Реакции ядерные в природе. Другие законы сохранения. Природный ядерный реактор

РЕАКЦИИ ЯДЕРНЫЕ В ПРИРОДЕ - разделяются на 2 класса: термоядерные реакции и реакции под действием ядерноактивных частиц и деления ядер. Первые требуют для своего осуществления температуру ~ несколько млн. градусов и протекают лишь в недрах звезд или при взрывах H-бомб. Вторые происходят в атмосфере и литосфере за счет космического облучения и за счет ядерноактивных частиц в верхних оболочках Земли. Быстрые космические частицы (средняя энергия ~2 10 9 эв), попадая в атмосферу Земли, вызывают нередко полное расщепление атомов атмосферы (N, О) на более легкие ядерные осколки, включая нейтроны. Скорость образования последних достигает величины 2,6 нейтрона (см -2 сек -1). Нейтроны взаимодействуют преимущественно с N атмосферы, обеспечивая постоянное образование радиоактивных изотопов углерода С 14 (T 1/2 = 5568 лет) и трития H 3 (T 1/2 = 12,26 лет) по следующим реакциям N 14 + п = С 14 + Н 1 ; N 14 + n = С 12 + Н 3 . Ежегодное образование радиоуглерода в земной атмосфере составляет около 10 кг. Отмечено также образование в атмосфере радиоактивных Be 7 и Cl 39 . Реакции ядерные в литосфере происходят в основном за счет α-частиц и нейтронов, возникающих при распаде долгоживущих радиоактивных элементов (в основном U и Th). Следует отметить накопление Не 3 в некоторых м-лах, содержащих Li (см. Изотопы гелия в геологии), образование отдельных изотопов неона в эвксените, монаците и др. м-лах по реакциям: О 18 + Не 4 = Ne 21 + п; Fe 19 + Не = Na 22 + п; Na 22 → Ne 22 . Образование изотопов аргона в радиоактивных м-лах по реакциям: Cl 35 + Не = Ar 38 + n ; Cl 35 + Не = К 38 + Н 1 ; К 38 → Ar 38 . При спонтанном и нейтронно-индукцированном делении урана наблюдается образование тяжелых изотопов криптона и ксенона (см. Метод определения абсолютного возраста ксеноновый). В м-лах литосферы искусственное расщепление атомных ядер вызывает накопление некоторых изотопов в количестве 10 -9 -10 -12 % от массы м-ла.

Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра . Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др. . 1978 .

Смотреть что такое "РЕАКЦИИ ЯДЕРНЫЕ В ПРИРОДЕ" в других словарях:

Ядерная физика Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Период полураспада · Ма … Википедия

Ядерные реакции между лёгкими ат. ядрами, протекающие при очень высоких темп рах (=108К и выше). Высокие темп ры, т. е. достаточно большие относительные энергии сталкивающихся ядер, необходимы для преодоления электростатич. барьера,… … Физическая энциклопедия

Хим. превращения и ядерные процессы, в к рых появление промежуточной активной частицы (свободного радикала, атома, возбужденной молекулы в хим. превращениях, нейтрона в ядерных процессах) вызывает цепь превращений исходных в в. Примеры хим. Ц. р … Химическая энциклопедия

Одно из новых направлений совр. геол. науки, тесно смыкающееся со смежными разделами физики атомного ядра, геохимии, радиохимии, геофизики, космохимии и космогонии и охватывающее сложные проблемы естественной эволюции атомных ядер в природе и… … Геологическая энциклопедия

Стабильные и радиоактивные изотопы, образующиеся в природных объектах под действием космического излучения, напр., по схеме: XАz + Р → YAZ + an + bр, в которой А = A1+ an + (b 1)р; Z = Z1.+ (b 1)p, где ХAz исходное ядро, Р быстрый… … Геологическая энциклопедия

Термоядерный синтез, реакция слияния легких атомных ядер в более тяжелые ядра, происходящая при сверхвысокой температуре и сопровождающаяся выделением огромных количеств энергии. Ядерный синтез это реакция, обратная делению атомов: в последней… … Энциклопедия Кольера

