Энергия синтеза ядер

Из графика на рис. 1.18 видно, что наиболее устойчивы элементы с массовыми числами 60. Элементы с более тяжелыми ядрами должны быть способными к делению с образованием более легких и более устойчивых ядер и с выделением энергии. Элементы, ядра которых легче 60 тат ед, должны быть способными к слиянию (если бы удалось преодолеть силы отталкивания между ядрами) с образованием более тяжелых ядер и выделением энергии. Эти процессы называют, соответственно, ядерными делением и синтезом. [c.28]

Предполагается, что при температуре 100 млн. градусов и при плотности 10 000 Г-СМ- в центре звезды устанавливается равновесие между тремя альфа-частицами и возбужденным ядром углерода-12 с энергией на 7,653 МэВ выше, чем энергия этого ядра в нормальном состоянии. Возбужденное ядро С может переходить в нормальное состояние путем испускания фотона. Могут происходить и другие известные ядерные реакции, которые и приводят к синтезу всех тяжелых нуклидов. [c.622]

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ (атомная энергия), выделяется при превращениях атомных ядер. Источник Я. э.— внутр. энергия атомного ядра, обусловленная сильным взаимод. между протонами и нейтронами, а также их движением внутри ядра. Я. э. в миллионы раз превосходит энергию хим. превращений. Изменение массы покоя ядер при их превращениях может достигать по порядку величины 0,1%, тогда как перестройка внеш. электронных оболочек при хим. превращениях сопровождается изменением массы покоя атомов и молекул не более чем на 10 %. Особенно энергетически выгоден синтез легких ядер и деление тяжелых. Так, при синтезе гелия из ядер дейтерия и трития выделяется энергия 17,6 МэВ (3,5 МэВ на нуклон), при делении урана — ок. 200 МэВ ( 1 МэВ на нуклон). Радиоакт. распад также сопровождается выделением Я. э., однако его малая скорость обусловливает ничтожно малую полезную мощность. [c.724]

В проектах ядерных реакторов синтеза без бланкета предполагается использовать только энергию, уносимую ядрами Не. В этом случае = 3, Яг = 3,5 МэВ, Мг 860 кг, т. е. необходимое количество трития приближается к используемому количеству урана 1). [c.251]

Энергию связи ядра можно подсчитать, если сравнить сумму масс частиц, составляющих данное ядро, с фактической массой mi этого ядра. Действительно, если мысленно представить себе синтез ядра с массовым числом А и зарядом Ze из (Л—2) нейтронов и Z протонов, то при этом выделится энергия, равная по величине абсолютному значению энергии связи ядра Е. Но если энергия системы уменьшится на Е, то, согласно одному из важнейших следствий специальной теории относительности, масса системы уменьшится на величину Ат, причем между Ат и Е существует следующее соотношение [c.12]

Второй путь выделения внутриатомной энергии осуществляется на Солнце за счет теплового эффекта этой реакции и поддерживается жизнь на земле. Простейшая из возможных и ныне осуществленных реакций этого типа, лежащая в основе действия водородной бомб ы,— это синтез ядра гелия из двух протонов и двух нейтронов. Энергетический эффект этой реакции во много раз больше энергетического эффекта реакций расщепления ядер тяжелых элементов, что ясно видно из графика рисунка 49. Разумеется, для синтеза названных частиц надо предварительно затратить громадную энергию на преодоление силы отталкивания между ними. Отсюда и название этих реакций термоядерные. После того как эти частицы сближены до расстояния — см, они соединяются за счет мощных ядерных сил сцепления с выделением еще более значительной энергии. [c.203]

Примером термоядерной реакции может служить синтез ядра гелия из ядер водорода. Эта реакция, называемая углеродным циклом (рис. 104), служит источником энергии большого класса звезд. В каждом цикле захватываются четыре протона (ядра водорода) и испускается одна а-частица (ядро гелия оНе>) и два позитрона. Ядро углерода дС восстанавливается к концу цикла. Продолжительность одного цикла на солнце—около миллиона лет. [c.273]

