Ядерная энергия
Не следует думать что, нейтроны и протоны являются неделимыми частицами, на самом деле они имеют сложный состав. Рассмотрение состава протонов и нейтронов выходит за рамки данного учебного пособия. Не следует также думать также, что эти частицы постоянны во времени, в настоящие время известно множество процессов (реакций) превращений этих частиц, например: протон, захватывая электрон, превращается в нейтрон. Глубокие знания этих процессов не являются обязательными для понимания основных принципов работы ядерного реактора, поэтому мы постараемся не углубляться в физику частиц.
Свойства изотопов. Радиоактивный распад.
Из общих соображений ясно, что свойства изотопов должны, каким-то образом отличатся, в связи с различным составом ядра. Так как химические свойства у них практически одинаковы, отличие следует искать в каких то других свойствах, напрямую зависящих от состава ядра. Нейтроны и протоны, в ядре, находятся в постоянном движении, таким образом можно говорить о энергии этого движения или энергии ядра. Если посмотреть на ядро 238U то в его состав входят 92 протона и 146 нейтронов, все эти частицы, находясь в постоянном движении, образуют как бы каплю подвижной жидкости (капельная модель ядра). По аналогии с каплей жидкости: если каким то образом подвести энергию (нагреть каплю), то из ней могут испарится молекулы. В случае яра, при избытке энергии, из него могут вылететь, частицы. Такие процессы впервые были обнаружены в начале века. Беккерель и Кюри установили, что некоторые вещества, (уран, торий, радий и др.) самопроизвольно испускают энергию в окружающие пространство.
После изучения этих процессов были сделаны выводы о том, что некоторые ядра в природе обладают излишком энергии, находятся в ?возбужденном¦ состоянии и могут самопроизвольно сбрасывать часть энергии. Сброс энергии возможен путем радиоактивного распада или излучения.
Определение: Радиоактивный распад - это самопроизвольное превращение одного изотопа в другой (возможно даже в изотоп другого элемента) сопровождающийся сбросом энергии ядра в окружающие пространство.
Существует несколько видов радиоактивного распада приведем основные:
Альфа-распад.
При альфа распаде излишек энергии из ядра уносится с альфа-частицей, которая представляет собой ядро гелия. Другими словами из капли ядра вылетает частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов (ядро гелия). Энергия оставшегося ядра меньше чем исходного. Причем поскольку улетают два протона то заряд ядра уменьшается на 2 и мы получаем другой химический элемент.
Например:
При альфа распаде урана образуется торий, ядро которого тоже обладает излишком энергии (находится в возбужденном состоянии), и может в свою очередь претерпеть распад, результатом которого снова будет возбужденное ядро и т.д. Образуется цепочка распадов, в конце который, мы получим устойчивый изотоп, например: в нашем случае возможен свинец 
.
Бета распад.
Бета распад бывает трех видов:
- распад - из ядра вылетает электрон и антинейтрино, при этом нейтрон превращается в протон.
Заряд ядра увеличивается на единицу и изотоп превращается в изотоп другого элемента, следующего в таблице Менделеева.
- распад - из ядра вылетает позитрон и нейтрино, при этом протон превращается в нейтрон.
Заряд уменьшается на единицу - получается изотоп элемента стоящего перед исходным в таблице Менделеева.
К- захват - протон захватывает ближайший к ядру электрон и превращается в нейтрон, при этом ядро испускает нейтрино и квант энергии.
Заряд уменьшается на единицу - получается изотоп элемента стоящего перед исходным в таблице Менделеева.
Гамма излучение.
Гамма квант представляет собой электромагнитное излучение с большой частотой, обладающие большой энергией. Излишняя энергия ядра может быть сброшена путем испускания одного или нескольких гамма квантов, это и называется гамма излучением.
Интересной особенностью радиоактивного распада является то, что в настоящее время не известно не одного способа, с помощью которого можно ускорить или замелить этот процесс.
Закон радиоактивного распада
Отношение числа радиоактивных ядер [dN(t) = N(t)-N(t+dt)], распадающихся за единицу времени, к общему числу радиоактивных ядер, имеющихся в данный момент времени [N(t)], постоянно:
- постоянная радиоактивного распада
Каждый изотоп обладает своим значением постоянной радиоактивного распада.
Если известно количество ядер изотопа в начальный момент времени N0, и постоянная распада этих ядер , то для любого момента времени t можно определить количество ядер, по формуле:
Графически закон можно представить на графике, где по оси У отложено количество ядер, а по оси X - время.
Для каждого изотопа существует свое время полураспада.
Определение: Период полураспада - это время в течении которого распадается половина исходного количества ядер.
Период полураспада для одних изотопов составляет тысячные доли секунды, для других тысячи и миллиарды лет, последние представляют собой главную проблему современной ядерной энергетики. Образовавшиеся в процессе работы реактора эти изотопы остаются радиоактивными в течении столетий и представляют опасность для окружающей среды и человека.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7