0 просмотров

Деление и синтез

В центре каждого атома находится ядро. Это ядро ​​атома, составляющее более 99% массы атома. Он состоит из нейтронов и протонов, которые удерживаются вместе сильным ядерным взаимодействием. Более тяжелые атомы состоят из более тяжелых ядер, то есть протонов и нейтронов больше. Эти крошечные компоненты ответственны за некоторые из самых энергичных (и разрушительных) реакций, происходящих на Земле. С тех пор, как люди узнали, что ядра могут быть разделены или слиты, нам стало любопытно понять энергии, участвующие в этих реакциях. В этой статье мы обсудим расщепление и объединение ядер, также известное как деление а также слияние соответственно.

Значение деления и синтеза

Атомы меньшего размера могут иногда объединяться, образуя более тяжелые атомы, когда их ядра сталкиваются и сливаются. Этот процесс известен как термоядерная реакция, при котором выделяется энергия. Более тяжелые ядра также могут быть расщеплены в процессе, называемом ядерное деление, который производит меньшие ядра и некоторую энергию.

Реакции ядерного деления

Некоторые тяжелые атомы нестабильны и поддерживают стабильность, испуская радиоактивные частицы, такие как альфа- и бета-частицы. Этот процесс происходит спонтанно и хаотично. Большие ядра также могут стать более стабильными, разделившись на два меньших ядра. Этот процесс известен как ядерное деление и не является случайным. Чтобы произошло расщепление, требуется, чтобы нейтрон столкнулся с тяжелым ядром.После столкновения нейтрона с ядром ядро ​​становится нестабильным. Затем ядро ​​разделяется на два меньших ядра одинакового размера и при этом высвобождает два или три нейтрона вместе с большим количеством энергии в виде гамма-лучей. Меньшие ядра, известные как продукты деления, обычно также нестабильны и могут высвобождать альфа- или бета-частицы для достижения стабильности. Часть высвобождаемой энергии находится в виде кинетическая энергия продуктов деления. Пример ниже показывает, как происходит деление.

Статья в тему:  Какое самое мощное ядерное оружие на сегодняшний день

На рисунке ниже показан пример деления урана-235 на барий-139 и криптон-95.

Диаграмма деления и синтеза деления StudySmarter

Ядро урана-235 сталкивается с нейтроном и распадается на барий-139 и криптон-95. В процессе высвобождается два нейтрона вместе с энергией 200 МэВ, Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0.

Нейтрон попадает в стабильное ядро ​​урана-235, что на мгновение делает его нестабильным. Затем он распадается на барий-139 и криптон-95, которые являются меньшими ядрами. Два нейтрона высвобождаются в процессе andof энергии (это эквивалентно). Ядра бария и криптона могут подвергаться альфа- и бета-распаду и образовывать еще более мелкие ядра. Все продукты деления (барий, криптон и ядра) обладают некоторой кинетической энергией после того, как произошло деление.

Схема ядерного деления

Движущиеся нейтроны ответственны за возникновение деления, а продукты деления включают нейтроны с кинетической энергией. Эти произведенные нейтроны могут быть использованы для дальнейшего ядерного деления. Этот процесс называется ядерным цепная реакция. В приведенном выше примере показано, что уран-235 подвергается делению с образованием бария-139 и криптона-95 и двух нейтронов. Эти два нейтрона могут вызвать деление еще двух ядер урана с образованием четырех нейтронов, которые могут вызвать четыре деления. Таким образом, число делений со временем будет расти экспоненциально. Это называется неконтролируемая цепная реакция и может высвободить огромное количество энергии за короткий промежуток времени. Именно этот принцип был использован при создании атомной бомбы. Даже небольшое количество расщепляющегося урана может уничтожить целый город.