Синтез гелия из водорода, как и все ядерные реакции, нуждается в энергии возбуждения (активации), но она исключительно мала, около 0,1 Мэв. В обычных химических реакциях источником энергии активации является тепловое движение (кинетическая энергия) молекул (см. стр. 277). Для возбуждения ядерных реакций обычно используют искусственно ускоренные частицы или частицы с большой энергией, излучаемые радиоактивными элементами. Можно осуществить ядерные реакции термическим путем. Для этого необходимы более высокие температуры, чем для химических реакций. Такими высокими температурами обладают некоторые звезды, на которых, следовательно, могут осуществляться термоядерные реакции. Теплота, выделенная при этих реакциях, поддерживает высокую температуру звезд. Температура внутри солнца порядка 10— 20 млн. градусов. Весьма вероятно, что это обусловлено синтезом ядра гелия из ядер водорода. [c.784]

Прогноз ученого не оправдался через 10 лет, в 1946 г., мы застаем физику и химию устремившимися на разработку проблемы использования энергии атомного ядра, а не энергии солнечного света. Однако уже в 1949 г. неожиданно прозвучало из уст одного из крупнейших специалистов ядерной физики Фредерика Жолио-Кюри, председателя Всемирного комитета мира, в его докладе в Академии наук СССР высказывание, идущее вразрез с общим течением Хотя я верю в будущее атомной энергии, — сказал он в заключение, — убежден в важности этого изобретения, однако я считаю, что настоящий переворот в энергетике наступит только тогда, когда мы сможем осуществлять массовый синтез молекул, аналогичных хлорофиллу (глюкозе) или даже более высокого [c.375]

Кроме использования энергии расщепления ядер, можно также высвободить энергию слияния легких ядер. Когда два легких ядра сталкиваются, может образоваться новое, более тяжелое ядро. Как и при расщеплении, энергия ядерного синтеза может быть огромной благодаря опять-таки превращению массы в энергию. [c.343]

Полная масса атома называется его атомной массой и приблизительно равна сумме масс всех протонов, нейтронов и электронов, входящих в состав атома. Когда из протонов, нейтронов и электронов образуется атом, часть их массы превращается в энергию, которая выделяется в окружающую среду. (Этот дефект массы и есть источник энергии в реакциях ядерного синтеза). Поскольку атом невозможно разделить на составляющие его элементарные частицы, не подводя к нему извне энергию, которая эквивалентна исчезнувшей массе, эта энергия называется энергией связи атомного ядра. [c.18]

В ядерных топливах энергия выделяется в результате деления ядер тяжелых элементов, процесса воспроизводства ядер-ного топлива и управляемого термоядерного синтеза между ядрами легких элементов. [c.107]

В настоящее время исследуется практическое осуществление термоядерного синтеза по так называемой дейтериево-тритиевой реакции, в ходе которой дейтерий и тритий превращаются в ядра гелия гНе с выделением в ходе слияния двух ядер огромной энергии (17,6 МэВ) и одного нейтрона. [c.17]

Как известно, энергия выделяется не только при делении ядер, но и при их синтезе, т. е. при слиянии более легких ядер в более тяжелые. Задача в этом случае состоит в том, чтобы, преодолев электрическое отталкивание, сблизить легкие ядра на достаточно малые расстояния, где между ними начинают действовать ядерные силы притяжения. Так, например, если бы можно было заставить два протона и два нейтрона объединиться в ядро атома гелия, то при этом выделилась бы огромная энергия. С помощью нагрева до высоких температур в результате обычных столкновений ядра могут сблизиться на столь малые расстояния, что ядерные силы вступят в действие и произойдет синтез. Начавшись, процесс синтеза, как показывают расчеты, может дать такое количество теплоты, которое нужно для поддержания высокой температуры, необходимой для дальнейших слияний ядер, т. е. процесс будет идти непрерывно. При этом получается такой мощный источник тепловой энергии, что ее количество можно контролировать только количеством необходимого материала. В этом и состоит сущность проведения управляемой термоядерной реакции синтеза. [c.13]

