Димоски Мартин -матурски труд-
- АТОМСКА ФИЗИКА-
Ментор: проф.Цветанка Ѓоргиевска соу ‘’Ристе Ристески-Ричко” Прилеп
1
Содржина: 1. Состав на атомот. Атомско јадро 2. Нуклеарни сили. Енергија на врзување на атомското jадро 3. Радиоактивност 4. Закон за радиоактивно распаѓање 5. Нуклеарни реакции. Јадрена фисија 6. Нуклеарен реактор 7. Термојадрена фузија 8. Атомска и Хидрогенска бомба 9. Заклучок и користена литература
2
Вовед Почитувани, овој матурски труд како проектна задача, со тема ‘’Атомска физика” јас избрав да ја обработам по моја сопствена инцијатива поради тоа што оваа проблематика како посебна научна дисциплина има богат спектар од многу различни истражувања, експерименти и процеси од големо значeње . Иако овој дел на физиката , научниците од оваа област постигнаа голем успех во последните 50 години сепак постојат уште многу нерешени прашања во врска со квантната физика односно микро светот. Нуклеарната физика како наука е од исклучитело значење за човештвото и за неговиот опстанок, односно оваа наука нуди еден посебен начин за добивање на неисцрпливи извори на енергија што е од најважно значење за енергетскиот опстанок на светот. Имено, мое мислење е дека ако науката и техниката правилно се насочат за искористување во мирнодопски цели, само за добивање на енергија од нуклеарните горива , светот би имал голема корист од нуклеарната физика. Затоа вреди секоја држава да инвестира во развивање на нуклеарните истражвања и да ја искористува нуклеарната енергија на најхуаман можен начин, со тоа би се решил и најгорливиот проблем на светската цивилазиција- тоа е потребите за енергија на долгорочен план.
3
4
1.
Состав на атомот. Атомско јадро
1.1 Атомското јадро представува центар на атомот, околу кое се движат сите електтрони од електронската обвивка. Во него концентриран позитивниот полнеж на и во атомското јадро се состои целокупната маса на атомот, која пак изнесува 99,9% од масата на самиот атом. Ова докажува дека атомското јадро представува честица со извонредно голема густина, чија вредност е од редот на 10
18
kg m3
.
Атомското јадро освен позитивниот полнеж, кои го носат протоните ( p), исто така во атмоското јадро постојат и неутрони ( n) кои се неутрални, не се наелектризирани односно од нив не може да зависи самата наелктризираност на јадрото. Спомнавме дека целокупната маса на атомот се состои во атомсктото јадро, тогаш логично се постваува прашањето- колкава маса имаат протоните и неутроните како составни честици на јадрото? Масата на протонот mp e нешто помала од масата на неуторнот mn односно:
mp = 1.00759 u mn = 1.00898 u mn – mp = 0.00139 u каде што u е атомска единица маса(унифицираана единица маса) и изнесува u 1.67 10 27 kg . Масата на протонот, односно на неутронот е околу 2 000 пати поголема од масата на електронот или поточно: =
m p
≈
mn
=
•
−
1873me
1.2 Состав на атомот Протоните и неутроните под заедничко име се познати како нуклеони. Постојат неколку карактеристични својства на атомското јадро и тоа следниве: 1. Реден број Z – редниот број на јадрото ја одредува местоположбата на соодветниот атом во периодниот систем на Менделеев. Од него
5
зависат хемиските својстава на атомот. Редниот број Z уште се нарекува и атомски број. Овај број Z e еднаков на бројот на протони во атомското јадро. Но исто така е еднаков и на бројот на електрони што се содражат во атомот кога тој не е јонизиран.
2. Електричен полнеж q. Како што знаеме јадрото е позитвно наелктризирана честица. Носители на позитивното количество електричество се протоните. Количеството електричество на протонот + е бројно еднакво со количество електричество на електронот – е и изнесува: +
e
e
= −
=1.6 •10
− 16
C
Според тоа количеството електричество на јадрото е бројно еднакво со количеството електричество на електроните при нејонизиран атом, односно:
q= Ze 3. Масен број А. Бројот на неутрони во јадрорто се обележува со N и се вика неутрински број. Од него зависат хемиските својства на атомот , но зависат и некои физички својства. Збирот на бројот на протоните Z и бројот на неутроните N се обележува со А и се вика масен број. А = Z+N
Масениот број е цел природен број кој е најблизок до атомската маса на елементот.