Ядерные процессы Радиоактивный распад Альфа распад Бета распад Кластерный распад Двойной бета распад Электронный захват Двойной электронный захват Гамма излучение Внутренняя конверсия Изомерный переход Нейтронный распад Позитронный распад… … Википедия

94 Нептуний ← Плутоний → Америций Sm Pu … Википедия

Ядерная физика … Википедия

Книги

• Получение ядерной энергии и редких и драгоценных металлов в результате ядерных превращений. Энергия связи и потенциальная энергия электрического взаимодействияэлектрических зарядов в нейтроне, дейтроне, тритии, гелии-3 и гелии-4
• Получение ядерной энергии и редких и драгоценных металлов в результате ядерных превращений. Энергия связи и потенциальная энергия электрического взаимодействияэлектрических зарядов в нейтроне, дейтр , Ларин В.И.. В первой части настоящей книги рассматриваются разнообразные ядерные реакции по получению энергии и драгоценных металлов в результате принудительных ядерных превращений стабильных изотопов.…

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Что такое ядерные реакции

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

Немного истории ядерных реакций

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

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

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

Типичная формула ядерной реакции.

Какие ядерные реакции есть в физике

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

• деление атомных ядер
• термоядерные реакции

Ниже детально напишем о каждой из них.

Деление атомных ядер

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

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

Вот так она выглядит на схеме.

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

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

Термоядерные реакции

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

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

Ядерные реакции, видео

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

Ядерная реакция (ЯР) - процесс, в котором ядро атома изменяется путем дробления или соединения с ядром другого атома. Таким образом, она должна приводить к превращению по меньшей мере одного нуклида в другой. Иногда, если ядро взаимодействует с другим ядром или частицей без изменения природы какого-либо нуклида, процесс относится к ядерному рассеянию. Пожалуй, наиболее заметными являются реакции легких элементов, которые влияют на производство энергии звезд и Солнца. Естественные реакции происходят также во взаимодействии космических лучей с веществом.

Природный ядерный реактор

Наиболее заметной контролируемой человеком реакцией является реакция деления, которая происходит в Это устройства для инициирования и контроля ядерной цепной реакции. Но существуют не только искусственные реакторы. Первый природный ядерный реактор в мире был обнаружен в 1972 году в Окло в Габоне французским физиком Фрэнсисом Перрином.

Условия, в которых могла вырабатываться природная энергия ядерной реакции, были предсказаны в 1956 году Полом Кадзуо Курода. Единственное известное место в мире состоит из 16 участков, в которых происходили самоподдерживающиеся реакции подобного типа. Как полагают, это было приблизительно 1,7 миллиарда лет назад и продолжалось в течение нескольких сотен тысяч лет, что было подтверждено наличием изотопов ксенона (газообразного продукта деления) и различным отношением U-235/U-238 (обогащение природного урана).

Ядерное деление

График энергии связи предполагает, что нуклиды с массой больше 130 а.е.м. должны спонтанно отделиться друг от друга, чтобы сформировать более легкие и стабильные нуклиды. Экспериментально ученые установили, что спонтанные реакции деления элементов ядерной реакции происходят только для самых тяжелых нуклидов с массовым числом 230 или более. Даже если это осуществляется, то очень медленно. Период полураспада для спонтанного деления 238 U, например, составляет 10-16 лет, или примерно в два миллиона раз дольше, чем возраст нашей планеты! Облучением образцов тяжелых нуклидов медленными тепловыми нейтронами можно индуцировать реакции деления. Например, когда 235 U поглощает тепловой нейтрон, он разбивается на две частицы с неравномерной массой и высвобождает в среднем 2,5 нейтрона.

Поглощение нейтрона 238 U индуцирует колебания в ядре, которые деформируют его до тех пор, пока он не расколется на фрагменты так, как капля жидкости может разлететься на более мелкие капельки. Более чем 370 дочерних нуклидов с атомными массами между 72 и 161 а.е.м. образуются при делении на тепловом нейтроне 235U, включая два продукта, показанных ниже.

