0: Сегодня у нас 1 из последних уроков по ядерной физике и вообще по курсу физики основной школы. Начиная со 2 четверти, мы начинаем все сначала механика, теория измерений. Вы научитесь вычислять погре.
1: Грешность. Завтра мы делаем лабораторную работу. Послезавтра пишем контрольную, итоговую. И на этом заканчивается эта большая тема. Сегодня мы поговорим о реакции деления ядер. Тема
2: Реакция.
3: Деление.
4: Ядер точка ядерная энергетика.
5: Точка термоядерная реакция.
6: Термоядерная реакция.
7: Реакция деления ядер, ядерная энергетика, термоядерная реакция, домашнее задание по бажиновой.
8: Параграфы 35 тире 37 35, тире 37, далее там же по бажиновой упражнение 20.
9: 9 на странице 189 задача номер 7, там же упражнение 30 на странице 100.
10: 94 номер 3. Там же задание для самопроверки.
11: Они находятся на странице 210.
12: Номера с 1 по 7, там больше их, но следующие задания будут у вас на следующем уроке и познакомиться с лабораторной работой.
13: С лабораторной работой номер 11 там же, в Баженовой, описание находится на странице 205.
14: Мы завтра будем другое делать, но, используя сходное оборудование, завтрашняя наша лабораторная работа будет более интересна, чем та, что описана в учебнике. Итак, ядерные реакции реакция.
15: Деление ядер. Мы уже с некоторыми ядерными реакциями знакомы. Например, есть такие реакции, которые называются реакции распада альфа, распад, бета распад. Это все разновидности ядерных реакций. Есть реакция синтеза ядер в конце.
16: Этого урока. Я об этом расскажу. Это когда 2 ядра объединяются вместе образуется 3 другое новое ядро и ещё какие-то частицы при этом могут вылетать. Здесь мы будем говорить о реакции деления.
17: Для того чтобы пошла ядерная реакция, то те ядра или ядра, и частицы, которые участвуют в этой реакции, должны приблизиться друг к дружке настолько, что вступают в действие ядерные силы.
18: Вы знаете, что ядерные силы являются очень короткодействующими. Их радиус действия 10 минус 14 метра, порядка размеров самого ядра чуть больше. Вот представьте себе, что вы обстреливаете альфа частицами какое-то ядро альфа частицы.
19: Заряжена положительно, ядро заряжено положительно для того, чтобы альфа частица проникла в ядро, её нужно разогнать до огромной скорости.
20: Далеко не всякая альфа частица, которая вылетает при альфа распаде, способна преодолеть вот это отталкивание электрическое, поэтому её нужно специально разгонять. Для этого строят сложнейшее устройство, которое называется ускорители заряженных частиц. Самый
21: Совершенный ускоритель, большой адронный коллайдер позволяют получать колоссальные энергии, исчисляющиеся уже terra электрон вольтами, но существует 1 вид ядерных реакций, который очень легко запустить какой.
22: Должна быть частица, чтобы её не отталкивало ядро электрически нейтральной. И такие частицы есть. Это нейтроны, нейтроны. Не нужно разгонять. Нейтрон не отталкивается от ядра, и он может войти в ядро.
23: И быть инициатором ядерной реакции. И вот с помощью облучения нейтронами различных ядер было получено множество новых химических, ну не скажу, химических элементов, изотопов, которых даже в природе нет.
24: Изотопы, таким образом, можно получать и за это даже учёные получили нобелевскую премию, но 1 из самых главных для нас, для человечества, для нашей цивилизации реакций под действием нейтронов это реакция под действием.
25: Нейтронов на ядро Урана 235. Вот о ней мы сегодня и поговорим. Представьте себе, что у вас есть ядро Урана 235, уран 92 235.
26: И в него попадает нейтрон, он беспрепятственно входит в это ядро. Нейтрон, как мы обозначим, нейтрон. Заряд у него 0 массовое число единица, потому что нейтрон является нуклоном, когда
27: Когда нейтрон попадает в ядро Урана, ядро Урана становится ядром Урана 92 236, но очень ненадолго поглотив нейтрон, ядро Урана 236 впадает в нестабильное.
