Часы-браслет Pandora    + серьги Dior

Часы-браслет Pandora + серьги Dior

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

Заказать диплом

 Cкачать контрольную

Cкачать контрольную

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Физика атома Цепная ядерная реакция деления Проблемы развития атомной энергетики Биологическое действие ионизирующих излучений Изучение космического излучения Квантовая механика Классификация элементарных частиц.

Проблемы развития атомной энергетики.

При использовании энергии ядер в мирных целях возникают определенные проблемы. Первая заключается в необходимости защиты людей, обслуживающих ядерные энергетические установки, от вредного действия гамма – излучения и потоков нейтронов, возникающих при осуществлении ядерной реакции в активной зоне реактора. Для обеспечения полной безопасности людей, работающих на атомной электростанции или на судах с ядерной энергетической установкой, ядерный реактор окружают толстым слоем материалов, хорошо поглощающих гамма-излучение и нейтроны. Вторая проблема связана с тем, что при работе реактора  в его активной зоне накапливается большое количество радиоактивных шлаков, которые могут исказить нормальный режим работы и привести к выбросу шлаков из реактора. Например, после аварии на Три–Майл-Айленд (США) и на Чернобыльской АЭС произошло сильное радиоактивное заражение обширных территорий, с них пришлось эвакуировать сотни тысяч жителей и эти территории на несколько десятков лет выпали из хозяйственного оборота. Последствия этих катастроф будут сказываться еще в течение десятков и даже сотен лет, так как некоторые ядра шлаков (радионуклиды - стронций, плутоний и др.) имеют большие периоды полураспада. Третья проблема заключается в необходимости надежного захоронения радиоактивного шлака в специальных хранилищах, где они могут находится десятки и сотни лет, пока они не перестанут быть радиоактивными. Проникновение их в окружающую среду может оказать необратимое отрицательное воздействие на природу и людей.

Несмотря на ряд опасностей, связанных с работой реакторов, ядерная энергетика бурно развивается во всем мире главным образом из-за того, что возможности дальнейшего развития гидроэнергетики близки к полному исчерпанию, а также быстро убывают запасы углеводородного горючего. Масштаб добычи и расходования ископаемых энергоресурсов, металлов, потребления воды, воздуха для производства необходимого человечеству количества энергии огромен, а запасы ресурсов, увы, ограничены. Особенно остро стоит проблема быстрого исчерпания запасов органических природных энергоресурсов. Легко оценить, что органические ископаемые ресурсы, даже если учесть вероятное замедление темпов роста энергопотребления, будут в значительной мере израсходованы в будущем веке. Открытие деления тяжелых ядер при захвате нейтронов, сделавшее наш век атомным, прибавило к запасам энергетического ископаемого топлива существенный клад ядерного горючего. Запасы урана в земной коре оцениваются огромной цифрой 1014 тонн. Однако основная масса этого богатства находится в рассеянном состоянии - в гранитах, базальтах, воде; в водах мирового океана количество урана достигает 4×109 тонн. Богатых месторождений урана, где добыча была бы недорога, известно сравнительно немного, поэтому массу ресурсов урана, которую можно добыть при современной технологии и при умеренных ценах, оценивают в 108 тонн. Ежегодные потребности в уране составляют, по современным оценкам, 104 тонн естественного урана.

Что касается экологической безопасности, необходимо отметить, что при сжигании угля и нефти, ежегодно образуется до 400 млн.т. сернистого газа и окислов азота, т.е. около 70 кг вредных веществ на каждого жителя земли в год. Использование атомной энергетики снимает остроту этой проблемы, так как 1 кг природного урана заменяет 20 т угля и при этом степень ее влияния на окружающую среду очень мала. Атомные электростанции не загрязняют атмосферу дымом и пылью, не требуют создания крупных водохранилищ, занимающих большие площади плодородных земель. Атомная энергетика не потребляет кислорода и имеет ничтожное количество выбросов при нормальной эксплуатации. Если атомная энергетика заменит обычную энергетику, то возможности возникновения "парника" с тяжелыми экологическими последствиями глобального потепления будут устранены.

