Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Хочется сперва вспомнить свою ...
А потом запись . Когда зная потенциал атома и имея наноотверстие мы можем иметь практически вечный двигатель снабжающий нас энергией.

холодный ядерный синтез в клетках (Г. Н. Петракович)

Как следует из опубликованной гипотезы автора о клеточной биоэнергетике , в «силовых станциях» клетки - митохондриях - генерируется вихревое электромагнитное поле (ЭМП) - самое высокочастотное и самое коротковолновое из всех полей в природе. Не созданы еще приборы для измерения таких полей. Недавно в США с привлечением лазерной техники была создана установка, с помощью которой удалось генерировать и измерить ЭМП с частотой 1012 сек, тогда как в митохондриях живой клетки, по предварительным расчетам, генерируется ЭМП с частотой не менее 1028 сек .

Генерация ЭМП в митохондриях происходит в гемах (четыре связанных между собой атомными связями атомов железа с обратимо меняющейся валентностью Fe2+ Fe3+) за счет "перескока" электрона от двухвалентного железа к трехвалентному. В генерируемом ЭМП удерживаются и ускоряются протоны - тяжелые положительно заряженные элементарные частицы, которые образуются, как и электроны, из атомарного водорода при ионизации его в митохондрии.

Генерируемые в каждом геме цитохромов высокочастотные ЭМП являются когерентными, поэтому они слагаются ("сливаются") между собой путем синхронизации с непременным эффектом резонанса, что значительно увеличивает напряжение вновь образованного поля.

Сложение когерентных ЭМП с синхронизацией и непременным эффектом резонанса осуществляется не только в митохондриях, но и в пространстве клетки - цитоплазме, и далеко за пределами клеток и даже всего живого организма, и во всех случаях в них удерживаются и ускоряются протоны. Энергия полей, направленных на "слияние" из митохондрий в цитоплазму, и есть та сила, которая "выбрасывает" с огромной скоростью протоны из митохондрий в пространство клетки, при этом движение их оказывается однонаправленным - в отличие от броуновского движения всех остальных ионов в клетке, со скоростью, в тысячи раз превышающей скорость движения других ионов в клетке.

Но каким образом протонам в клетке удается преодолевать кулоновский барьер и проникать в ядра атомов ?

Оказывается, все дело в характере ЭМП, генерируемого в теме, - в его частоте и длине волны. Гем - четыре связанных между собой атомными связями атома железа - представляет собой единицу атомной решетки железа в виде тетраэдра ("пакет молока"), длина волны генерируемого в нем ЭМП равна половине расстояния между ближайшими атомами в атомной решетке железа - такая волна свободно, как по волноводу, пройдет через любую атомную решетку, в том числе и металлическую, а высокая частота сохранит энергию от излишнего расходования . При этом ЭМП, имеющее одну и ту же природу с электромагнитными силами кулоновского сопротивления в ядрах атомов, изменит векторность этих сил, направленных одинаково во все стороны от ядра, в сторону перемещения ЭМП, - в этих условиях протонам, ускоряемым в этом поле, предоставляется возможность свободно проникнуть в ядра атомов-мишеней и уже внутри этих ядер воздействовать своей энергией на короткодействующие силы притяжения между частицами, составляющими ядро. Это может быть ?- распад, при котором увеличивается число протонов и уменьшается число нейтронов в ядре - тем самым изменяется атомное число, то есть получается новый химический элемент с новыми качествами. А это и есть ядерный синтез. Это может быть и?+- распад, при котором увеличивается число нейтронов и может уменьшаться число протонов в ядре - а это уже образование изотопов химического элемента или даже ядерное деление.

Но самое большое количество энергии выделяется при ?- распаде, при котором "из плена" ядра с огромной скоростью выбрасываются?-частицы, представляющие собой прочно связанные между собой два протона и два нейтрона - ядра атомов гелия. Эти положительно заряженные частицы, имеющие двойной протонный заряд, попадают в пришедшее ЭМП, уносятся им прочь от ядра, при этом не только не теряя в нем свою изначально высокую скорость, но и продолжая ускоряться в нем.

