Ядерные реакции

Ядерные реакции
Что такое ядерные реакции?

ЯДЕРНЫЕ
РЕАКЦИИ
это
процесс
взаимодействия атомного ядра с другим ядром или
элементарной
частицей,
сопровождающийся
изменением состава и структуры ядра и выделением
вторичных частиц. В результате ядерных реакций
могут образовываться новые радиоактивные изотопы,
которых нет на Земле в естественных условиях.
Символически реакции
записываются в виде:
A+X→Y
+b

Первая ядерная реакция была осуществлена в
1919 г. Э. Резерфордом. Бомбардируя ядра азота
альфа-частицами, он получил вместо азота
кислород. И он сказал: «Я был занят
исследованиями, которые, как мне кажется, могут
привести к искусственному расщеплению атома.
Если это действительно так, то подобное
исследование неизмеримо важнее, чем война!»
Сравнение ядерной и тепловой
реакций
Синтез
4 г гелия
Сгорание
2 вагонов каменного угля
=
Виды ядерных реакций
 Термоядерная
реакция
 Ядерная реакция синтеза
 Фотоядерная реакция
 Ядерная реакция деления
 Холодный синтез
Термоядерная реакция

Термоядерная реа́кция
— разновидность
ядерной реакции, при
которой лёгкие
атомные ядра
объединяются в более
тяжёлые за счет
кинетической энергии
их теплового движения.
Типы термоядерных реакций

Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T) преимущества –
дешевые компоненты, большой выход энергии.
недостатки - выход нежелательной нейтронной радиации
Реакция дейтерий + гелий-3
Условия её достижения значительно сложнее. Гелий-3, является
редким и чрезвычайно дорогим изотопом, и поэтому реакция
Д+Г используется не часто.
2H + 3He = 4He + p при энергетическом выходе 18,4 МэВ.


Реакция между ядрами дейтерия (монотопливо)
D + 3Не
p + 4Не + 18,353 MeV
Термоядерные реакции в природе

На Солнце происходят
ядерные реакции, в
результате которых 4
атома водорода
превращаются в 1 ядро
гелия, с выделением
большого количества
тепловой и лучистой
энергий.
Ядерная реакция синтеза

Ядерный синтез - это реакции слияния ядер.
Энергия может выделяться не только при реакции
расщепления ядра с образованием более легких ядер, но и
если два легких ядра сумеют преодолеть кулоновские силы
отталкивания и образовать одно новое тяжелое ядро, также
выделится энергия. Например, два ядра тяжелого водорода
(дейтерия, D) могут слиться и образовать ядро гелия (реакция
D+D):
Фотоядерная реакция


Фотоядерными реакциями называют ядерные реакции под
действием g-квантов. Атомные ядра испускают и поглощают
γ-кванты. Эти реакции называют ядерным фотоэффектом за
счёт наличия энергетического порога Е0.
Так как энергия g-квантов естественных радиоактивных
элементов не превышает 3 МэВ, то фотоядерные реакции
под действием g-квантов естественных источников можно
наблюдать только на ядрах, у которых энергия связи
(отделения) нуклона составляет ~ 2 МэВ. Первую
фотоядерную реакцию осуществили в 1932 г. Гольдхабер.
Ядерные реакции распада


Радиоактивный распад - спонтанное изменение состава
нестабильных атомных ядер (заряда Z, массового числа A)
путём испускания элементарных частиц или ядерных
фрагментов. Процесс радиоактивного распада также
называют радиоактивностью, а соответствующие
элементы радиоактивными.
Закон радиоактивного распада открыт Фредериком Содди
и Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и
сформулированный в 1903 году.
Ядерная реакция деления

Реакции деления – это процесс,
при котором нестабильное ядро
делится на два крупных фрагмента
сравнимых масс.

В 1939 году немецкими учеными
О. Ганом и Ф. Штрассманом было
открыто деление ядер урана. Они
установили, что при
бомбардировке урана нейтронами
возникают элементы средней
части периодической системы –
радиоактивные изотопы
бария,криптона.
Холодный ядерный синтез


Холодный
ядерный
синтез
—
предполагаемая возможность осуществления
ядерной реакции синтеза в химических
(атомно-молекулярных)
системах
без
значительного нагрева рабочего вещества.
В настоящее время выполнение холодного
ядерного синтеза считается невозможным.
Ядерные реакции протекают:
В естественных условиях
(в недрах звезд)
В лабораторных экспериментах.
Ядерные реакции на службе у
человека (контролируемые)

Для производства
большого
количества полезной
энергии
Синтез новых элементов получение новых элементов,
т.к. при расщеплении или
слиянии ядер получаются
другие элементы таблицы
Менделеева.
Медицина - в современной
ядерной медицине для
научно-исследовательских,
диагностических и
терапевтических целей
применяют свыше 50
циклотронных радионуклидов
с периодом полураспада от
нескольких минут до
нескольких лет.
Вредоносное действие
ядерных реакций

Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки
(1945 год) — единственные в истории человечества
применения боевого ядерного оружия. Общее
количество пострадавших более 300 тыс. человек!
Потеря контроля над ядерными
реакциями

Чернобыльская
АЭС (1986 год)
Загрязнение
более 200 тыс. км²