Строение атомов и их ядер. Радиоактивность

Контрольная работа

Тема: Строение атомов и их ядер. Радиоактивность

Содержание

1.СТРОЕНИЕ АТОМОВ И ИХ ЯДЕР, ПЛАНЕТАРНАЯ МОДЕЛЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА, ЕЕ НЕДОСТАТКИ. ПОСТУЛАТЫ БОРА

. РАДИОАКТИВНОСТЬ. ДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕР, ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ, НЕУПРАВЛЯЕМАЯ И УПРАВЛЯЕМАЯ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Строение атомов и их ядер, планетарная модель атома Резерфорда, ее недостатки. Постулаты Бора

Атом каждого химического элемента состоит из ядра, расположенного в центре атом <#"517789.files/image001.gif">

Для этих величин характерны следующие значения:

§ k > 1 - цепная реакция нарастает во времени, реактор находится в надкритичном состоянии, его реактивность с > 0; k < 1 - реакция затухает, реактор - подкритичен, с < 0; k = 1, с = 0 - число делений ядер постоянно, реактор находится в стабильном критическом состоянии. Условие критичности ядерного реактора:

,

где: щ есть доля полного числа образующихся в реакторе нейтронов, поглощённых в активной зоне реактора, или вероятность избежать нейтрону утечки из конечного объема. ₀ - коэффициент размножения нейтронов в активной зоне бесконечно больших размеров.

Обращение коэффициента размножения в единицу достигается сбалансированием размножения нейтронов с их потерями. Причин потерь фактически две: захват без деления и утечка нейтронов за пределы размножающей среды.

Очевидно, что k < k0, поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме.

Таким образом, k0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроныдля тепловых реакторов можно определить по так называемой «формуле 4-х сомножителей»:

,

где

§ м - коэффициент размножения на быстрых нейтронах;

§   ц - вероятность избежать резонансного захвата;

§   и - коэффициент использования тепловых нейтронов;

§   з - выход нейтронов на одно поглощение.

Объёмы современных энергетических реакторов могут достигать сотен м³ и определяются главным образом не условиями критичности, а возможностями теплосъёма.

Атомная энергетика

Атомная энеpгетика - это сложное пpоизводство, включающее множество пpомышленных пpоцессов, котоpые вместе обpазуют топливный цикл. Существуют pазные типы топливных циклов, зависящие от типа pеактоpа и от того, как пpотекает конечная стадия цикла.

Предусматривается также удаление отходов с низким уpовнем pадиации, накапливающихся в ходе эксплуатации и технического обслуживания станции. По истечении срока службы и сам реактор должен быть выведен из эксплуатации (с дезактивацией и удалением в отходы узлов реактора). Каждый этап топливного цикла регламентируется так, чтобы обеспечивались безопасность людей и защита окружающей среды.

Водородная бомба

Оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер. Источником энергии взрыва являются процессы, аналогичные процессам, протекающим на Солнце <http://www.krugosvet.ru/articles/110/1011029/1011029a1.htm> и других звездах.

Термоядерные реакции. В недрах Солнца содержится гигантское количество водорода <http://www.krugosvet.ru/articles/105/1010555/1010555a1.htm>, находящегося в состоянии сверхвысокого сжатия при температуре ок. 15 000 000 К. При столь высоких температуре и плотности плазмы ядра водорода испытывают постоянные столкновения друг с другом, часть из которых завершается их слиянием и в конечном счете образованием более тяжелых ядер гелия. Подобные реакции, носящие название термоядерного синтеза, сопровождаются выделением огромного количества энергии. Согласно законам физики, энерговыделение при термоядерном синтезе обусловлено тем, что при образовании более тяжелого ядра часть массы вошедших в его состав легких ядер превращается в колоссальное количество энергии. Именно поэтому Солнце, обладая гигантской массой, в процессе термоядерного синтеза ежедневно теряет ок. 100 млрд. т вещества и выделяет энергию, благодаря которой стала возможной жизнь на Земле.