В отличие от ядерного взрыва при "холодном термояде" в зоне реакции не происходит накопления критической массы, распад или синтез могут немедленно прекратиться, не наблюдается радиации, поскольку ?- частицы вне ЭМП немедленно превращаются в атомы гелия, а протоны - в молекулярный водород, воду или перекиси.

В то же время организм способен сам себе путем "холодного термояда" создавать необходимые ему химические элементы из других химических элементов, нейтрализовать вредные для него вещества.

В зоне свершения "холодного термояда" формируются и голограммы, отражающие взаимодействие протонов с ядрами атомов-мишеней, в конечном итоге эти голограммы в неискаженном виде выносятся ЭМП в ноосферу и становятся основой энергоинформационного поля ноосферы .

Человек способен произвольно, с помощью электромагнитных линз, роль которых в живом организме выполняют молекулы-пьезокристаллы , фокусировать энергию протонов и особенно ?- частиц в мощные пучки, демонстрируя при этом потрясающие воображение феномены: поднятие и передвижка по поверхности неимоверных тяжестей, хождение по раскаленным камням и углям, левитацию и многое другое, столь же впечатляющее.

Петракович Г.Н. Биополе без тайн: критический разбор теории клеточной биоэнергетики и гипотеза автора// Русская мысль, 1992. -N2.- С.66-71.

Петракович Г.Н. Ядерные реакции в живой клетке: новые представления о биоэнергетике клетки в дополнение к опубликованным ранее // Русская мысль, 1993.-N3-12.-С.66-73.

Нефёдов Е.И., Протопопов А.А., Семенцов А.Н., Яшин А.А. Взаимодействие физических полей с живым веществом. -Т ула, 1995. -180с.

Петракович Г.Н. Биоэнергетические поля и молекулы-пьезокристаллы в живом организме//Вестник новых медицинских технологий, 1994. -T.1. -N2. -С.29-31.

План:

Введение

• 1 Составное ядро
  • 1.1 Энергия возбуждения
  • 1.2 Каналы реакций
• 2 Сечение ядерной реакции
  • 2.1 Выход реакции
• 3 Прямые ядерные реакции
• 4 Законы сохранения в ядерных реакциях
  • 4.1 Закон сохранения энергии
  • 4.2 Закон сохранения импульса
  • 4.3 Закон сохранения момента импульса
  • 4.4 Другие законы сохранения
• 5 Виды ядерных реакций
  • 5.1 Деление ядра
  • 5.2 Термоядерный синтез
  • 5.3 Фотоядерная реакция
  • 5.4 Другие
• 6 Запись ядерных реакций
Примечания

Введение

Ядерная реакция лития-6 с дейтерием 6 Li(d,α)α

Я́дерная реа́кция - процесс образования новых ядер или частиц при столкновениях ядер или частиц. Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в 1919 году, бомбардируя α-частицами ядра атомов азота, она была зафиксирована по появлению вторичных ионизирующих частиц, имеющих пробег в газе больше пробега α-частиц и идентифицированных как протоны. Впоследствии с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса.

По механизму взаимодействия ядерные реакции делятся на два вида:

• реакции с образованием составного ядра, это двухстадийный процесс, протекающий при не очень большой кинетической энергии сталкивающихся частиц (примерно до 10 МэВ).
• прямые ядерные реакции, проходящие за ядерное время , необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро. Главным образом такой механизм проявляется при очень больших энергиях бомбардирующих частиц.

Если после столкновения сохраняются исходные ядра и частицы и не рождаются новые, то реакция является упругим рассеянием в поле ядерных сил, сопровождается только перераспределением кинетической энергии и импульса частицы и ядра-мишени и называется потенциальным рассеянием .

1. Составное ядро

Теория механизма реакции с образованием составного ядра была разработана Нильсом Бором в 1936 году совместно с теорией капельной модели ядра и лежит в основе современных представлений о большой части ядерных реакций.

Согласно этой теории ядерная реакция идёт в два этапа. В начале исходные частицы образуют промежуточное (составное) ядро за ядерное время , то есть время, необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро, примерно равное 10 −23 - 10 −21 с. При этом составное ядро всегда образуется в возбуждённом состоянии, так как оно обладает избыточной энергией, привносимой частицей в ядро в виде энергии связи нуклона в составном ядре и части его кинетической энергии, которая равна сумме кинетической энергии ядра-мишени с массовым числом и частицы в системе центра инерции.

