Применение атомной энергии. Первый Ядерный реактор — Кто придумал? Ядерная энергия используется в целях

Атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются частицы, называемые электронами.

Ядра атомов это мельчайшие частицы. Они - основа для всего вещества и материи.

В них заложен большой запас энергии.

Эта энергия высвобождается в виде радиации, когда распадаются некоторые радиоактивные элементы. Радиация опасна для всего живого на земле, но вместе с тем её используют для производства электричества и в медицине.

Радиоактивность — это свойство ядер не-стабильных атомов излучать энергию. Большая часть тяжелых атомов нестабильна, а у атомов, что полегче имеются радиоизотопы, т.е. радиоактивные изотопы. Причиной появления радиоактивности служит то, что атомы стремятся получить стабильность. На сегодня известно три типа радиоактивного излучения: альфа, бета и гамма. Назвали их так по первым буквам греческого алфавита. Первыми ядро излучает альфа или бета-лучи. Но если оно все еще остается нестабильным, тогда исходят гамма-лучи. Нестабильными могут быть три атомных ядра и каждое из них может излучать какой-либо из типов лучей.

На рисунке изображены три атомных ядра.

Они нестабильны и каждый из них излучает один из трех типов лучей.

Альфа-частицы имеют в составе два протона и два нейтрона. Абсолютно таким же составом обладает и ядро атома гелия. Двигаются альфа-частицы медленно и поэтому их может задержать любой материал толще, чем бумажный лист. Они мало чем отличаются от ядер атомов гелия. Большинство учёных выдвигают версию о том, что гелий на Земле имеет естественное радиоактивное происхождение.

Бета-частицы - это электроны, обладающие огромной энергией. Их образование происходит при распаде нейтронов. Бета-частицы также не особо быстры, могут пролетать по воздуху до одного метра. Поэтому препятствием на их пути может стать медный лист миллиметровой толщины. А если выставить заслон из свинца в 13 мм или из слоя воздуха в 120 метров, то можно уменьшить гамма-излучение вдвое.

Гамма-лучи - это электромагнитное излучение обладающее огромной энергией. Его скорость движения равна скорости света.

Транспортировку радиоактивных веществ производят в специальных свинцовых контейнерах с толстыми стенами для предотвращения утечки радиации.

Воздействие радиации крайне опасно на человека.

Она вызывает ожоги, катаракту, провоцирует развитие рака.

Измерить уровень радиации помогает специальный прибор - счётчик Гейгера, который издаёт щёлкающие звуки при появлении источника радиации.

Когда ядро испускает частицы, то оно превращается в ядро другого элемента, изменив при этом свой атомный номер. Это называется периодом распада элемента. Но если вновь образовавшийся элемент по-прежнему нестабилен, то процесс распада продолжается. И так до тех пор, пока элемент не станет стабилен. У многих радиоактивных элементов этот период занимает десятки, сотни и даже тысячи лет, поэтому принято измерять период полураспада. Взять, к примеру, атом плутония-2 с массой 242. После излучения им альфа-частиц с относительной атомной массой 4, он становится атомом урана-238 с такой же атомной массой.

Ядерные реакции.

Ядерные реакции делятся на два вида: ядерный синтез и деление(расщепление) ядра.

Синтез или иначе "соединение" подразумевает под собой соединение двух ядер в одно большое под воздействием очень высокой температуры. В этот момент выделяется большое количество энергии.

При делении и расщеплении происходит процесс деления ядра, освобождая при этом ядерную энергию.

Происходит это тогда, когда ядро бомбардируется нейтронами в специальном устройстве по д названием "ускоритель частиц".

При делении ядра и излучения нейтронов, выделяется просто колоссальное количество энергии.

Известно, что для получения большого количества электроэнергии необходима лишь единица массы радио топлива. Ни одна другая электростанция ничем подобным похвастаться не может.

Ядерная энергия.

Таким образом, энергию, что высвобождается при ядерной реакции, используют для получения электричества или как источник энергии в подводных и надводных судах. Процесс получения электричества на атомной станции основан на делении ядер в ядерных реакторах. В огромном резервуаре находятся стержни из радиоактивного вещества (например, урана).