Изотопы водорода. Атом водорода - простейший из всех существующих атомов. Он состоит из одного протона, являющегося его ядром, вокруг которого вращается единственный электрон. Тщательные исследования воды (H₂O) показали, что в ней в ничтожном количестве присутствует «тяжелая» вода, содержащая «тяжелый изотоп» водорода - дейтерий <http://www.krugosvet.ru/articles/111/1011108/1011108a1.htm> (²H). Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона - нейтральной частицы, по массе близкой к протону.

Существует третий изотоп водорода - тритий, в ядре которого содержатся один протон и два нейтрона. Тритий нестабилен и претерпевает самопроизвольный радиоактивный распад, превращаясь в изотоп гелия. Следы трития обнаружены в атмосфере Земли <http://www.krugosvet.ru/articles/118/1011820/1011820a1.htm>, где он образуется в результате взаимодействия космических лучей с молекулами газов, входящих в состав воздуха. Тритий получают искусственным путем в ядерном реакторе, облучая изотоп литий-6 потоком нейтронов.

Проблема управляемой термоядерной реакции

Проблемой будущего является управляемая термоядерная реакция. Если удастся решить ее технически, то человечество получит неограниченный источник ядерной энергии.

Энергия может выделяться не только при распаде ядра, но при синтезе (соединении) легких элементов. Доказано, что основная доля энергии Солнца и звезд выделяется именно при синтезе легких элементов. Солнце - это громадный ядерный реактор. Если удастся осуществить управляемую реакцию синтеза, то появится, по существу, неограниченный источник энергии.

Широкие экспериментальные исследования термоядерного синтеза развернуты давно, примерно в 50-х годах. В них принимают участие РФ, США, Великобритания и другие страны. В РФ существует крупнейшая
-опытная термоядерная установка «Токамак-15». Она предназначена для нагрева изотопов водорода до температуры в десятки миллионов градусов и удержания нагретого вещества (плазмы) в течение продолжительного времени. В плазме, состоящей из изотопов водорода, начинается термоядерная реакция синтеза, т. е. слияние ядер водорода в ядра гелия. Этот процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии.

Физики считают, что первые реакторы с управляемой термоядерной реакцией появятся через 50-70 лет.

Термоядерные электростанции ТЯЭС на основании выполненных проработок оцениваются как эффективный (кпд - 38%), надежный и экологически чистый промышленный источник энергии.
Пока же практическая реакция синтеза происходит только в водородных бомбах. Проблема реализации ее в реакторах АЭС еще не решена.

Элементарные частицы

Элементарные частицы, в точном значении этого термина, - это первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя.

Элементарные частицы современной физики не удовлетворяют строгому определению элементарности, поскольку большинство из них по современным представлениям являются составными системами. Общее свойство этих систем заключается в том. Что они не являются атомами или ядрами (исключение составляет протон). Поэтому иногда их называют субъядерными частицами.

Частицы, претендующие на роль первичных элементов материи, иногда называют "истинно элементарные частицы".

Первой открытой элементарной частицей был электрон. Его открыл английский физик Томсон в 1897 году

Первой открытой антицастицей был позитрон - частица с массой электрона, но положительным электрическим зарядом. Это античастица была обнаружена в составе космических лучей американским физиком Андерсоном в 1932 году.

В современном физике в группу элементарных относятся более 350 частиц, в основном нестабильных, и их число продолжает расти.

Если раньше элементарные частицы обычно обнаруживали в космических лучах, то с начала 50-х годов ускорители превратились в основной инструмент для исследования элементарных частиц.

Список литературы

1. Бабушкин А.Н. Современные концепции естествознания. - СПб.: Лань, 2000.

. Готт В.С. Философские вопросы современной физики: Учеб.пособие для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш.шк., 1988.

. Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание. - Новосибирск, 2004.

. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - Новосибирск, 2007.

. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Основной курс в вопросах и ответах. - Новосибирск, 2003.

. Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание. Учебное пособие.- Новосибирск: ООО "Издательство ЮКЭА", 1998.

. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов/ В.Н.Лавриненко, В.П.Ратников, В.Ф.Голубь и др. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

. Линдер Г. Картины современной физики. Пер. с нем. Ю.Г.Рудого. Предисл. Н.В.Мицкевича. - М., "Мир", 1977.

. Путилов К.А. Термодинамика. - М., 1971.