1.1. Энергия возбуждения

Энергия возбуждения составного ядра, образовавшегося при поглощении свободного нуклона, равна сумме энергии связи нуклона и части его кинетической энергии :

Чаще всего вследствие большой разницы в массах ядра и нуклона примерно равна кинетической энергии бомбардирующего ядро нуклона.

В среднем энергия связи равна 8 МэВ, меняясь в зависимости от особенностей образующегося составного ядра, однако для данных ядра-мишени и нуклона эта величина является константой. Кинетическая же энергия бомбардирующей частицы может быть какой угодно, например при возбуждении ядерных реакций нейтронами, потенциал которых не имеет кулоновского барьера, значение может быть близким к нулю. Таким образом, энергия связи является минимальной энергией возбуждения составного ядра .

1.2. Каналы реакций

Переход в невозбуждённое состояние может осуществляться различными путями, называемыми каналами реакции . Типы и квантовое состояние налетающих частиц и ядер до начала реакции определяют входной канал реакции. После завершения реакции совокупность образовавшихся продуктов реакции и их квантовых состояний определяет выходной канал реакции. Реакция полностью характеризуется входным и выходным каналами.

Каналы реакции не зависят от способа образования составного ядра, что может быть объяснено большим временем жизни составного ядра, оно как бы «забывает» каким способом образовалось, следовательно образование и распад составного ядра можно рассматривать как независимые события. К примеру может образоваться как составное ядро в возбуждённом состоянии в одной из следующих реакций:

Впоследствии, при условии одинаковой энергии возбуждения, это составное ядро может распасться путём, обратным любой из этих реакций с определённой вероятностью, не зависящей от истории возникновения этого ядра. Вероятность же образования составного ядра зависит от энергии и от сорта ядра-мишени .

2. Сечение ядерной реакции

Вероятность реакции определяется так называемым ядерным сечением реакции. В лабораторной системе отсчёта (где ядро-мишень покоится) вероятность взаимодействия в единицу времени равна произведению сечения (выраженного в единицах площади) на поток падающих частиц (выраженный в количестве частиц, пересекающих за единицу времени единичную площадку). Если для одного входного канала могут осуществляться несколько выходных каналов, то отношения вероятностей выходных каналов реакции равно отношению их сечений. В ядерной физике сечения реакций обычно выражаются в специальных единицах - барнах, равных 10 −24 см².

2.1. Выход реакции

Число случаев реакции, отнесённое к числу бомбардировавших мишень частиц называется выходом ядерной реакции . Эта величина определяется на опыте при количественных измерениях. Поскольку выход непосредственно связан с сечением реакции, измерение выхода по сути является измерением сечения реакции .

3. Прямые ядерные реакции

Течение ядерных реакций возможно и через механизм прямого взаимодействия, в основном такой механизм проявляется при очень больших энергиях бомбардирующих частиц, когда нуклоны ядра можно рассматривать как свободные. От механизма составного ядра прямые реакции отличаются прежде всего распределением векторов импульсов частиц-продуктов относительно импульса бомбардирующих частиц. В отличие от сферической симметрии механизма составного ядра для прямого взаимодействия характерно преимущественное направление полёта продуктов реакции вперёд относительно направления движения налетающих частиц. Распределения по энергиям частиц-продуктов в этих случаях также различны. Для прямого взаимодействия характерен избыток частиц с высокой энергией. При столкновениях с ядрами сложных частиц (то есть других ядер) возможны процессы передачи нуклонов от ядра к ядру или обмен нуклонами. Такие реакции происходят без образования составного ядра и им присущи все особенности прямого взаимодействия .