4. Изотопност Јадра од ист елемент кои имаат ист реден број, а различен масен број се наречени изотопни јадра. Постоењето на изотопите за прв пат во науката е потврдено од англискиот физичар Џ.Џ. Томсон (1856-1940 г ). Тој го испитувал движењето на јоните на елементот неон во електрично и магнетно поле, при што утврдил дека неонот представува смеса од два вида атоми, чии јадра имаат масени броеви 20 и 22. Овие изотопи се застапени во однос 9:1 во полза изотопот со масен број 20, така што средната атомска маса на неонот во периодниот систем на елементите изнесува 20,2 што не е цел природен број. Со методите на Томсон откриени се изотопи на голем број на хемиски елементи почнувајќи од налесното јадро на водородот H па се до најтешкото јадро на уранот U. Ке наведеме неколку примери на изотопни јадра за дадени хемиски елементи. Водородот има 3 изотопи со масени броеви 1 , 2 и 3 и тоа: 1 1
H -обично водородно јадро
6
2 1
H ( 12 D ) - тешко водородно јадро наречено
3 1
детериум
H ( 31T ) - најтешко водородно јадро, наречено
трициум.
Првите два изотопи се стабилни. Детериумот сврзан со кислородот дава тешка вода D2 O која има точка на вриење 101,2 C , а замрзнува на +3,8 C . Тешката вода се користи како модератор (забавувач) кај нуклеарните реактори. Трициумот е нестабилен изотоп кој испуштајќи - зраци преминува во изотоп на хелиум. Трициумот во смеса со детериумот се користи како ‘’јадрен експлозив’’ кај водородната ( хидрогенска ) бомба. -5-
5. Изобарност- Јадра кои имаат ист масен број а различен реден број се наречени изобарни јадра. Такви се на пример следниве јадра 40 18
40 73 73 73 73 Ar , 20 Ca , 30 Zn, 31 Ga , 32 Ge , 33 As , .
Протоните и неутроните на атомското јадро се се распоредени во стационарни состојби, слично како и електроните во атомот. И јадрото има една стабилна состојба во која може да егзистира Ео и повејќе возбудени состојби Е1 Е2 Е3.. . . . во кои може одредено време да егзситира.
***
2. Нуклеарни сили. Енергија на врзување на атомското јадро
2.1 Нуклеарни сили
Јадрата, за кои се знае дека содржат протони и неутрони представуваат необично стабилни формации и покрај тоа што меѓу протоните дејствуваат одбивни сили, односно кулонови сили на одбивање. Стабилноста на самите јадра сведочи дека во јадрата дејствуваат големи, своевидни, сили на заемно привлекување меѓу нуклеоните , кои се наречени нуклеарни сили. Тие се многу поголеми од кулоновите сили на одбивање и затоа јадрото не се распаѓа. Што представуваат нуклеарните сили? Тие не можат да бидат кулонови сили на заемнодејство. Кулоновите сили на заемно дејтво меѓу протоните се одбивни а меѓу протони и неутрони и неутрони и неутрони не постојат. Електричните сили зависат од полнежот и се мали во споредба со нуклеарните. Гравитационите сили исто така не можат да ги држат нуклеоните во
7
јадрото , бидејќи тие се сосема мали. Во улога на нуклеарни сили не може да бидат ниту силите на магнетното заемно дејство. Сето ова укажува на фактот дека нуклеарните сили не можат да бидат сведени на ниту електрични, ниту магнетни, ниту гравитациони, туку тие представуваат своевиден вид на сили. Заемнодејството меѓу нуклеоните во јадрото се јавува како пример на силно заемнодејство – заемнодејство преку јадрени сили.
Јадрените сили поседуваат ред својства по кои се разликуваат од другите: - Нуклеарните сили се секогаш сили на земно привлекување; - Тие дејствуваат на многу кратки растојаниа, т.е на растојаниа од редот на атомските јадра; - Јадрените сили се независни од полнежот. Нуклеарните сили меѓу протоните и протони и неутрони и неутрони и неутрони се сеакогаш еднакви. - Јадрените сили не се централни, како што се кулоновите и гравитационите. - Јадрените сили имаат своство на заситување. Секој нуклеон во даден момент заемно дејствува само со ограничен број на најблиски нуклеони, не со сите нулклеони. За цврстината на самото јадро судиме според тоа колку е лесни или колку е тешко да се разруши едно дадено јадро. Колку е потешко да се разруши едно јадро значи дека тоа е толку поцврсто. Да се разруши едно јадро, потребно е да се раскине врската меѓу неговите нуклеони, односно со други зборорови да изврши работа со која се совлаадат нуклеарни сили што ги привлекуваат нукленоните и што го врзуваат самото јадро.