Ядерный синтез представляется очень привлекательным источником энергии, поскольку легкие изотопы более распространены, а продукты ядерного синтеза, как правило, не радиоактивны. Поэтому такой процесс не должен приводить к столь сильному загрязнению окружающей среды, как ядерное деление. Однако его трудность заключается в том, что для преодоления отталкивания между ядрами необходима очень высокая энергия. Такая энергия достижима при сверхвысоких температурах. В связи с этим реакции ядерного синтеза получили название термоядерных реакций. Минимальная температура, необходимая для осуществления какого-либо ядерного синтеза, определяется условиями слияния ядер Н и Н в реакции [c.273]

Выделение энергии в ядерных реакциях сопровождается измеримой потерей массы, которая соответствует соотношению Эйнштейна ЛЕ = с Ат. Разность между массами ядра и нуклонов, из которых оно состоит, называется дефектом массы. По дефекту массы нуклида можно вычислить его энергию связи, т. е. энергию, требуемую для разделения ядра на индивидуальные нуклоны. Исследование энергий связи ядер в расчете на один нуклон показало, что выделение энергии может происходить при расщеплении тяжелых ядер (ядерное деление) и при слиянии легких ядер (ядерный синтез). [c.274]

Для осуществления ядерного синтеза требуются очень высокие температуры, поскольку для преодоления взаимного электростатического отталкивания реагирующие ядра должны обладать достаточно большой кинетической энергией. Пока что управляемый процесс ядерного синтеза не осуществлен. [c.275]

Изучение ядерных реакций открыло путь к практическому использованию внутриядерной энергии. Оказалось, что наибольшая энергия связи нуклонов в ядре (в расчете на один нуклон) отвечает элементам средней части периодической системы. Это означает, что как при распаде ядер тяжелых элементов на более легкие (реакции деления), так и при соединении ядер легких элементов в более тяжелые ядра (реакции термоядерного синтеза) должно выделяться большое количество энергии. [c.95]

Реакция ядерного синтеза также может служить источником энергии. Так, при образовании ядра атома гелия из ядер дейтерия и трития [c.96]

Интересно сопоставить изменение величин дефектов масс при увеличении атомного номера элемента и кривую кларков (см. рис. 11.1). Величина дефекта массы характеризует то количество энергии, которое выделяется при синтезе атомного ядра данного элемента из отдельных нуклонов — нейтронов и протонов. Как видно из рис. П.1, кривая дефектов масс имеет максимум в районе л<елеза, а у более тяжелых элементов дефект масс падает. В. И. Спицыным в 1938 г. было сформулировано следующее правило [1, с. 53] изменение величин кларков элементов с возрастанием атомных номеров в общем соответствует характеру изменений на кривой дефектов масс. Действительно, если наложить кривую кларков на кривую дефектов масс, то окажется, что обе эти кривые имеют сходный характер. Такое соответствие, несомненно, указывает на то обстоятельство, что более устойчивые элементы (больший дефект массы) имеют и большую распространенность (высокое значение кларка). [c.244]

Альфа-частицы, движущиеся со скоростью около 20000 км сек, обладают большой кинетической энергией. Если а-частица встречает на своем пути ядро какого-либо другого атома, то она может внедряться в это ядро. Получается новое неустойчивое ядро ( компаунд-ядро ), которое в следующий момент разрушается. Использование кинетической энергии а-частиц для синтеза новых ядер будет описано ниже (см. Ядерные реакции , стр. 61). [c.57]

Можно предположить, что первоначальная масса образовавшейся в нашем участке Галактики звезды превышала критическую (равную 1,44 массы Солнца), она оказалась неустойчивой. Под действием гравитационного притяжения протозвезда сжималась, ее температура повышалась, обеспечивая первые этапы ядерного синтеза. Выделяющаяся при этом энергия оказалась слишком велика, и поэтому через некоторое время происходил взрыв в виде Сверхновой, во время которого образовывались ядра самых тяжелых элементов масса звезды уменьшалась за счет выброса вещества. Весь этот процесс мог повторяться неоднократно до tex пор, пока масса центральной массивной звезды не опустилась ниже критического предела. Такая система должна иметь время жизни порядка 5 млрд лет, что соответствует возрасту Солнца и обеспечивает интервал времени, достаточный для химической, геологической и биологической эволюции, достигших современного уровня. [c.9]

