branduolio fizika

Branduolio fizika

Branduolinė energija yra svarbus šiuolaikinio gyvenimo veiksnys: branduoliniai ginklai ne tik susiję su politika, bet ir kaip bauginanti šmėkla persekioja kiekvieną žmogų. Ir kai žmonija vis didėjantį energijos poreikį tenkina plėtodami branduolinę energetiką, radioaktyviomis atliekomis vis labiau teršiama mūsų planeta. Iš tikro gyvenimas Žemėje visada priklausė nuo branduolinės energijos: branduolių sintezė lemia Saulės energiją, radioaktyvieji procesai Žemės gelmėse įkaitina jos skystą branduolį ir daro įtaką Žemės plutos blokų judėjimui. Branduolinė energija išskiria branduolių radioaktyviojo skilimo, dalijimosi ir sintezės(jungimosi) metu.

Radioaktyvumas: jo atradimas ir kilmė
Radioaktyvumą atrado Antuanas Anri Bekerelis (1852-1908). Gavus radį paaiškėjo, kad radioaktyvųjų procesų metu išsiskiria be galo daug energijos. Radis skyla keliomis stadijomis; jam skylant 2 10 kartų daugiau energijos, negu sudegant tokiai pat masei akmens anglies. Atomo branduolio, susidedančio iš protonų (teigiamų dalelių) ir neutronų(neutralių dalelių), skersmuo yra apie 10 cm; neutrono masė beveik lygi protono masei. Tik vandenilio branduolys turi vieną protoną(be neutronų). Diduma elementų susidead iš izotopų, kurių branduoliai skiriasi neutronų skaičiumi, mišinio. Kurio nors izotopo branduolį sudarančių prrotonų ur neutronų skaičius rašomas cheminio simbolio kairėje viršuje, pavyzdžiui, He. Branduolinės energijos, išsiskiriančios skilimo metu, kiekis priklauso nuo konkretaus izotopo savybių. Pirmą kartą dirbtinai vieną branduolį kitu 1919 m. pavertė Ernestas Rezerfordas (1871-1937): He+ N – O+ H. Šis procesas vyksta taip: al

lfa dalelė (helio branduolys) ir azoto branduolys jungiasi ir virsta deguonies izotopu O bei protonu.

Kai masės spektrometrai- prietaisai, kuriais galima išmatuoti jonų ir branduolių mases, buvo ištoblinti, paaiškėjo, kad branduolių masė nėra lygi juos sudarančių protonų ir neutronų masei. Šis skirtumas pagal reliatyvistinę Einšteino formulę E=mc ir yra branduolinės energijos šaltinis. Šiuolaikinės teorijos atomo branduolio įvaizdis- skysčio lašas, susidedantis iš neutronų ir protonų. Kiekviena tokia sistema linkusi irti- t.y. įgyti mažesnės energijso būseną. Branduolio irimo į 2 beveik lygias dalis (rečiau į 3 ar 4 ) procesas vadinamas branduoloo dalijimusi. Jei branduolys spinduliuoja vieną ar daugiau dalelių- tai radioaktyvusis skilimas; kai du branduoliai susijungia, kalbama apie branduolių sintezę. Abu branduolaii yra teigiamai elektringi, dėl to sintezei sukelti reiškia vieną jų pagreitinti arba, pakėlus temperatūrą, pagreitinti brranduolius.

Branduolinės energijos gavimas
Pirmą kartą didelis branduolinės energijos kiekis buvo gautas, vykstant grandininei urano branduolių dalijimosi reakcijai. Kai urano izotopas U sugeria neutroną, urano branduolys suyra į dvi skeveldras, iš kurių išlekia dar 2-3 neutronai. Jei kitas U branduolys sugeria vidutiniškai 2 neutronus, procesas ekspotentiškai intensyvėja ir tampa nevaldomas.

Norint branduolinę energiją paversti elektros energija, reikia sulėtinti ir valdyti branduolų dalijimąsi; po to tam tikromis priemonėmis galima gauti šilumą. Branduolinis reaktorius yra savotiška “krosnis”. Tikimybė, jog U dalysis, sugerdamas neutroną, yra didelė, jei neutronas ju

uda palyginti lėtai (apie 2 km/s greičiu). Neutronai lėtinami tam tikromis medžiagomis- lėtikliais, kurių dedama į branduolinį reaktorių. Pagal lėtiklio medžiagą skiriama grafito, vandens ir sunkiojo vandens reaktoriai. Sunkiajame vandenyje vietoj lengvojo vandenilio yra jo izotopas- sunkusis vandenilis (deuteris). Sunkusis vanduo sugeria daug daugiau neutronų negu lengvasis.

Kad vyktų grandininė reakcija, reikia tam tikro branduolinio kuro kiekio. Jei reaktoriuje dėl sugėrimo ir pabėgimo neutronų lieka mažiau negu susidaro, tai reakcija nutrūksta. Ir atvirkščiai, jei neutronų susidaro daugiau nei jų netenkama, tai grandininis pracesas tolydžio stiprėja. Mažiausias branduolinio kuro kiekis, kuriam esant dar galima grandininė reakcija, vadinamas kritine mase. Branduolinio reaktoriaus normaliam darbui reikia pastovaus neutronų srauto. Reakcija valdoma neutronus sugeriančios medžiagos strypais, juos įkišant arba ištraukiant iš reaktoriaus aktyvosios zonos.

Dauginimo reaktoriai ir jų sandara
Įprasti reaktoriai gali veikti tik vartodami urano ( U) branduolinį kurą. U sudaro tik 0,7% gamtinio urano, o U- 99,3%. Urano izotopą U, apšaudžius jį neutronais, taip pat galima vartoti kaip branduolinį kurą. Tuomet U po radioaktyvojo skilimo virsta plutonu Pu. Plutonais, kaip ir U, tinka atominėmis bombomis.

Norint uraną paversti plutoniu, reikia pakeisti reaktoriaus konstrukciją. Įprastų reaktorių sandaros elementai gaminami iš medžiagų, kurios sugeria visus neutronus. Dauginimo reaktoriuose yra vidinis apvalkalas iš besidalijančios medžiagos, menkai sugeriančios neutronus, ir nėra lėtiklių, to

odėl neutronai beveik nesugeriami. Šį apvalkalą supa gamtinio urano sluoksnis; neutronai išlekia iš apvalkalo ir patekę į šį sluoksnį, U paverčia Pu. Jei reaktoriuje pagaminama daugiau besidalijančio kuro negu išeikvojama, tai toks reaktorius vadinamas dauginimo reaktoriumi (brideriu).

Leave a Comment