Чрезвычайно важным обстоятельством является также тот факт, что атомная энергетика не создаст особых транспортных проблем, поскольку требует ничтожных транспортных расходов, что освобождает от бремени постоянных перевозок огромных количеств органического топлива.

Очевидно, что без ядерной энергетики человечеству не обойтись. Поэтому в настоящее время проводятся интенсивные исследования с целью повышения безопасности реакторов, усиления средств защиты, в частности от ошибочных действий персонала, наряду с этим прорабатывается идея создания реакторов с внутренне присущей им безопасностью.

Управляемая реакция термоядерного синтеза.

Возможное решение множества проблем, связанных с производством безопасной и неограниченной по количеству ядерной энергии, заключается в использовании ядерной реакции синтеза. Из графика рис. 17 для удельной энергии связи ядер видно, что энергия может освобождается не только в реакциях деления тяжелых ядер, но и при соединении легких атомных ядер. Для соединения одноименно заряженных протонов необходимо преодолеть кулоновские силы отталкивания. Это возможно при достаточно больших скоростях столкновения частиц, т.е. при температуре порядка 107 – 108 К. Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в недрах Солнца и звезд. На земле термоядерная реакция синтеза осуществляется при термоядерных взрывах. Синтез гелия из легкого изотопа водорода происходит при температуре около 108 К, а для синтеза гелия из тяжелых изотопов водорода, дейтерия и трития требуется нагревание плазмы примерно до 5∙107 К. Возможные реакции:

  .

При синтезе 1 г гелия из дейтерия и трития выделяется энергия 4,2 1011 Дж. Такая энергия выделяется при сжигании 10 т дизельного топлива. Запасы водорода на Земле практически неисчерпаемы, кроме того, на Луне обнаружены большие запасы изотопа гелия, который тоже может быть использован в подобных реакциях, поэтому использование энергии термоядерного синтеза в мирных целях является одной из важнейших задач современной науки и техники. Управляемую термоядерную реакцию синтеза гелия из тяжелых изотопов водорода предполагается осуществить, нагревая исходное вещество в состоянии плазмы путем пропускания через нее электрического тока. Для удержания нагретой плазмы от соприкосновения со стенками камеры А.Д.Сахаров и И.Е.Тамм предложили использовать магнитные поля особой конфигурации. На экспериментальной установке «Токамак» российским физикам удалось нагреть плазму до температуры 1,3·107 К.

Второй возможный путь – нагревание водорода с помощью лазерного излучения. Для этого пучки от нескольких мощных лазеров должны быть сфокусированы на стеклянном шарике, внутри которого заключена смесь тяжелых изотопов дейтерия и трития. В экспериментах на лазерных установках уже получена плазма с температурой в несколько десятков миллионов градусов Кельвина.

Свойства и характеристики радиоактивных излучений.

Частицы, возникающие при радиоактивном распаде, попадая в вещество, сталкиваются с электронами атомов. В результате такого взаимодействия атом получает дополнительную энергию, при этом электрон переходит на один из удаленных от ядра энергетических уровней или совсем покидает атом. В первом случае происходит возбуждение атома и дальнейшее излучение рентгеновского излучения, во втором – ионизация атома. За счет этого энергия частицы уменьшается, она тормозится в веществе и останавливается. Длина пробега частицы зависит от ее заряда, массы, начальной энергии, а также от свойств среды, в которой частица движется. Пробег увеличивается с возрастанием начальной энергии, медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами более эффективно и быстрее растрачивают имеющуюся у них энергию.

