Деление ядер урана

1. Деление ядер урана урок физики 11 класс • Автор: учитель физики • высшей квалификационной • категории Харитошина О.В. • МОУ СОШ №24 г. Рязань

2. n p e 1 1 0 Назови частицу -1 1 0 1 2 3 q ≈+ 1,6 . 10-19 Кл q ≈- 1,6 . 10-19 Кл q =0 m ≈ 9,1. 10-31 кг m ≈ 2000. me m ≈ 2000. me 4 5 6 Входит в состав ядра. Её число округленное массовое число минус порядковый номер элемента. В атоме вращается вокруг положительно заряженного ядра. Входит в состав ядра. Её число равно порядковому номеру элемента. 7 8 8 Если атом её теряет, то образуется положительный ион, а если приобретает , то образуется отрицательный ион. Если ядро атома её теряет или приобретает , то образуется изотоп этого же элемента. Если ядро атома её теряет или приобретает , то образуется новый элемент. 10 11 12 Фамилия, имя оценка

3. n p e 1 1 0 Проверь ответы 1 -1 0 массовое число массовое число массовое число зарядовое число зарядовое число зарядовое число нейтрон протон электрон 1 2 3 q ≈- 1,6 . 10-19 Кл q =0 q ≈+ 1,6 . 10-19 Кл m ≈ 9,1. 10-31 кг m ≈ 2000. me m ≈ 2000. me электрон нейтрон протон 4 5 6 Входит в состав ядра. Её число равно порядковому номеру элемента. В атоме вращается вокруг положительно заряженного ядра. Входит в состав ядра. Её число округленное массовое число минус порядковый номер элемента. протон электрон нейтрон 7 8 9 Если атом её теряет, то образуется положительный ион, а если приобретает , то образуется отрицательный ион. Если ядро атома её теряет или приобретает , то образуется изотоп этого же элемента. Если ядро атома её теряет или приобретает , то образуется новый элемент. электрон нейтрон протон 10 11 12

4. Ядерными реакциями называют изменение атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом. • Ядерные реакции происходят: Частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил, им сообщается большая энергия. • Деление ядер атомов - это самопроизвольное, или под действием нейтронов, раскалывание ядра атома на две примерно равные части, на два "осколка".

5. Открытие деления ядер уран • В 1938 г.О.Ган и Ф.Штрассман открыли, что при бомбардировке урана нейтронами образуются другие элементы. • В 1939 г.О.Фриш и Л.Мейтнер дали правильное истолкование этого факта, именно как деление ядра урана, захватившего нейтрон.

6. О.Ган (1879–1968) Ф.Штрассманн (1902–1980) Здание Института химии в Берлине, где О.Ган и Ф.Штрассманн открыли (1938) деление ядер урана

7. n Л.Мейтнер и О.Фриш объяснили это явление так. Чем больше и массивнее ядро атома, тем менее оно устойчиво. Когда в такое неустойчивое ядро атома попадает какая-либо посторонняя частица, она сообщает ему добавочную энергию, отчего ядро приходит в бурное движение — становится возбужденным и при некоторых определенных условиях может и вовсе развалиться.

8. Поэтому ничего нет удивительного в том, что ядро атома урана, и без того малоустойчивое, захватив нейтрон, вместо того чтобы выбросить одну или несколько частиц, как это происходило при обстреле атомов более легких элементов, неожиданно распадается. Этот процесс был назван ядерной реакцией деления.

9. Капельная модель ядра • Согласно этой модели сгусток нуклонов напоминает капельку заряженной жидкости скорость осколков = 1/30 скорости света

10. Атом урана, поглотив нейтрон • Фундаментальный факт ядерного деления – • испускание в процессе деления 2–3 нейтронов. • Благодаря этому оказалось возможным практическое использование внутриядерной энергии. • возбуждается • деформируется ( ядро вытягивается, ядерные силы ослабевают при увеличении расстояний между нуклонами) • разрывается на две части с излучением при этом 2-3 нейтронов

11. Поглощая нейтрон, ядро урана получает необходимую энергию для преодоления ядерных сил притяжения между нуклонами, при этом внутренняя энергия ядра увеличивается. • При распаде ядра часть внутренней энергии переходит в кинетическую энергию осколков, а затем за счет торможения их во внутреннюю энергию окружающей среды. • Реакция деления ядер урана идет с преобладающим выделением энергии в окружающую среду.