Ядерные синтезы. На кривой зависимости энергии связи от массового числа (рис. 182) минимум приходится на элементы середины Периодической системы. Самые устойчивые ядра располагаются в интервале массовых чисел 40—85. В соответствии с этим можно ожидать, что экзотермический эффект ядерного превраще- [c.421]

Другое явление, в котором используется энергия связи ядер,— соединение синтез) ядер два очень легких ядра образуют одно ядро с большей массой и гораздо большей устойчивостью. При этом выделяется значительная энергия однако этот процесс требует очень высоких температур, порядка миллиона градусов. Достижение таких температур при использовании энергии, выделяющейся в процессе деления ядер, способствует соединению легких ядер. Прямым приложением этих реакций, называемых термоядерными , является водородная бомба. Схема процесса соединения ядер имеет следующий вид [c.46]

Процесс синтеза ядер также может сопровождаться высвобождением энергии. Из схемы для энергии связи видно, что при делении очень тяжелых ядер происходит превращение в энергию примерно 0,1% их массы. Еще большие доли массы очень легких ядер превращаются в энергию при их слиянии в более тяжелые ядра. Процесс 4Н—> Не, служащий основным источником энергии солнца, протекает с превращением 0,7% исходной массы в энергию. Аналогичная реакция между дейтроном и тритоном с образованием ядра гелия и нейтрона сопровождается превращением 0,4% массы в энергию [c.630]

К реакциям с высокими энергиями относятся реакции ядер. Эти реакции осуществляются путем бомбардировки мишени ускоренными многозарядными ядрами (бериллия, углерода, неона и др.). Реакции ядер оказались весьма удобными для синтеза заурановых элементов. [c.81]

На рис. 24.3 в графической форме приведены данные об энергиях связи ядерных частиц в атомах различных элементов. Примечательно, что энергия связи максимальна для элементов с порядковыми номерами, близкими к порядковому номеру железа. Элементы с порядковыми номерами от 12 до 40 имеют приблизительно такую же энергию связи, как железо. Энергия связи является мерой устойчивости атомных ядер элементов. Элементы с меньшими и с большими порядковыми номерами менее устойчивы и способны в результате ядерных превращений достигать большей устойчивости. Ядра атомов легких элементов достигают большей устойчивости при ядерном синтезе—процессе, при котором легкие ядра сливаются с образованием более тяжелых [c.428]

Ядерную энергию можно также получать в результате слияния ядер легких атомов в более крупные ядра для этого используются элементы, находящиеся на другом конце шкалы изменения ядерной энергии связи, такие, как водород, гелий или литий. Получение энергии в процессе ядерного синтеза иллюстрируют следующие реакции [c.436]

Для того чтобы началась реакция ядерного синтеза, необходимо достичь температуры порядка миллиона градусов. Поскольку единственным известным в настоящее время средством достижения таких температур являются реакции ядерного деления, для возбуждения реакции водородного синтеза используется атомная бомба, основанная на реакции деления. Это обстоятельство делает маловероятным проведение самоподдерживающейся цепной реакции ядерного синтеза (термоядерной реакции), управляемой подобно тому, как это осуществляется в ядерном реакторе для реакций деления . Предполагается, что энергия, вьщеляемая звездами и в их числе нашим Солнцем, образуется в результате реакций ядерного синтеза, аналогичных указанным выше реакциям. В зависимости от возраста и температуры звезды в таких реакциях могут принимать участие ядра углерода, кислорода и азота, а также изотопы водорода и гелия. [c.437]

Рассчитаем теперь энергию образования ядра атома гелия. Сумма масс двух протонов и двух нейтронов равна 4,0332 (теоретическая величина). Но действительная масса ядра атома гелия, как показывает масс-спектрометрический анализ, составляет величину 4,0017. Дефект массы, таким образом, ра- вен 0,0315. Умножая это значение на энергетический эквивалент х одного грамма массы, получаем й громадную величину — 693 млн р ккал. Таким образом, при ядер-ном синтезе гелия выделяется больше энергии, чем в рассмотренном выше примере синтеза л юмные номера дейтерия. В связи с этим большой интерес представляет изме- Рис. ПЛ. Кривая дсффекюв масс нение в ряду химических элементов величии дефектов масс, отра-, [c.211]

Тот же эффект используется и в случае, когда источником ядерной энергии служат ядра наиболее легких атомных ядер, соединяющихся 1в более тяжелое ядро. При таких ядерных реакциях выделяется особенно много энергии потому, что дефект масс тут наибольший (энергия связи для атомных ядер с 2>5 составляет 7,4—8,8 МэВ). Действительно, кривая дефектов масс показывает, что хотя атомные ядра всех элементов образуются с выделением энергии, больше всего энергии выделяется ири образовании элементов средней части периодической системы. Поэтому можно использовать атомную энергию, выделяющуюся при образавании более тяжелых атомных ядер из самых легких, а также при распаде атомных ядер тяжелых элементов. В первом случае происходит ядерный синтез, во втором — процесс деления тяжелых атомных ядер. [c.211]

Отношение Гп/Гю1 может быть рассчитано в рамках статистической теории при определённых предположениях о термодинамических свойствах нагретого ядра. Величина сгхп( х), характеризующая вероятность выживания продуктов испарения, резко уменьшается с ростом Ех (это равносильно увеличению числа каскадов испарения нейтронов). Ситуация усугубляется тем, что амплитуда оболочечной поправки, препятствующая делению ядра в основном состоянии, быстро уменьшается с увеличением энергии возбуждения ядра. Оба эти фактора ведут к экстремально малой вероятности выживания тяжёлых компаунд-ядер. По отношению к реакциям нейтронного захвата, ведущим к образованию актиноидов с сечением в десятки и сотни барн, сечение образования трансактиноидов в реакциях с тяжёлыми ионами составляет всего 10 -Ю барн и экспоненциально убывает при продвижении в область СТЭ. Однако, несмотря на столь низкие сечения, реакции с тяжёлыми ионами являются, по существу, единственным способом синтеза элементов с Z > 100. [c.47]

В связи с этим будут изыскиваться любые способы и средства как снижения стоимости производства ЗПГ, так и ликвидации разрыва между спросом и предложением на них. Если вопросы техники безопасности производства термоядерной энергии будут решены положительно (а это, кажется, уже вполне реально), с освоением энергии расщепления атомного ядра и тер.моядерного синтеза откроются новые перспективы. Таким образом, сочетание электроэнергии и тепла, получаемого из термоядерных источников, позволит интенсифицировать процесс получения водорода из угля и воды для целей энергетики и промышленности. К тому Ж8 тепло атомных реакторов можно будет использовать для покрытия дефицита тепла эндотер-мических процессов газификации угля или сырой нефти. [c.216]

ГОРЯЧИЕ АТОМЫ — атомы, возника-10щие в результате ядерных превращении. Они называются Г. а., т. к. их энергия соответствует энергии атомов, нагретых до миллионов градусов. Г. а. называют также атомами отдачи, поскольку они воспринимают кинетическую энергию отдачи материнского ядра. Благодаря высокой кинетической энергии, возбужденному электронному состоянию и высокому положительному заряду, Г. а. способны вступать в такие химические реакции, в которые обычные атомы не вступают. Г. а. все большее применение находят при синтезе меченых соединений. Перспективно использование реакций Г. а. в процессах синтеза аммиака, полимеризации, проведении реакций без катализатора и др. [c.80]