4. Законы сохранения в ядерных реакциях

При ядерных реакциях выполняются все законы сохранения классической физики. Эти законы накладывают ограничения на возможность осуществления ядерной реакции. Даже энергетически выгодный процесс всегда оказывается невозможным, если сопровождается нарушением какого-либо закона сохранения. Кроме того, существуют законы сохранения, специфичные для микромира; некоторые из них выполняются всегда, насколько это известно (закон сохранения барионного числа, лептонного числа); другие законы сохранения (изоспина, чётности, странности) лишь подавляют определённые реакции, поскольку не выполняются для некоторых из фундаментальных взаимодействий. Следствиями законов сохранения являются так называемые правила отбора, указывающие на возможность или запрет тех или иных реакций.

4.1. Закон сохранения энергии

Если , , , - полные энергии двух частиц до реакции и после реакции, то на основании закона сохранения энергии:

При образовании более двух частиц соответственно число слагаемых в правой части этого выражения должно быть больше. Полная энергия частицы равна её энергии покоя Mc 2 и кинетической энергии E , поэтому:

Разность суммарных кинетических энергий частиц на «выходе» и «входе» реакции Q = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) называется энергией реакции (или энергетическим выходом реакции ). Она удовлетворяет условию:

Множитель 1/c 2 обычно опускают, при подсчёте энергетического баланса выражая массы частиц в энергетических единицах (или иногда энергии в массовых единицах).

Если Q > 0, то реакция сопровождается выделением свободной энергии и называется экзоэнергетической , если Q < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется эндоэнергетической .

Легко заметить, что Q > 0 тогда, когда сумма масс частиц-продуктов меньше суммы масс исходных частиц, то есть выделение свободной энергии возможно только за счёт снижения масс реагирующих частиц. И наоборот, если сумма масс вторичных частиц превышает сумму масс исходных, то такая реакция возможна только при условии затраты какого-то количества кинетической энергии на увеличение энергии покоя, то есть масс новых частиц. Минимальное значение кинетической энергии налетающей частицы, при которой возможна эндоэнергетическая реакция, называется пороговой энергией реакции . Эндоэнергетические реакции называют также пороговыми реакциями , поскольку они не происходят при энергиях частиц ниже порога.

4.2. Закон сохранения импульса

Полный импульс частиц до реакции равен полному импульсу частиц-продуктов реакции. Если , , , - векторы импульсов двух частиц до реакции и после реакции, то

Каждый из векторов может быть независимо измерен на опыте, например магнитным спектрометром. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что закон сохранения импульса справедлив как при ядерных реакциях, так и в процессах рассеяния микрочастиц.

4.3. Закон сохранения момента импульса

Момент количества движения также сохраняется при ядерных реакциях. В результате столкновения микрочастиц образуются только такие составные ядра, момент импульса которых равен одному из возможных значений момента, получающегося при сложении собственных механических моментов (спинов) частиц и момента их относительного движения (орбитального момента). Каналы распада составного ядра также могут быть лишь такими, чтобы сохранялся суммарный момент количества движения (сумма спинового и орбитального моментов).

4.4. Другие законы сохранения

• при ядерных реакциях сохраняется электрический заряд - алгебраическая сумма элементарных зарядов до реакции равна алгебраической сумме зарядов после реакции.
• при ядерных реакциях сохраняется число нуклонов, что в самых общих случаях интерпретируется как сохранение барионного числа. Если кинетические энергии сталкивающихся нуклонов очень высоки, то возможны реакции рождения нуклонных пар. Поскольку нуклонам и антинуклонам приписываются противоположные знаки, то при любых процессах алгебраическая сумма барионных чисел всегда остаётся неизменной.
• при ядерных реакциях сохраняется число лептонов (точнее, разность количества лептонов и количества антилептонов, см. Лептонное число).
• при ядерных реакциях, которые протекают под воздействием ядерных или электромагнитных сил, сохраняется чётность волновой функции, описывающей состояние частиц до и после реакции. Чётность волновой функции не сохраняется в превращениях, обусловленных слабыми взаимодействиями .
• при ядерных реакциях, обусловленных сильными взаимодействиями, сохраняется изотопический спин. Слабые и электромагнитные взаимодействия изоспин не сохраняют.

5. Виды ядерных реакций

Ядерные взаимодействия с частицами носят весьма разнообразный характер, их виды и вероятности той или иной реакции зависят от вида бомбардирующих частиц, ядер-мишеней, энергий взаимодействующих частиц и ядер и многих других факторов.

