Урок 13. Атомная энергия 3.

Цель:
1) Познакомиться с типами ядерных реакций.
2) Научиться различать радиоактивный распад от синтеза.
Учебные вопросы:
1. Можно ли искуственно ращепить ядро?
2. Что происходит когда ращепляют атом урана?
3. Что такое цепная реакция?
4. Что такое обогащение?
5. Что такое замедлитель?
6. Что такое ядерный синтез?

Учебный вопрос № 1: Можно ли искуственно ращепить ядро?
В 1938 г. два немецких физика (Отто Ган и Фриц Штрассман) сделали замечательное открытие: при бомбардировке атомов урана нейтронами, они обнаружили, что некоторые ядра расщепляются на две равные части.
Возникает вопрос: почему именно нейтронами?
Нейтроны удобны для бомбардировки, потому что положительно заряженный протон отталкивался бы в электрических полях других протонов, а электроны не обладают достаточной массой для раскола ядра и отталкиваются электронной оболочкой атома. Было замечено, что медленно летящие нейтроны чаще чем быстрые попадают в ядра, но для нас эти скорости очень высоки: 2,2 км/с.

Учебный вопрос № 2: Что происходит когда ращепляют атом урана?

Распад ядра урана. Нам уже известно, что природный уран состоит из трёх изотопов: U-234, U-235, U-238. Из 1000 атомов урана 993 - это U-238, 7 - U-235, а содержанием U-234 можно пренебречь, оно ничтожно.
Медленные нейтроны расщепляют только U-235. Промежуточный изотоп U-236 распадается на ядра: бария-144, криптона-90 и два нейтрона.
В этом распаде было заключено мировое открытие; давшее миру ядерную бомбу и атомный реактор.

Суть открытия: суммарная масса осколков оказалась МЕНЬШЕ, чем суммарная масса исходного ядра и бомбардирующего нейтрона !!!

=> По формуле Энштейна ( E = mc² ) выделяется ОГРОМНОЕ количество энергии.
Пример: 1гр. U-235 содержит 23000 кВт х ч. Чтобы ращепить ядра U-238 необходимы очень быстрые нейтроны, т.к. медленные не расщепляют ядро, а образуют U-239; и уже этот изотоп, став после распада плутонием-239, может расщепляться медленными нейтронами.

Учебный вопрос № 3: Что такое цепная реакция?

Цепная реакция урана. В достаточно большом куске U-235 при бомбардировке его нейтронами освобождённые 2-3 нейтрона
(после распада первого ядра) раскалывают следующие ядра, высвобождая гигантские энергии.

Процесс распада вырастает лавинообразно и его называют цепной реакцией.
Для того, чтобы начался процесс распада ядер (самопроизвольный, как в атомной бомбе) нужна некая минимальная масса ядерного топлива, критическая масса. Для U-235 критическая масса равна 23 кг - это шарик диаметром 13 см.

Учебный вопрос № 4: Что такое обогащение?
В природном уране цепная реакция не может начаться, т.к. он более чем на 99% состоит из U-238,
а те нейтроны, что образуются при распаде (2-3 шт.) очень быстры, чтобы попасть в ядра редкого U-235 и расщепить их, и очень медленны, чтобы расщепить U-238.
Есть два пути запуска реакции:
а) повысить содержание U-235
б) замедлить освобождающиеся при распаде нейтроны.
Повышение содержания U-235 с 0,7% до 3% называют обогащением.

Учебный вопрос № 5: Что такое замедлитель?
Обогащённый до 3% топливный элемент сам по себе работать не будет,
т.к. образовавшиеся при распаде нейтроны обладают высокой скоростью и будут пролетать мимо ядер U-235
и захватываться ядрами U-238.
Однако есть вещества, способные замедлять нейтроны, их называют замедлителями (углерод, графит, вода, бериллий).

Учебный вопрос № 6: Что такое ядерный синтез?

Схема ядерного синтеза. Если заставить при колоссальном давлении и температуре слиться ядра дейтерия и трития, то в результате образуются ядра гелия и нейтрон, суммарная масса полученных элементов будет меньше исходной массы. Потерянная масса становится энергией. Это и есть ядерный синтез (Солнце).

Скачать урок можно здесь

Задание на дом:
учебник ОБЖ §9.3 стр. 122-133
Требования к учащимся по уровням знаний:
Уровень "3"(удовлетворительно): знать и понимать формулу А. Энштейна E = mc².
Уровень "4"(хорошо): знания уровня "3" + понимать суть критической массы и обогащения.
Уровень "5"(отлично): знания уровней "3", "4" + уметь объяснить реакцию радиоактивного распада и синтеза.