Статья в тему:  Что значит стать ядерным

Если бы мы могли контролировать количество нейтронов-продуктов, используемых для инициирования дальнейших делений, мы могли бы контролировать общее количество высвобождаемой энергии. Если для деления одного ядра используется только один нейтрон-продукт, то цепная реакция находится под контролем. Так создаются ядерные реакторы деления с использованием урана. На приведенной ниже диаграмме деления показана неконтролируемая цепная реакция, которая могла бы возникнуть при делении урана-236.

Схема деления и синтеза неконтролируемой цепной реакции StudySmarter

Уран-236 подвергается делению с образованием бария-144 и криптона-89. Затем два произведенных нейтрона используются для деления еще двух ядер урана-236. Процесс продолжается в виде неконтролируемой цепной реакции, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0.

Пример ядерного деления

Мы должны сначала вспомнить, что символ для любого нейтрального атома записывается следующим образом:

где атомный номер представляет собой количество протонов в ядре этого атома, а массовое число представляет собой количество протонов и нейтронов в ядре. Теперь, если мы рассмотрим предыдущий пример расщепления урана-235 на барий-139 и криптон-95, мы можем написать уравнение реакции, представляющее баланс реагентов и продуктов. Это называется ядерным уравнением, и уравнение для описанного примера выглядит следующим образом. масса а также атомные номера обе части ядерного уравнения должны остаток средств чтобы произошла ядерная реакция. Обратите внимание, что это уравнение содержит стрелку, направленную вправо, а не символ равенства.

Реагенты указаны слева от этой стрелки, а продукты — справа. Атомные и массовые числа по обе стороны этого уравнения уравновешиваются, а это означает, что деление действительно может происходить таким образом.В приведенном ниже примере показано, как можно записать другое ядерное уравнение.

Статья в тему:  Как ядерная энергия влияет на изменение климата

может поглотить нейтрон и подвергнуться ядерному делению с образованием и трех нейтронов. Напишите ядерное уравнение этой реакции деления.

Ядерное уравнение должно содержать все реагенты и продукты, и мы должны убедиться, что массовые числа и атомные числа сбалансированы по обе стороны уравнения. Мы можем написать уравнение как

что является правильным сбалансированным уравнением для этой реакции деления. Давайте проверим, что это сбалансированное уравнение, сравнив атомные номера в левой (левой) и правой части (правой) части уравнения.

Оба атомных номера равны 92, так что они действительно сбалансированы. Давайте проверим массовые числа дальше:

Массовые числа также уравновешиваются, что является следствием сохранения массы.

Реакции ядерного синтеза

Если два легких ядра сливаются, они могут образовать одно более тяжелое ядро ​​и при этом высвободить энергию. Это известно как ядерный синтез. Взаимодействие требует значительных затрат энергии. Ядерный синтез происходит в звездах, таких как Солнце, и является основным источником их энергии. Температура и давление на звездах достаточно велики, чтобы два атома водорода (по два протона в каждом) слились в ядро ​​гелия (два протона и два нейтрона). При этом два протона превращаются в нейтроны. Масса ядра гелия меньше массы атомов водорода, слившихся в него, поэтому оставшаяся часть массы высвобождается в виде энергии после реакции синтеза. Ядерный синтез не создает радиоактивных продуктов, и это делает его хорошим кандидатом в качестве источника чистой энергии в будущем.

Статья в тему:  Что лучше всего описывает, что образуется при ядерном синтезе

Схема ядерного синтеза

Диаграмма синтеза ниже представляет собой синтез двух изотопов водорода; дейтерия и трития. В результате этого синтеза образуется гелий вместе с нейтроном с кинетической энергией и значительным количеством энергии в виде тепла.

Деление и синтез Диаграмма реакции синтеза StudySmarter

Диаграмма, показывающая слияние двух изотопов водорода; дейтерий и тритий, которые сливаются с образованием гелия.В процессе выделяется нейтрон вместе со значительным количеством энергии, Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0.

Пример ядерного синтеза

Давайте рассмотрим рисунок выше и попытаемся написать и сбалансировать ядерное уравнение для реакции.