При взаимодействии свободных нуклонов, сопровождающемся образованием атомного ядра, выделяется энергия, в миллионы раз пре-. вышающая энергию экзотермических химических реакций. Масса ядер-ного нуклона (протона или нейтрона в атомном ядре) меньше массы свободного протона или нейтрона из-за выделения атомной энергии при ядерном синтезе и выражается дробным числом. В то же время число нуклонов (Л) в атомном ядре равно сумме числа нейтронов М) и протонов (Z) А=Ы+1, эта величина — всегда целое число. [c.210]

Деление атомных ядер и ядерный синтез. Ядерная энергетика. За рубежом в 1939 г. было показано, что уран, облученный нейтронами, испытывает необычное превращение делится на два осколка с атомной массой, примерно вдвое меньней, чем у урана. Одновременно наблюдается образование нескольких нейтронов. Этот новый тип ядерных превращений получил название деления. В этом же году советские ученые Петржак и Флеров доказали, что деление урана осуществляется не только при облучении нейтронами, но и самопроизвольно. Таким образом, для урана распад может идти одновременно по двум схемам, по типу а-распада и по типу деления. Последний процесс характеризуется большим периодом полураспада (10 лет) и поэтому в природном уране он осуществляется очень редко. Положение здесь аналогично химическим экзотермическим реакциям, которые могут протекать самопроизвольно, но с измеримой скоростью протекают лишь тогда, когда система получает необходимую энергию активации, позволяющую реагирующим частицам преодолеть потенциальный барьер. Для осуществления деления требуется также активация, например, за счет поглощения тяжелым ядром нейтрона. [c.419]

ВИННЫЙ характер, и ироисходит взрыв. Огромное количество материи рассеивается в космическом пространстве в Еиде межзвездного газа, который в дальнейшем служит материалом для образования звезд второго поколения. Область взрыва в теч( ние длительного времени является источником мошных космического и радиоизлучений. Взрыв и колоссальные ио мощности потоки нейтронов создают условия для синтеза самых тяжелых ядер с атомной массой более 250. Имеются данные о том, что ири взрыве некоторых звезд синтезируются ядра фермия и калифорния. Изотоп калифорния подвергается делению, и энергия его превышает энергию всех других изотопов тяжелых элементов, которые могли бы образоваться ири многократном захвате нейтронов другими ядрами в момент взрыва. [c.427]

Термоядерный синтез основан на соединении атомных ядер в более сложные. Обычно два очень легких ядра образуют одно ядро с большей массой и очень большой устойчивостью, Прн этом выделяется колоссальная энергия. Однако термоядерные реакции требуют очень высоких температур — порядка миллиона градусов. Достижение таких температур осуиц ствляется цепной реакцией деления j aU пли giiPii. На использопаиии этих реакций основана термоядерная (водородная) бомба. [c.69]

Синтез белка осуществляется в клетках, состоящих из ядра и окружающей его цитоплазмы. Живую клетку сравнивают иногда с автоматически регулируемым химическим предприятием, вырабатывающим большой ассортимент различных веществ. Как и на промышленном предприятии, в клетке установлен строгий порядок. В ней имеются различные цехи , производящие необходимые полупродукты и продукты из поступающего сырья. Для этого клетка разделена полупроницаемыми перегородками на множество мельчайших отсеков. Каждый из химических процессов в клетке протекает в специально предназначенном для него отсеке и катализируетсяспе-, цифическим ферментом. Так, напрнмер, описанные выше окислительные реакции, в результате которых клетка получает необходимую энергию, происходят в митохондриях (небольших частицах цитоплазмы). Биосинтез белка не является в этом отношении исключением. Подготовительные стадии сложного процесса биосинтеза происходят в разных участках клетки, а завершающая стадия сборки аминокислот на специальной матрице (шаблоне), обеспечивающей нужную их последовательность в белковой молекуле, осуществляется на поверхности мельчайших частиц цитоплазмы — рибосом. Для того чтобы эта завершающая стадия могла осуществиться, на рибосоме должна находиться соответствующая матрица, обеспечивающая сборку нужного белка, а также к рибосоме должны постоянно доставляться необходимые аминокислоты. Каждая из стадий сложного процесса биосинтеза белка катализируется определенным ферментом. [c.452]