2.2 Енергија на врзување на атомското јадро
Да се раздели јадрото на одделни протони и неутрони треба да се потроши енергија . Енергијата што е потребна за целосно разградување на јадрото, на одделни нуклеони, позната е како енергија на врзување на јадрото. Бидејќи атомското јадро е многу компактно, за негово рушење потребно е да се потроши голема енергија. Според Ајнштајн систем на кој му се намалува енергијта за ΔЕ е следен и со намалувње на неговата маса за Δm . Тие меѓусебно се поврзани со равенкта на Ајнштајн за врската меѓу масата и енергијата: ∆ E = ∆mc
2
Следствено, масата на јадрото мора да е помала од заедничката маса на нуклеоните од кои тоа е создадено. Масата на јадрото m j при мирување e секогаш помала од збирот на масите на протоните и неутроните од кои е создадено јадрото. m j
< Zm p +
Nm n
8
Разликата од збирот на масите на мирување на протоните и неутроните од кои е создадено јадрото, и масата на јадрото се вика дефект на маса . ∆m = Zm p + Nm n − m j
Колку е поголем дефектот на маса на атомското јадро толку е поголема енергијата на врзување на атомско јадро. ∆ E = ∆mc
2
Енергијата на врзување на јадрото освен со J (џул) често се мери со единица еV (електронволт). 1eV = 1.6 ∗10
−19
J
Ако дефектот на масата е пресметуван со u ( унифицирана единица за маса), тогаш енергијата на врзување на јадрото може да се пресметува по формулата: ∆ E = ∆m ∗ 931 MeV
во која 931 MeV (мега електронволт) е еквивалент на енргијата што и припаѓа 2 на унифицираната единица за маса ( E 0 = uc = 931MeV ). Енергијата на врузување се јавува како непосредна мерка за стабилноста на јадрата. Важна информација за својставта на јадрата дава специфичната енергија на врузување . Таа е величина, бројно е еднаква на енергијата што е потребна да се избие еден нуклеон од јадрото . Истата одговара и на енергијата што ја ослободува секој нуклеон при негово врување во атомското јадро. За специфичната енергија на врзување Es може да се запише: E s
=
∆ E
A
Каде А е бројот на нулеоните во јадрото (масиниот број). Специфичната енергија на врзување е многу голема. Просечно таа изнесува 8 MeV по нуклеон.
***
9
3. Радиоактивност
Процесот на спонтано расапаѓање на атомските јадра со испуштање на честици или електромагнетни зрачења со висока фреквенција се вика радиоактивност. Како резулатат на овој процес, нестабилните јадра се ослободуваат од вишокот на енергија , се дури не се стигне до состојба на стабилно јадро. Радиоактовноста што се среќава во природни услови се вика природна радиоактивност. (радиоактивноста за прв пат е откриена од Бекерел во 1896 година.) Изучувањето на природната радиоактивнст во магнетни и електрични полиња, се докажало дека радиоактивноста како зрачење се состои од три дела: α- честици, βчестици, γ- зрачење (сл.1).
Сл.1
Во природата радиоактивните изотопи се содржат во кората на Земјата ( 1 тон гранит содржи средно приближно 10 грама ториум , 5 грама уран 1,3 милиграми радиум ) во почвата, во водите на океаните морињата , реките во атмосферскиот воздух. Зрачењата на природните супстанции заедно со космичкото зрачење го заедно го сочинуваат природниот фон. Со помош на различни нуклеарни реакции можат да се добијат голам број на радиоактивни изотопи. За нив се вели дека се вештачки добиени радиоактивни елементи. Радиоактивноста на јадрата што се добиени по ваштачки пат , како резулатат на нуклеарни реакции, се вика вештачка радиоактивност.
10
На радиоактивноста немаат влиание различни фактори како што се: температура , притисок, и др. Радиоактивноста не се менува и во процесот на хемиските реакции. Тоа ни укажува дека појавата на радиоактивност не е условена со промените на електронската обвивка, туку со процеси што се случуваат во јадрото на атомот.