Они атакуются нейтронами и расщепляются, выделяя энергию. Новые нейтроны расщепляются дальше и дальше. Это называется цепной реакцией. Эффективность подобного метода получения электричества невероятно высока, но меры безопасности и условия захоронения чересчур дорогостоящие.

Однако человечество использует ядерную энергию не только в мирных целях. В середине 20-го века было испытано и опробовано ядерное оружие.

Его действие заключается в выбросе огромного потока энергии, который приводит к взрыву. Когда заканчивалась Вторая мировая война, США, применили против Японии ядерное оружие. Они сбросили на города Хиросиму и Нагасаки атомные бомбы.

Последствия были просто катастрофическими.

Одних человеческих жертв было несколько сотен тысяч.

Но на этом учёные не остановились и разработали водородное оружие.

Их отличи в том, что ядерные бомбы основаны на реакциях деления ядер, а водородные на реакции синтеза.

Радиоуглеродный метод.

Для получения информации о времени смерти организма, применяют метод радиоуглеродного анализа. Известно, что в живой ткани содержится некоторое количество углерода-14, который является радиоактивным изотопом углерода. Период полураспада, которого равен 5700 лет. После смерти организма запасы углерода-14 в тканях уменьшаются, изотоп распадается, и по оставшемуся его количеству определяют время смерти организма. Так, например, можно узнать, как давно случилось извержение вулкана. Это можно узнать по застывшим в лаве насекомым и пыльце.

Каким образом ещё используется радиоактивность.

Радиацию используют и в промышленной сфере.

Гамма-лучами облучают продукты питания, чтобы сохранить их свежесть.

В медицине применяют радиацию при исследовании внутренних органов.

Также есть методика под названием радиотерапия. Это когда больного облучают малыми дозами, уничтожая раковые клетки в его организме.

Атомная энергия - энергия, выделяющаяся в процессе превращения атомных ядер. Источником атомной энергии является внутренняя энергия атомного ядра.

Более точное название атомной энергии - ядерная энергия. Различают два получения ядерной энергии:
- осуществление ядерной цепной реакции деления тяжелых ядер;
- осуществление термоядерной реакции синтеза легких ядер.

Мифы об атомной энергии

Мировые запасы урана иссякают. Об истощении природных ресурсов в наше время знает даже ребёнок. И действительно, запасы многих полезных ископаемых стремительно иссякают. Запасы урана в настоящее время оцениваются как "относительно ограниченные", но это не так уж и мало. Для сравнения, урана столько же, сколько олова и в 600 раз больше, чем золота. По предварительной оценке учёных, запасов этого радиоактивного метала должно хватить человечеству на ближайшие 500 лет. К тому же современные реакторы могут использовать в качестве топлива торий, а его мировые запасы в свою очередь превышают запасы урана в 3 раза.

Атомная энергия крайне отрицательно воздействует на окружающую среду. Представители различных антиатомных кампаний часто заявляют, что атомная энергия содержит "скрытые эмиссии" газов, которые оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду. Но по всем современным сведениям и подсчетам атомная энергия даже по сравнению с солнечной или гидроэнергией, которые считаются практически экологически безвредными, содержит достаточно низкий уровень углерода.

Ветровая и энергия волн гораздо менее вредны с точки зрения экологии. В действительности же ветряные станции строятся или уже построены на важнейших прибрежных участках, и само строительство уже определенно загрязняет окружающую среду. А строительство волновых станций еще является экспериментальным, и его влияние на окружающую среду точно не известно, поэтому их сложно назвать намного более экологически устойчивыми по сравнению с атомной энергией.

На территории нахождения атомных реакторов выше уровень заболевания лейкемией. Уровень заболевания лейкемией среди детей в близости от АЭС не выше чем, например, в районах около так называемых, органических ферм. Территория распространения этого заболевания может охватить как территорию вокруг атомной станции, так и национальный парк, степень опасности абсолютно одинакова.

Атомные реакторы производят слишком много отходов. На самом деле атомная энергия производит минимальное количество отходов, вопреки заявлениям защитников окружающей среды. Земля вовсе не заполнена радиоактивными отходами. Современные технологии производства атомной энергии позволят свести к минимуму долю от общего количества радиоактивных отходов в течение ближайших 20-40 лет.

