Naidin dar energia de calcul în reacția nucleară, revista „Fizica» № 6 pentru 2018

A. A. Naydin,
. Gymnasium noiembrie № 44, regiunea Novokuznetsk, Kemerovo.

Totul este în regulă la fel de dificil ca acesta este rar.
Spinoza

Calculul energiei în reacțiile nucleare sunt în mod tradițional dificil pentru elevii de liceu, cu toate acestea, având loc în interiorul nucleului atomic procesele provoca întotdeauna interesul lor dornici. În manuale de exemple arată cum să determine energia de legătură a nucleului și producția de energie a reacției nucleare, dar nu discută condițiile de reacții nucleare și alte metode de calcul a energiei. Să încercăm să stabilească acest defect, gruparea Rezolvat problema în clasă, astfel încât au format un sistem de sarcină care se va dezvolta elev. Să ne amintim că reacția nucleară - transformarea nucleelor ​​atomice prin reacția cu particule, inclusiv fotoni sau unul cu celălalt.

. Pentru convergența reacțiilor nucleare necesară a particulelor până la distanțe de ordinul a 10 -13 cm Ce se întâmplă exact la nucleu depinde de energia particulelor incidente și energia de legare a nucleoni: particule pot fi capturate de către nucleul atomic și provoacă o reacție nucleară poate fi scindată în fragmente de miez otletet atunci când lovit de un miez elastic. Reacțiile nucleare sunt supuse legilor de conservare a energiei impuls sarcină electrică.

Reacțiile nucleare pot avea loc ca și cu eliberarea și absorbția energiei. Și această energie este de ordinul a 10 de 6 ori mai mare decât pentru o reacție chimică! Calculul energiei Proizvedom pe exemplul reacției nucleare:

(Astfel de reacții sunt numite reacții de fuziune nucleară):

2.01410 amu + 3.01605 amu - (4.00260 + 1.00866) amu = 0.01889 amu = 0.013136 x 10 -27 kg.

E = Δmc 2 = 0.28221 · 10 -11 J ≈ MeV 17,6.

Reacția de fisiune nucleară pentru a arăta un posibil exemplu de schemele de izotopi de uraniu de fisiune:

Această reacție are loc în explozia bombei atomice, precum și în interiorul unui reactor nuclear. Calculul energiei producem, dar pentru viitor știm că o medie de un izotop al uraniului de reacție de fisiune eliberat aproximativ 200 MeV.

reacție de descompunere este convenabil ilustrat printr-o reacție Această reacție este interesant prin faptul că încearcă să creeze nucleul de dublu natura ciclu α a „lua“ la momentul Big Bang-ului, și ia acum - în interiorul stelelor. Cu toate acestea, acest nucleu este instabil și se descompune aproape imediat în două α-particulă. Datorită acestui univers constă în principal din hidrogen și heliu, iar concentrația de componente mai grele din acestea este scăzută.

notațiile prescurtate ecuații de reacție nucleară prezintă un exemplu al reacției, care este înregistrată sub formă de

„Relație Einstein Instalat este baza pentru concluzii în continuare mult mai importante. dezlipire radioactiv este din acest punct de vedere una dintre posibilitățile de materie de rezerve uriașe de energie, utilizarea tehnică a acestor rezerve de energie, în principiu, nu este imposibil și, mai recent, Rutherford a fost aparent similară cu cantitatea de energie - cu toate acestea, la o scară microscopică, atunci când el azotul poate fi extins prin divizarea radioactiv. Dar noi nu ar trebui să se deda la iluzia că producția tehnică a acestei energii este o chestiune de viitorul imediat și că acest lucru va fi realizat prin deprecierea cărbunelui; Pe de altă parte, nu se poate argumenta împotriva faptului că nu este dezvăluit una dintre problemele tehnice cele mai grave. "

Acum, în procesul de rezolvare a problemelor studenților pot fi demonstrate, precum și alte metode de calcul eliberarea energiei în reacția nucleară.

