Атомная Энергетика

Открытие атома .

• Мысль о том, что все разнообразие веществ в природе состоит из мельчайших и невидимых глазу частиц, не поддающихся дальнейшему дроблению, приходила ещё в голову мудрецам Древнего Востока, Индии, Китая, Греции.
• «Атом»(греч.)- неделимый. ( Демокрит, 4 в. до н. э.)

Электрон.

• Открывателем электрона считают английского физика Дж. Дж. Томсона (1897г.; нобелевская премия 1906г).
• Точные первые измерения электрического заряда электрона провел в 1909 г. американский физик Роберт Милликен .

Первооткрыватель электрона .

- английский физик, основатель научной школы, член и президент Лондонского Королевского общества, иностранный член-корреспондент Петербургской АН и иностранный почетный член АН СССР. Директор Кавендишской лаборатории. Исследовал прохождение электрического тока через разреженные газы. Открыл (1897) электрон и определил (1898) его заряд. Предложил (1903) одну из первых моделей атома. Один из создателей электронной теории металлов. Нобелевская премия (1906).

ТОМСОН Джозеф Джон (1856-1940)

Первыми изучали внутреннюю структуру атома английский физик Э.Резерфорд и его студенты Э. Марсден и X . Гейгер.

«Теперь я знаю, как выглядит атом!»

Резерфорд, 1911 г.

— великий английский физик, уроженец Новой Зеландии. Своими экспериментальными открытиями Резерфорд заложил основы современного учения о строении атома и радиоактивности. Он первым исследовал состав излучения радиоактивных веществ. Резерфорд открыл атомное ядро и впервые осуществил искусственное превращение атомных ядер. Все поставленные им опыты носили фундаментальный характер, отличались исключительной простотой и ясностью.

Резерфорд Эрнест (1871 —1937)

Опыт Резерфорда (осуществленный в 1910—1911гг ): а) принципиальная схема установки; б) рассеяние -частиц атомными ядрами.

Объяснение результатов опыта:

• Т.к. большинство - частиц не изменяли траекторию своего движения, то это говорит о том, что атомы не сплошные, большой объём атомов представляет собой пустоту.
• Т.к. часть - частиц меняли траекторию своего движения, то это говорит о том, что в центре атома находится «нечто», имеющее массу, сравнимую с массой - частиц, и положительно заряженное – только при этих условиях это «нечто» могло изменить траекторию движения - частиц. Это «нечто» было названо ядром атома .

Квантовые постулаты Бора .

— великий датский физик. Создал первую квантовую теорию атома и затем принял самое активное участие в разработке основ квантовой механики. Наряду с этим Бор внес большой вклад в теорию атомного ядра и ядерных реакций. Он, в частности, развил теорию деления атомных ядер, в процессе которого выделяется огромная энергия. В Копенгагене Бор создал большую интернациональную школу физиков и много сделал для развития сотрудничества между физиками всего мира. Бор активно участвовал в борьбе против атомной угрозы человечеству.

Бор Нильс (1885—1962)

Постулаты :

• Первый постулат Бора гласит: атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Е n ; в стационарном состоянии атом не излучает.
• Согласно второму постулату Бора (правило частот) излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией E k в стационарное состояние с меньшей энергией Е n . Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний:
• Третий постулат Бора (правило квантования орбит) гласит: электроны могут двигаться вокруг ядра только по строго определенным орбитам, радиус которых определяется по формуле:

Обозначение ядер химического элемента .

Х – символ химического элемента в таблице Д.И.Менделеева.

А – массовое число (равно относительной атомной массе элемента в таблице Д.И.Менделеева).

Z – число протонов ( равно порядковому номеру элемента в таблице Д.И.Менделеева ) .

N – число нейтронов.

ПРИМЕР:

Ядро кремния, в состав которого входят 14 протонов и 14 нейтронов (28-14).

Изотопы.

Изос (греч.) – одинаковый;

Топос (греч.) – место.

• В 1911г. Ф. Садди предположил, что ядра с одинаковым числом протонов, но различным числом нейтронов, являются ядрами одного и того же химического элемента. Такие ядра он назвал ИЗОТОПАМИ .

Изотопы водорода .

• Легкий водород (в ядре 1 протон). При соединении с кислородом образуют обыкновенную воду, которая при нормальном атмосферном давлении кипит при 100 0 С и замерзает при 0 0 С.
• Тяжелый водород (в ядре 1 протон и 1 нейтрон). При соединении с кислородом образуют тяжелую воду, которая при нормальном атмосферном давлении кипит при 101,2 0 С и замерзает при 3,8 0 С.
• Сверхтяжелый водород (в ядре 1 протон и 2 нейтрона). Радиоактивен, излучает быстродвижущиеся - частицы. Период полураспада 12 лет.

Дефект масс.

Радиоактивность .