Радиоактивното распаѓање е следено со претворање на атомите, бидејќи почетното јадро, со текот на зрачењето (радијацијата) се претвора во јадро на друг хемиски елемент. Јадрата што се добиваат како резултат на радиоактивното распаѓање и самите можат да бидат радиоактивни. Процесот на распаѓање се одвива како низа на 238 последователни претворања, што завршува со стабилен изотоп. Така уранот 92 U предтсавува почеток на радиоактивната низа, која има 15 последователни распаѓања 206 и на крајот завршува со стабилниот изотоп на оловото 82 Pb . За да може конкретно да се каже какво претворање претрупува радиоактивното атомско јадро треба да се знае определено која е природата и видот на зрачењето:
Алфа зрачење (α)- представува поток на јадра од хелиум 24 He со полнеж +2е и масин број 4. Тие излетуваат од јадрото со брзина од редот на 10 7 m / s и енергија од 2-5 МеV. Создавањето на алфа честицата од два протони и два неутрони се врши во радиоактивното јадро, во моментот на неговото распаѓање.
Бета зрачење (β)- представува поток од електрони
0
e или позитрони 10 e (честица која е слична на електронот но со позитивен полнеж). Овие зрачења уште се викаат β или β . Електронот се создава како резултат на внатрешно претворање на неутрон во протон ( во нестабилините јадра со вишок на неутрони) : −
1 0
− 1
+
+
n→11 p + −10 e + υ
Позитронот се создава како резултат на внатрешно претворање на протон во неутрон ( во нестабилите јадра што имаат недостаток на неутрони) : 1 1
p→01n++01 e + υ
Во овие две релации честиците υ и υ се неутрино и антинеутрино. Тоа се честици кои немаат маса на мирување и постојат само во движење, при што се движат со брзина еднаква на брзината на светлината. Односно тие како материја со маса би постоеле се додека се движат со брзината на светлинаат и за нив во потполност важи Ајнштајновта равенка за масата и енергијата E = mc 2 . Енергијата на бета зрачењето е со различни вредност кои се движат до 10 МеV.
Гама зрачење (γ)- представува електромагнетно зрачење ( затоа тоа не отстапува од насоката на простирање како на слика.1) Ако јадрото во потполност не се ослободи од вишокот на енергија со исфлање на честица тогаш тоа до потполниот премин во стабилен изотоп го врши со испуштање на еден или повеќе кванти на електромагнетно зрачење, што ги нарекуваме γ- кванти.
11
4.Закон за радиоактивно распаѓање
Кога се зборува за радиоактивно распаѓање од интерес е да се знае по кој закон се одвива тоа распаѓање , како настанува самата радиација. Многубројните истражувања покажуваат дека, со текот на времето радиоактивните супстанции губат маса , што значи дека тие масата ја изгубиле како последица на зрачењето на енергија односно радиоактивното зрачење. За некои радиоактивни елемнти тоа зрачење односно распаѓање се одвива многу брзо а кај некои и многу бавно. Сознанието е дека радиоактивното распаѓње е случајна појава. Никогаш со сигурност не може да се каже кога и во кој момент ќе настапи радиоактивното распаѓањеможеме да кажеме дека тоа ке настапи во моментот кога зборуваме како и да се сочува цело независно од времето на неговото постоење. Од вкупниот број на радиоактивни јадра едни се распаѓаат порано а други подоцна и не е возможно однапред да се определи кога ке се распадне некое зададено јадро. Затоа законот за радиоактивно распаѓање ни го определува средно бројот на атомските јадра што се распаѓаат за некој временски интервал. Важна величина на радиоактивното распаѓање е времето на полураспаѓање Т . Времето на полураспаѓање е време за кое се распаѓаат половина од вкупниот број на радиоактивни атоми во даден момент. Времето на полураспаѓањето на зададен радиоактивен изотоп е постојано. Тоа не зависи од количеството на радиоактивната супстанција и е различно за различни видови на радиоактивни елементи. Времето на полураспаѓање на различни изотопни јадра се менува во многу широки граници од: 4,56 милијарди години кај уранот , до 1.5 * 10 −4 s кај изотопот на полониумот. Со користење на времето на полураспаѓање може да се добие формула за законот на радиоактивно распаѓање. Нека во почетниот временски момент (t=0) бројот на радиоактивните атоми е No . По истекот на времето t=T (периодот на N 0 полураспаѓање) бројот на нераспаднатите атоми е а за секое наредно време на 2 полураспаѓање, бројот на нераспаднатите атомски јадра ќе биде половина од атомите што се присутни на почетокот на разгледуваното време на полураспаѓањето. Тоа предгледно може се представи во табела:
t = 0.. …………………………………No 1
t = T………………………………………. N 0 2
=
N 0 2
1
= N 2 2 2 1 N = t = 3T…………………………………………………… 2 4 t = 2T………………………………………….…..
