Слайд 2
![Ядерные реакции Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-1.jpg)
Ядерные реакции
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.
Слайд 3
![Ядерные реакции В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-2.jpg)
Ядерные реакции
В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых
нет на Земле в естественных условиях.
Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году в опытах по обнаружению протонов в продуктах распада ядер Резерфорд бомбардировал атомы азота α-частицами.
Слайд 4
![Ядерные реакции При соударении частиц происходила ядерная реакция, протекавшая по](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-3.jpg)
Ядерные реакции
При соударении частиц происходила ядерная реакция, протекавшая по следующей схеме:
Ядерные
реакции могут протекать при бомбардировке атомов быстрыми заряженными частицами (протоны, нейтроны, α-частицы, ионы). Первая реакция такого рода была осуществлена с помощью протонов большой энергии, полученных на ускорителе, в 1932 году:
Слайд 5
![Ядерные реакции Ядерные реакции могут протекать при бомбардировке атомов быстрыми](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-4.jpg)
Ядерные реакции
Ядерные реакции могут протекать при бомбардировке атомов быстрыми заряженными частицами
(протоны, нейтроны, α-частицы, ионы). Первая реакция такого рода была осуществлена с помощью протонов большой энергии, полученных на ускорителе, в 1932 году:
Слайд 6
![Однако наиболее интересными для практического использования являются реакции, протекающие при](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-5.jpg)
Однако наиболее интересными для практического использования являются реакции, протекающие при взаимодействии
ядер с нейтронами. Так как нейтроны лишены заряда, они беспрепятственно могут проникать в атомные ядра и вызывать их превращения.
Слайд 7
![Деление ядер В 1934 году Ферми начал облучать нейтронами ядра](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-6.jpg)
Деление ядер
В 1934 году Ферми начал облучать нейтронами ядра урана с
целью получить новые более тяжелые трансурановые элементы.
Однако облучение привело не к образованию новых элементов, а к делению ядер урана.
Слайд 8
![Деление ядер Возбужденное ядро урана после захвата нейтрона делится на](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-7.jpg)
Деление ядер
Возбужденное ядро урана после захвата нейтрона делится на две приблизительно
равные по массе части, названные осколками деления.
Простейшая теория деления ядра была разработана в 1939 году Н. Бором и Дж. Уиллером. В основу этой теории была положена капельная модель ядра.
Слайд 9
![Деление ядер В этой модели атомное ядро рассматривается как сферическая](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-8.jpg)
Деление ядер
В этой модели атомное ядро рассматривается как сферическая капля заряженной
жидкости. Основанием для такой аналогии послужило то, что плотность ядерного вещества у всех ядер вблизи линии стабильности приблизительно одинакова, что говорит о его несжимаемости.
Слайд 10
![Деление ядер. Ядро В результате захвата нейтрона образуется ядро в](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-9.jpg)
Деление ядер. Ядро
В результате захвата нейтрона образуется ядро в сильно
возбужденном состоянии. Амплитуда колебаний ядра может стать настолько большой, что ядро разделится на две части, которые под действием кулоновских сил разлетятся со значительными скоростями.
Слайд 11
![Различные стадии деления (схема)](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-10.jpg)
Различные стадии деления (схема)
Слайд 12
![Деление ядер Основными продуктами процесса деления являются: два примерно равных](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-11.jpg)
Деление ядер
Основными продуктами процесса деления являются:
два примерно равных осколка (ядра);
несколько нейтронов;
гамма-кванты.
Ядра
осколков оказываются как правило бета-активными и распадаются с разными периодами полураспада.
Слайд 13
![Деление ядер Одна из реакций деления урана](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-12.jpg)
Деление ядер
Одна из реакций деления урана
Слайд 14
![Деление ядер При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-13.jpg)
Деление ядер
При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается
2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д.
Слайд 15
![Цепная реакция Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Под цепной](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-14.jpg)
Цепная реакция
Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией.
Под цепной реакцией понимают
такую реакцию, при которой воспроизводится и притом в больших количествах одно из исходных реагирующих веществ, которое вновь вступает в такую же реакцию.
В цепной реакции деления атомных ядер воспроизводятся нейтроны.
Слайд 16
![Схема развития цепной реакции](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-15.jpg)
Схема развития цепной реакции
Слайд 17
![Цепная реакция Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы так называемый](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-16.jpg)
Цепная реакция
Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы так называемый коэффициент размножения
нейтронов был больше единицы. Другими словами, в каждом последующем поколении нейтронов должно быть больше, чем в предыдущем.
Слайд 18
![Цепная реакция Цепная реакция в уране с повышенным содержанием урана-235](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-17.jpg)
Цепная реакция
Цепная реакция в уране с повышенным содержанием урана-235 может развиваться
только тогда, когда масса урана превосходит так называемую критическую массу. В небольших кусках урана большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают наружу. Для чистого урана-235 критическая масса составляет около 50 кг. Критическую массу урана можно во много раз уменьшить, если использовать так называемые замедлители нейтронов.
