Спонтанное деление ядер урана было впервые обнаружено в 1939 году в Ленинграде. В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления. Рентгеновское излучение от реакции деления первой ступени термоядерного заряда частично отражается от урана-238, частично превращает уран в плазму и частично проходит сквозь уран.
Справочник химика 21
Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. При спонтанном делении ядер выделяется энергия; для урана она составляет около 190 МэВ на ядро. Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую. Физики синтезировали изотоп урана с избытком нейтронов впервые с 1979 года. Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон.
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. В 1938 г. был открыт процесс деления атомных ядер урана нейтронами. При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно.
1. Механизм деления ядра урана:
процессе деления путем Вывод Делиться на части могут только ядра некоторых тяжелых Цепные ядерные реакции При делении ядра урана освобождаются 2-3 нейтрона. Многим ученым из Колумбийского университета было ясно, что они должны попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при делении ядра урана в результате нейтронной бомбардировки. Вызвать же деление урана при попадании в него нейтрона можно только у изотопов с массовым числом 235, так как ядро урана-238 поглощает нейтрон, а деление не происходит. Полное энерговыделение на один акт деления ядра урана-235 равно примерно 200 МэВ. Польша готова разместить у себя заводы по производству снарядов с ураном. Новости.
Открытие спонтанного деления ядер урана
Найти: Открытие спонтанного деления ядер урана В 1939 году датчанин Нильс Бор и американец Джон Уиллер выдвинули гипотезу, согласно которой ядра тяжёлых элементов могли делиться сами по себе, то есть самопроизвольно. Именно так, делясь спонтанно, исчез с земли радий. Этот процесс Бор и Уиллер считали вполне естественным. Однако подтвердить их гипотезу на практике никак не удавалось. Все попытки, предпринятые за океаном, потерпели фиаско — приборы оказались слишком малочувствительными.
В СССР самопроизвольное деление ядер урана стали называть на иностранный лад — спонтанным. А проверить справедливость зарубежной гипотезы Игорь Васильевич Курчатов поручил молодым физикам-аспирантам Радиевого института Константину Петржаку и Георгию Флёрову. Исследователи принялись за дело с энтузиазмом. Прежде всего, стали создавать измерительную аппаратуру.
Петржак в юные годы работал на фарфоровом заводе, где расписывал чашки и блюдца.
Период полураспада первого составляет 700 миллионов лет, а второго - 4,5 миллиарда лет, что говорит нам о том, что в прошлом уран-235 был доступен в гораздо более высоких концентрациях, чем сегодня. Возвращаясь к исследованным образцам, они выявили следовые количества других элементов, которые были внедрены в руду. Их процентное содержание было почти таким же, как в отработанном ядерном топливе, используемом на электростанциях. Физики заметили эту связь, тем самым подтвердив, что на руднике Окло, из которого был получен уран, в какой-то момент в далеком прошлом произошло спонтанное деление ядра. В ходе этого процесса уран-235 был истощен, что отразилось на изменении процентного содержания руды. О так называемом Феномен Окло стал очень громким, а сам рудник стал активно исследоваться, что привело к дальнейшим открытиям. Доказано, что в регионе, где имело место ядерное деление, было как минимум 16 различных объектов. В последующие годы был подробно описан процесс создания естественных реакторов, что было так же интересно, как и само открытие.
Сложный процесс, поразивший ученых Около 2,4 миллиарда лет назад содержание кислорода в атмосфере Земли начало быстро увеличиваться, что позволило урану превратиться из его нерастворимой формы в оксид. Затем он растворялся в воде, а затем осаждался в последовательных слоях песчаника до тех пор, пока он не стал достаточно концентрированным, чтобы начать цепную реакцию. Ученые говорят, что вышеупомянутая вода , присутствующая в шахте, имела здесь особое значение , благодаря чему нейроны, выброшенные из яичек, были достаточно замедлены, чтобы быть реабсорбированы другими ядрами. В противном случае вместо деления был бы виден только отскок электронов от атомов. При делении ядер выделяется огромное количество энергии и, следовательно, тепла. В процессе выкипела вода, присутствующая в пещере, что привело к прекращению реакции. Когда вода вернулась, все началось заново. По словам исследователей, периоды бездействия и бездействия были очень короткими - первый длился около 30 минут, а второй - не менее 2,5 часов. Что еще более важно, процессы повторялись на протяжении сотен тысяч лет.