5.1. Деление ядра

Деле́ние ядра́ - процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер - экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения.

Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

5.2. Термоядерный синтез

При нормальной температуре слияние ядер невозможно, так как положительно заряженные ядра испытывают огромные силы кулоновского отталкивания. Для синтеза легких ядер необходимо сблизить их на расстояние порядка 10 −15 м, на котором действие ядерных сил притяжения будет превышать кулоновские силы отталкивания. Для того чтобы произошло слияние ядер, необходимо увеличить их подвижность, то есть увеличить их кинетическую энергию. Это достигается повышением температуры. За счет полученной тепловой энергии увеличивается подвижность ядер, и они могут подойти друг к другу на такие близкие расстояния, что под действием ядерных сил сцепления сольются в новое более сложное ядро. В результате слияния легких ядер освобождается большая энергия, так как образовавшееся новое ядро имеет большую удельную энергию связи, чем исходные ядра. Термоядерная реакция - это экзоэнергетическая реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре (10 7 К).

Прежде всего, среди них следует отметить реакцию между двумя изотопами (дейтерий и тритий) весьма распространенного на Земле водорода, в результате которой образуется гелий и выделяется нейтрон. Реакция может быть записана в виде

+ энергия (17,6 МэВ) .

Выделенная энергия (возникающая из-за того, что гелий-4 имеет очень сильные ядерные связи) переходит в кинетическую энергию, большую часть из которой, 14,1 МэВ, уносит с собой нейтрон как более лёгкая частица . Образовавшееся ядро прочно связано, поэтому реакция так сильно экзоэнергетична. Эта реакция характеризуется наинизшим кулоновским барьером и большим выходом, поэтому она представляет особый интерес для термоядерного синтеза .

Термоядерная реакция используется в термоядерном оружии и находится на стадии исследований для возможного применения в энергетике, в случае решения проблемы управления термоядерным синтезом.

5.3. Фотоядерная реакция

При поглощении гамма-кванта ядро получает избыток энергии без изменения своего нуклонного состава, а ядро с избытком энергии является составным ядром. Как и другие ядерные реакции, поглощение ядром гамма-кванта возможно только при выполнении необходимых энергетических и спиновых соотношений. Если переданная ядру энергия превосходит энергию связи нуклона в ядре, то распад образовавшегося составного ядра происходит чаще всего с испусканием нуклонов, в основном нейтронов. Такой распад ведёт к ядерным реакциям и , которые и называются фотоядерными , а явление испускания нуклонов в этих реакциях - ядерным фотоэффектом .

5.4. Другие

6. Запись ядерных реакций

Ядерные реакции записываются в виде специальных формул, в которых встречаются обозначения атомных ядер и элементарных частиц.

Первый способ написания формул ядерных реакций аналогичен записи формул реакций химических, то есть, слева записывается сумма исходных частиц, справа - сумма получившихся частиц (продуктов реакции), а между ними ставится стрелка.

Так, реакция радиационного захвата нейтрона ядром кадмия-113 записывается так:

Мы видим, что число протонов и нейтронов справа и слева остаётся одинаковым (барионное число сохраняется). Это же относится к электрическим зарядам, лептонным числам и другим величинам (энергия, импульс, момент импульса, …). В некоторых реакциях, где участвует слабое взаимодействие, протоны могут превращаться в нейтроны и наоборот, однако их суммарное число не меняется.

Второй способ записи, более удобный для ядерной физики, имеет вид A (a, bcd…) B , где А - ядро мишени, а - бомбардирующая частица (в том числе ядро), b, с, d, … - испускаемые частицы (в том числе ядра), В - остаточное ядро. В скобках записываются более лёгкие продукты реакции, вне - более тяжёлые. Так, вышеприведённая реакция захвата нейтрона может быть записана в таком виде:

Реакции часто называют по совокупности налетающих и испускаемых частиц, стоящих в скобках; так, выше записан типичный пример (n , γ)-реакции.

Первое принудительное ядерное превращение азота в кислород, которое провёл Резерфорд, обстреливая азот альфа-частицами, записывается в виде формулы

Где - ядро атома водорода, протон.