1 N 0
0
2
0
....……………………………………...... t = nT ………………………………………………………..
12
N 0 2
n
N 0 3
2
Врз база на примерите, за бројот на нераспаднатите радиоактивни атоми за време t = nT може да се запише: N =
N 0 2
Како што n =
n
T
=
N 0
•
2
−
n
, тогаш
t −n N = N 0 • 2
Оваа формула е позната како закон за радиоактивно распаѓање. Според неа може се најде бројот на нераспаднатите атоми во било кој временски момент ако ни е познат почетниот број на атоми и времето на распаѓање.
***
5. Нуклеарни реакции. Јадрена фисија 5.1 Нуклеарни реакции Под нуклеарна реакција подразбираме процес при кој што се врши трансформација на атомските јадра ако тие заемно дејствуваат меѓусебно или со одделни честици . Обично реакцијата се врши помеѓу честица или лесно јадро и јадро од некоја супстанција. Честицата или лесното јадро се наречени проектили а јадрото што се изложува на трансформација се вика цел или мета. Проектилите предходно се забрзуваат со помош на специјални уреди кои се викаат акцелератори и кога ќе ја постигнат потребата брзина се упатуваат кон целта. При судирот на проектилот со целта, доаѓа до трансмутација на атомското јадро при што се добива ново јадро наречено производ на нуклеарната реакција и се исфрла друга честица или друго лесно јадро.
13
Врз основа на законот за одржување на количество електричество и законот за одржување на бројот на нуклеоните, во општ случај реакцијата помеѓу јадрото и целта или честицата-проектил и јадрото може да се запише во следниов облик: A1 Z 1
X
+
A2
Z 2
a
→
A3
Z 3
Y
+
A4
Z 4
b
каде што : A1 Z 1 A2 Z 2
X јадрото што се бомбардира (целта) a проектилот
A3 Z 3
A4 Z 4
Y производот на реакцијата (трансформираното јадро)
b
исфрлената честица
Кај секоја јадрена реакција, според она што го рековме претходно, следува дека: Z1+Z2=Z3+Z4 и A1+A2=A3+A4.
-13-
5.2 Јадрена фисија Во 1938-1939 г. откриено е дека јадрото на уранот погодено од неутрон се дели. Оваа делба е позната како фисија на јадрата. Јадрото на уранот се дели на два (ретко на три) дела , при што се ослободуваат 2 - 3 нови неутрони, γ – зраци и големо количество енергија и топлина. Јадрото на уранот има облик на свера. Заробувајќи неутрон јадрото се деформира поради возбудата, при тоа доаѓаа до истегнување на јадрото создавајќи две истегнати капки, меѓу кои доаѓа до јаки кулунови сили на заемноодбивање што значи дека кулоновите сили ги надминуваат нуклеарните сили и јадрорто се цепи, доаѓа до фисија на јадрото создавјќи две нови јадра и добивање на 2 – 3 брзи неутрони ( што се наречени секундарни неутрони) и огромно количество на енергија ( слика 2).
14
Слика: 2
Кога е остварена фисија новите јадра се разлетуваат со големи кинетички енергии, заради јаките кулонови сили на одбивање. Експерименталните податоци укажуваат дека најголемиот број на секундарни неутрони излетуваат од возбудените продукти на фисијата после нивното разлетување. Продуктите на фисијата се радиоактивни. Тие претрпуваат низа од радиоактивни распаѓања и потоа минуваат во стабилни јадра. Продуктите на самата фисија се многу разновидни. Може се добијат и преку 200 видови. Сепак најверјатни се се делбите на јадра со масини броеви од 90 – 140.