Проникающую способность частиц обычно характеризуют минимальной толщиной слоя вещества, полностью их останавливающего. Например, от потока бета частиц с энергией 2МэВ, полностью защищает слой алюминия толщиной 3,5 мм. Альфа – частицы обладают большими размерами, чем бета – частицы, поэтому они чаще сталкиваются с атомами и быстрее теряют свою энергию, пробеги альфа – частиц в веществе очень малы. Например, у альфа‑частицы с энергией 4 МэВ длина пробега в воздухе примерно 2,5см, в воде или в мягких тканях животных и человека – сотые доли миллиметра. Благодаря небольшой проникающей способности альфа- и бета-излучения обычно не представляют большой опасности при внешнем облучении. Плотная одежда может поглотить значительную часть бета – частиц и совсем не пропускает альфа – частицы. Однако при попадании радиоактивных веществ внутрь человеческого организма с пищей, водой и воздухом, альфа- и бета-излучения могут причинить человеку серьезный вред.

Кроме альфа- и бета-излучения, сильное воздействие оказывают нейтроны, которые, вследствие отсутствия у них электрического заряда, при движении в веществе не взаимодействуют с электронными оболочками атомов и проникают глубоко в вещество. При прямом столкновении нейтронов с ядрами атомов они могут выбивать заряженные частицы, которые ионизируют и возбуждают атомы среды.

Гамма–кванты взаимодействуют в основном с электронными оболочками атомов, передавая часть своей энергии электронам, в результате чего наблюдаются явление фотоэффекта, эффект Комптона. Возникающие быстрые электроны производят ионизацию атомов среды. Пути пробега гамма–квантов и нейтронов в воздухе измеряются сотнями метров, в твердом веществе – десятками сантиметров и даже метрами. Потоки гамма–квантов и нейтронов – наиболее проникающие виды ионизирующих излучений, поэтому при внешнем облучении они представляют для человека наибольшую опасность.

Проникающая способность радиоактивного излучения увеличивается с ростом энергии и уменьшается с увеличением плотности вещества. В таблице приведены в качестве примера значения толщины слоев воды, бетона и свинца, ослабляющих потоки гамма – излучения различной энергии в десять раз.

Таблица проникающей способности гамма – излучения

Энергия гамма – квантов, МэВ

Толщина слоя вещества, ослабляющего поток гамма – излучения в десять раз, см

Вода

Бетон

Свинец

0,5

5,0

24

76

12

36

1,3

4,7

 

Универсальной мерой воздействия любого вида излучения на вещество является поглощенная доза излучения, равная отношению энергии, переданной ионизирующим излучением веществу, к массе вещества D=E/m. За единицу поглощенной дозы в Си принят грей (Гр). 1Гр равен поглощенной дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1кг передается энергия ионизирующего излучения 1Дж: 1Гр=1Дж/1кг.

Физические воздействие любого ионизирующего излучения на вещество связано прежде всего с ионизацией атомов и молекул. Количественной мерой воздействия ионизирующего излучения служит экспозиционная доза, которая характеризует ионизирующее действие излучения на воздух. Экспозиционная доза равна отношению электрического заряда ионов одного знака, возникающих в сухом воздухе при его облучении фотонами, к массе воздуха X=q/M. В Си единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (Кл/кг). Часто употребляется внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р): 1Р=2,58·10-4 Кл/кг.

При экспозиционной дозе 1Р в 1см3 сухого воздуха при нормальном давлении образуется около 2·109 пар ионов. Такая доза накапливается за 1м от радиоактивного препарата радия массой 1г. При облучении мягких тканей человеческого организма рентгеновским или гамма–излучением, экспозиционной дозе 1Р соответствует поглощенная доза 8,8 мГр.

Атом водорода по Бору. Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома и проблема устойчивости атомов. Сериальные закономерности в спектре атома водорода. Комбинационный принцип. Квантование момента импульса. Постулаты Бора. Принцип соответствия. Экспериментальное доказательство дискретной структуры атомных уровней. Опыты Франка и Герца. Изотопический сдвиг атомных уровней, ? - атомы, позитроний. Водородоподобные ионы. Релятивистское обобщение модели Бора. Постоянная тонкой структуры
Лабораторные работы по физике