Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую. За открытие спонтанного деления урана К.А. Петржак в 1946 году был удостоен Государственной премии.
На уральском ядерном заводе произошел взрыв
Происшествия - 14 июля 2023 - Новости Новосибирска - Британия с ЕС в разводе, у нее своя заготовка для Зеленского — снаряды с обедненным ураном. Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. Слайд 5Деление ядер урана Первым открытым процессом деления ядра урана было вынужденное деление. И лишь в 1938 году ученые наконец поняли, что при делении ядра изотопа урана выделяется внушительное количество энергии — это обстоятельство стало началом эры атомной энергетики. Смотреть видео онлайн Деление ядер урана. Длительность видео: 57 сек.
Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников
В какой-то момент цепная реакция деления останавливается. Когда выделение тепла прекращается и конвективные потоки ослабевают, уран медленно оседает — цепная реакция возобновляется. Таким образом, геореактор может работать и в импульсном режиме. Определяющим показателем хода цепной реакции является коэффициент размножения нейтронов k, который равен отношению числа нейтронов, вновь образовавшихся в реакциях деления, к количеству нейтронов, поглощенных в ходе реакции либо покинувших активную зону. Тогда в каждом новом поколении нейтронов становится все больше, и они, в свою очередь, вызывают все больше делений ядер. Возникает лавинообразный процесс. Согласно проведенным расчетам максимально возможный коэффициент размножения ведет себя следующим образом: вначале он падает в течение 1 млрд лет, однако затем более-менее стабилизируется и остается больше единицы вплоть до настоящего времени. Представляется, что более вероятен импульсный сценарий работы реактора, когда периоды активности перемежаются периодами «простоя». Так, как это было в маленьком природном реакторе Окло, но только с большей продолжительностью циклов. По мнению авторов, временные характеристики рассчитанного импульсного режима можно соотнести с рядом периодических явлений, наблюдаемых на поверхности Земли, таких как глобальные изменения климата или смена магнитных полюсов. Откуда летят геонейтрино?
Сторонники точки зрения, что Земля является ядерным реактором, сегодня связывают особые надежды с электронным антинейтрино. Нейтрино практически не реагируют с веществом и поэтому обладают огромной проникающей способностью, почти без потерь проходя через все тело Земли. Их регистрация — сложная научная и техническая задача. В течение двух лет ученые зафиксировали 152 события, но после отсечения фона осталось всего 25 — по одному в месяц. Главными источниками фона оказались промышленные реакторы Японии и Южной Кореи. Полное число антинейтрино может быть частично связано с мощностью действующего геореактора и частично — с естественным распадом различных нестабильных ядер в недрах Земли. Из данных KamLAND следует, что полная плотность потока геонейтрино составляет примерно 16 млн частиц в секунду на кв. Это соответствует источнику тепла, порождаемого ядерными реакциями, мощностью от 24 до 60 ТВт. Первое из двух чисел оказалось близким к величине «избыточного» тепла, излучаемого Землей, о котором шла речь выше. И многие специалисты склоняются к мнению, что это объяснение наиболее правдоподобно.
Энергетические спектры нейтрино, образующихся при делении разных ядер, отличаются. Русов с коллегами выполнили компьютерное моделирование и определили спектральные составляющие геонейтрино от различных внутренних источников — урана-238, тория-232, плутония-239. Суммарную мощность геореактора они оценили в 30 ТВт. Результаты этой работы также свидетельствуют в пользу импульсного режима размножения. Этой темой активно занимаются и геологи, и химики, и физики, и математики. Так, в Институте геологии и минералогии СО РАН разработана модель термохимического плюма — канала, заполненного магматическим расплавом, который простирается из земных недр до поверхности Н. Добрецов, А. Кирдяшкин, А. Кирдяшкин, 2001, 2004. Данные по удельным расходам излияния магм мантийных плюмов за последние 150 млн лет, а также их корреляция с инверсиями магнитного поля Земли Larson, Olson, 1991 подтверждают наш тезис, что плюмы зарождаются на ядро-мантийной границе.
Плюм формируется при обязательном наличии теплового потока из жидкого ядра. Изучение тепло- и массообмена на подошве термохимического плюма и взаимодействия канала плюма со свободными конвективными течениями в мантии приводит к заключению, что источник тепла действительно расположен в ядре, как и предполагают авторы гипотезы глубинного геореактора. Что касается изотопного состава гелия, то повышенное содержание гелия-3, обнаруженное в плюмах, указывает на то, что в ядре Земли идут какие-то процессы, связанные с ядерными превращениями. Но, к сожалению, мы очень мало знаем о том, что происходило в начальный момент формирования планеты, и существовал ли, как считают авторы, «океан магмы». Поэтому вопрос о скоплениях актиноидов в ядре еще предстоит разрешить. Причиной же климатических изменений, о которых упоминают авторы статьи, на мой взгляд, не могут быть колебания температуры в ядре Земли. Ведь глубинные температурные флуктуации передаются на поверхность мантийными конвективными течениями примерно через 100 млн лет, а плюмы могут донести эти изменения за 1—5 млн лет. За это время флуктуации с периодом всего 100 тыс. В любом случае модель природного ядерного реактора на границе внутреннего и внешнего ядра интересна геологам уже тем, что не противоречит имеющимся знаниям в области геодинамики и фактам плюмового магматизма. Безусловно, предложенная гипотеза подлежит дальнейшей разработке, и достоверность ее должны подтвердить новые геологические, геофизические и геохимические данные о планете Земля.