Изотопы ядерной реакции, такие как уран, подвергаются индуцированному делению. Но единственный природный изотоп 235 U присутствует в изобилии всего 0,72 %. Индуцированное деление этого изотопа высвобождает в среднем 200 МэВ на атом, или 80 миллионов килоджоулей на грамм 235 U. Притяжение ядерного деления как источника энергии можно понять, сравнивая это значение с 50 кДж/г, высвобождающимися, когда сжигается природный газ.

Первый ядерный реактор

Первый искусственный ядерный реактор был построен Энрико Ферми и сотрудниками под футбольным стадионом ввели его в эксплуатацию 2 декабря 1942 года. Этот реактор, который производил несколько киловатт энергии, состоял из кучи графитовых блоков весом 385 тонн, уложенных слоями вокруг кубической решетки из 40 тонн урана и оксида урана. Спонтанное деление 238 U или 235 U в этом реакторе вызывало очень малое количество нейтронов. Но достаточно было урана, так что один из этих нейтронов индуцировал 235 U, тем самым высвободив в среднем 2,5 нейтрона, которые катализировали деление дополнительных ядер 235 U в цепной реакции (ядерные реакции).

Количество расщепляющегося материала, необходимого для поддержания цепной реакции, называется Зеленые стрелки показывают раскол ядра урана в двух осколках деления, испускающих новые нейтроны. Некоторые из этих нейтронов могут вызывать новые реакции деления (черные стрелки). Некоторые из нейтронов могут быть потеряны в других процессах (синие стрелки). Красные стрелки показывают задержанные нейтроны, которые поступают позже из радиоактивных осколков деления и могут вызывать новые реакции деления.

Обозначение ядерных реакций

Рассмотрим основные свойства атомов, включая атомное число и атомную массу. Атомный номер представляет собой число протонов в ядре атома, а изотопы имеют одинаковый атомный номер, но различаются по числу нейтронов. Если начальные ядра обозначаются а и b, а ядра произведения обозначаются с и d, то реакция может быть представлена уравнением, которое вы можете видеть ниже.

Какие ядерные реакции вместо использования полных уравнений сокращаются для легких частиц? Во многих ситуациях для описания таких процессов используется компактная форма: a (b, c) d эквивалентно a + b, производящему c + d. Легкие частицы часто сокращаются: обычно p означает протон, n - нейтрон, d - дейтрон, α - альфа-частицу, или гелий-4, β - бета-частицу, или электрон, γ - гамма-фотон и т. д.

Виды ядерных реакций

Хотя число возможных таких реакций огромно, их можно сортировать по типам. Большая часть таких реакций сопровождается гамма-излучением. Вот некоторые примеры:

1. Упругое рассеяние. Происходит, когда энергия между ядром-мишенью и падающей частицей не передается.
2. Неупругое рассеяние. Происходит, когда энергия передается. Разность кинетических энергий сохраняется в возбужденном нуклиде.
3. Реакции захвата. Как заряженные, так и нейтральные частицы могут захватываться ядрами. Это сопровождается излучением ɣ-лучей. Частицы ядерных реакций при реакции нейтронного захвата называются радиоактивными нуклидами (индуцированная радиоактивность).
4. Реакции передачи. Поглощение частицы, сопровождающееся испусканием одной или нескольких частиц, называется реакцией переноса.
5. Реакции деления. Ядерное деление является реакцией, в которой ядро атома расщепляется на более мелкие части (более легкие ядра). Процесс деления часто приводит к образованию свободных нейтронов и фотонов (в виде гамма-лучей) и высвобождает большое количество энергии.
6. Реакции слияния. Происходят, когда два или более атомных ядра сталкиваются с очень высокой скоростью и объединяются, образуя новый тип атомного ядра. Частицы ядерных реакций слияния дейтерия и трития особенно интересны из-за их потенциала обеспечения энергии в будущем.
7. Реакции расщепления. Происходят, когда ядро поражается частицей с достаточной энергией и импульсом, чтобы выбить несколько мелких фрагментов или разбить ее на многие фрагменты.
8. Реакции перегруппировки. Это поглощение частицы, сопровождающееся испусканием одной или нескольких частиц:

• 197Au (p, d) 196mAu
• 4He (a, p) 7Li
• 27Al (a, n) 30P
• 54Fe (a, d) 58Co
• 54Fe (a, 2 n) 56Ni
• 54Fe (32S, 28Si) 58Ni

Различные реакции перегруппировки меняют количество нейтронов и число протонов.