Атомная энергия способствует распространению в мире оружия. Увеличение количества атомных станций приведет как раз к сокращению распространения оружия. Атомные боеголовки производят реакторное топливо очень хорошего качества, а реакторные боеголовки производят около 15% мирового ядерного топлива. Возрастающий спрос на реакторное топливо, как предполагается, "отвлечет" подобные боеголовки от потенциальных террористов.

Террористы выбирают атомные реакторы в качестве мишеней. После трагедии 11 сентября 2001 года был проведен ряд научных исследований с целью определения вероятности нападения на атомные объекты. Однако последние британские исследование доказали, что атомные станции вполне способны "выдержать" даже налет Боинга 767-400. Новое поколение атомных реакторов будет сконструировано с усиленным уровнем защиты от потенциальных атак всех существующих самолетов, а также планируется введение специальных функций систем безопасности, которые могут активизироваться без вмешательства человека или компьютерного контроля.

Атомная энергия является очень дорогостоящей. Спорное утверждение. По данным британского министерства торговли и промышленности, расходы на производство электричества атомными станциями, превышают лишь цены на газ, и в 10-20 раз меньше энергии, произведенной береговыми ветряными станциями. Кроме этого, 10% от общей стоимости атомной энергии приходится на уран, и атомная энергия не настолько подвержена постоянным колебаниям цен на такие виды топлива, как газ или нефть.

Вывод атомной станции из эксплуатации обходится очень дорого. Подобное высказывание распространяется только на атомные станции, построенные ранее. Многие из существующих ныне атомных реакторов были построены без расчета на последующий вывод их из эксплуатации. Но при строительстве новых атомных станций этот момент уже будет учитываться. Однако стоимость вывода АЭС из эксплуатации будет входить в стоимость электричества, за которое платят потребители. Современные реакторы рассчитаны на работу в течение 40 лет, и сумма за вывод их из эксплуатации будет выплачиваться в течение этого длительного срока, а потому будет незначительно сказываться на цене электричества.

Строительство АЭС занимает слишком долгое время. Это, пожалуй, самое немотивированное из всех заявлений антиатомных кампаний. Строительство АЭС занимает от 4 до 6 лет, что сопоставимо со сроками возведения "традиционных" электростанций. Модульное строение новых АЭС может несколько ускорить процесс возведения атомных электростанций.

Зависимость энергии связи, приходящейся на один нуклон, от числа нуклонов в ядре приведена на графике.

Энергия, которая требуется, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон , неодинакова для разных химических элементов и, даже, изотопов одного и того же химического элемента. Удельная энергия связи нуклона в ядре колеблется, в среднем, в пределах от 1 МэВ у лёгких ядер (дейтерий) до 8,6 МэВ, у ядер среднего веса (А≈100). У тяжёлых ядер (А≈200) удельная энергия связи нуклона меньше, чем у ядер среднего веса, приблизительно на 1 МэВ, так что их превращение в ядра среднего веса (деление на 2 части) сопровождается выделением энергии в количестве около 1 МэВ на нуклон, или около 200 МэВ на ядро. Превращение лёгких ядер в более тяжёлые ядра даёт ещё больший энергетический выигрыш в расчёте на нуклон. Так, например, реакция соединения дейтерия и трития

1 D²+ 1 T³→ 2 He 4 + 0 n 1

сопровождается выделением энергии 17,6 МэВ, то есть 3,5 МэВ на нуклон .

Высвобождение ядерной энергии

Известны экзотермические ядерные реакции, высвобождающие ядерную энергию.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония . Ядра делятся при попадании в них нейтрона , при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией . В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.

Другим способом высвобождения ядерной энергии является термоядерный синтез . При этом два ядра лёгких элементов соединяются в одно тяжёлое. Такие процессы происходят на Солнце.

Многие атомные ядра являются неустойчивыми. С течением времени часть таких ядер самопроизвольно превращаются в другие ядра, высвобождая энергию. Такое явление называют радиоактивным распадом .

Применение ядерной энергии

Энергия термоядерного синтеза применяется в водородной бомбе .