В «химической» записи эта реакция выглядит, как

Первая ядерная реакция на земле произошла в Африке около двух миллиардов лет назад. Ученые предполагают, что тогда в ходе геологических процессов была создана своего рода атомная установка мощностью 100 киловатт, которая пульсировала каждые три часа в течение 150 тыс. лет.

Следы существования этих природных ядерных реакторов были обнаружены в районе Окло африканского государства Габон в 1972 году. Ученые обнаружили, что уран в урановой руде, обнаруженной там, подвергался цепной ядерной реакции. В результате высвобождалось большое количество энергии в виде тепла – аналогичный принцип используется в современных ядерных реакторах.

При этом остается загадкой, почему ядерная реакция в Африке не привела к взрыву. На атомных электростанциях используется замедлитель ядерных реакций. Ученые считают, что в природных условиях таким замедлителям реакции стала вода горных ручьев. Вода замедляет движение нейтронов и таким образом приостанавливает ядерную реакцию. Реактор на какое-то время охлаждается, но потом под влиянием энергии нейтронов вода нагревается вновь, закипает, и ядерная реакция продолжается.

Алекс Мешик и его коллеги из университета Вашингтона в Сент-Луисе, Миссури, обнаружили большое ксенона – продукта расщепления атомного ядра – в минерале, представляющем собой фосфат алюминия, возле скал Окло. Ксенон – это газ, но во время охлаждения природного ядерного реактора часть его сохранилась в застывшем виде в фосфате алюминия. Ученые измеряют количество ксенона с тем, чтобы вычислить, насколько долгими были периоды нагревания и охлаждения ядерного реактора.

Современные ядерные реакторы производят радиоактивный ксенон и сходный с ним инертный газ криптон, но оба этих газа улетучиваются в атмосферу. Только в природных условиях эти газы удерживаются внутри кристаллической структуры фосфата. "Может, это поможет нам научиться удерживать эти газы в ядерных реакторах", – говорит Алекс Мешик.

Ядерные реакции постоянно происходят на звездах. Более того, термоядерные реакции - одна из разновидностей ядерных реакций - основной источник энергии на звездах. Однако ядерные реакции в звездах проходят медленнее, чем мы думаем, и, как следствие, сами звезды, а также галактики и вся вселенная чуть старше, чем принято считать – это вытекает из последних астрофизических экспериментов в итальянских горах Гран Сассо.

Большая часть энергии, испускаемой нашими звездами – это энергия, выделяемая при происходящей внутри них реакции слияния четырех ядер водорода с образованием ядер лития. А получаемые ядра лития вовлекаются в так называемый углерод-азот-кислородный цикл. Скорость протекания этого цикла определяется самой медленной из участвующих в нем реакций, той, которая приводит к образованию ядер кислорода в результате слияния ядер азота с протоном. Добиться такого слияния искусственным образом нетрудно – считают ученые. Трудность состоит в том, чтобы сделать это на том же энергетическом уровне, что имеет место в звездах. А уровень этот относительно низок, он обеспечивает всего несколько реакций в день, благодаря чему и существует жизнь, по крайней мере, на нашей планете – иначе (при быстром взаимодействии протона с азотом) Солнце уже давно израсходовало бы свою энергию, оставив всю систему в холодной мгле. В модельных подземных экспериментах выяснилось, что углерод-азот-кислородный цикл проходит в два раза медленнее, чем предполагалось, следовательно возраст самых старых звездных скоплений, по которому судят о возрасте вселенной, увеличивается. И если по прежним подсчетам вселенной было 13 миллиардов лет, то теперь ей никак не меньше 14 миллиардов – заявляет директор лабораторий Гран Сассо Эуженио Коччиа (Eugenio Coccia).

И способность использовать ядерную энергию, как в созидательных (атомная энергетика), так и разрушительных (атомная бомба) целях стало, пожалуй, одним из самых значимых изобретений прошлого ХХ века. Ну а в основе всей той грозной силы, что таиться в недрах крохотного атома лежат ядерные реакции.

Что такое ядерные реакции

Под ядерными реакциями в физике понимается процесс взаимодействия атомного ядра с другим подобным ему ядром либо разными элементарными частичками, в результате чего происходит изменения состава и структуры ядра.