Слайд 19
![Цепная реакция Нейтроны, рождающиеся при распаде ядер урана, имеют слишком](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-18.jpg)
Цепная реакция
Нейтроны, рождающиеся при распаде ядер урана, имеют слишком большие скорости,
а вероятность захвата медленных нейтронов ядрами урана-235 в сотни раз больше, чем быстрых. Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода. Обычная вода при взаимодействии с нейтронами сама превращается в тяжелую воду.
Слайд 20
![Цепная реакция Хорошим замедлителем является также графит, ядра которого не](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-19.jpg)
Цепная реакция
Хорошим замедлителем является также графит, ядра которого не поглощают нейтронов.
При упругом взаимодействии с ядрами дейтерия или углерода нейтроны замедляются до тепловых скоростей.
Слайд 21
![Цепная реакция В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-20.jpg)
Цепная реакция
В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает при быстром
соединении двух кусков урана-235, каждый из которых имеет массу несколько ниже критической.
Слайд 22
![Ядерный реактор Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором.](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-21.jpg)
Ядерный реактор
Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным
(или атомным) реактором.
Слайд 23
![Ядерный реактор](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-22.jpg)
Слайд 24
![Цепная реакция. Ядерный реактор. Энергия, освобождающаяся при делении атомных ядер](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-23.jpg)
Цепная реакция. Ядерный реактор.
Энергия, освобождающаяся при делении атомных ядер называется ядерной
или атомной энергией.
Вещество, используемое в ядерных реакторах для осуществления реакций деления, называется ядерным топливом.
Слайд 25
![Ядерный реактор Ядерная реакция протекает в активной зоне реактора, которая](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-24.jpg)
Ядерный реактор
Ядерная реакция протекает в активной зоне реактора, которая заполнена замедлителем
и пронизана стержнями, содержащими обогащенную смесь изотопов урана с повышенным содержанием урана-235 (до 3 %).
Слайд 26
![Ядерный реактор В активную зону вводятся регулирующие стержни, содержащие кадмий](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-25.jpg)
Ядерный реактор
В активную зону вводятся регулирующие стержни, содержащие кадмий или бор,
которые интенсивно поглощают нейтроны. Введение стержней в активную зону позволяет управлять скоростью цепной реакции.
Слайд 27
![Термоядерные реакции Второй путь освобождения ядерной энергии связан с реакциями](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-26.jpg)
Термоядерные реакции
Второй путь освобождения ядерной энергии связан с реакциями синтеза.
При слиянии легких ядер и образовании нового ядра должно выделяться большое количество энергии. Это видно из кривой зависимости удельной энергии связи от массового числа A.
Слайд 28
![Термоядерные реакции Вплоть до ядер с массовым числом около 60](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-27.jpg)
Термоядерные реакции
Вплоть до ядер с массовым числом около 60 удельная энергия
связи нуклонов растет с увеличением A. Поэтому синтез любого ядра с A < 60 из более легких ядер должен сопровождаться выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза будет в этом случае меньше массы первоначальных частиц.
Слайд 29
![Термоядерные реакции Реакции слияния легких ядер носят название термоядерных реакций,](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-28.jpg)
Термоядерные реакции
Реакции слияния легких ядер носят название термоядерных реакций, так как
они могут протекать только при очень высоких температурах. Чтобы два ядра вступили в реакцию синтеза, они должны сблизится на расстояние действия ядерных сил, преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов.
Слайд 30
![Термоядерные реакции Расчет необходимой для этого температуры T приводит к](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-29.jpg)
Термоядерные реакции
Расчет необходимой для этого температуры T приводит к величине порядка
К. Это чрезвычайно высокая температура. При такой температуре вещество находится в полностью ионизированном состоянии, которое называется плазмой.
Слайд 31
![Термоядерные реакции Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях, в расчете](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-30.jpg)
Термоядерные реакции
Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях, в расчете на один
нуклон в несколько раз превышает удельную энергию, выделяющуюся в цепных реакциях деления ядер.
Слайд 32
![Термоядерные реакции Основные реакции термоядерного синтеза](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-31.jpg)
Термоядерные реакции
Основные реакции термоядерного синтеза
Слайд 33
![Термоядерные реакции Важную роль играет также реакция, позволяющая воспроизводить тритий, отсутствующий в природе](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-32.jpg)
Термоядерные реакции
Важную роль играет также реакция, позволяющая воспроизводить тритий, отсутствующий в
природе
Слайд 34
![Термоядерные реакции УТС занимаются давно, но еще не достигнут «выход»](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-33.jpg)
Термоядерные реакции
УТС занимаются давно, но еще не достигнут «выход» термоядерной реакции,
превышающий энергетические затраты на разогрев плазмы.
Для этого должно быть выполнено условие
Слайд 35
![Термоядерные реакции - концентрация ядер в плазме при температуре порядка](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-34.jpg)
Термоядерные реакции
- концентрация ядер в плазме при температуре порядка ;
- характерное время удержания энергии в плазме;
- характеристика ядерного горючего.
Слайд 36
![Термоядерные реакции Для чистого дейтерия Для смеси 50%дейтерия и 50%](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/338679/slide-35.jpg)
Термоядерные реакции
Для чистого дейтерия
Для смеси 50%дейтерия и 50% трития
Таким образом,
для работы реактора должно соблюдаться условие