Кирдяшкин, д. Для решения этой и других задач предполагается создать глобальную сеть детекторов. Подобный опыт у международного научного сообщества уже есть: в 2005 г. Таким образом, в ближайшее десятилетие планируется зарегистрировать геонейтрино в нескольких точках земного шара. Объединение данных разных детекторов позволит наконец установить точное месторасположение источников этих частиц внутри нашей планеты и даст еще один довод «за» или «против» гипотезы «ядерной топки» Земли. Вместо послесловия Известно, что на атомной электростанции может произойти взрыв, если не регулировать ход цепной реакции в реакторе.
Атомное число и атомная масса осколка не равна половине атомной массы родителя. Разница между массами атомов, образовавшихся в результате расщепления, обычно составляет около 50. Правда, причина этого еще не совсем понятна. Самопроизвольное деление Процессы спонтанного расщепления известны в природе, но они очень редки.
Среднее время жизни указанного процесса составляет около 1017 лет, а, например, среднее время жизни альфа-распада того же радионуклида составляет около 1011 лет. Причина этого заключается в том, что для того, чтобы разделиться на две части, ядро должно сначала подвергнуться деформации растянуться в эллипсоидальную форму, а затем, перед окончательным расщеплением на два фрагмента, образовать «горлышко» посредине. Потенциальный барьер В деформированном состоянии на ядро действуют две силы. Одна из них — возросшая поверхностная энергия поверхностное натяжение капли жидкости объясняет ее сферическую форму , а другая — кулоновское отталкивание между осколками деления. Вместе они производят потенциальный барьер. Как и в случае альфа-распада, чтобы произошло спонтанное деление ядра атома урана, фрагменты должны преодолеть этот барьер с помощью квантового туннелирования. Вынужденное расщепление Гораздо более вероятным является индуцированное деление ядра урана. Если родитель его поглощает, то они связываются, высвобождая энергию связи в виде колебательной энергии, которая может превысить 6 МэВ, необходимых для преодоления потенциального барьера. Там, где энергии дополнительного нейтрона недостаточно для преодоления потенциального барьера, падающий нейтрон должен обладать минимальной кинетической энергией для того, чтобы иметь возможность индуцировать расщепление атома.
Соответственно, при высыхании залитых водой лаваподобных топливосодержащих материалов ЛТСМ нейтронный поток будет сначала увеличиваться и только после прохождения «оптимального увлажнения» начнет сокращаться — это, возможно, мы и видим сейчас. Это происходит потому, что вода является одновременно сильным замедлителем и сильным поглотителем нейтронов. Замедление нейтронов — это снижение их энергии от миллионов электронвольт при рождении в ядерной реакции до сотых долей электронвольта — средней тепловой энергии атомов при комнатной температуре. Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции. Поэтому добавляя воду к урану, мы увеличиваем вероятность деления и как бы виртуально многократно увеличиваем концентрацию урана. Однако когда воды становится достаточно много, все нейтроны успевают в ней замедлиться, и дальнейшее ее добавление приводит только к росту поглощения ценных нейтронов. Но что может быть, если расчеты и модели неверны, и в реальности где-то сложатся условия для возникновения самопроизвольной цепной реакции? За историю работы человечества с делящимися материалами такие аварии возникали неоднократно, поэтому можно довольно уверенно предсказать, что произойдет. Как выглядит самый страшный сценарий Что будет, если все же ускоряющаяся цепная реакция запустится где-то в объеме топливосодержащей лавы? В какой-то момент нейтронный поток начнет экспоненциально расти, и за несколько миллисекунд мощность цепной реакции достигнет киловатта или мегаватта — в общем, достаточного уровня, чтобы быстро прогреть топливный материал и окружающую среду. Сработают отрицательные физические связи: ядерный допплер-эффект в уране и выкипание воды, соотношение генерации новых нейтронов в делении урана и их поглощения станет меньше единицы — и реакция остановится. Весь этот цикл займет не больше секунды, но будет заметен только приборам наблюдения по резкому всплеску нейтронного и гамма-излучения.
Например, фрагмент деления 90Br в первой стадии бета-распада производит криптон-90, который может быть находиться в возбужденном состоянии с достаточной энергией, чтобы преодолеть поверхностную энергию. В этом случае излучение нейтронов может происходить непосредственно с образованием криптона-89. Деление ядер урана: цепная реакция Нейтроны, испускаемые в реакции расщепления, могут быть поглощены другим ядром-родителем, которое затем само подвергается индуцированному делению. В случае урана-238 три нейтрона, которые возникают, выходят с энергией менее 1 МэВ энергия, выделяющаяся при делении ядра урана — 158 МэВ — в основном переходит в кинетическую энергию осколков расщепления , поэтому они не могут вызвать дальнейшее деление этого нуклида. Тем не менее при значительной концентрации редкого изотопа 235U эти свободные нейтроны могут быть захвачены ядрами 235U, что действительно может вызвать расщепление, так как в этом случае отсутствует энергетический порог, ниже которого деление не индуцируется. Таков принцип цепной реакции. Типы ядерных реакций Пусть k — число нейтронов, произведенное в образце делящегося материала на стадии n этой цепи, поделенное на число нейтронов, образованных на стадии n - 1. Это число будет зависеть от того, сколько нейтронов, полученных на стадии n - 1, поглощаются ядром, которое может подвергнуться вынужденному делению. Именно это и происходит в природной урановой руде, в которой концентрация 235U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна. Это достигается путем обогащения природной руды до получения достаточно большой концентрации урана-235. Для сферического образца величина k увеличивается с ростом вероятности поглощения нейтронов, которая зависит от радиуса сферы. Поэтому масса U должна превышать некоторую критическую массу, чтобы деление ядер урана цепная реакция могло происходить. Это используется в ядерных реакторах.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
Каждый видеоурок озвучен профессиональным мужским голосом, четким и приятным для восприятия. Ученики ценят оригинальность подачи материала, родители радуются повышению отметок детей, а учителя в восторге от эффекта и экономии времени и денег при подготовке к урокам. Смоленск, ул.