Немного истории ядерных реакций

Первая ядерная реакция в истории была сделана великим ученым Резерфордом в далеком 1919 году во время опытов по обнаружению протонов в продуктах распада ядер. Ученый бомбардировал атомы азота альфа частицами, и при соударении частиц происходила ядерная реакция.

А так выглядело уравнение этой ядерной реакции. Именно Резерфорду принадлежит заслуга открытия ядерных реакций.

Затем последовали многочисленные опыты ученых по осуществлению различных типов ядерных реакций, например, весьма интересной и значимой для науки была ядерная реакция, вызванная бомбардировкой атомных ядер нейтронами, которую провел выдающийся итальянский физик Э. Ферми. В частности Ферми обнаружил, что ядерные преобразования могут быть вызваны не только быстрыми нейтронами, но и медленными, который двигаются с тепловыми скоростями. К слову ядерные реакции, вызванные воздействием температуры, получили название термоядерных. Что же касается ядерных реакций под действием нейтронов, то они очень быстро получили свое развитие в науке, да еще какое, об этом читайте дальше.

Типичная формула ядерной реакции.

Какие ядерные реакции есть в физике

В целом известные на сегодняшний день ядерные реакции можно разделить на:

• деление атомных ядер
• термоядерные реакции

Ниже детально напишем о каждой из них.

Деление атомных ядер

Реакция деления атомных ядер подразумевает распад собственно ядра атома на две части. В 1939 году немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деления ядер атома , продолжая исследования своих ученых предшественников, они установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической таблицы Менделеева, а именно радиоактивные изотопы бария, криптона и некоторых других элементов. К сожалению, эти знания первоначально были использованы в ужасающих, разрушительных целях, ведь началась вторая мировая война и немецкие, а с другой стороны, американские и советские ученые наперегонки занимались разработкой ядерного оружия (в основе которого была ядерная реакция урана), закончившейся печально известными «ядерными грибами» над японскими городами Хиросимой и Нагасаки.

Но вернемся к физике, ядерная реакция урана при расщеплении его ядра обладает просто таки колоссальной энергией, которую наука смогла поставить себе на службу. Как же происходит подобная ядерная реакция? Как мы написали выше, она происходит вследствие бомбардировки ядра атома урана нейтронами, от чего ядро раскалывается, при этом возникает огромная кинетическая энергия, порядка 200 МэВ. Но что самое интересное, в качестве продукта ядерной реакции деления ядра урана от столкновения с нейтроном, возникает несколько свободных новых нейтронов, которые, в свою очередь, сталкиваются с новыми ядрами, раскалывают их, и так далее. В результате нейтронов становится еще больше и еще больше ядер урана раскалывается от столкновений с ними – возникает самая настоящая цепная ядерная реакция.

Вот так она выглядит на схеме.

При этом коэффициент размножения нейтронов должен быть больше единицы, это необходимое условие ядерной реакции подобного вида. Иными словами, в каждом последующем поколении нейтронов, образованных после распада ядер, их должно быть больше, нежели в предыдущем.

Стоит заметить, что по похожему принципу ядерные реакции при бомбардировке могут проходить и во время деления ядер атомов некоторых других элементов, с теми нюансами, что ядра могут бомбардироваться самыми разными элементарными частичками, да и продукты таких ядерных реакций будут разниться, чтобы описать их более детально, нужна целая научная монография

Термоядерные реакции

В основе термоядерных реакций лежат реакции синтеза, то есть, по сути, происходит процесс обратный делению, ядра атомов не раскалываются на части, а наоборот сливаются друг с другом. При этом также происходит выделение большого количества энергии.

Термоядерные реакции, как это следует из самого из названия (термо — температура) могут протекать исключительно при очень высоких температурах. Ведь чтобы два ядра атомов слились, они должны приблизиться на очень близкое расстояние друг к другу, при этом преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов, такое возможно при существовании большой кинетической энергии, которая, в свою очередь, возможна при высоких температурах. Следует заметить, что на происходят термоядерные реакции водорода, впрочем, не только на нем, но и на других звездах, можно даже сказать, что именно она лежит в самой основе их природы всякой звезды.