Ленинградская зима. Жуткие морозы — сорок градусов. День коротенький. Мгла… Собрались начать эксперимент. Всё приготовили, а никакого эксперимента в привычном смысле этого слова так, собственно, и не провели. Мы начали, как нас учили, как требовал Игорь Васильевич: прежде чем приступить к эксперименту, посмотри — и внимательно посмотри! Слушаем — у нас была ещё акустическая система. Видим всякие импульсы: это — от сети, это — от того-то.
И вдруг — щелчок: как от деления ядра при облучении нейтронами! Тогда аспиранты решили позвонить своему научному руководителю, который, выслушав их, сказал: «Это, скорее всего, какая-то грязь.
Кроме того, был найден второй такой же ряд превращений изотопов радия при бомбардировке тория быстрыми нейтронами: о нем, по существу, уже сообщали Мейтнер, Штрассман и Гаи после того, как еще в 1935 г. Предварительная схема торий-нейтронных реакций имела вид: Атомы радия а также актиния и тория в разных реакциях данной и предыдущей схем предполагались имеющими одинаковую массу, так как они возникали из одинаковых атомов урана и тория, т. Выяснение факта существования столь многочисленных изомеров радия было бы весьма значительным научным открытием, если бы оно не оказалось фиктивным. Вновь и вновь возникал вопрос, действительно ли это радий?
Особое значение придавалось обогащению изомеров в силу их крайне малых количеств и, следовательно, малой интенсивности излучения. Этими опытами началась последняя фаза великого открытия. Ни отделения, ни обогащения изомеров радия не удалось достичь ни одним из примененных методов: то, что предполагалось радием и безошибочно характеризовалось точным значением периода полураспада, всегда и с постоянной интенсивностью сопровождало барий. Радиохимическое разделение радия и бария не удалось. Оно было, наконец, признано невозможным. В последовавшие за этим рождественскую неделю 1938 г.
Их развитие запечатлено в обширной, почти полностью сохранившейся переписке между тремя главными участниками — Отто Ганом, Лизой Мейтнер и Отто- Робертом Фришем племянником Лизы Мейтнер, физиком, работавшим до 1933 г. Эти частные письма дают редкую возможность проследить ход одного из самых плодотворных открытий от первого предчувствия до последнего прояснения, о чем печатные сообщения всегда создают лишь неполную картину; например, о ходе открытия Рентгена до сих пор почти ничего неизвестно. Сейчас как раз И часов вечера; в четверть двенадцатого хотел вернуться Штрассман, так что я могу собираться домой. Что-то все-таки есть в этих «изотопах радия», причем такое редкое, что мы пока сообщаем только Тебе... Они отделяются от всех элементов, кроме бария; и так во всех реакциях. Только с барием — если только это не наваждение — фракционирование отказывает.
Наши изотопы радия имеют свойства бария. Мы не добились явного обогащения ни с BaBr 2, ни с хроматами и т. А на прошлой неделе я выделил первую фракцию тория-Х, так все шло, как должно. Потом в субботу Штрассман и я фракционировали один из наших изотопов «Ra» с мезоторием-I как индикатором; мезоторий обогатился, как полагается, а наш радий — нет. Хотя еще нельзя исключить случайного стечения обстоятельств, мы все же все более приходим к ужасному заключению: наши изотопы радия ведут себя не как радий, а как барий... Я договорился со Штрассманом, что мы пока скажем это только Тебе.