На первый взгляд ошибочный анализ подтвердил существование древнего ядерного реактора, расположенного в шахте в Габоне. Когда мы говорим о ядерных реакторах, мы обычно имеем в виду реакторы атомных электростанций. Это, конечно, творения человека, построенные относительно недавно - в XX веке.
Однако это не означает, что процесс ядерного деления никогда не происходил на Земле раньше. Такое случалось, и, что интересно, люди никак не способствовали этому. Не потому, что этого не хотели, а потому, что человечества еще не существовало. Десятилетия назад таких знаний не было, хотя уже появлялись первые теории о возможности спонтанного деления ядер в прошлом. Ингрэм из Чикагского университета.
Они предположили, что некоторые из урановых месторождений, известных в то время, могли функционировать как естественные версии ядерных реакторов в прошлом. Три года спустя Пол К. Курода, химик из Университета Арканзаса, определил, что нужно, чтобы тело, содержащее уран, подверглось самопроизвольному делению. Сложные условия Его первым условием было то, что размер залежи урана должен превышать среднюю длину, пройденную нейтронами, вызывающими деление. Мы знаем, что это расстояние составляет не менее 66 см, потому что только это гарантирует, что нейтроны, испускаемые одним ядром во время деления, будут поглощены другим, прежде чем вырваться из урановой жилы.
Вторым условием было наличие урана-235 в достаточном количестве. Проблема в данном случае в том, что мы говорим о высокорадиоактивном изотопе, который распадается в шесть раз быстрее, чем уран-238. Третий важный элемент - это наличие вещества, которое могло бы замедлить высвобождение нейтронов во время деления ядра урана, чтобы одновременно вызвать распад других ядер. Наконец, упоминается отсутствие примесей в виде значительного количества бора и лития, которые остановили бы любую ядерную реакцию.
Под действием электрических сил ядро разрывается и осколки разлетаются. Поскольку суммарная масса осколков, образовавшихся при делении гораздо меньше массы ядра урана, в результате реакции деления высвобождается энергия.
Образовавшиеся ядра имеют переизбыток нейтронов и излучают их.
Их общая площадь равнялась тысяче квадратных сантиметров. Петржак, умея хорошо рисовать он освоил это ремесло в детстве, чтобы прокормиться и не пропасть среди беспризорников , нанес на электроды камеры чрезвычайно ровный слой окиси урана и покрыл его затем сусальным золотом. Такое покрытие являлось совершенно необходимым условием для того, чтобы в случае появления пылинки на поверхности электрода исключить на выходе камеры импульсы, возникающие в области пылинки, где происходит пробой газового промежутка между пластинами. При проведении длительного фонового опыта экспериментаторы обнаружили мощный импульс, характерный для осколков деления. Курчатов, проанализировав результаты опыта как новое явление, потребовал «бросить все и заниматься… год, два, десять, сколько потребуется, чтобы уяснить его суть до конца».
Наметил контрольные эксперименты, приказал повысить еще чувствительность камеры. В нее ввели эманацию радия — радон. Фон возрос, но скорость счета импульсов не изменилась. Курчатов приказал защитить камеру толстым слоем вещества, чтобы исключить влияние космических частиц. Для этого проверку следовало проводить под водой или под землей. Научный руководитель распорядился закончить эксперимент в ЛФТИ, а продолжить его в водах Финского залива, в процессе чего наблюдаемое новое явление самопроизвольного деления урана подтвердилось.
Тогда исследователи впервые назвали этот процесс «спонтанным делением». Для дополнительных экспериментов Курчатов добился разрешения использовать московскую станцию метро «Динамо». Около полугода Флеров и Петржак работали в Москве под шестидесятиметровым слоем земли. Эффект и здесь оказался прежним. Выяснилось, что спонтанное деление ядер урана не связано с космическим излучением[228]. Через месяц Курчатов пришел к уверенности, что совокупность экспериментальных данных служит бесспорным доказательством существования в природе нового вида радиоактивности.
Он поручил своим сотрудникам подготовить сообщение. Короткую заметку об открытии, подписанную Флеровым и Петржаком, А. Иоффе направил по трансатлантическому кабелю каблограммой в американский журнал «Physical Review», и в июне 1940 года она увидела свет. Сообщение об экспериментах Флерова и Петржака В. Хлопин сделал на майской сессии Академии наук[229]. Оба автора открытия, написав статью, предложили Курчатову подписать ее в качестве одного из соавторов, но он отказался.
Тогда они завершили ее фразой: «Мы приносим искреннюю благодарность за руководство работой проф. Курчатову, наметившему все основные контрольные эксперименты и принимавшему самое непосредственное участие в обсуждении результатов исследования»[230]. Хлопин изложил так: «Исключительное научно-ценное открытие было сделано аспирантом К. Флеровым, которым удалось показать наличие спонтанного деления ядер урана. О роли Курчатова не было сказано ни слова. Вспоминая работу с Курчатовым уже после его смерти, Флеров и Петржак писали, что «несомненно, под этим сообщением первой должна была стоять фамилия Курчатова.