Примечания

См. также

Ссылки

Международные соглашения

• Конвенция об оперативном оповещении о ядерной аварии (Вена, 1986)
• Конвенция о физической защите ядерного материала (Вена, 1979)
• Венская конвенция о гражданской ответственности за ядерный ущерб
• Объединённая конвенция о безопасности обращения с отработавшим топливом и безопасности обращения с радиоактивными отходами

Литература

• Clarfield, Gerald H. and William M. Wiecek (1984). Nuclear America: Military and Civilian Nuclear Power in the United States 1940-1980 , Harper & Row.
• Cooke, Stephanie (2009). In Mortal Hands: A Cautionary History of the Nuclear Age , Black Inc.
• Cravens Gwyneth Power to Save the World: the Truth about Nuclear Energy. - New York: Knopf, 2007. - ISBN 0-307-26656-7
• Elliott, David (2007). Nuclear or Not? Does Nuclear Power Have a Place in a Sustainable Energy Future? , Palgrave.
• Falk, Jim (1982). Global Fission: The Battle Over Nuclear Power , Oxford University Press.
• Ferguson, Charles D., (2007). Nuclear Energy: Balancing Benefits and Risks Council on Foreign Relations .
• Herbst, Alan M. and George W. Hopley (2007). Nuclear Energy Now: Why the Time has come for the World’s Most Misunderstood Energy Source , Wiley.
• Schneider, Mycle, Steve Thomas, Antony Froggatt, Doug Koplow (August 2009). The World Nuclear Industry Status Report , German Federal Ministry of Environment, Nature Conservation and Reactor Safety.
• Walker, J. Samuel (1992). Containing the Atom: Nuclear Regulation in a Changing Environment, 1993-1971
• Walker, J. Samuel (2004). Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective , Berkeley: University of California Press.
• Weart, Spencer R. The Rise of Nuclear Fear . Cambridge, MA: Harvard University Press, 2012. ISBN 0-674-05233-1

Ядерные технологии
Инженерия
Материалы
Ядерная энергия
Ядерная медицина
Ядерное оружие

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Коссман, Бернхард
• Циммерман, Альберт Карл Генрих

Смотреть что такое "Ядерная энергия" в других словарях:

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ - (атомная энергия) внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при ядерных превращениях (ядерных реакциях). энергия связи ядра. дефект массыНуклоны (протоны и нейтроны) в ядре прочно удерживаются ядерными силами. Чтобы удалить нуклон из ядра,… …

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ - (атомная энергия), внутр. энергия ат. ядра, выделяющаяся при ядерных превращениях. Энергия, к рую необходимо затратить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, наз. энергией связи ядра?св. Это макс. энергия, к рая может выделиться.… … Физическая энциклопедия

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ - ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ, ЭНЕРГИЯ, выделяемая в процессе ядерной реакции как результат перехода МАССЫ в энергию так, как описано в уравнении: Е=mс2 (где Е энергия, m масса, с скорость света); оно было выведено А. ЭЙНШТЕЙНОМ в его ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ.… … Научно-технический энциклопедический словарь

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ - (атомная энергия) см. () () … Большая политехническая энциклопедия

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ Современная энциклопедия

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ - (атмная энергия) внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при некоторых ядерных превращениях. Использование ядерной энергии основано на осуществлении цепных реакций деления тяжелых ядер и реакций термоядерного синтеза легких ядер … Большой Энциклопедический словарь

Ядерная энергия - (атомная энергия), внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при некоторых ядерных реакциях. Использование ядерной энергии основано на осуществлении цепных реакций деления тяжелых ядер и реакций термоядерного синтеза легких ядер (смотри… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Ядерная энергия - внутренняя энергия атомного ядра, связанная с движением и взаимодействием образующих ядро нуклонов (нейтронов и протонов). Выделяется в процессе радиоактивного распада или ядерных реакций деления и синтеза. Быстрое освобождение ядерной энергии… … Морской словарь

Применение ядерной энергии в современном мире оказывается настолько важным, что если бы мы завтра проснулись, а энергия ядерной реакции исчезла, мир, таким как мы его знаем, пожалуй, перестал бы существовать. Мирное составляет основу промышленного производства и жизни таких стран, как Франция и Япония, Германия и Великобритания, США и Россия. И если две последние страны еще в состоянии заместить ядерные источники энергии на тепловые станции , то для Франции, или Японии это попросту невозможно.

Использование атомной энергии создает много проблем. В основном все эти проблемы связаны с тем, что используя себе на благо энергию связи атомного ядра (которую мы и называем ядерной энергией), человек получает существенное зло в виде высокорадиоактивных отходов, которые нельзя просто выбросить. Отходы от атомных источников энергии требуется перерабатывать, перевозить, захоранивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях.