-14-
При поволни услови секундраните неутрони може да ја продолжат фисијата на јадрата на уранот. Ако 2 – 3 неутрони упаднат во други нови јадра на уранот после нивната фисија се ослободуваат 4 – 9 нови неутрони, кои ке погодат нови 9 јадра и ке предизвикаат цепење на тие јадра и ке се ослободат нови 8 – 27 неутрони и така продолжува реакцијата со секоја нова генерација на неутрони. На овој начин настанува процес кој самиот се одржуваа и се нарекува верижна реакција. Верижната реакција е следена со ослободување на големо количество на топлина и воедно енергија затоа што секое јадро што се дели ослободува енергија приближно 200 МеV. Ова е можно бидејќи продуктите на фисијата припаѓаат на јадра со голема специфична енергија на врзување. Основен услов да настане верижна реакција е да расте бројот на неутроните во секоја наредна генерација (слика 3).Затоа важна карактеристика на развивањето на верижната реакција е коефициентот на размножување ( К )
15
Коефициентот на размножување на неутроните е количник од бројот на неутроните N i во моментната генерација и бројот на неутроните N − во предходната генерација i
K =
1
N i N I −1
Слика: 3
-15-
Ако К > 1 верижната реакција е неконтролирана. Таа се развива лавинообразно и доведува до јадрена експлозија. Тоа е искористено кај атомските бомби. Ако К = 1 верижната реакција е контолирана. Таа се одвива со постојан интезитет, кој се нарекува критичен. Ова е искористено кај нуклеарните реактори. Ако К < 1 верижната реакција од генерација во генерација се намалуваат неутроните и таа брзо згаснува.
***
16
6. Нуклеарен реактор
Уредот во кој се остварува контролирана верижна реакција на јадрата на тешките елементи се вика нуклеарен реактор. (сл 4 и сл 5) Основни делови на нуклеарниот реактор се следниве:
Слика: 4
17
Слика 5
Нуклеарното гориво , модераторот, биолошкиот заштитен ѕид, контролните прачки, системот за ладење, и рефлекторот на неутроните. За нуклеарно гориво најчесто се користи природен уран или збогатен со 235 U со обична застапеност од 1% до 5% а дозволено е и повеќе. Затоа што овој 92 уран полесно се дели односно полесно стапува во реација и за неговото цепење на јадрото потребни се термички ( бавни) неутрони. Модераторот за природен уран може да биде само тешка вода или графит додека за збогатен уран може да биде и само обична вода. Горивото обично е хетерогено разместено во модераторот во вид на посебни прачки , наречени горивни елементи но може и да биде хомогено помешано со модераторот. Биолошкиот заштитен зид представува масивна железобетонска консртукција си зид од олово, која има за задача да не ја пропушта радијацијата надвор од реакторот. Контролните прачки се изработуваат од некој елемент кој може силно да ги апсорбира неутроните. Тоа најчесто се елементи од бор или кадмиум кој со голем ‘’апетит’’ ги апсорбираат неутроните со тоа се овозомужува да се контролираа бројот на нови неутрони во секоја наредна генерација и со тоа реакцијта да биде контролирана.
18
Ако контролните прачки се спуштени во целост во реакторот, тие ги упиваат во себе термичките неутрони и со тоа во секоја наредна генерација бројот на неутрони се намалува односно К<1 и во тој случај за брзо врме реакторот ке изгасне. Со нивно извлекување од реакторот на одредена висина реакторот станува критичен К=1 и верижната реакција започнува да се движи со постојана брзина. Со повторно извлекување на контрлоните прачки од реакторот веќе тогаш неутроните нема кој да ги намалува и со секоја наредна генерација бројот на нови неутрони е се поголем и поголем. Коефициентот на мултипликација не смее подолго време да се одржува на вредност К>1 затоа што во тој случај реакцијата тече со огромна брзина и за кратко време ќе настане експлозија еднаква на атомска бомба во зависност од количеството на гориво во реакторот. Штом реакторт ќе ја постигне моќноста за која е наменет контролните прачки се спуштаат на висина за која К=1. Кога треба реакторот да се исклучи , прачките се спуштаат во целост во реакторот. За време на реакцијта во реакторот се ослободува огромно количество на енергија и се постигнува темпераура од 800-900 К. Оваа топлина потоа се пренесува преку ситемот за ладење со вода или некои течни метали во парагенраторот каде што топлината од реакторот се користи за добивање на пареа од водата која се искористува за движење на турбининта на генераторот и понатаму тој процес на произвоство на електрична енергија продлжува исто како и кај другите термоцентрали. Нуклеарните реактори според својата намена се делат на експериментални, производствени или збогатувачки и енергетски. Експерименталните најчесто служат за добивање на радиоактивни изотопи и вршење на разлишни експерименти. Нивната моќност е помала од 10 МW. Производствените служат за добивање на нуклеарно гориво. Додека пак енергетските реактори служат за добивање на електрична енергија во нуклеарните термоцентрали и нивната моќност може да биде преку 500 МW.