Он высказал идею опытов с фотонейтронами, по его заданиям была сконструирована сверхчувствительная камера деления, которая и дала возможность обнаружить спонтанное деление. С ним обсуждались все планы и детали опытов, им были предложены все контрольные эксперименты и неожиданный результат. А уж доказательства реальности явления принадлежали ему все без исключения. И главное, весь фундамент, школа были его. Но Курчатов отказался подписать сообщение. Ему был важен их успех»[232].
Позже, в 1978 году, Г. Флеров подтвердил, что Курчатов стремился к успеху, но не к своему, а своей школы, «ему был важен успех учеников»[233]. Петржак, выступая в 1983 году на Курчатовских чтениях в Ленинграде, свидетельствовал: «Курчатов категорически отказался поставить свою фамилию в число авторов. Он опасался, что впоследствии непосредственные исполнители будут забыты и останется только его имя»[234]. Отклика на свое сообщение из-за границы авторы так и не получили, так как в то время эти исследования в США были уже засекречены. Да и в других странах постепенно происходило то же самое.
Открытие спонтанного деления — самая значительная работа школы Курчатова в ядерной физике довоенного времени. Оно было сделано у нас значительно раньше, чем в других странах.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. При делении ядра урана, как видим, удельная энергия связи повышается примерно на 1 \ МэВ/нуклон; эта энергия как раз и выделяется в процессе деления. Вскоре они обнаружили, что камера продолжает регистрировать деление и после удаления источника нейтронов: происходит самопроизвольное деление ядер урана без бомбардировки их нейтронами. Природный уран получает обогащение, т. е. в нем увеличивают количество изотопа U-235, который стимулирует процесс ядерного деления. Вызвать же деление урана при попадании в него нейтрона можно только у изотопов с массовым числом 235, так как ядро урана-238 поглощает нейтрон, а деление не происходит.
Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
Ядро урана-238 захватывает нейтрон, превращается в нептуний-239, а затем, путём испускания электрона, превращается в плутоний-239. Для деления ядра урана-235 энергия примерно равна 200МэВ. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Продукты деления ядра урана нестабильны, так как в них содержится значительное избыточное число нейтронов. Деление ядра урана происходит, когда оно захватывает нейтрон, что нарушает стабильность ядра. Лиза Мейтнер и Отто Фриш объяснили этот результат распадом ядра урана на примерно две равные части (осколока), а Фриш назвал это явление по аналогии с биологическим явлением «бинарным делением ядра» или просто делением ядра.
Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
| Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле | Нильс Бор на знаменитой конференции по теоретической физике в Вашингтоне 26 января 1939 года сообщил об открытии деления урана. |
| На уральском ядерном заводе произошел взрыв | Цепная реакция деления ядер урана – это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. |
| Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса | Цепная реакция деления ядер урана – это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. |
| Парадоксы ядерной гонки / Концепции / Независимая газета | Полное энерговыделение на один акт деления ядра урана-235 равно примерно 200 МэВ. |
| Деление ядер урана | Деление ядра урана — это процесс расщепления ядра, в результате которого происходит освобождение энергии и эмиссии ядерных частиц. |
В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
Он уже был признанным лидером Западного побережья США в теоретической физике, когда стала известна новость о делении ядра урана, полученная в результате открытия Лизы Мейтнер и ее племянника Отто Фриша. На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана. При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами. — При делении ядра урана на два осколка эти осколки разлетаются, тормозятся в веществе и передают свою энергетическую энергию веществу, которое нагревается. Следовательно, при делении ядра урана освобождается энергия порядка 0,9 МэВ/нуклон или приблизительно 210 МэВ на один атом урана. Продукты деления ядра урана нестабильны, так как в них содержится значительное избыточное число нейтронов.
В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
Один из них — уран-241 — никогда ранее не наблюдался, и впервые с 1979 года был выявлен изотоп урана с избытком нейтронов. Период полураспада урана-241 составляет около 40 минут. Исследовательская группа отмечает, что их метод обнаружения может быть использован для получения дополнительной информации о других тяжелых изотопах, а также, возможно, для открытия новых разновидностей ядер.
И радиационные те, что связаны с опасностью облучения , и ядерные те, что связаны с риском возникновения самоподдерживающийся цепной реакции измерения по нему косвенные. В итоге получается, что нейтронный «шум» от других ЛТСМ забивает самый важный источник, поэтому точность данных по росту не очень велика в плане привязки замеченного роста потока к конкретному скоплению материалов. Что там происходит Атомный реактор, прежде всего, представляет из себя устройство для размножения нейтронов, с помощью которых идет извлечение ядерной энергии деления. Размножение достигается организацией такой геометрии из делящегося материала и замедлителя, при котором количество нейтронов возрастает после каждого акта деления, образуя самоподдерживающуюся цепную реакцию. Если же часть из нейтронов из нового поколения поглощать или давать им утекать из активной зоны таким образом, что количество их будет постоянным, то и мощность будет поддерживаться на одном и том же уровне. Организовать такое непросто, и расчеты показывают, что для запуска ускоряющейся цепной реакции необходимо было бы уменьшить поглощение нейтронов «нейтральными» материалами и их утечку за пределы застывшего расплава как минимум в 2,5 раза.
