkontrol. Apa yang di pembangkit listrik tenaga nuklir berusaha dengan segala cara untuk menghindari bom untuk mencapai cara yang sangat primitif. Untuk setiap elemen radioaktif alami, ada beberapa critical mass dari zat murni di mana reaksi berantai muncul sendiri. Uranium, misalnya, hanya lima puluh kilogram. Karena uranium adalah sangat keras, itu hanya bola logam kecil 12-15 cm diameter. Bom atom pertama dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki, dibuat tepatnya pada prinsip ini: dua bagian yang tidak sama dari uranium murni hanya dikombinasikan dan menimbulkan ledakan menakutkan. senjata modern mungkin lebih kompleks. Namun, sekitar massa kritis tidak perlu lupa bahwa antara volume kecil dari zat radioaktif murni selama penyimpanan harus hambatan yang mencegah potongan.

sumber radiasi

Semua elemen dari inti atom dengan muatan lebih 82 adalah radioaktif. Hampir semua unsur kimia ringan memiliki isotop radioaktif. The berat inti, kurang seumur hidup. Beberapa elemen (seperti California) hanya dapat diperoleh secara sintetis - mendorong atom berat dengan partikel yang lebih ringan, sering dengan akselerator. Karena mereka sangat tidak stabil, mereka tidak hadir dalam kerak bumi: pembentukan planet ini, mereka dengan cepat membusuk menjadi elemen-elemen lainnya. Zat dengan inti cahaya lebih, seperti uranium, adalah mungkin untuk mengekstrak. Proses yaitu panjang, cocok untuk uranium pertambangan, bahkan dalam sangat kaya bijih mengandung kurang dari satu persen. Cara ketiga, mungkin, menunjukkan bahwa zaman geologi baru telah dimulai. ekstraksi ini unsur radioaktif dari limbah radioaktif. Setelah bahan bakar bekerja di pembangkit listrik, pada kapal selam atau kapal induk, campuran bahan awal dan uranium akhir, hasil pembagian. Pada saat ini, itu dianggap sebagai limbah radioaktif padat dan biaya masalah pelik, karena mereka dibuang sedemikian rupa sehingga mereka tidak mencemari lingkungan. Namun, ada kemungkinan bahwa zat radioaktif siap-terkonsentrasi dalam waktu dekat (misalnya, polonium), akan dihasilkan dari limbah ini.