Для синтеза дейтерия и трития выше мы можем написать ядерное уравнение следующим образом:

Давайте сначала проверим, что атомные номера уравновешиваются по обе стороны этого уравнения.

Оба атомных номера равны 2, так что теперь мы можем проверить массовые числа.

Массовое число равно 5 по обе стороны этого уравнения, поэтому существует баланс. Эта реакция синтеза действительно может произойти.

Различия и сходства между делением и синтезом

В следующей таблице приведены некоторые различия и сходства между ядерным делением и ядерным синтезом.

Различия между делением и синтезом
Сходства между делением и синтезом
Деление — это расщепление ядер, а слияние — слияние ядер.
Деление и синтез — это ядерные процессы, в которых участвует взаимодействие атомных ядер.
В делении обычно участвуют большие ядра, тогда как в синтезе участвуют ядра меньшего размера.
В реакциях деления и синтеза выделяется энергия.
При делении есть радиоактивные продукты, а при синтезе нет.
В качестве источников энергии можно использовать как деление, так и синтез.

Статья в тему:  Центр вселенной Талса как это работает

Fission and Fusion — ключевые выводы

  • Ядерное деление происходит, когда большие нестабильные ядра расщепляются на два меньших ядра (продукты деления).
  • Два или три нейтрона также производятся ядерным делением вместе со значительным количеством энергии.
  • Процесс начинается, когда движущийся нейтрон сталкивается с ядром, что делает его нестабильным.
  • Продукты деления также могут быть нестабильными и распадаться с испусканием альфа- или бета-частиц.
  • Продукты деления после реакции приобретают кинетическую энергию.
  • Высвобожденные нейтроны могут инициировать дальнейшие деления в процессе, называемом цепной реакцией.
  • Неконтролируемые цепные реакции инициируют реакции деления с экспоненциальной скоростью.
  • Управляемые цепные реакции происходят, когда реакция деления инициирует только одну другую реакцию.
  • Атомные электростанции используют управляемые реакции деления для выработки электроэнергии.
  • Стержни управления бором используются в ядерных реакторах деления для контроля скорости реакций деления.
  • Ядерные уравнения могут использоваться для описания реакций деления.
  • Ядерный синтез происходит, когда легкие ядра сливаются в одно более тяжелое ядро.
  • Для начала синтеза требуется значительное количество энергии.
  • Слияние происходит в звездах, когда водород превращается в гелий из-за высоких температур и давлений.
  • Fusion является кандидатом для производства экологически чистой энергии.

Часто задаваемые вопросы о делении и синтезе

Что такое деление и синтез?

Атомы меньшего размера могут иногда объединяться, образуя более тяжелые атомы, когда их ядра сталкиваются и сливаются. Этот процесс известен как ядерный синтез, во время которого высвобождается энергия. Более тяжелые ядра также могут быть расщеплены в процессе, называемом ядерным делением, в результате которого образуются более мелкие ядра и некоторое количество энергии.

Статья в тему:  Какое химическое воздействие оказывает глобальное потепление на окружающую среду

Что является примером деления и синтеза?

Уран-235 может делиться и производить барий-139, криптон-95 и энергию. Дейтерий и тритий могут сливаться с образованием гелия, нейтрона и энергии.

В чем разница между делением и синтезом?

Деление — это расщепление ядер, а слияние — слияние ядер. В делении обычно участвуют большие ядра, тогда как в синтезе участвуют ядра меньшего размера. При делении есть радиоактивные продукты, а при синтезе нет.

Что мощнее: деление или синтез?

Типичная реакция синтеза производит больше энергии, чем типичная реакция деления.

Почему термоядерный синтез невозможен на Земле?

На Земле термоядерный синтез невозможен, просто трудно достичь энергии и температуры, необходимых для инициирования термоядерных реакций на Земле. В мире есть много термоядерных реакторов, которые часто проводят термоядерные реакции при температурах, намного превышающих температуру на поверхности Солнца!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector