Деление ядер урана

В. И. Вернадский, указал на значение основополагающих исследований по ядерной

физике и не поскупился на предостережения. Уже недалеко то время, предупреждал ученый, когда человек получит в руки энергию атома, такой источник энергии, который даст ему возможность построить свою жизнь так, как он пожелает. Это может произойти либо в ближайшие годы, либо через сто лет. Верно только то, что так будет. Использует ли человек эту силу для добра или для самоуничтожения? Созрел ли он для использования этой силы, которую ему непременно передаст наука?

Историческая справка
Владимир Иванович Вернадский (28 февраля (12 марта) 1863, Санкт-Петербург — 6 января 1945, Москва) — выдающийся русский учёный XX века, естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель; создатель многих научных школ. Один из представителей русского космизма.
В круг его интересов входили геология и кристаллография, минералогия и геохимия, организаторская деятельность в науке и общественная деятельность, радиогеология и биология, биогеохимия и философия. Лауреат Сталинской премии I степени.

деления урана. Некоторые надежды пробудила обзорная статья, опубликованная в "Натурвиссеншафтен"

9 июня 1939 года: "Можно ли использовать в технике энергию, заключенную в ядрах атомов?" Автором обзора был физик Зигфрид Флюгге, ассистент института Отто Хана. Флюгге рассчитал, исходя из энергии, выделяющейся при делении ядра, что 1 м3 оксида урана должно хватить, чтобы поднять 1 км3 воды массой в 109 т на высоту 27 км. Физик описал также, что именно необходимо, по представлениям того времени, для создания "урановой машины", вырабатывающей энергию.

Благодаря переписке с профессором Ханом, Лиза Мейтнер была первой из посторонних информирована о делении урана. Об этом еще не знали даже физики из института Отто Хана, а Лиза Мейтнер уже размышляла о необычном ядерном эффекте. Эту проблему она обсуждала со своим племянником, Отто Робертом Фришем. Фриш, эмигрант, как и Лиза Мейтнер, начал работать в институте Нильса Бора в Копенгагене. Исследователи первыми дали физическое толкование эффекта, открытого Ханом и Штрасманом, и указали, что такое "разваливание" на два близких по величине осколка энергетически возможно:
U + n = Ва + Kr

В конце 1938 г. немецкие учёные Отто Ган и Фриц Штрассманн сообщили, что при облучении урана медленными нейтронами ядра урана «раскалываются» на несколько частей.

физике, на которую был приглашен и Бор. 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.

30 января 1939 года под крупным заголовком "Огромная энергия, высвобожденная атомом урана" газета "Нью-Йорк таймс" сообщила об удачных повторных экспериментах американцев: "Деление атома урана на две части, из которых каждая представляет собой гигантское атомарное пушечное ядро с огромной энергией в 100 000 000 электронвольт ,- это величайшая энергия атома, которая когда-либо высвобождалась человеком".

Германии, Австрии - в 1939 году ухватились за деление урана,

открытое Ханом и Штрасманом. В течение одного года появилось более ста научных публикаций по теме "Nuclear Fission". Пожалуй, никогда еще новое открытие не было так быстро и основательно обработано, перепроверено и истолковано. Накопилась уйма экспериментального и теоретического материала.

Советские физики Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон первыми дали математический расчет цепной реакции урана. Их коллега Я. И. Френкель сформулировал - независимо от Мейтнер, Фриша, Бора и Уилера - теорию распада урана. Наконец, в июне 1940 года Г. Н. Флеров и К. А. Петржак обнаружили, что атомы урана распадаются не только под действием нейтронов, но также и самопроизвольно, без внешнего воздействия.

Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон дают интервью

Я. И. Френкель

две приблизительно равные части (реакция деления тяжелых ядер). Образовавшиеся части

называются осколками деления. Неустойчивость тяжелых ядер обусловлена взаимным отталкиванием большого числа протонов, находящихся в ядрах.

Деление тяжелого ядра на два осколка сопровождается выделением энергии порядка 1 МэВ на каждый нуклон. Это следует из того, что удельная энергия связи для ядер средней массы составляет примерно 8,7 МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6 МэВ. Например, при делении ядра урана , содержащего 238 нуклонов, выделяется энергия порядка 200 МэВ.

 

2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут

попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией.

Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рисунке

отношение числа нейтронов, возникающих в некотором звене реакции, к числу таких нейтронов

в предшествующем звене.

Необходимое условие развития цепной реакции: k>1. Такая реакция называется развивающаяся реакция. При k=1 идет самоподдерживающаяся реакция. При k<1 идет затухающая реакция.

Коэффициент размножения зависит от природы делящегося вещества, а для данного изотопа — от его количества, а также размеров и формы активной зоны —пространства, где происходит цепная реакция.

Минимальные размеры активной зоны, при которых возможно осуществление цепной реакции, называется критическими размерами.

Минимальная масса делящегося вещества, находящегося в системе критических размеров, необходимая для осуществления цепной реакции, называется критической массой.

только тогда, когда масса урана превосходит критическую массу. В небольших

кусках урана большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают наружу. Для чистого урана-235 критическая масса составляет около 50 кг.

Критическую массу урана можно во много раз уменьшить, если использовать так называемые замедлители нейтронов. Дело в том, что нейтроны, рождающиеся при распаде ядер урана, имеют слишком большие скорости, а вероятность захвата медленных нейтронов ядрами урана-235 в сотни раз больше, чем быстрых. Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода D2O. Обычная вода при взаимодействии с нейтронами сама превращается в тяжелую воду.

Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из бериллия, которая отражает нейтроны, позволяет снизить критическую массу до 250 г.

реакция возникает при быстром соединении двух кусков урана-235, каждый из

которых имеет массу несколько ниже критической.

Управляемые цепные реакции осуществляются в ядерных реакторах.

Цепные реакции делятся

Критическая масса
Летит нейтрон по трассе, В реакции цепной, Критическая масса, И будет взрыв большой!

реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором. Схема ядерного реактора

на медленных нейтронах приведена на рисунке

под руководством Э. Ферми.

под руководством И. В. Курчатова.
Первая в мире атомная электростанция была построена

в 1954 г. в г. Обнинске. За ее соз­дание Д. И. Блохинцев, Н. А. Доллежаль, А. К. Красин и В. А. Малых были награждены Ленинской премией. Пуск в действие этой электростанции доказал всему человечеству, что «атом может быть мирным». После этого АЭС стали строить в Англии (1956 г.), США (1957 г.), Франции, Италии и других странах

кораблях атомного флота. Во второй половине 50-х гг. сначала в

США, а затем и у нас в стране были построены атомные подводные лодки. В 1957 г. был спущен на воду атомный ледокол «Ленин» — первое мирное судно с ядерной силовой уста­новкой на борту. Впоследствии у нас в стране было создано еще несколько аналогичных ледоколов. В 60—70-е гг. атомные суда невоенного назначения стали создавать в США («Саванна»), ФРГ («Отто Ган») и Японии («Муцу»).

Земле залегают и нефть, и уран, В баллонах находится жидкий пропан. Энергия

солнца, энергия ветра, Нужна нам сегодня, нужна нам и завтра, Сжигаем мы уголь, солярку и газ, На свете не сыщешь прожорливей нас! А море так щедро нам дарит приливы, Учёный для поиска ищет мотивы, Успеха он требует здесь и сейчас, Энергия Космоса скрыта от нас!