Самостоятельно такие изменения в самой керамике происходить не могут, но в ней есть поры и трещины, так что кое-что меняться может. Основную роль в изменениях тут играет вода, которой в руинах четвертого энергоблока еще со времен аварии скопилось немало. После сооружения «Укрытия» оказалось, что дождевая и талая вода продолжает поступать внутрь, но к началу 1990 года установился некоторый баланс водного режима. Изменения нейтронной активности в помещениях под саркофагом, как пишут ученые в той же самой статье, были сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, влажные наоборот. Эта ситуация изменилась, когда поверх «Укрытия» возвели в середине 2010-х Новый безопасный конфайнмент — поступление воды в остатки энергоблока резко сократилось. Соответственно, при высыхании залитых водой лаваподобных топливосодержащих материалов ЛТСМ нейтронный поток будет сначала увеличиваться и только после прохождения «оптимального увлажнения» начнет сокращаться — это, возможно, мы и видим сейчас.
Откуда летят геонейтрино? Сторонники точки зрения, что Земля является ядерным реактором, сегодня связывают особые надежды с электронным антинейтрино. Нейтрино практически не реагируют с веществом и поэтому обладают огромной проникающей способностью, почти без потерь проходя через все тело Земли.
Их регистрация — сложная научная и техническая задача. В течение двух лет ученые зафиксировали 152 события, но после отсечения фона осталось всего 25 — по одному в месяц. Главными источниками фона оказались промышленные реакторы Японии и Южной Кореи. Полное число антинейтрино может быть частично связано с мощностью действующего геореактора и частично — с естественным распадом различных нестабильных ядер в недрах Земли. Из данных KamLAND следует, что полная плотность потока геонейтрино составляет примерно 16 млн частиц в секунду на кв. Это соответствует источнику тепла, порождаемого ядерными реакциями, мощностью от 24 до 60 ТВт. Первое из двух чисел оказалось близким к величине «избыточного» тепла, излучаемого Землей, о котором шла речь выше. И многие специалисты склоняются к мнению, что это объяснение наиболее правдоподобно. Энергетические спектры нейтрино, образующихся при делении разных ядер, отличаются.
Русов с коллегами выполнили компьютерное моделирование и определили спектральные составляющие геонейтрино от различных внутренних источников — урана-238, тория-232, плутония-239. Суммарную мощность геореактора они оценили в 30 ТВт. Результаты этой работы также свидетельствуют в пользу импульсного режима размножения. Этой темой активно занимаются и геологи, и химики, и физики, и математики. Так, в Институте геологии и минералогии СО РАН разработана модель термохимического плюма — канала, заполненного магматическим расплавом, который простирается из земных недр до поверхности Н. Добрецов, А. Кирдяшкин, А. Кирдяшкин, 2001, 2004. Данные по удельным расходам излияния магм мантийных плюмов за последние 150 млн лет, а также их корреляция с инверсиями магнитного поля Земли Larson, Olson, 1991 подтверждают наш тезис, что плюмы зарождаются на ядро-мантийной границе.
Плюм формируется при обязательном наличии теплового потока из жидкого ядра. Изучение тепло- и массообмена на подошве термохимического плюма и взаимодействия канала плюма со свободными конвективными течениями в мантии приводит к заключению, что источник тепла действительно расположен в ядре, как и предполагают авторы гипотезы глубинного геореактора. Что касается изотопного состава гелия, то повышенное содержание гелия-3, обнаруженное в плюмах, указывает на то, что в ядре Земли идут какие-то процессы, связанные с ядерными превращениями. Но, к сожалению, мы очень мало знаем о том, что происходило в начальный момент формирования планеты, и существовал ли, как считают авторы, «океан магмы». Поэтому вопрос о скоплениях актиноидов в ядре еще предстоит разрешить. Причиной же климатических изменений, о которых упоминают авторы статьи, на мой взгляд, не могут быть колебания температуры в ядре Земли. Ведь глубинные температурные флуктуации передаются на поверхность мантийными конвективными течениями примерно через 100 млн лет, а плюмы могут донести эти изменения за 1—5 млн лет. За это время флуктуации с периодом всего 100 тыс. В любом случае модель природного ядерного реактора на границе внутреннего и внешнего ядра интересна геологам уже тем, что не противоречит имеющимся знаниям в области геодинамики и фактам плюмового магматизма.
Безусловно, предложенная гипотеза подлежит дальнейшей разработке, и достоверность ее должны подтвердить новые геологические, геофизические и геохимические данные о планете Земля. Кирдяшкин, д. Для решения этой и других задач предполагается создать глобальную сеть детекторов. Подобный опыт у международного научного сообщества уже есть: в 2005 г. Таким образом, в ближайшее десятилетие планируется зарегистрировать геонейтрино в нескольких точках земного шара. Объединение данных разных детекторов позволит наконец установить точное месторасположение источников этих частиц внутри нашей планеты и даст еще один довод «за» или «против» гипотезы «ядерной топки» Земли. Вместо послесловия Известно, что на атомной электростанции может произойти взрыв, если не регулировать ход цепной реакции в реакторе. Есть веские основания полагать, что в далеком прошлом по разным причинам — внутренним или внешним, например при столкновении с астероидом, — медленные ядерные реакции в недрах Земли могли трансформироваться во взрывные. Если бы взорвался весь уран Земли, событие было бы эквивалентно взрыву тротила в количестве, сравнимом с массой планеты!
И Земля перестала бы существовать. Однако даже теоретически трудно представить механизм, по которому бы земной уран мог сконцентрироваться и одновременно прореагировать. Но взрыва даже нескольких процентов актиноидов вполне достаточно, чтобы отделить от Земли фрагмент размером с Луну. Ведь большие тела Солнечной системы образовались из одного протопланетного облака, поэтому и содержание радиоактивных элементов в них может быть схожим. Все планеты, вероятно, прошли стадию гравитационного разделения вещества по плотности, в результате которого тяжелые актиноиды могли сконцентрироваться в их недрах. Катастрофические ядерные события хорошо объясняют ряд так называемых нерегулярностей в Солнечной системе, казалось бы, ничем между собой не связанных. Среди них аномально большая масса спутника Земли — Луны, малая масса Марса, обратное суточное вращение Венеры, множество хаотично движущихся астероидов и комет... Не исключено, что исследования нашего «домашнего» земного реактора заставят нас по-новому взглянуть и на вопросы эволюции планет.
