Ядролық реакциялар. Жасанды радиоактивтілік. Ауыр ядролардық бөлінуі. Тізбекті ядролық реакция. Сындық масса. Физика, 11 сынып, презентация.

Ядролық реакциялар. Жасанды радиоактивтілік.

11.8.2.4 - ядролық реакцияны жазу кезінде массалық және зарядтық санның сақталу заңын қолдану;

Ядролық реакция

Атом ядроларының элементар бөлшектермен немесе бір-бірімен өзара әсерлесуі кезінде болатын өзгерістер ядролық реакциялар деп аталады.

Ядролық реакцияны алғаш рет 1919 жылы Э. Резерфорд жүргізді. Ол азот атомнының ядросы альфа-бөлшектермен атқылау нәтижесінде оттегі изотобы мен протонды мына реакция бойынша алды:

Ядролық реакция – атомдық ядроның басқа ядролармен немесе элементар бөлшектермен өзара әсерлесуі кезінде атомдық ядролардың басқа ядроларға айналуы. Ядролық реакция символдық түрде былай жазылады:

немесе ,

Мұндағы X және Y – бастапқы және соңғы ядроның символы, a және b – ядролық реакциядағы атқылаушы және шығарылған (пайда болған) бөлшектер.

Ядролық реакция

1. Реакцияға қатысатын бөлшектің тегіне байланысты. Мысалы протон, нейтрон, α- бөлшектер, γ- кванттар арқылы өтетін реакциялар.

2. Бөлшектерді бөліп шығаратын энергияның түріне байланысты өте аз энергия арқылы өтетін реакциялар, орташа энергияның көмегімен болатын реакциялар. Мысалы, γ- сәулелері, зарядталған α- бөлшектері, протондар арқылы өтеді, өте жоғары энергия арқылы жүретін реакциялар.

3. Реакцияға қатысатын ядролардың тегіне байланысты жеңіл ядролар қатысуымен өтетін реакциялар, орташа салмақты ядролар арқылы жүретін реакциялар және өте ауыр ядролар арқылы өтетін реакциялар.

4. Ядролық түрленудің сипатына байланысты өтетін реакциялар Мысалы, Түрлену кезінде нейтрон, зарядталған α- бөлшектер, протон, т.б. бөлінуі мүмкін.

Тізбекті ядролық реакция

Тізбекті ядролық реакциялар жүру үшін нейтрондармен бөлінетін элементтер қажет. Ондай элементтердің бірі – уран. Табиғи уранның үш изотоптары бар

Соның ішінде тек нейтрондармен бөлінеді.

Тізбекті реакция қай кезде мүмкін болады?

Тізбектік ядролық реакция

Бөліну реакция кезінде 2 немесе 3 нейтрон кездейсоқ түрде босатылады. Төменде бөліну реакциясына кейбір мысалдарды көре аласыз.

Нейтрондардың көбею коэффициенті

Көбею коэффициенті мынадай төрт фактордан тәуелді:

Плутонийдің пайда болуы

Ядролық реактор

Алғашқы ядролық реакторлар

Уран бөлінуінің тізбекті ядролық реакциясын алғаш рет АҚШ-та 1942 жылы желтоқсан айында Энрики Ферми бастаған ғалымдар тобы жүзеге асырды.

Кеңестер Одағында бірінші ядролық реакторды 1946 жылы 25желтоқсанда Игорь Васильевич Курчатов басқарған физиктер іске қосты.

Энергияның түрленуі

Уран ядросының ішкі энергиясы жарықшақтар мен нейтрондардың кинетикалық энергиясына, ол судың ішкі және будың энергиясы ішкі энергиясына, бұл өз кезегінде турбина роторының және генератор роторының кинетикалық энергиясына, одан электр энергиясына айналады.

Ядролық реактор

Ядролық реактор

Видео: Ядролық реактор

https://bilimland.kz/kk/courses/physics-kk/kvanttyq-fizika/atom-yadrosynyng-fizikasy/lesson/yadronyng-bai-lanys-ehnergiyasy-yadro-massasynyng-aqauy

Сындық масса

Сындық масса деп бөлінетін заттың тізбекті ядролық реакция жүре алатындай ең кіші массасын айтады.

Кризистік өлшемдер және оған сәйкес кризистік масса ядролық отынның түріне, баяулатқышқа және реактордың конструктивтік ерекшеліктеріне байланысты анықталады.

Термоядролық реакция

Жеңіл элементтерді жүздеген миллион градусқа дейін қыздырғанда, олардың бейтарап атомдары тұтастығын жойып, ядролар мен электрондарға ыдырайды. Нәтижесінде оң зарядты ядролардан, теріс зарядты элетктрондардан тұратын ерекше орта – жоғары температуралық плазма пайда болады. Мұндай плазмада ядролар кулондық тебіліс бөгетін жеңе алатын кинетикалық энергияға ие болады:

Миллиондаған градус температурада жүзеге асатын жеңіл ядролық бірігу рекциясы термоядролық реакция немесе термоядролық синтез деп аталады.

17,6 МэВ энергия бөлінеді.

Термоядролық реакцияны іске асыру үшін үш мәселе шешу керек:

Сутегі газын қыздыру арқылы ыстық плазманың температурасын ондаған миллион градусқа көтеру қажет.

Термоядролық реакцияны тұтандару үшін ыстық плазманы суытпай белгілі бір көлемде кем дегенде 10-1-10-2 с ұстап тұру қажет.

Термоядролық реакция қарқынды жүріп, энергия шығымы қажетінше мол болуы үшін ыстық плазмдағы дейтерий ядроларының тығыздығы белгілі бір шамадан кем болмауы тиіс, яғни 1 м3 көлемде 1022 бөлшек болуы керек.

Токамак – болашақ термоядролық реактор негізі.

“Токамак” қондырғысы

1-трансформатор

2-айнымалы магнит өрісі тудыратын орама;

3-плазма;

4-тороидальды вакуумдік камера;

5-қума магнит өрісін тудыратын орама

Видео: Токамак операциясы

https://bilimland.kz/kk/courses/physics-kk/kvanttyq-fizika/atom-yadrosynyng-fizikasy/lesson/termoyadrolyq-reakcziyalar-auyr-yadrolardyng-bolinui

Сәйкестендір

Термоядролық реакция мысалдары

Күн мен жұлдыздардағы энергияның негізгі көзі сутегі ядроларына айналдыратын термоядролық реакциялар болып табылады.

Жұлдыздарда термоядролық реакциялар үшін қажетті жағдайлардың бәрі бар. Ғаламдағы заттардың 99%-ін сутегі құрайды. Сондықтан жұлдыздар қойнауындағы мол сутегі ядролары жоғары қысым мен температураның салдарынан бір-бірімен бірігіп, гелий ядросына айналады.

Термоядролық реакциялар

Сутегі изотоптарын гелийге айналдыратын термоядролық реакциялар мына ретпен орындалады:

Есептер шығару

Мынадай ядролық реакциялар кезінде энергия бөлініп шыға ма, әлде жұтыла ма:

3Li7+2He4→5B10 + 0n1

3Li7+ 1H2→ 4Be8+ 0n1

2. Азот 7N14 изотопын протондармен сәулелендіргенде көміртегі және α-бөлшек пайда болады. Реакцияны жүзеге асыру үшін протон энергиясы 1,2 МэВ болуға тиіс деп санап, ядролық реакциядағы энергетикалық шығуды есептеңдер.