Может быть, Ты сможешь предложить какое-нибудь фантастическое объяснение. Вот поистине деликатные опыты! Но нужна полная ясность. Теперь начинаются рождественские каникулы, а завтра, как обычно, выходной. Как я радуюсь ему — работая столько времени без Тебя — Ты можешь себе представить. Но еще до закрытия института мы хотим написать что-нибудь о так называемых изотопах радия для «Naturwissenschaften», так как мы получили очень хорошие кривые.
Не верится, чтобы мы так долго заблуждались или чтобы какое-то загрязнение играло с нами злую шутку. Сейчас я опять должен идти к счетчикам. Надеюсь, через пару дней снова смогу написать Тебе... Отвечай поскорее. Сердечный привет Твоему Отто». Постскриптум: «И от меня сердечный привет и наилучшие пожелания.
Ваш Фриц Штрассман». Мы подробно воспроизвели это письмо, чтобы стало ясно, как в Гане и Штрассмане боролись уверенность в получении бария и сомнение в возможности совместить факт его возникновения с представлениями ядерной физики. Значение упомянутых экспериментов с торием-Х и мезоторием-I состоит в следующем: из своих прежних работ с этими несомненными изотопами радия Ган точно знал, что у него были их чистые препараты, и мог произвести их отделение или обогащение путем добавления их к солям бария в таких малых количествах, в которых имелись и предполагаемые «изотопы радия». В этих экспериментах, таким образом, проявился многолетний опыт работы Гана с невесомыми количествами веществ; кроме того, надо было исключить воз- можность, что изотопы радия в тех малых количествах, в которых они имелись, радиохимически обнаруживают себя иначе. В письме Гана внимание привлекают два замечания. Во-первых, желание опубликовать заметку о так называемых изотопах радия, «так как мы получили очень хорошие кривые».
Успехи Гана и Штрассмана в области эксперимента были особенно велики; они выделили среди сложных продуктов уран-нейтронной реакции многочисленные однородные радиоактивные компоненты, однородность которых и очередность в различных рядах превращений были надежно установлены путем точного измерения периодов полураспада. Результаты этих опытов оказались важнее, чем данное им объяснение. Во-вторых, несколько странное замечание о том, не могут ли возникать «изотопы бария с гораздо большим атомным весом, чем 137», т. Как следует отсюда, о распаде ядра урана на две части не было еще и мысли. Лиза Мейтнер ответила 21 декабря: «Ваши результаты с радием ошеломляют. Процесс, идущий на медленных нейтронах и приводящий к барию!..
Признать такой необычный распад кажется мне пока очень трудно, но мы пережили в ядерной физике столько неожиданностей, что уже ни о чем нельзя сказать прямо: это невозможно. Впрочем, исключены ли более тяжелые трансураны?.. Ты была бы, наверное, немножко поражена обилием опытов... Со вчерашнего дня мы суммируем наши доказательства о барии-радии... На их основе, как «химики», мы должны сделать заключение, что три хорошо изученных нами изотопа являются не радием, но, с точки зрения химика, барием. Сам барий, который мы, естественно, тоже испытали, также становится активным после облучения нейтронами.
Но гораздо меньше, чем наши препараты. Кроме того, этот активированный барий не превращается в излучающий лантан. Актиний, возникающий из изотопов, вовсе не актиний, но скорее всего излучающий лантан!! Авторы чувствовали себя в это время уже настолько уверенными, что при правке заменили слова «изотопы радия» словами «щелочноземельные металлы». Оттиск статьи сразу был послан в Швецию. Эта весьма обширная работа появилась в первом январском номере журнала, том 27, стр.
Опасная работа: как добывают уран
Он уже был признанным лидером Западного побережья США в теоретической физике, когда стала известна новость о делении ядра урана, полученная в результате открытия Лизы Мейтнер и ее племянника Отто Фриша. В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления. После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1). Открытие деления урана.
Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки!
- Ядерные реакции. Деление ядер урана
- Механизм деления ядра урана
- Популярное
- Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
- 15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл |
Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется?
Использует ли человек эту силу длярусского добра или для В круг его входили геология самоуничтожения? Созрел ли интересов он для использования и кристаллография, минералогия и этой силы, которую ему непременно передаст наука? Лауреат Сталинской премии I степени. В конце 1938 г.