Ганом и Ф. Штрассманом было установлено, что при облучении урана нейтронами образуются боле легкие элементы, с массовыми числами меньше, чем массовое число урана, как правило, в полтора раза, в основном четвертого-пятого периодов таблицы Менделеева. Были построены уравнения таких ядерных реакций, описаны их энергетические параметры. Открытие деления ядер урана. Механизм деления ядра В 1939 г физиками О. Фришем и Л. Мейтнером была предложена капельная модель ядра, в рамках которой был описан процесс деления ядра атома урана. В покое ядро урана можно представить в виде капли, состоящей из нуклонов протонов и нейтронов. Протоны имеют одинаковый заряд и стремятся разлететься, однако, ядерные силы имеют большую мощность, и препятствуют этому.
15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл
| Открыт новый изотоп урана: Наука: Наука и техника: | Нейтроны, излучаемые ядрами урана, вызывают деление других ядер урана с появлением новых нейтронов — так происходит самоподдерживающаяся цепная реакция, благодаря которой мы получаем большое количество энергии. |
| На уральском ядерном заводе произошел взрыв | Первым открытым процессом деления ядра было вынужденное деление изотопа урана-235 нейтронами. |
Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
Фришем и Л. Мейтнером была предложена капельная модель ядра, в рамках которой был описан процесс деления ядра атома урана. В покое ядро урана можно представить в виде капли, состоящей из нуклонов протонов и нейтронов. Протоны имеют одинаковый заряд и стремятся разлететься, однако, ядерные силы имеют большую мощность, и препятствуют этому. В тяжелых элементах протонов очень много, и энергия ядерных сил лишь немного превышает энергию кулоновского отталкивания в сфере их действия напомним, ядерные силы, в отличие от кулоновских — короткодействующие. Если в ядро попадает нейтрон, обладающий некоторой энергией, он передает ее ядру, в ядре, точно так же, как в реальной капле, возникают деформации, оно теряет сферическую форму, и часть ядра может оказаться в зоне, где ядерные силы резко убывают. Капельная модель деления ядра урана. Поскольку доля нейтронов в устойчивых ядрах для легких элементов меньше, получается, что при делении ядра урана один или несколько нейтронов оказываются «лишними», они покидают зону распада, и могут попасть в другие ядра урана, являясь инициаторами цепной реакции деления. В такой реакции нейтрон, попавший в ядро, вызывает его деление, в результате которого возникают новые нейтроны, которые в свою очередь также вызывают новые деления ядер, и так далее.
На самом деле ядро 235 урана распадается по реакции:. Где осколки А и В варьируются от 72 до 161 элемента наиболее вероятен распад на элементы 95 и 139. Количество нейтронов X варьируется от 2 до 3. Параметр Q определяет количество выделенной энергии. Для деления ядра урана-235 энергия примерно равна 200МэВ. При попадании нейтрона в ядро, оно возбуждается и начинает деформироваться, в результате чего образуются одноименно заряженные полюса.
Что там происходит Атомный реактор, прежде всего, представляет из себя устройство для размножения нейтронов, с помощью которых идет извлечение ядерной энергии деления. Размножение достигается организацией такой геометрии из делящегося материала и замедлителя, при котором количество нейтронов возрастает после каждого акта деления, образуя самоподдерживающуюся цепную реакцию. Если же часть из нейтронов из нового поколения поглощать или давать им утекать из активной зоны таким образом, что количество их будет постоянным, то и мощность будет поддерживаться на одном и том же уровне. Организовать такое непросто, и для ЛТСМ в «Укрытии» расчеты показывают , что для запуска ускоряющейся цепной реакции необходимо было бы уменьшить поглощение нейтронов «нейтральными» материалами и их утечку за пределы застывшего расплава как минимум в 2,5 раза. Самостоятельно такие изменения в самой керамике происходить не могут, но в ней есть поры и трещины, так что кое-что меняться может. Основную роль в изменениях тут играет вода, которой в руинах четвертого энергоблока еще со времен аварии скопилось немало. После сооружения «Укрытия» оказалось, что дождевая и талая вода продолжает поступать внутрь, но к началу 1990 года установился некоторый баланс водного режима. Изменения нейтронной активности в помещениях под саркофагом, как пишут ученые в той же самой статье, были сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, влажные наоборот. Эта ситуация изменилась, когда поверх «Укрытия» возвели в середине 2010-х Новый безопасный конфайнмент — поступление воды в остатки энергоблока резко сократилось. Из вышеупомянутой публикации по нейтронной физике ЛТСМ также следует, что существует точка «оптимального увлажнения», при которой нарастание количества нейтронов в каждом поколении достигает максимума. Соответственно, при высыхании залитых водой ЛТСМ нейтронный поток будет сначала увеличиваться и только после прохождения «оптимального увлажнения» начнет сокращаться — это, возможно, мы и видим сейчас. Это происходит потому, что вода является одновременно сильным замедлителем и сильным поглотителем нейтронов. Замедление нейтронов — это снижение их энергии от миллионов электронвольт при рождении в ядерной реакции до сотых долей электронвольта — средней тепловой энергии атомов при комнатной температуре.
На данной стадии развития проблемы в дискуссию включились Отто Ган и Лиза Мейтнер; вскоре к ним присоединился молодой химик-неорганик Фриц Штрассман, зарекомендовавший себя многолетней работой в Далемском институте. Ни у кого не было такого большого радиохимического опыта, как у них; поэтому они считали своим научным долгом разобраться в таком важном и сложном вопросе, как создание новых химических элементов. Новые элементы Ферми напомнили им об уране-Z, открытом Ганом в 1923 г. Кроме того, было доказано, что новые элементы Ферми не являются изотопами или изомерами какого-то одного нового элемента, но суть разные элементы; хотя их отождествление с высшими гомологами рения и осмия было еще неопределенным, сам факт существования трансуранов не вызывал сомнений. И вот началась упорная четырехлетняя погоня за трансуранами следовало бы добавить «кажущимися», так как большинство из них впоследствии оказалось совсем не трансуранами. Кроме далемской группы, над той же проблемой работали в Париже Ирэн Кюри и Ф. Жолио, открывшие образование искусственных радиоактивных изотопов алюминия и поэтому проявившие особенный интерес к радиоактивным искусственным трансураиам. В обе группы входили ведущие радиохимики и физики; они были лично связаны между собой и в тон же мере чувствовали себя конкурентами в соревновании, в какой были чужды зависти и тщеславию. К сожалению, впоследствии, уже после того как Ган и Штрассман выиграли состязание, было сказано и напечатано немало нехорошего, в том числе такого, 1 W. Otto Hahn. Ein Forscherleben unserer Zeit. Abhandlungen und Berichte, 37, Heft 3, 1969. Переведены стр. Скандальному всегда охотно верят, а при такой возбуждающей и напряженной работе, которая шла тогда, само собой разумеется, высказывались и противоречивые мнения. Было бы очень жаль, если бы о предыстории одного из величайших открытий естествознания сохранилось искаженное представление, как это уже случилось однажды с предысторией открытия Рентгена. К сказанному следует добавить в той же мере историческое, как и, если можно так выразиться, исследовательско-психологическое замечание. В конце 1934 г. Читая сегодня эту фразу, мы видим в ней ясное предсказание возможности деления ядер. Но в свое время это пророчество Ноддак казалось не заслуживающим внимания и уводящим в сторону. Оно действительно не имело под собой экспериментальной базы; хотя и соотнесенное с фактом образования искусственных радиоактивных изотопов почти для всех химических элементов, оно совершенно игнорировало тот факт, что все без исключения известные случаи превращения ядер приводили к образованию соседних ядер. Лиза Мейтнер, чуждая по своей природе всякой вольной фантазии, отказалась обсуждать гипотезу Иды Ноддак. У этой гипотезы не было физической основы, тогда как против образования трансуранов в тот период не говорил ни один факт, ни одно теоретическое соображение. Да и сама Ида Ноддак —это кажется знаменательным — не настаивала на своей гипотезе не говоря уже о подкреплении ее собственными опытами , хотя в последующие годы не раз не удавалось достигнуть полной ясности в деле радиохимического определения трансуранов. О своем «приоритете» она заявила лишь после того, как Ган и Штрассман произвели расщепление урана. Теперь мы знаем, что в уран-нейтронных реакциях рождаются и трансураны, и с помощью традиционных представлений было сделано немало «недопустимых» открытий, вплоть до открытия способов образования не встречающихся в природе химических элементов. Кроме того, Ида Ноддак предполагала, что тяжелые ядра распадаются при «их обстреле быстрыми нейтронами», тогда как существенным элементом открытия Гана и Штрассмана было расщепление урана медленными нейтронами. Открытым оставался даже принципиальный вопрос, продолжают ли трансураны последний ряд периодической системы — радий 88 , актиний 89 , торий 90 , протактиний 91 и уран 92 ,— так что трансуран 93 встает под рением, а трансураны 94, 95 и 96 соответственно под осмием, иридием и платиной, с элемента же 97 начинается новый ряд периодической системы, как с золота, серебра и др. К этому добавились громадные экспериментальные трудности. Сложный характер полученных кривых, отражавших спад активности первичных тел и нарастание активности вторичных, делал их анализ трудным и ненадежным. Понятно поэтому, почему первоначальные результаты нередко приходилось исправлять в течение последующей работы, а некоторые сообщенные результаты вообще были лишь вероятными — и это у таких щепетильных и придирчивых исследователей! Таким путем и в предположении, что образуются трансураны и соседние с ураном элементы, удалось к 1937 г. Первый и второй ряды реакций возникали преимущественно под влиянием медленных нейтронов; их называли тогда «усиленными». Указанный в третьем ряду изотоп урана с периодом по- лураспада 23 мин образовывался, согласно уточненным данным, преимущественно под влиянием быстрых нейтронов вполне определенной энергии; такие процессы называются резонансными. О них подробнее будет сказано ниже. Приведенные результаты были свободны от внутренних противоречий и нашли всеобщее признание; не последнюю роль в этом играл большой авторитет авторов. Однако вскоре доверие к ним было поколеблено сообщением Ирэн Кюри и Павла Савича о том, что при облучении урана нейтронами образуется элемент с меньшим номером, торий, не замеченный далемской группой. Этим открытием все было поставлено под сомнение; в Далемском институте заговорили об открытии «разрушения урана нейтронами». Но Лиза Мейтнер, повторив опыты, не нашла торий, и открытие его действительно оказалось ошибочным. Впоследствии этот эпизод