28: Состояние, можно сказать, что оно начинает колебаться. И вот в 1 из мгновений эта капля ядерная становится вот такой, а радиус действия ядерных сил я уже показывал это на 1 уроке оказ.
29: Меньше, чем размеры ядра, вот радиус действия ядерных сил, а ведь ядро заряжено сплошь положительно, там полно протонов, 92 протона, и вот те участки ядра, которые оказались с краю, они
30: Уже не удерживаются ядерными силами, ядро разрывает силами электрического отталкивания.
31: Получается 2 осколка.
32: Эти осколки, обычно барий и криптон, барий, криптон разлетаются с огромной скоростью, их кинетическая энергия 200.
33: Электрон вольт 200 мегаэлектрон вольт. Они очень радиоактивны, надо сказать, это 1 из проблем, которую приходится решать. Но что ещё очень важно, помимо вот этой энергии в 200 мегаэлектрон,
34: Вольт выделяется 2 3 нейтрона.
35: Нейтрон 0 1.
36: Представьте себе кусок Урана эти 2 3 нейтрона продолжают идти в этом Куске, и они снова попадают в ядро Урана 235, и они вызыва.
37: Его деление. И уже у нас было 1 ядро стало 2, потом 4, потом 8.
38: Количество ядер нарастает лавинообразно, у нас наблюдается реакция такая, что продукты реакции являются исходным материалом для самой этой реакции. То есть сами порождают эту реакцию. Такая
39: Реакция называется цепная реакция, и вот мы с вами наблюдаем цепную реакцию деления Урана.
40: Цепная реакция деления Урана.
41: Цепная реакция деления Урана пойдёт эта цепная реакция или не пойдёт, зависит от того, попадут вот эти нейтроны снова в уран или нет. Оказывается, они совсем не обязательно должны попасть в уран.
42: Вот, допустим, возьмём листочек Урана.
43: Раскатаны в вот такую тоненькую фольгу. Допустим, это уран 235. При делении 1 ядра выделяются 2 3 нейтрона, они летят
44: Случайных направлениях. Если листочек тоненький, то, скорее всего, они вылетят, и никакой реакции цепной не начнётся. Все спокойно. Но если вместо листочка Урана мы возьмём шарик из Урана, то тогда те нейтроны, которые
45: Образовались внутри шарика, обязательно должны пройти сквозь весь шарик, то есть не то, что они сразу оказываются на улице, и чем больше размеры этого шарика, тем больше вероятность, что они на своём пути встре.
46: Ядра Урана 235 и вызовут их деление такое, что количество разделившихся ядер будет увеличиваться чем больше размеры шарика или чем больше его масса, тем вероятнее начало.
47: Такой цепной реакции и what существует масса, она называется критическая масса, при которой начинается цепная реакция деления. После этого вы теряете над ней фактически контроль был такой учёный Слотин. Он экспериментировал с ураном, у него
48: Было 2 полушария из Урана, и on буквально отвёрткой сводил их вместе, они там на винте были, и вот у него на глазах буквально, насколько я слышал, эти 2 полушария начали раскаляться, потому что выделяющиеся
49: Энергия привела к росту температуры, он быстро развёл эти 2 полушария, но он получил смертельную дозу радиации, потому что все вот эти осколки необычайно радиоактивны. Слотин погиб. Как же.
50: Можно сделать так, чтобы эта реакция была управляемой. Неуправляемая ядерная реакция происходит в ядерной бомбе. А чтобы управлять ядерной реакцией, нужно регулировать количество нейтронов, которые
51: Дальше встречают на своём пути очередное ядро Урана 235. Вы можете спросить, а откуда берётся самый 1 нейтрон? Его специально не нужно запускать в реактор оказывается, что уран 200.
52: 35 самопроизвольно делится с испусканием нейтронов. То есть 1 нейтрон сам получается. И дальше все зависит от того, вот эти нейтроны попадут в следующие ядра или нет, будут ли размножаться нейтроны, как говорят.
