Transcript Механізм поділу ядер Урану

1. Розкрити історичні передумови відкриття штучного поділу
ядер урану.
2. Вивчити механізм поділу та радіоактивні перетворення
його продуктів.
3. Оцінити енергетичний вихід реакції поділу ядер урану;
4. З’ясувати умови виникнення та протікання ланцюгової
ядерної реакції.
5. Ознайомитися з умовами та механізмом утворення
плутонію.
• Угорський фізик, учень Ейнштейна,
який ще у 1933 році передбачив
можливість ланцюгової ядерної реакції
на нейтронах.
• В 1939 році обґрунтував можливість
розвитку в урані самопідтримуваної
ядерної реакції.
• Одним з перших довів, що в процесі
ділення ядер урану випромінюються вторинні нейтрони.
Лео Сцилард (Сілард)
(1898 – 1964)
Фриц Штрассман
(1902-1980)
Отто Ган
(1879-1968)
• 17 грудня 1938 р. німецькі хіміки під
час пошуку трансуранових елементів,
опромінюючи уран нейтронами, виявили
сліди барію, та інших елементів з
середини періодичної системи. Ган зробив
висновок, що ядро атома урану зазнає
поділу.
• У лютому 1939 р. австрійський
фізик Ліза Мейтнер зробила фізичне
обґрунтування експерименту, разом зі
своїм
племінником,
англійським
фізиком Отто Робертом Фрішем.
Отто Роберт Фриш Лиза Мейтнер
(1904-1979)
(1878-1968)
Питома енергія зв’язку ядер атомів,
що займають останні місця в
періодичній системі приблизно на 1
МеВ менша від питомої енергії
зв’язку в ядрах елементів, що
займають середні місця періодичної
системи. Тому процес поділу важких
ядер є «енергетично вигідний».
Захоплення нейтрона
ядром Урану може
розвиватися двома
шляхами.
𝟐𝟑𝟖
𝟐𝟑𝟗
𝟏
𝟗𝟐𝑼 + 𝟎𝒏 → 𝟗𝟐𝑼
𝟐𝟑𝟗
𝟐𝟑𝟗
𝟎
𝟗𝟐𝑼 → 𝟗𝟑𝑵𝒑 + −𝟏𝒆
𝟐𝟑𝟗
𝟐𝟑𝟗
𝟎
𝑵𝒑
→
𝑷𝒖
+
𝒆
𝟗𝟑
𝟗𝟒
−𝟏
𝟏𝟒𝟒
𝟖𝟗
𝑩𝒂
+
𝑲𝒓
𝟑𝟔
𝟓𝟔
𝟐𝟑𝟓
𝟏
𝑼
+
𝒏
𝟎
𝟗𝟐
𝟏𝟒𝟎
𝟓𝟒𝑿𝒆
+
𝟗𝟒
𝟑𝟖𝑺𝒓
+
𝟏
𝟑 𝟎𝒏
+
𝟏
𝟐 𝟎𝒏
137Te
235U
n
𝜷
137I
𝜷
137Xe
𝜷
137Cs
𝜷
n
+𝟐𝟎𝟎𝑴𝒆𝑩 (𝑬𝒌 = 𝟏𝟔𝟖𝑴𝒆𝑩)
n
96Zr
𝜷
96Nb
𝜷
96Mo
137Ba
Ланцюговою ядерною реакцією (ЛЯР) називається реакція, в якій частинки
(нейтрони), що спричиняють її, утворюються як продукти цієї реакції.
Коефіцієнтом розмноження
називається відношення
кількості нейтронів у будьякому поколінні до кількості
нейтронів попереднього
покоління.
• k > 1 – вибух;
• k = 1 – керована ЛЯР;
• k < 1 – реакція затухатиме.
Захоплення нейтрона ядром Урану
Збудження нуклонів
ядра без поділу
238
92𝑈
239
92𝑈
+ 10𝑛 →
→
239
93𝑁𝑝
239
93𝑁𝑝
→
Деформація ядра з наступним
поділом
239
92𝑈
235
92𝑈
+ 10𝑛 →
144
56𝐵𝑎
89
+ 36
𝐾𝑟 + 3 10𝑛
+ −10𝑒
235
92𝑈
+ 10𝑛 →
140
54𝑋𝑒
94
+ 38
𝑆𝑟 + 2 10𝑛
239
94𝑃𝑢
+ −10𝑒
1.



2.



3.



4.



5.



6.



Чому під час поділу ядра урану-235 вивільняється близько 200 МеВ енергії?
Маса спокою ядра урану менша за сумарну масу спокою ядер осколків, що утворюються внаслідок
поділу;
Питома енергія зв'язку ядра урану менша за питому енергію зв'язку ядер, що утворюються
внаслідок поділу;
Сума енергій спокою ядер, що утворюються внаслідок поділу, більша за енергію спокою урану.
При захопленні яких нейтронів можливий поділ ядер урану-238?
Швидкі, з енергією понад 1 МеВ;
Повільні, з енергією меншою за 1 МеВ;
Швидкі та повільні нейтрони.
Скільки миттєвих нейтронів, в середньому, вивільняється внаслідок поділу 1-го ядра 235U?
2
2,5
3
При якому значенні k (коефіцієнта розмноження нейтронів) повинна відбуватися керована
ланцюгова ядерна реакція?
k>1
k=1
k<1
Яке з тверджень найбільш точно відповідає означенню ланцюгової ядерної реакції?
Це реакція, в якій частинки, що її спричиняють, є продуктами цієї реакції;
Це реакція, яка відбувається під впливом нейтронів, які спричиняють поділ ядер урану;
Це реакція, що відбувається самочинно, без впливу зовнішніх факторів.
Що називається коефіцієнтом розмноження нейтронів?
Абсолютна зміна кількості нейтронів у кожному наступному поколінні;
Відношення кількості нейтронів у будь-якому “поколінні” до їх кількості в наступному “поколінні”;
Відношення кількості нейтронів у будь-якому “поколінні” до їх кількості в попередньому “поколінні”.
1) Вивчити § 55(1) за підручником В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Божинова,
Фізика 11 клас (академічний рівень).
2) Розв'язати задачі.
Задача 1. Під час поділу ізотопу Урану 235
92U вивільняється енергія
200 МеВ, причому 84 % цієї енергії набувають уламки поділу.
Вважаючи, що цими уламками є ядра барію 144
56𝐵𝑎 і криптону
89
36Kr та що імпульси їх за модулем однакові, визначити енергію
уламків.
Задача 2. Внаслідок поділу одного ядра Урану 235
92U виділяється
200 МеВ енергії. Яка кількість енергії вивільняється внаслідок
повного поділу 1 г цього ізотопу. Яку кількість кам’яного вугілля
треба спалити, щоб отримати таку кількість енергії?
3) Творче завдання. Підготувати повідомлення (реферати, презентації) на тему: «Добування вироблення та переробка ядерного пального».
Поглинання ядром Урану нейтрона може спричинити розпад ядра.
Продуктами поділу ядер Урану є два осколки, 2 або 3 нейтрони та
близько 200 МеВ енергії.
Осколки, що утворюються внаслідок поділу, зазнають послідовний
ряд β- розпадів перетворюючись на стабільні ізотопи.
Внаслідок вивільнення нейтронів, під час поділу ядер, може
відбуватися ланцюгова ядерна реакція.
Керована ланцюгова ядерна реакція може відбуватися тільки при
умові, коли коефіцієнт розмноження нейтронів дорівнює одиниці.
При захопленні ядром Урану нейтрона без наступного поділу
утворюється новий ізотоп Урану, який внаслідок двох β- розпадів
перетворюється на Плутоній.