• Явление радиоактивности было случайно открыто в 1896г . французским ученым Беккрелем, обнаружившим самопроизвольное излучение ураном невидимых глазу лучей, действующие на фотопленку.
• Этим явлением заинтересовались французские ученые Пьер и Мария Кюри. Они обнаружили самопроизвольное излучение Тория, Полония и Радия.
• Радий давал очень сильное излучение, поэтому в честь него явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри РАДИОАКТИВНОСТЬЮ или РАДИАЦИОННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ .

Мария Кюри была первой женщиной, удостоенной в 1903 г. Нобелевской премии в области физики. По окончании Парижского университета Мария получила сразу два диплома: в 1893 г. она стала специалистом по естественным наукам, в 1894 г. — по химии. Кроме того, она, первая из женщин-исследователей, стала профессором Сорбонны, самого известного университета Франции. В 1911 г. она стала первым ученым, который получил вторую Нобелевскую премию (на этот раз в области химии). Работая в лаборатории вместе с мужем, она не получала жалованья. Ее имя поначалу исключили из списка кандидатур на первую Нобелевскую премию. Когда Марию Кюри представили ко второму награждению, аргументы ее противников, оспаривавших значительность ее вклада в науку, были исчерпаны.

Мария и Пьер Кюри

Лауреатами Нобелевской премии

в 1903 г. стали три человека.

Вместе с супругами Кюри премией был награжден француз, который открыл явление радиоактивности, обнаружив излучение солей урана.

Анри Беккерель

(1852-1908)

На многих фотографиях Мария Кюри запечатлена со своей старшей дочерью Ирен. Их объединял интерес к науке, и особенно к явлению радиоактивности. Мать и дочь и внешне были похожи: скромное платье, утомленное лицо и непослушные волосы. Эти женщины, подчинившие свою жизнь служению науке, были почти уничтожены ею — они обе умерли от тяжелой формы лейкемии, вызванной частым облучением.

В Первую мировую войну Мария и Ирен вместе работали над реализацией проекта — создания мобильной рентгенологической службы — бригады машин, которые перевозили по фронтам рентгеновские установки. В 1935 г. Ирен вместе с мужем Фредериком Жолио была удостоена Нобелевской премии в области физики, так же как когда-то ее родители.

Виды радиоактивного излучения .

83 или массовым числом А 209, которые могут спонтанно распадаться. " width="640"

Виды радиоактивности .

• Устойчивыми, стабильными являются лишь атомные ядра с энергией связи нуклонов, большей суммарной энергии связи нуклонов в продуктах распада.
• Различают естественную и искусственную радиоактивность.
• Естественная радиоактивность — радиоактивность, наблюдаемая у неустойчивых изотопов, существующих в природе.
• Искусственная радиоактивность — радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях.
• Нестабильными радиоактивными являются тяжелые ядра с зарядовым числом Z 83 или массовым числом А 209, которые могут спонтанно распадаться.

Закон радиоактивного распада .

N

N 0

N - число не распавшихся ядер через время t ;

N 0 - начальное число не распавшихся ядер;

t – время;

Т – период полураспада.

t , ч (сутки, года)

Радиоактивный распад — радиоактивное (самопроизвольное) превращение исходного (материнского) ядра в новые (дочерние) ядра.

Причиной радиоактивного распада является нарушение баланса между числом Z протонов в ядре и числом N нейтронов в ядре. Ядра, содержащие избыточное число протонов, освобождаются от этого избытка в результате альфа-распада.

Процесс деления ядра : а)взаимодействие нейтрона с ядром; б)захват нейтрона ядром; в)колебание возбужденного ядра; г)образование осколков деления

Ценная реакция деления ядер урана

Показать

видеоролик

Ядерный реактор.

Для стабильной цепной ядерной реакции, необходимо создать условия, в которых при делении ядра, поглотившего один нейтрон, будет выделяться частица, необходимая для деления следующего ядра. Устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер, называется ядерным реактором.

Вклад источников ионизирующего излучения в радиационной фон.

Ядерной бомбой

Современный вид оружия, обладающий огромной разрушительной силой, в котором взрыв происходит  под действием энергии, выделяющейся при делении ядер атома. Помимо действия сильнейшей ударной волны, которая образуется при взрыве, поражающим действием является радиоактивное заражение местности в районе взрыва, которое сохраняется в течение нескольких лет.

ФАКТЫ:

• Для создания ядерных бомб применяются изотопы урана и плутония. В настоящее время в основном используется взрывная имплозией. Эта схема заключается в подрыве ядра атома при помощи зарядов взрывчатки располагающихся вокруг него.
• Первая ядерная бомба была применена в самом конце Второй мировой войны. 6 августа 1945 года американский бомбардировщик «В-29» сбросил первую атомную бомбу на город Хиросима расположенный на острове Хонсю, а 9 августа вторая была сброшена на город Нагасаки. В результате этих двух взрывов погибло несколько сот тысяч человек. Через 4 года появилась ядерная бомба в СССР.
• В настоящее время официально ядерное оружие имеют: США (1945), Россия (1949), Великобритания (1952), Франция (1960), Китай (1964), Индия (1974), Пакистан (1998) и КНДР (2006).