53: Физики или не будут для того, чтобы регулировать, как говорят физики, коэффициент размножения нейтронов нужно каким-то образом лишние нейтроны поглощать, и вот это и организованно в ядерном реакторе ядерный
54: Реактор я очень упрощённо, сейчас вам изображу предельно упрощённо.
55: Стержни из Урана 235 и 238 из природного Урана собираются в специальные кассеты, которые загружаются в ядерный реактор, эти кассеты называют.
56: Твелы.
57: Твэл тепловыделяющий элемент.
58: Тепловыделяющий элемент вот в этих твелах содержится природный уран 235 и 238, сразу скажу в природном уране на тонну природного Урана.
59: Приходится всего 7 килограмм меньше 1% Урана. 235. В уране 238. Цепная реакция не возникает. Это серьёзная проблема. Как её решить? Я сейчас расскажу. Значит, вот эти твелы загружа
60: В реактор я их так вот условно покажу.
61: Если все оставить так, как есть, из за того, что слишком много Урана. 238, вот здесь 7 килограмм Урана 235 плюс.
62: Остальное 993 килограмма Урана 238, реакция не пойдёт слишком мало Урана, точнее, слишком много Урана, 238 беда.
63: Том, что уран 238 поглощает те нейтроны, которые выделились при делении. Но оказалось, что при делении образуются быстрые нейтроны, и если эти нейтроны попа.
64: В уран 238 он их поглотит, а вот если бы в уран 238 попадали медленные нейтроны, то уран 238 их не поглощал бы, а медленные нейтроны тоже вызывают цепную реакцию в уране 235, значит, нужно.
65: Как-то замедлить нейтроны, тогда они станут
66: Не, тогда они не будут пропадать, они не будут поглощаться ураном 238. Как их замедлить? Оказывается, принцип очень простой, как в механике. Представьте себе, вот это нейтрон, а это какое-то ядро, нейтрон ударяя
67: В ядро и замедляется, уменьшается кинетическая энергия этого нейтрона, увеличивается кинетическая энергия вот этого ядра. Если масса нейтрона равна массе вот этого ядра, например, нейтрон протон взять так условно, то этот
68: Вообще остановится нейтрон, можно остановить таким образом, на самом деле замедляют нейтроны, облучая ими вещество с не слишком большой массой ядра. Например, водород, точнее, дейтерий есть 1.
69: Способов замедления пропускать эти нейтроны через тяжёлую воду в качестве замедлителя нейтронов используется также графит. И вот упрощённо представим себе, что вот этот бак наполнен тяжёлой водой.
70: Эта тяжёлая вода замедляет нейтроны, и поэтому даже в природном уране, возможно, возможен запуск цепной реакции, но если все так оставить, реакция пойдёт, будет выделяться огромное количество тепло.
71: Реактор разорвёт, нужно ненужные нейтроны те, которые вызывают избыточные выделения энергии поглощать, для этого служат регулирующие стержни, регулирующие стержни располагаются.
72: Между твелами, и они сделаны из вещества, поглощающего нейтроны, очень хорошо поглощает нейтроны Бор.
73: Значит, вот эти регулирующие стержни сделаны из стали легированной Бором.
74: Я заштрихую регулирующие стержни вот таким образом.
75: Вот это твелы.
76: Твелы, а это регулирующие стержни.
77: Бористая сталь.
78: Опустили стержни, реакция притухает, подняли стержни, реакция разгорается. Автоматика следит за тем, чтобы температура в реакторе, точнее, энерговыделение в реакторе, было все время на постоянно.
79: Уровне, именно подъёмом и опусканием этих стержней. Теперь вода вызывает замедление нейтронов. Заодно она ещё и получает энергию. Вот те самые оскол.
80: Деление Урана барий и криптон, обладая огромными скоростями, сталкиваются с молекулами воды, разогревают её до очень высокой температуры. Теперь это тепло, выделяющееся. Надо каким-то образом забрать, как это сделать. Вода нагревается, казалось.
81: Можно было бы сразу превратить в пар и пустить в турбину, но нельзя она радиоактивная, поэтому эта вода циркулирует благодаря специальному насосу.
82: Называется главный циркуляционный насос и поступает в теплообменник там в теплообменнике она передаёт
83: Тут такой нарисуем условно змеевик.
84: Она передаёт своё тепло другой порции воды, которая превращается в пар.
85: Вот вот этот пар идёт к турбине, пар к турбине.
86: Потом он вращает турбину, турбина вращает генератор, генератор, вырабатывает электроэнергию, пар конденсируется, в воду превращается и обратно поступает вот в этот парогенератор парогенератор.
87: Вот так предельно упрощённо работает атомная электростанция, но беда в том, что осколки, которые образуются, очень радиоактивны, их нужно где-то хоронить, к тому же добыча.
88: Урана это серьёзная технологическая процедура, поэтому, хотя половина электростанций уже у нас в Украине это атомные, но, тем не менее, получение энергии таким способом далеко не оптимально нужно
89: Что-то новое и вот это что-то новое давно известно это реакция синтеза Лёгких ядер, реакция синтеза.
90: Лёгких ядер.
91: Оказывается, при слиянии Лёгких ядер тоже выделяется энергия, причём очень даже приличная. 1 из видов такой реакции это реакция дейтерия и трития дейтерий h1.
92: 1 2 плюс 3 сверхтяжёлый водород h1 3, если эти 2 ядра заставить слиться.
93: То при этом образуется ядро Гелия 2 4 plus а ну-ка, давайте посмотрим, что получится здесь у нас 1 + 1, тут 2, значит, тут должен быть 0.
94: 2 + 3. 5. Получится 4. Значит, тут должна быть единица. Что здесь будет нейтрон? Вот такая реакция сопровождается образованием ядра Гелия, то есть ядра водорода сливаются, образуются ядер, Гелия, ядра Гелия плюс выделяют
95: Нейтрон плюс ещё 17,6 мегаэлектрон вольт энергия вот этих продуктов реакции. Вы можете сказать так это ж мало тут у нас 200 было.
96: Электрон вольт, а тут всего 17 и 6. Ну, ребят, посмотрите, здесь у нас 235 нуклонов участвует в реакции, а здесь всего 5.
97: Вот из 235 нуклонов получается 200 мегаэлектрон вольт, а тут всего лишь из 5 нуклонов получается 17 и 6 мегаэлектрон вольт. Если вы посчитаете, насколько это эффективная реакция, вы увидите, что она в 4 раза более выгодна.
98: По энергии, то есть на килограмм вот этого топлива выделяется в 4 раза меньше энергии, чем на килограмм вот такого топлива. Дейтерия трития. Но если нейтрон свободно влетает в ядро Урана и начинает
99: Генерировать энергию делит ядро Урана, то это же заряженные частицы. Их нужно как-то столкнуть, сблизить настолько, чтобы включилась ядерная сила. Как это сделать? Разогнать до огром?
100: Скоростей, как это сделать? 1 из способов разогреть до высоких температур вот эти вот эти исходные компоненты реакции. Оказывается, если разогреваешь до высокой температуры, то ско
101: Возрастает теплового движения настолько, что можно преодолеть вот это кулоновское отталкивание ядер и запустить вот эту реакцию. Для этого нужна температура выше чем 10000000 градусов 15 20000000 градусов.
102: Поэтому такая реакция получила название термоядерная реакция.
103: Неконтролируемая термоядерная реакция наблюдается в атомной бомбе, а контролируемую термоядерную реакцию до сих пор не смогли получить на длительное время не
104: Несколько Десятков секунд, может быть, даже минут. Такие реакторы способны работать, потому что огромная температура все начинает вокруг гореть, такие реакторы сейчас разрабатывают активно говорят, что к 2050 году
105: Уже начнётся термоядерная энергетика, но такие реакции происходят внутри звёзд наше солнце светит и греет именно благодаря вот этим реакциям внутри звёзд водород превращается в гелий пока что обуздать.
106: Эту реакцию не удаётся, но тем не менее все ещё впереди, и, что интересно, эта реакция чистая никаких радиоактивных отходов, которые нужно захоронить где-то глубоко под землёй, там, где нет грунтовых.
107: Вот очень велик соблазн. Иностранцы просто у них глаза горят. Давайте мы похороним наши отходы, мы вам заплатим, у вас в чернобыльской зоне не надо соглашаться.
108: Здесь же не получается никаких радиоактивных отходов. Эту энергию, кстати, очень просто превратить в генерацию водорода. То есть эту энергию можно использовать для разложения воды на водород и кислород. Кислород выпускаем в атмосферу, например, если он не нужен.
109: А водород собираем и используем в качестве топлива. Представьте себе двигатель внутреннего сгорания, работающий не на бензине, не на солярке, а на водороде, в бензиновом двигателе. Выхлоп очень грязный и в том числе выделяется углекислый газ.
110: Который образует слой наверху, вызывающий глобальное потепление. Сейчас это вдруг пошло в разнос. Вот это глобальное потепление сейчас пошло в разнос, и сейчас иностранцы, да, и у нас, наверное, об этом думают очень серьёзно. А если
111: Сгорает водород, что образуется водяной пар абсолютно безвредный, поэтому за водородными двигателями, наверное, будущее. Вот это то, что я хотел вам вкратце рассказать по поводу ядерной энергетики, термоядерной реакции. Сейчас я вам предлагаю посмотреть
112: Старый старый фильм советских времён семидесятых лет, но там подробно рассказывается то, что я вам уже рассказал. И ещё там рассказывается о реакторе на быстрых нейтронах. Я сейчас о нём не рассказывал, просто посмотрите о нём. Фильм там тоже.
113: Тоже интересные вещи происходят.
114: С Ростом населения земли, развитием цивилизации и увеличением объёма производства потребление электроэнергии каждые 10 лет удваи.
115: Сейчас большую часть энергии получают на тепловых электростанциях за счёт сжигания торфа, угля, нефти.
116: Однако запасов топлива на земле хватит не более чем на 100 лет.
117: Ресурсы гидроэнергии также ограничены.
118: Где же выход из энергетического голода, ожидающего человечество?
119: 1954 год в Советском союзе пущена 1 в мире атомная электростанция.
120: Создание в нашей стране атомной энергетики связано с именем академика игоря васильевича Курчатова.
121: В ядерных реакторах этих топках атомных электростанций высвобождается энергия Урана.
122: 1 килограмм Урана может дать столько же энергии, сколько получают при сжигании 2300000 килограммов угля.
123: Урановая руда.
124: Из неё получают естественный металлический уран он состоит в основном из атомов 2 изотопов с атомными массами 238 и 235.
125: В 1 тонне естественного Урана содержится всего 7 килограммов Урана 235.
126: Этот изотоп обладает замечательными свойствами.
127: Ядро атома Урана 235 захватывает нейтрон, оно делится на 2 осколка, испуская при этом 2 или 3 нейтрона кинетическая энергия Осколков.
128: Нейтронов и есть высвобожденная ядерная энергия Урана.
129: Нейтроны, рождающиеся при делении ядер, попадают в новые ядра и, в свою очередь, вызывают их деление возникает цепная реакция.
130: Она может начаться от самопроизвольного деления 1 из ядер.
131: Развивается цепная реакция лавинообразно.
132: Число нейтронов быстро увеличивается, и температура Урана растёт, этот нагрев и есть результат высвобождения ядерной энергии.
133: А теперь посмотрим, каковы свойства Урана 238 ядра этого изотопа захватывают нейтроны, но при этом не делятся.
134: В естественном уране на каждое ядро Урана 235 приходится 140 ядер Урана 238, поэтому большинство нейтронов захватывается.
135: Ядрами Урана 238 и выходит из игры, едва начавшись, цепная реакция затухает.
136: А если выделить из естественного Урана изотоп Урана 235 сложный и дорогостоящий процесс, где же выход итальянский физик энрико?
137: Перми доказал цепная реакция в естественном уране возможна дело в том, что ядра Урана 238 интенсивно захватывают лишь быстрые нейтроны, и значительно Реже.