12. Механизм деления ядра

13. n n n n ПРИТ > ОТТАЛК Fяд>Fэл Fяд<Fэл γ- излучение r ≈10-15м

14. n n n n ПРИТ > ОТТАЛК Fяд>Fэл Fяд<Fэл γ- излучение r ≈10-15м

15. n n n n 1 1 1 1 скорость нейтрона ≈1000м/с 0 0 0 0 235 92U ПРИТ > ОТТАЛК Fяд>Fэл Fяд<Fэл 236 92U 144 56Ba 89 36Kr γ- излучение r ≈10-15м

16. n Л.Мейтнер и О.Фриш объяснили это явление так. Чем больше и массивнее ядро атома, тем менее оно устойчиво. Когда в такое неустойчивое ядро атома попадает какая-либо посторонняя частица, она сообщает ему добавочную энергию, отчего ядро приходит в бурное движение — становится возбужденным и при некоторых определенных условиях может и вовсе развалиться.

17. 1 1 1 n n n n 1 1 1 n n Примеры реакций распада ядер урана 0 0 0 0 0 0 235 235 235 92U 92U 92U                   Q Q Q 2 2 236 236 94 236 140 92U 92U 92U 37Rb 55 Cs 1 144 56Ba 95 139 89 36Kr 38Sr 54 Xe 2 3

18. n Л.Мейтнер и О.Фриш объяснили это явление так. Чем больше и массивнее ядро атома, тем менее оно устойчиво. Когда в такое неустойчивое ядро атома попадает какая-либо посторонняя частица, она сообщает ему добавочную энергию, отчего ядро приходит в бурное движение — становится возбужденным и при некоторых определенных условиях может и вовсе развалиться.

19. проверка • по закону сохранения зарядового числа 92+0=92=54+39+0 92+0=92=55+37=92 92=92=92 92=92=92 • по закону сохранения массового числа 235+1=236=139+95+2 235+1=236=140+94+2 236=236=236 236=236=236

20. n Л.Мейтнер и О.Фриш объяснили это явление так. Чем больше и массивнее ядро атома, тем менее оно устойчиво. Когда в такое неустойчивое ядро атома попадает какая-либо посторонняя частица, она сообщает ему добавочную энергию, отчего ядро приходит в бурное движение — становится возбужденным и при некоторых определенных условиях может и вовсе развалиться.

21. Делится на части могут только ядра некоторых тяжелых элементов • Одновременно выделяется большая энергия • При делении образуются два новых ядра, испускаются два-три нейтрона и γ-лучи

22. При делении ядра урана выделяется Q ≈  • 200 МэВ 3,2 . 10-11 Дж Q Q 3% -энергия нейтронов 4% -энергия гамма излучения Q Q 80% -кинетическая энергия осколков 13% -энергия радиоактивного распада

23. В единичном акте деления одного ядра урана получается в 108 раз больше энергии, чем в единичном акте окисления одного атома углерода – самого распространенного способа производства энергии путем сжигания органического топлива. При полном делении всех ядер имеющихся в 1 грамме урана выделяется энергия ,которую можно получить, сжигая 3 тонны угля или 2,5 тонны нефти.

24. Именно с этим связано освоение и широкомасштабное использование человечеством ядерной энергии. В настоящее время в мире работают 450 ядерных энергетических реакторов, многие из которых эксплуатируются более 20 лет. • В России функционируют 10 станций.