Плюсы и минусы, польза и вред от использования ядерной энергии

Рассмотрим плюсы и минусы применения атомной-ядерной энергии, их пользу, вред и значение в жизни Человечества. Очевидно, что атомная энергия сегодня нужна лишь промышленно развитым странам. То есть, основное применение мирная ядерная энергия находит в основном, на таких объектах, как заводы, перерабатывающие предприятия, и т.п. Именно энергоемкие производства, удаленные от источников дешевой электроэнергии (вроде гидроэлектростанций) задействуют ядерные станции для обеспечения и развития своих внутренних процессов.

Аграрные регионы и города не слишком нуждаются в атомной энергии. Ее вполне можно заместить тепловыми и другими станциями. Получается, что овладение, получение, развитие, производство и использование ядерной энергии по большей части направлено на удовлетворение наших потребностей в промышленной продукции. Посмотрим, что это за производства: автомобильная промышленность, военные производства, металлургия, химическая промышленность, нефтегазовый комплекс, и т.д.

Современный человек хочет ездить на новой машине? Хочет одеваться в модную синтетику, кушать синтетику и упаковывать все в синтетику? Хочет ярких товаров разных форм и размеров? Хочет все новых телефонов, телевизоров, компьютеров? Хочет много покупать, часто менять оборудование вокруг себя? Хочет вкусно питаться химической едой из цветных упаковок? Хочет жить спокойно? Хочет слышать сладкие речи с телеэкрана? Хочет, чтобы танков было много, а также ракет и крейсеров, а еще снарядов и пушек?

И он все это получает. Неважно, что в конце расхождение между словом и делом приводит к войне. Неважно, что для его утилизации также нужна энергия. Пока что человек спокоен. Он ест, пьет, ходит на работу, продает и покупает.

А для всего этого нужна энергия. А еще для этого нужно очень много нефти, газа, металла и т.п. И все эти промышленные процессы нуждаются в атомной энергии. Поэтому кто бы что ни говорил, до тех пор, пока не будет запущен в серию первый промышленный реактор термоядерного синтеза, атомная энергетика будет только развиваться.

В плюсы ядерной энергии мы можем смело записать все то, к чему мы привыкли. К минусам – печальную перспективу скорой смерти в коллапсе исчерпания ресурсов, проблемах ядерных отходов, росте численности населения и деградации пахотных площадей. Иначе говоря, атомная энергетика позволила человеку еще сильнее начать овладевать природой, насилуя ее сверх меры настолько, что он за несколько десятилетий преодолел порог воспроизводства основных ресурсов, запустив между 2000 и 2010 годами процесс схлопывания потребления. Этот процесс объективно уже не зависит от человека.

Всем придется меньше есть, меньше жить и меньше радоваться окружающей природе. Здесь кроется еще один плюс-минус атомной энергии, который заключается в том, что страны, овладевшие атомом, смогут эффективнее перераспределять под себя скудеющие ресурсы тех, кто атомом не овладел. Более того, только развитие программы термоядерного синтеза позволит человечеству элементарно выжить. Теперь поясним на пальцах, что же это за «зверь» — атомная (ядерная) энергия и с чем ее едят.

Масса, материя и атомная (ядерная) энергия

Часто приходится слышать утверждение, что «масса и энергия одно и то же», или же такие суждения, будто выражение Е=mс2 объясняет взрыв атомной (ядерной) бомбы. Сейчас, когда вы получили первое представление о ядерной энергии и ее применении, было бы поистине неразумно сбивать вас с толку такими утверждениями, как «масса равна энергии». Во всяком случае, такой способ трактовки великого открытия не из лучших. По-видимому, это всего лишь острословие молодых реформистов, «Галилеев нового времени». На деле же предсказание теории, которое проверено многими экспери-ментами, говорит лишь о том, что энергия имеет массу.