Ядерный распад

Ядерные реакции происходят, когда нестабильный атом теряет энергию за счет излучения. Он является случайным процессом на уровне одиночных атомов, поскольку в соответствии с квантовой теорией невозможно предсказать, когда отдельный атом будет распадаться.

Существует много видов радиоактивного распада:

1. Альфа-радиоактивность. Частицы Alpha состоят из двух протонов и двух нейтронов, связанных вместе с частицей, идентичной ядру гелия. Из-за очень большой массы и ее заряда он сильно ионизирует материал и имеет очень короткий диапазон.
2. Бета-радиоактивность. Она представляет собой высокоэнергетические высокоскоростные позитроны или электроны, излучаемые некоторыми типами радиоактивных ядер, таких как калий-40. Бета-частицы имеют больший диапазон проникновения, чем альфа-частицы, но все же намного меньше, чем гамма-лучи. Выброшенные бета-частицы представляют собой форму ионизирующего излучения, также известного как бета-лучи цепной ядерной реакции. Получение бета-частиц называется бета-распадом.
3. Гамма-радиоактивность. Гамма-лучи представляют собой электромагнитное излучение очень высокой частоты и, следовательно, являются фотонами высокой энергии. Они образуются при распаде ядер при их переходе из состояния высокой энергии в более низкое состояние, известное как гамма-распад. Большая часть ядерных реакций сопровождается гамма-излучением.
4. Нейтронная эмиссия. Нейтронная эмиссия представляет собой тип радиоактивного распада ядер, содержащих избыточные нейтроны (особенно продукты деления), в которых нейтрон просто выбрасывается из ядра. Этот тип излучения играет ключевую роль в управлении ядерными реакторами, потому что эти нейтроны являются задержанными.

Энергетика

Q-значение энергии ядерной реакции - это количество энергии, выделяемой или поглощенной во время реакции. Называется или Q-значением реакции. Эта энергия выражается как разница между кинетической энергией продукта и величиной реагента.

Общий вид реакции: x + X ⟶ Y + y + Q……(i) x + X ⟶ Y + y + Q……(i), где x и X являются реагентами, а y и Y - продуктом реакции, которые могут определить энергию ядерной реакции, Q - энергетический баланс.

Q-значение ЯР означает энергию, высвобождаемую или поглощенную в реакции. Она также называется энергетическим балансом ЯР, который может быть положительным или отрицательным в зависимости от характера.

Если Q-значение положительно, реакция будет экзотермической, ее также называют экзоэргической. Она высвобождает энергию. Если Q-значение отрицательно, реакция является эндоэргической, или эндотермической. Такие реакции осуществляются за счет поглощения энергии.

В ядерной физике подобные реакции определяются Q-значением, как разность между суммой масс исходных реагентов и конечных продуктов. Измеряется в энергетических единицах МэВ. Рассмотрим типичную реакцию, в которой снаряд a и цель A уступают двум продуктам B и b.

Это может быть выражено так: а + A → B + B , или даже в более компактной записи - А (а, б) B. Виды энергий в ядерной реакции и значение этой реакции определяется по формуле:

Q = c 2,

что совпадает с избыточной кинетической энергией конечных продуктов:

Q = T final - T начальный

Для реакций, в которых наблюдается увеличение кинетической энергии продуктов, Q - положительно. Положительные Q-реакции называются экзотермическими (или экзогенными).

Существует чистое выделение энергии, так как кинетическая энергия конечного состояния больше, чем в начальном состоянии. Для реакций, в которых наблюдается уменьшение кинетической энергии продуктов, Q - отрицательно.

Период полураспада радиоактивного вещества является характерной константой. Он измеряет время, необходимое для того, чтобы определенное количество вещества уменьшилось наполовину вследствие распада и, следовательно, излучения.

Археологи и геологи используют период полураспада до настоящего времени в отношении органических объектов в процессе, известном как датирование углерода. Во время бета-распада углерод 14 превращается в азот 14. Во время смерти организмы перестают производить углерод 14. Поскольку период полураспада является постоянным, отношение углерода 14 к азоту 14 обеспечивает измерение возраста образца.

