Атомное ядро. Дефект массы. Энергия связи. Основы ядерной энергетики. Радиоактивность

Ядро атома ¾ это его центральная массивная часть. Установлено, что ядро состоит из протонов и нейтронов, имеющих общее название ¾ нуклоны.Протон обладает положительным элементарным зарядом (е = +1,6 × 10-19 Кл), его масса составляет 1836 mе масс электрона (mе = 9,1 × 10-31 кг).Нейтрон электрически нейтрален (отсюда его название), его масса несколько больше массы протона и равна 1838,5 mе. Общее число нуклонов в ядре соответствует массовому числу А элемента в таблице Менделеева. Порядковый номер элемента Z равен числу протонов в ядре. Тогда число нейтронов легко подсчитать как N = A - Z. Ядра атомов, содержащие одинаковое число протонов, но различное число нейтронов, называются изотопами

Нуклоны в ядре связаны друг с другом ядерными силами, и для того, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны, необходимо совершить работу, равную энергии связи нуклонов в ядре. Из этого следует, что сумма масс покоя нуклонов, входящих в состав ядра больше, чем масса самого ядра на величину, которую называют дефектом массы:

Z mр + (A - Z) mn - Мя = Dm, (11.13)

где mр ¾ масса протона; mn ¾ масса нейтрона, Мя ¾ масса ядра, Dm ¾ дефект массы

При этом энергия связи

DW = Dm × с2 = с2[Z mр + (A - Z) mn - Мя]. (11.14)

Энергию связи можно определить как наименьшую энергию, которую необходимо затратить для разделения ядра на отдельные нуклоны. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, называется удельной энергией связи:

(11.15)

Зависимость удельной энергии связи от массового числа представлена на рис. 11.6.

Рис. 11.6

Значение удельной энергии связи в средней части периодической таблицы (40 < А < 120) имеет почти постоянное значение w = 8,6 МэВ/нуклон, максимальная величина 8,7 МэВ у элементов с А = 50 ¸ 60. Для тяжелых и легких элементов удельная энергия связи уменьшается. Отсюда возникают две возможности выделения ядерной энергии:

Синтез легких ядер. Может быть осуществлен в будущем, например, на установках типа «ТОКАМАК» (тороидальные камеры с магнитными катушками).

Деление тяжелых ядер. Проводится в ядерных реакторах, составляющих основу сегодняшней ядерной энергетики.

При всех превращениях атомных ядер выполняется ряд законов сохранения, а именно

¾ закон сохранения массы (или энергии)

¾ закон сохранения электрического заряда

¾ закон сохранения импульса

¾ закон сохранения спина (вне школьной программы).

В общем виде, с учетом сказанного, ядерную реакцию можно записать таким образом

при этом

А1 + А2 = А3 + А4

Z1 + Z2 = Z3 + Z4

В качестве примера реакции деления ядер можно привести реакцию деления ядер урана

При этом освобождается значительная энергия.

Синтез более тяжелых ядер из более легких также приводит к высвобождению энергии. Например,

при этом высвобождается энергия 17,5 МэВ.

Или

при этом выделяется энергия 15,1 МэВ.








Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 2110; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2022 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.005 сек.