Ядерные реакции, видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи, ядерным реакциям.

1. Реакции возможны при наличии высоких температур и высоких электромагнитных полях

2. Прохождение процессов за счёт нейтронов, не требующих больших магнитных полей и высоких температур

Нуклеосинтез. Явление нуклеосинтеза исследовал учёный Бербидж .

В момент образования Вселенной существовала смесь электронных частиц .

За счёт взаимодействия протонов и нейтронов образовались водород и гелий , при чём в следующих пропорциях: 2/3 – Н, 1/3 – Не.

Все остальные элементы образовались из водорода.

Солнце состоит из гелия и водорода (10-20 млн. ºС).

Существуют более горячие звёзды (более 150 млн. ºС). В глубинах этих планет образовались углерод, кислород, азот, сера и магний .

Другие элементы возникли при взрыве сверхновых звёзд (уран и более тяжелые).

Во всей Вселенной наиболее распространены гелий и водород (3/4 водорода и 1/4 гелия).

○ Самые распространённые элементы на Земле:

§7 «Корпускулярно-волновая (двойственная) теория»

В 1900 г. М. Планк выдвинул теорию: абсолютно чёрное тело тоже излучает энергию, но излучает её порциями (квантами).

● Квант электронно-магнитного поля – это фотон .

○ Волновая природа фотона:

- дифракция (отклонение света от прямолинейного направления, или способность огибать препятствия)

- интерференция (взаимодействие волн, при котором волны могут накладываться друг на друга и либо усиливать, либо гасить друг друга)

1.Усиливаются

2.Уменьшается интенсивность

3.Погашаются

○ Корпускулярная природа фотона:

● Фотоэффект – явление испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Столетов изучил законы фотоэлемента.

Объяснение фотоэффекта было дано Эйнштейном в рамках корпускулярной теории.

Фотон, ударяясь об электрон, передаёт часть своей энергии.

● Эффект Комптона – если направить на вещество рентгеновское излучение, то оно рассеивается на электроны вещества. Это рассеянное излучение будет обладать большей длинной волны, чем падающее. Разница зависит от угла рассеяния.

E = hυ

h – планка

υ – частота излучения

●Фотон – волновой пакет .

Математически дуализм «волна – частица» выражается в уравнении Л. де Бройля :

λ = h / (m · v ) = h / P

P – импульс

Этот дуализм – универсальная теория, её можно распределять на все виды материи.

○ Примеры:

Электрон

m e = 9,1 · 10 -28 г v ~ 10 8 см/с λ ~ 10 -8 см

Летящий мячик

m = 50 г v ~ 25 см/с λ ~ 10 -32 см

1) Принцип неопределённости [В. Гейзенберг] – невозможно одновременно точно определить координату частицы и её импульс.

∆q · ∆ p ≥ h / 2

∆q – неопределённость любой координаты

∆p – неопределённость импульса

∆E · ∆ t ≥ h / 2

∆E – энергия частицы

∆t – неопределённость времени

2) Принцип дополнительности [Н. Бор] – получение экспериментальной информации об одних величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о других величинах, дополнительных к первому.

3) Принцип причинности (следствие принципа неопределённости) – принцип классической физики. Имеется причинно-следственная связь между явлениями природы. Для объектов микромира принцип причинности не применим.

4) Принцип тождественности – невозможно экспериментально изучить одинаковые микрочастицы.

5) Принцип соответствия – всякая более общая теория, являясь развитием классической теории, не отвергает её полностью, а указывает границы её применения.

6) Принцип суперпозиции – результирующий эффект – это сумма эффектов, вызываемых каждым явлением в отдельности.

● Уравнение Шредингера – основное уравнение квантовой механики.

● Волновая функция [Ψ] – это функция одновременно координат и времени.

Е = Е кин. + U

U – потенциальная энергия

E кин . = (m · v 2 ) / 2 = p 2 / 2m

E = p 2 / 2m + U

E Ψ = ( p 2 / 2 m + U ) · Ψ

(Ψ 2 · d · v ) показывает где и в каком состоянии находится соответствующая частица.