138: Длинные тепловые, значит, нужно замедлить нейтроны.
139: Как же это осуществить из механики? Известно, что при упругом столкновении 2 Шаров одинаковой массы происходит эффективный обмен энергии. Именно этот принцип лежит в основе.
140: Замедление нейтронов в качестве замедлителя используют вещество, ядра которого имеют массу, близкую к массе нейтрона при многократных столкновениях.
141: Ядрами замедлителя нейтроны отдают им свою энергию.
142: На практике замедление нейтронов достигается в ядерных реакторах на медленных нейтронах.
143: Тонкие стержни из естественного Урана, собранные в рабочие кассеты, опускаются в специальные каналы реактора.
144: Вылетающие из урановых стержней быстрые нейтроны попадают в замедлитель воду.
145: Сталкиваясь с молекулами воды, нейтроны уменьшают свою скорость.
146: Когда замедленные нейтроны снова попадают в урановые стержни, они захватываются преимущественно ядрами Урана 235, и цепная реакция продолжается.
147: Но этот процесс необходимо контролировать, чрезмерное выделение теплоты может привести к взрыву реактора для управления скоро.
148: Реакции используются регулирующие кассеты из бористой стали, Бор интенсивно поглощает нейтроны.
149: Если температура в реакторе становится выше допустимой, регулирующие кассеты опускают глубже.
150: При понижении температуры кассеты поднимают
151: Теплоту, образующуюся при работе реактора, нужно превратить в электрическую энергию, рассмотрим схему.
152: Теплоноситель вода циркулирует в 1 контуре, она забирает теплоту в активной зоне реактора и отдаёт её воде, циркулирующей во вто.
153: 2 контуре. Пар, образующийся во 2 контуре, приводит в движение турбину здесь, в турбинном зале и
154: Заканчивается сложный технологический процесс превращения энергии ядер Урана в электрическую энергию.
155: Потребности человечества в энергии покрывать за счёт Урана 235, то этого ядерного горючего хватит только на 300 лет.
156: Вы помните, что в естественном уране преобладает уран 238, его считали шлаком оказалось, что этот шлак может служить сырьём для производства нового ядерного горючего плутония.
157: Посмотрите, как это происходит.
158: На практике превращение Урана 238 в плутоний осуществляется в ядерных реакторах на быстрых нейтронах.
159: В активной зоне такого реактора находятся стержни из чистого Урана 235 без замедлителя вокруг неё в зоне воспроизводства.
160: Располагаются кассеты со стержнями Урана 238, цепная реакция на быстрых нейтронах происходит в активной зоне реактора, при этом часть нейтронов вылетает из активной зоны в зону.
161: Воспроизводство ядра Урана 238 захватывают нейтроны и превращаются в плутоний все больше плутония накапли.
162: В zone воспроизводства.
163: Спустя определённое время стержни извлекают.
164: Количество образовавшегося в них плутония в полтора раза превосходит количество выгоревшего Урана 235 таким образом, оба изотопа Урана используются как ядерное горючее.
165: При такой технологии запасов ядерного горючего хватит на несколько тысяч лет.
166: Уже сегодня атомные электростанции заняли прочное место в энергетике нашей страны.
167: Новые станции строятся повсюду от чукотской тундры до прикаспийских пустынь.
168: В городе Шевченко действует 1 в ссср атомная станция на быстрых нейтронах.
169: Её энергия используется для опреснения воды, необходимой городу.
170: Самые современные достижения науки и техники применяются сегодня в атомной электроэнергетике.
171: Вычислительный блок атомной электростанции. Сюда стекаются данные об изменениях всех параметров технологического процесса.
172: Вычислительные машины выдают необходимые показатели на центральный щит управления.
173: Полная радиационная безопасность закон для всех служб атомных станций, дозиметристы постоянно следят за уровнем радиации.
174: Совершенно безопасна работа Кочегаров, атомных топок.
175: В атомном городке нельзя обнаружить даже самых ничтожных следов тех бурных процессов, которые происходят в ядерных реакторах.
176: Специальная служба.