Состав ядра атома. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра атома. Ядерные реакции. Ядерная энергетика.

Ядро состоит из элементарных частиц: протонов и нейтронов. Число протонов равно числу электронов и равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева. Сумма протонов и нейтронов определяет массовое число. А = N + Z

А- массовое число (это относительная атомная масса, округлённая до целого числа), N – число нейтронов, Z –число протонов.

Протон – положительно заряженная частица – ядро водорода. Заряд протона равен по

величине заряду электрона. Масса его в 1863 раза больше массы электрона. Обозначают протон Р или Н . Нейтрон – электрически нейтральная частица, не имеющая заряда. Масса нейтрона немного больше массы протона. Символ нейтрона n. Протоны и нейтроны в ядре удерживаются ядерными силами, которые самые сильные в природе, но короткодействующие, т.к. действуют на расстояниях, равных размеру ядра 10^–13 -10^–14 м.

Изотопы – это атомы одного и того же химического элемента, имеющие разное массовое число, т.е. разное число нейтронов. Изотопыотличаются свойствами.Например, водород имеет три изотопа: Н – протий, Н – дейтерий, Н – тритий.

Закон взаимосвязи массы и энергии установлен для всех видов материи теоретически в 1906г Эйнштейном. Е = m•с² Е- энергия, m – масса, С=3•10⁸ – скорость света

Если изменяется энергия системы, то изменяется и её масса.Δ Е= Δ m•с²

Δ Е – изменение энергии Δ m – изменение массы (дефект масс).

Энергия связи ядра – это энергия, необходимая для полного расщепления ядра на протоны и нейтроны. Такая энергия выделяется при образовании ядра из протонов и нейтронов и определяет уменьшение массы ядра по сравнению с массой протонов и нейтронов, входящих в состав ядра. Энергия связи огромна. Энергия связи переносится γ;– квантами.

Ядерной реакцией называется процесс превращения атомных ядер, происходящий при их взаимодействии с элементарными частицами, гамма - квантами и друг с другом, обычно приводящий к выделению колоссального количества энергии.

Для течения ядерной реакции необходимы условия:

1. чтобы число нейтронов не уменьшалось со временем. Это условие будет выполнено, если коэффициент размножения нейтронов ≥; 1. Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа образовавшихся нейтронов к числу нейтронов, участвующих в реакции.

Если К >1 происходит неуправляемая реакция в атомной бомбе.

Если К =1 происходит управляемая реакция в ядерном реакторе (количество нейтронов контролируют при помощи графитовых стержней).

Если К< 1 реакция останавливается.

2. реакция может происходить, если масса урана превышает некоторое критическое значение. Критической массой называют наименьшую массу делящегося вещества, при которой протекает цепная ядерная реакция.

При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. В 1939 году немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деление ядер урана. При делении урана выделяется огромная энергия. При делении 1г урана выделяется столько же энергии, как при сгорании 3-х тонн каменного угля. Физики нашей страны добились больших успехов в области использования ядерной энергии. Первая атомная станция была введена в действие в 1954г в г. Обнинске. Сейчас всей электроэнергии вырабатывается на АЭС. Однако главная проблема состоит в обеспечении полной радиационной безопасности людей, работающих на атомных электростанциях, и предотвращении случайных выбросов радиоактивных веществ, которые в большом количестве накапливаются в активной зоне реактора. При разработке ядерных реакторов этой проблеме уделяется большое внимание. Тем не менее, после аварий на некоторых АЭС, в частности на АЭС в Пенсильвании (США, 1979 г.) и на Чернобыльской АЭС (1986 г.), проблема безопасности ядерной энергетики встала с особенной остротой.

Ядерные реакторы устанавливаются на атомных подводных лодках, в атомном оружии. Атомные бомбы были сброшены на два японских города Хиросима и Нагасаки. Народы всех стран борются за сокращение и запрещение ядерного оружия.

Термоядерная реакция – это реакция слияния лёгких ядер при высоких температурах. В природе термоядерная реакция происходит на Солнце. На земле осуществляют термоядерную реакцию пока только в лабораторных условиях. Осуществление управляемых термоядерных реакций даст человечеству новый экологически чистый, безвредный и практически неисчерпаемый источник энергии.