В медицинской области источниками энергии ядерных реакций являются радиоактивные изотопы Кобальта 60, который использовался для лучевой терапии по сокращению опухолей, которые впоследствии будут удалены хирургическим путем, или для уничтожения раковых клеток в неоперабельных опухолях. Когда он распадается на стабильный никель, то испускает две относительно высоких энергии - гамма-излучения. Сегодня он заменяется системами лучевой терапии электронным пучком.

Период полураспада изотопов от некоторых образцов:

• кислород 16 - бесконечный;
• уран 238 - 4 460 000 000 лет;
• уран 235 - 713 000 000 лет;
• углерод 14 - 5 730 лет;
• кобальт 60 - 5,27 года;
• серебро 94 - 0,42 секунды.

Радиоуглеродное датирование

При очень устойчивой скорости неустойчивый углерод 14 постепенно распадается на углерод 12. Соотношение этих изотопов углерода показывает возраст некоторых самых старых жителей Земли.

Радиоуглеродное датирование - это метод, который обеспечивает объективные оценки возраста материалов на основе углерода. Возраст можно оценить, измеряя количество углерода 14, присутствующего в образце, и сравнивая его с международным стандартным эталоном.

Влияние метода радиоуглеродного датирования в современном мире сделало его одним из самых значительных открытий XX века. Растения и животные ассимилируют углерод 14 из углекислого газа на протяжении всей жизни. Когда они умирают, то перестают обменивать углерод с биосферой, а содержание углерода 14 в них начинает снижаться со скоростью, определяемой законом радиоактивного распада.

Радиоуглеродное датирование - по существу метод, предназначенный для измерения остаточной радиоактивности. Зная, сколько углерода 14 осталось в образце, можно узнать возраст организма, когда он умер. Следует отметить, что результаты радиоуглеродного датирования показывают, когда организм был жив.

Основные методы измерения радиоуглерода

Существуют три основных метода, используемых для измерения содержания углерода 14 в любом заданном пропорциональном расчете пробоотборника, жидком сцинтилляционном счетчике и масс-спектрометрии ускорителя.

Пропорциональный счет газа представляет собой обычную радиометрическую методику датирования, которая учитывает бета-частицы, испускаемые данным образцом. Бета-частицы являются продуктами распада радиоуглерода. В этом методе образец углерода сначала преобразуется в газообразный диоксид углерода перед измерением в газовых пропорциональных счетчиках.

Сцинтилляционный подсчет жидкостей - еще один метод радиоуглеродного датирования, который был популярен в 1960-х годах. В этом методе образец находится в жидкой форме, и добавляется сцинтиллятор. Этот сцинтиллятор создает вспышку света, когда он взаимодействует с бета-частицей. Пробирку с образцом пропускают между двумя фотоумножителями, и когда оба устройства регистрируют вспышку света, производится подсчет.

Преимущества ядерной науки

Законы ядерных реакций используют в широком диапазоне отраслей науки и техники, таких как медицина, энергетика, геология, космос и защита окружающей среды. Ядерная медицина и радиология - это медицинские методы, которые включают использование радиации или радиоактивности для диагностики, лечения и профилактики заболеваний. В то время как радиология использовалась почти столетие, термин «ядерная медицина» начал применяться около 50 лет назад.

Ядерная энергия используется в течение десятилетий и является одним из самых быстрорастущих энергетических вариантов для стран, стремящихся к энергетической безопасности и энергосберегающим решениям с низким уровнем выбросов.

Археологи используют широкий спектр ядерных методов для определения возраста предметов. Артефакты, такие как Туринская плащаница, Свитки Мертвого моря и Корона Карла Великого, могут быть датированы, и их подлинность проверена с использованием ядерных методов.

Ядерные методы используются в сельскохозяйственных сообществах для борьбы с болезнями. Радиоактивные источники широко применяются в горнодобывающей промышленности. Например, они используются при неразрушающих испытаниях закупорки трубопроводов и сварных швов, в измерении плотности пробиваемого материала.

Ядерная наука играет ценную роль, помогая нам понять историю нашей окружающей среды.