дал повод для компрометирующей ее легенды. В январе 1957 г. Это письмо Кюри и Савич упоминают в их следующей работе и соглашаются с ним. Все это зарегистрировано в наших лабораторных дневниках... Впоследствии я много раз думала, что для меня было бы лучше, если бы мы опубликовали тогда свое возражение против тория, хотя я и считаю, что письменное сообщение было коллегиальнее». Следующая работа Кюри и Савича вызвала еще большее возбуждение: они показали, что согласно новому радиохимическому анализу «3,5-часовое вещество», возникающее из урана под действием медленных нейтронов, отличается от тория, протактиния и актиния и напоминает лантан, т. Это утверждение, однако, не было ими развито; новое вещество рассматривалось как трансуран, отличный по своим свойствам от прежних трансуранов и не укладывающийся в ряды Гана — Мейтнер — Штрассмана. О каком-либо фундаментальном пересмотре всех прежних данных не было и речи; по-прежнему господствовало убеждение, что ядерные реакции всегда приводят к образованию изотопов только исходного элемента или соседних с ним элементов. Лиза Мейтнер, письменно информированная Ганом о ходе работы, писала 4 октября 1938 г. В ответ на последующие сообщения Гана о его новых сомнениях в методах отделения пришли тревожные встречные вопросы «Так что же, все сомнительно? Вопреки всем сомнениям, Ган и Штрассман в своем печатном сообщении от 8 ноября 1938 г. Кроме того, был найден второй такой же ряд превращений изотопов радия при бомбардировке тория быстрыми нейтронами: о нем, по существу, уже сообщали Мейтнер, Штрассман и Гаи после того, как еще в 1935 г. Предварительная схема торий-нейтронных реакций имела вид: Атомы радия а также актиния и тория в разных реакциях данной и предыдущей схем предполагались имеющими одинаковую массу, так как они возникали из одинаковых атомов урана и тория, т. Выяснение факта существования столь многочисленных изомеров радия было бы весьма значительным научным открытием, если бы оно не оказалось фиктивным. Вновь и вновь возникал вопрос, действительно ли это радий? Особое значение придавалось обогащению изомеров в силу их крайне малых количеств и, следовательно, малой интенсивности излучения. Этими опытами началась последняя фаза великого открытия. Ни отделения, ни обогащения изомеров радия не удалось достичь ни одним из примененных методов: то, что предполагалось радием и безошибочно характеризовалось точным значением периода полураспада, всегда и с постоянной интенсивностью сопровождало барий. Радиохимическое разделение радия и бария не удалось. Оно было, наконец, признано невозможным.
Ядерные реакции
Также возможны подтопления снизу. Могут быть и другие факторы, о которых мы не знаем, — объяснил Ожаровский. В данном контексте физик-ядерщик напомнил о том, что в 2019 году над реактором был установлен второй «саркофаг» — «Новая защитная оболочка». Он отметил, что тогда ученые надеялись «захоронить и забыть» об устройстве, но, к сожалению, реакция повторилась.
Случаев возобновления ядерных реакций столь крупного масштаба не было зафиксировано в истории до текущего момента, заключил эксперт.
Проблема была настолько серьезной, что в 1990 году ученые обработали реакторный зал раствором нитрата гадолиния он поглощает нейтроны , а после установили и специальные разбрызгивающие устройства. Но до подвальных помещений нитрат гадолиния не доставал, поэтому эффекта от этого было немного. В 2106 году над объектом «Укрытие» надвинули Новый безопасный конфайнмент НБК , строительство которого финансировали европейские страны, и который обошелся в полтора миллиарда евро. НБК не пропускает дождевую воду — поэтому планировалось, что реакции деления замедлятся. Это и произошло в большинстве точек объекта «Укрытие», но не во всех.
По данным ученых из Института проблем безопасности АЭС Киев застывшее топливо стимулирует расщепление ядер урана под воздействием нейтронов. А поскольку уровень воды уменьшается, деление может ускориться в прогрессии, что приведет к неконтролируемому выбросу энергии.
Чтобы реакция не прекращалась, нужно увеличить массу урана. Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. Чем больше масса куска, тем больше его размеры и путь, который проходят в нем нейтроны. При этом вероятность встречи нейтронов с ядрами возрастает. Наличие в уране так называемого замедлителя нейтронов также влияет на ход реакции.
В качестве замедлителей используются такие вещества как графит, вода, тяжелая вода. Критическая масса шарообразного куска урана-235 приблизительно равна 50 кг, а его радиус при этом всего 9 см, так как уран имеет очень большую плотность.
Открытие деления ядер урана Большинство природных радиоактивных элементов сильно распылено. Поэтому добыча весовых количеств этих элементов уже представляет собой сложности. Изучение продуктов распада еще труднее, поскольку все природные радиоактивные элементы имеют длительные периоды полураспада, и получение весовых количеств веществ, пригодных для исследования, происходит крайне медленно. Поэтому интенсивное изучение радиоактивных распадов началось лишь после открытия нейтрона в 1932 г. Нейтрон не имеет электрического заряда, и способен гораздо легче попадать в зону действия ядерных сил, чем заряженные протоны или альфа-частицы. Появляется возможность ускорить ядерные реакции, облучая пробу вещества нейтронами. В результате таких исследований в 1938 г О.
Ганом и Ф. Штрассманом было установлено, что при облучении урана нейтронами образуются боле легкие элементы, с массовыми числами меньше, чем массовое число урана, как правило, в полтора раза, в основном четвертого-пятого периодов таблицы Менделеева.