„A adăugat un alt o nuanță la curcubeu. "

Problema 1: Una dintre reacțiile de fuziune cele mai cunoscute este reacția de fuziune de deuteriu și tritiu: Ce energie este eliberată în această reacție? energia de legare deuteriu de 2.228 MeV, 8.483 MeV tritiu, heliu 28.294 MeV.

Decizie. În această reacție, o separare a deuteriului si tritiu nucleele în particule constitutive, în care energia de legare este consumat, după care un nucleu de heliu cu eliberare de energie. Randamentul energetic al reacției: E = 28.294 MeV - (+ 2.228 MeV, 8483 MeV) = 17.583 MeV. Energia de legare la orice nucleu de studenți deja poate conta, astfel încât acestea nu sunt atât de dificil de calculat producția de energie a oricărei reacții nucleare în așa fel.

Problema 2. Determinarea răspunsului de energie în cazul în care se știe că energia de legare pe nucleon în nuclee sunt, respectiv, 5,60 și 7,06 MeV.

Decizie. Sub acțiunea litiu proton miez se prăbușește, că energia este consumat în domeniul comunicațiilor, dar există două nuclee de heliu, și eliberează energie E = 2 (4 ∙ 7,06 MeV / u) - 7 ∙ 5,60 MeV / u = 17.28 MeV .

Problema 3 În reacția nucleară, protoni incidente pe repaus nucleu litiu. Dacă energia protonilor incidente E = 1,92 MeV, neutronilor în reacție, sunt îngropate. Evaluează cât de multă energie este absorbită în reacție. La ce energia minimă a protonilor sosite de reacție poate merge?

Decizie. Acesta este primul exemplu al reacției nucleare în care este absorbită energie (En). În cadrul laboratorului de referință, am mișcare la o viteză υ de repaus proton și nucleul litiu (Fig. A). După reacțiile nucleare de neutroni este fixat și beriliul nucleul dobândește o anumită viteză V (fig. B).

Conform legii conservării impulsului, mp = υ MBE V. Știind numărul de masă al fiecărei particule, descoperim V = (1/7) υ. In cadrul laboratorului unde E = 6/7.

Acum, vom afla dacă o energie E minim incident de-protoni“, această reacție poate merge în general. Sistemul de referință „centrul de masă al nucleului sistemului de proton-litiu“, care se deplasează spre dreapta cu un υ de viteză „mp lor impuls (υ - υ“) - MLI υ «= 0, unde υ» = 1/8 υ. Dacă protonul are cel mai mic E energie“, apoi în cadrul de referință și toate este absorbit în particule a provocat nici o împrăștiere reacție Dat fiind că MLI = 7mp. obține sau în cazul în care E „= 48 / 49E.

4. Dacă sarcina de a direcționa fluxul de protoni pe bucata de gheață de apă grea D2O, apoi la un minim de proton energia cinetică E = 1.4 MeV reacția nucleară are loc cu formarea de nuclee Care este energia minimă necesară pentru a informa nucleele de deuteriu, astfel încât atunci când acestea sunt în contact cu o bucată de gheață apa obișnuită era aceeași reacție nucleară?

Decizie. Scriem legea conservării impulsului, și conservarea energiei pentru această reacție V:

unde E - energia consumată în reacție.

Scriem legea conservării de drept impuls și conservarea energiei, pentru cazul în care nucleele de deuteriu cad pe o bucată de gheață din apă obișnuită:

Problema 5. Incidentul de reacție a-particule au o energie cinetică de 7,68 MeV. dacă o astfel de reacție este posibil? Dacă da, care este energia cinetică totală a produselor de reacție?

Decizie. Am găsit defectul de masă: 4.00260 + 14.00307 - (16.99913 + 1.00782) = -0.0013 amu

Această reacție are loc cu absorbția de energie! En = 1.2 MeV.

Scriem legea conservării impulsului și legea de conservare a energiei pentru această reacție:

Energia particulei incidente este suficient pentru a se asigura că această reacție are loc! Energia cinetică totală a produselor de dezintegrare ale E - E = 6.14 MeV.