Исследователи атома заблаговременно строили планы урана. Об этом еще не знали даже физики из института того, как практически использовать энергию деления Отто Хана, а Лиза Мейтнер уже размышляла о необычном урана. Некоторые надежды пробудила обзорная статья, ядерном эффекте.
Исследователи первыми дали физическое Флюгге, ассистент института Отто Хана. Он доложил собранию о делении атома урана. Не успел он договорить до конца, как несколько американских физиков вскочили, как ужаленные, со своих мест.
В смокингах ворвались они в свои лаборатории, чтобы собственноручно проверить открытие, которое они прозевали. Советские физики Несколько исследовательских Я. Зельдович группи -Ю.
Харитон в СССР, во Франции, дали первыми Германии, математический Австрии - врасчет 1939 году цепной ухватились реакцииза деление урана. Ихурана, коллега открытое Я. Френкель Ханом и сформулировал Штрасманом.
Наконец, Пожалуй, в июненикогда 1940 года еще Г. Флеров и открытие К.
Еще одного коллегу и соавтора по главному открытию, Вильгельма Траубе, Ган спасти не сумел: в 1942 году он погиб в тюрьме гестапо в Берлине. Они выделили долгоживущий радиоактивный изотоп нового вещества, который назвали прото-актинием. Как оказалось позже, в 1913 году работавшие в Карлсруэ Казимир Фаянс и его ученик Освальд Геринг не путать с Германом!
В 1949 году IUPAC окончательно утвердила название Гана — Мейтнер, «отредактировав» его в протактиний и признав за ними приоритет первооткрывателей. Он открыл еще один уран, «уран-Z», который отличается от «урана-Х2», но тоже имеет массу 234, то есть, это другое ядро, но не изотоп. При этом ошибки нет, а значит, обнаружено что-то совсем новое. Только полтора десятка лет спустя Карл Вайцзеккер сумел объяснить явление изомерии атомных ядер — существование метастабильных возбужденных состояний ядра с достаточно большим для обнаружения временем жизни. И примечательно, что первым ядром, у которого удалось увидеть изомерию, оказался открытый Ганом протактиний.
Путь к атомной электростанции и атомной бомбе был открыт. Публикация результатов эксперимента состоялась 6 января 1939 года, а уже 11 февраля Лиза Мейтнер и ее племянник Отто Роберт Фриш опубликовали в Nature теоретические выкладки, объясняющие экспериментальный результат Гана. Открытие расщепления ядра Отто Ганом и Фрицем Штрассманом стало началом новой эпохи в истории человечества. Научное достижение, лежавшее в основе этого открытия, потому кажется мне столь необыкновенным, что оно было достигнуто чисто химическим путем, без всяческой теоретической наводки. Лиза Мейтнер Выдающийся австрийский физик и радиохимик Эти слова Мейтнер показывают ее отношение к этому открытию.
Через неделю Институт проблем безопасности атомных электростанций НАН Украины подтвердил, что в одном из подреакторных помещений четвертого реактора ЧАЭС «наблюдается рост плотности потока нейтронов», но он «не превышает установленных пределов безопасности». Что происходит? Science приводит слова сотрудников украинского Института проблем безопасности АЭС Анатолия Дорошенко и Максима Савельева, о том, что поток нейтронов в остатках реактора медленно растет и нельзя исключить «риск инцидентов». Откуда взялись нейтроны в давно «остывшем» месте катастрофы и почему они так важны? Нейтроны вызывают деление ядер урана-235 или плутония-239 которые поэтому называются делящимися материалами , при этом распад ядер сопровождается выходом новых нейтронов и в случае правильной геометрии материалов выстраивается самоподдерживающаяся цепочка реакций. Это можно увидеть в ядерном взрыве или работе атомного реактора, и самопроизвольная авария с образованием цепной реакции весьма опасна. В ходе развития аварии на 4 блоке Чернобыльской АЭС чуть меньше половины загруженного в реактор топлива 80-90 из 200 тонн осталась в здании в виде лаваподобных топливосодержащих материалов. Уран, плутоний, америций и нептуний в этой застывшей лаве продолжают распадаться, порождая в некоторых вариантах распада нейтроны.