***
19
7. Термојадрена фузија
Фисијата на тешките јадра не е единствен начин за добивање на нуклеарна енергија. Нуклеарна енергија се добива и при фузија(спојување) на лесни јадра во потешки. При нормални услуви фузијата е невозможна. Тогаш меѓу јадрата постојат огромни кулонови сили на одбивање. За да можат јадрата да се спојат потребно е тие да поседуваат големи кинетички енергии. Тие треба да се добижат на растојаниа каде јадрените сили ќе ги надвладеат кулоновите и да јадрата се спојат во едно потешко јадро. Од тие причини фузијата може да се одвива само на многу високи температури ( T > 10 7 K ) . Затоа фузијата е наречена термојадрена. При фузија на лесни атомски јадра се ослободува енергија , бидејќи создаденото јадро поседува специфична енергија на врзување. На пример при фузија на детериум и трициум се создава јадро на хелиум, при што се ослободува енергија од 17,6 МеV Термојадрените реакции имаат пресудно значење во еволуцијата на Вселената. Енергијата на зрачењето на Ѕвездите и Сонцето има термојадрено потекло. Ѕвездите и Сонцето во основа се состојат од 80% водород и до 20% хелиум. Нивната температура е 10 7 до 10 8 К . На оваа енромна температура атомите на ѕвездите се јонизирани, т.е тие представуваат плазма. На тој начин Сонцето и Ѕвездите сами посебе представуваат природни термојадрени реактори.
20
8. Атомска и хидрогенска бомба
8.1 Атомска бомба Неконтролирана верижна реакција (фисија) со голем коефициент на размножување на неутроните се остварува во атомските бомби. Атомската бомба (сл.1) представува цврста метална кутија со две разделени парчиња од јадрен екплозив, на кои поединечната маса им помала од критичната а заедничката маса им е поголема од критичната. Во моментот кога треба да се оствари јадрената експлозија со помош на обичен експлозив се спојуваат двете парчиња во едно. За многу кратко време ќе се изврши неконтролирана јадрена реакција и ќе настане експлозија со огромна разорна моќ. Експлозијата создава моќни ударни бранови, со нагло покачување на температурата и притисокот со интезивно зрачење на светлина радиоактивно зрачење.
Слика.1
21
8.2 Хидрогенска бомба Хидрогенската бомба е со цврсто метално тело на која димензиите и се поголеми одколку на атомската бомба. Во него е сместено водородно гориво Детериум и трициум. Во негова близина се наоѓа мала атомска бомба А што се активира со класичен експлозив К. Тоа дава висока температура со што започнува термојадрена реакција на фузијата на детериумот и трициумот во хелиум . Во зависност од количеството на горивото зависи и нивната разорна моќ, па така бидејќи тие немаат критична маса, нивната моќност е правопропционална со количеството на гориво. Експлозијата на хидрогенската бомба исто како и на атомската е следена со висока температура, ударен бран и појава на радиоактивни продукти.
Слика 2. - хидрогенска бомба
22
Заклучок Според досегашното проучување и самостојно разработување на оваа тема како посебна проблематика од науката на физиката, може слободно да се донесе заклучок дека оваа научна дисцлипина нуди голем број на различни истражувања, кои ако се покажат како успешни со напредокот на техниката сигурно ќе бидат од големо значење за човекот како и за неговиот опстанок и воопшто за решавање на едно од најпроблематичите прашања за денешното време, а тоа- Како до непресушен извор на енергија? Одговорот е точно во нуклеарната физика.
Користена литература : 1. Инж. Властимир Вучиќ, д-р инж. Драгиша Ивановиќ, ФИЗИКА II , Научна книга, Београд, 1984. 2. Д-р А. Милосавлевиќ, ФИЗИКА книга II , Научна книга , Бе оград 1960 3. Г. Mякишев, Б. Буховец , ФИЗИКА 10, Москва, 1983. 4. Д. И. Сахаров, М. И. Блудов, ФИЗИКА ДЛЯ ТЕХНИКУМОВ МОСКВА, 1968
23
24