25. С вводом каждого нового блока увеличиваются риски, связанные с использованием атомной энергии. Главным образом эти риски связаны с выбросами и сбросами радионуклидов за пределы АЭС в аварийных ситуациях. • в Уиндскейле (Англия) в 1957 году, • в США на станции Три Майл в 1979 году, • в СССР на Чернобыльской станции в 1986 году. • До настоящего времени произошли три серьезные аварии на ядерных реакторах.

26. 26 апреля 1986года

27. В 1934 г. Ф. Жолио-Кюри высказал предположение о возможности использования энергии ядерных реакций в практических целях, если удастся осуществить цепные ядерные реакции. Эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение. Частицами, способными к осуществлению цепных реакций, оказались нейтроны. При благоприятных условиях освобождающиеся в первой реакции нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. При делении 3 ядер урана должно освобождаться от 6 до 9 новых нейтронов, они попадут в новые ядра урана и т.д.

28. Цепная реакция деления ядер урана • Цепная реакция деления ядер урана — это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра.

29. Вылетевшие нейтроны могут вызвать деление двух-трёх аналогичных ядер, если те окажутся поблизости и если нейтроны попадут в них. • Таким образом, появляется возможность осуществления разветвляющейся, ускоряющейся цепной реакции деления ядер атомов с выделением огромного количества энергии.

30. Схема развития цепной реакции В результате деления ядра, инициированного нейтроном, возникают новые нейтроны, способные вызвать реакции деления других ядер.

31. Осуществление цепной реакции • Для осуществления цепной реакции пригодны лишь ядра U-235 (из встречающихся в природе) Природный уран представляет собой смесь трех изотопов: • – уран-238 (238U) – содержание 99,2745%, период полураспада T » 4,468 млрд лет; • – уран-235 (235U) – 0,714%, T » 0,7038 млрд лет; • – уран-234 (234U) – 0,0055%, T » 0,245 млрд лет. • Ядра U-235 делятся как быстрыми, так и медленными нейтронами, U-238 — только быстрыми с энергией 1 МэВ. Нейтронов с такой энергией при делении 60%, но только один из пяти производит деление (цепная реакция невозможна).

32. Осуществление цепной реакции • Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы среднее число освобожденных нейтронов в данной массе урана не уменьшалось с течением времени k-коэффициент размножения нейтронов при k< 1 при k> 1 • цепная реакция идет • цепная реакция невозможна

33. Коэффициент размножения нейтронов – отношение числа нейтронов в каком-либо «поколении» к числу нейтронов предшествующего «поколения»

34. Коэффициент размножения нейтроновопределяется четырьмя фактами 3 захватом нейтронов продуктами деления, замедлителем, конструктивными элементами установки 1 захватом медленных нейтронов U-235с последующим делением и захватом быстрых нейтронов U-235 и U-238 с последующим делением 2 захватом нейтронов ядрами урана без деления 4 вылетом нейтронов из делящегося вещества

35. Цепная ядерная реакция Ядерное горючее k> 1 критическая масса делящегося вещества U-235 U-238 Pu-239 Минимальное значение массы делящегося вещества, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 250г до сотен килограммов.

36. Два варианта развития цепной реакции неуправляемая управляемая

37. Линейная (управляемая реакция) Если цепную реакцию держать под контролем, управлять её развитием, не давать ускоряться и постоянно отводить выделяющуюся энергию (тепло), то эту энергию ("атомную энергию") можно использовать либо для отопления, либо для получения электроэнергии. Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором.

38. Управление работой АЭС АЭС

39. Взрыв (неуправляемая реакция) Если же позволить цепной реакции развиваться бесконтрольно, то произойдёт атомный (ядерный) взрыв. Неуправляемая ядерная реакция возникает в атомных бомбах. Это уже - ядерное оружие.

41. Ядерные боеголовки

42. деления ядра урана Цепная ядерная реакция итоги Ядерное горючее k > 1 критическая масса делящегося вещества U-235 U-238 Pu-239 Два варианта развития цепной реакции неуправляемая (ядерная бомба) управляемая (в ядерном реакторе)

43. Задание на дом • § 108,109- учить • на ? после §§ - отвечать • записать реакции, приводящие к образованию плутония-239