В конце 90-х общее количество нейтронов под первым саркофагом оценивалось величиной примерно 10 штук в секунду, что примерно в триллион раз меньше, чем поток нейтронов в работающем гигаваттном реакторе. За счет распада радиоактивных веществ мы должны были бы наблюдать постепенное снижение нейтронного потока, однако измерения кое-где показывают, что происходит не совсем это. После аварии это помещение оказалось недоступным. И радиационные те, что связаны с опасностью облучения , и ядерные те, что связаны с риском возникновения самоподдерживающийся цепной реакции измерения по нему косвенные.
Он не готов к взрыву ни при эксплуатации, ни сразу после отделения от носителя. Ядерный заряд не даст атомного взрыва в любой нештатной ситуации.
Даже если его уронить с высоты на скалы, сунуть в доменную печь, обстрелять из любого оружия, обложить взрывчаткой и взорвать, или близко сработает другой ядерный заряд. Карпенко Взрывобезопасность заряда обеспечивает система предохранения и взведения. Она исключает случайный или преждевременный подрыв заряда, взрыв из-за ложных данных, несанкционированных действий и любых нештатных причин. Она же переводит заряд в стадии все большей готовности к взрыву перед его срабатыванием. И эта система также входит в состав блока автоматики. Ядерный заряд полностью готов взорваться только непосредственно перед взрывом Для предохранения и взведения заряда в блоке автоматики используются комплексы различных коммутационных устройств.
Это электромагнитные реле разных типов и электромагнитные выключатели. Они образуют сложные электрические цепи с возможностью их включения и отключения. Кроме коммутационных, есть другие устройства, входящие в широкий спектр электромеханических приборов автоматики. Не все они размещены в самом блоке автоматики. У человека глаза и осязательные рецепторы находятся на поверхности тела. А вкусовые и слуховые рецепторы, будучи внутри тела, соединены с внешней средой каналами: ротовой полостью или слуховым каналом.
Мышечные рецепторы не контактируют со средой. Данные от всех рецепторов поступают в мозг, где обрабатываются с принятием решений на их основе. Очень похоже работает и система взведения. В блок автоматики, мозг ядерного заряда, стекаются данные от многих приборов и датчиков. Обрабатывая их, система взведения реализует алгоритмы повышения готовности заряда к взрыву. Так, чековые или концевые выключатели находятся на поверхности носителя ядерного заряда.
Размыкаются контакты, выдергиваются чеки, и в блок автоматики поступает сигнал об отделении носителя от стартового сооружения, самолета-носителя, самоходной установки или подлодки. Другие приборы связаны со средой, в которой движется носитель, и измеряют ее параметры. Если это крылатая или баллистическая ракета, используются манометрические, барометрические или аэродинамические датчики. Первые выдают сигнал при достижении заданной разности наружного статического давления и давления в специальной емкости в приборе, сообщая о достижении заданного перепада высоты. Вторые реагируют на значение наружного статического воздушного давления. Третьи срабатывают при заданной разнице статического и полного давления, создаваемого напором встречного воздуха при заданной скорости носителя.
Сигналы датчиков вызывают включения или отключения электрических цепей в блоке автоматики. Ядерная боевая часть крылатой противокорабельной ракеты. Вид со стороны блока автоматики. Но если ракета не достигла контрольной высоты или не развила контрольную скорость, то блок автоматики не отключит эту ступень предохранения. И заряд не взорвется, как бы дальше ни развивалась история нештатного полета и падения ракеты. Похоже действуют гидроприборы, если носителем ядерного заряда является торпеда.
Гидростатические приборы реагируют на заданное статическое давление морской воды, гидродинамические датчики измеряют перепад полного и статического давлений воды при движении торпеды.