Сейчас мы разъясним современную точку зрения и дадим небольшой обзор истории ее развития.
Когда энергия любого материального тела возрастает, его масса увеличивается, и мы приписываем эту дополнительную массу приросту энергии. Например, при поглощении излучения поглотитель становится горячее и его масса возрастает. Однако возрастание настолько мало, что остается за пределами точности измерений в обычных опытах. Напротив, если вещество испускает излучение, то оно теряет капельку своей массы, которая уносится излучением. Возникает более широкий вопрос: не обусловлена ли вся масса вещества энергией, т. е. не заключен ли во всем веществе громадный запас энергии? Много лет назад радиоактивные превращения на это ответили положительно. При распаде радиоактивного атома выделяется огромное количество энергии (в основном в виде кинетической энергии), а малая часть массы атома исчезает. Об этом ясно говорят измерения. Таким образом, энергия уносит с собой массу, уменьшая тем самым массу вещества.

Следовательно, часть массы вещества взаимозаменяема массой излучения, кинетической энергией и т. п. Вот почему мы говорим: «энергия и вещество способны частично к взаимным превращениям». Более того, мы теперь можем создавать частицы вещества, которые обладают массой и способны полностью превращаться в излучение, также имеющее массу. Энергия этого излучения может перейти в другие формы, передав им свою массу. И наоборот, излучение способно превращаться в частицы вещества. Так что вместо «энергия обладает массой» мы можем сказать «частицы вещества и излучение — взаимопревращаемы, а потому способны к взаимным превращениям с другими формами энергии». В этом и состоит создание и уничтожение вещества. Такие разрушительные события не могут происходить в царстве обычной физики, химии и техники, их следует искать либо в микроскопических, но активных процессах, изучаемых ядерной физикой, либо в высокотемпературном горниле атомных бомб, на Солнце и звездах. Однако было бы неразумно утверждать, что «энергия - это масса». Мы говорим: «энергия, как и вещество, имеет массу».

Масса обычного вещества

Мы говорим, что масса обычного вещества таит в себе огромный запас внутренней энергии, равной произведению массы на (скорость света)2. Но эта энергия заключена в массе и не может быть высвобождена без исчезновения хотя бы части ее. Как возникла столь удивительная идея и почему она не была открыта раньше? Ее предлагали и раньше - эксперимент и теория в разных видах,- но вплоть до двадцатого века изменение энергии не наблюдали, ибо в обычных экспериментах оно соответствует невероятно малому изменению массы. Однако сейчас мы уверены, что летящая пуля благодаря своей кинетической энергии имеет дополнительную массу. Даже при скорости 5000 м/сек пуля, которая в покое весила ровно 1 г, будет иметь полную массу 1,00000000001 г. Раскаленная добела платина массой 1 кг всего прибавит 0,000000000004 кг и практически ни одно взвешивание не сможет зарегистрировать эти изменения. Только когда из атомного ядра высвобождаются огромные запасы энергии или когда атомные «снаряды» разгоняются до скорости, близкой к скорости света, масса энергии становится заметной.

С другой стороны, даже едва уловимая разница масс знаменует возможность выделения огромного количества энергии. Так, атомы водорода и гелия имеют относительные массы 1,008 и 4,004. Если бы четыре ядра водорода смогли объединиться в одно ядро гелия, то масса 4,032 изменилась бы до 4,004. Разница невелика, всего 0,028, или 0,7%. Но она означала бы гигантское выделение энергии (преимущественно в виде излучения). 4,032 кг водорода дали бы 0,028 кг излучения, которое имело бы энергию около 600000000000 Кал.

Сравните это с 140 000 Кал, выделяющимися при соединении того же количества водорода с кислородом в химическом взрыве.
Обычная кинетическая энергия дает заметный вклад в массу очень быстрых протонов, получаемых на циклотронах, и это создает трудности при работе с такими машинами.

Почему мы все же верим, что Е=mс2

Сейчас мы воспринимаем это как прямое следствие теории относительности, но первые подозрения возникли уже ближе к концу 19 века, в связи со свойствами излучения. Тогда казалось вероятным, что излучение обладает массой. А поскольку излучение переносит, как на крыльях, со скоростью с энергию, точнее, само есть энергия, то появился пример массы, принадлежащей чему-то «невещественному». Экспериментальные законы электромагнетизма предсказывали, что электромагнитные волны должны обладать «массой». Но до создания теории относительности только необузданная фантазия могла распространить соотношение m=Е/с2 на другие формы энергии.

Всем сортам электромагнитного излучения (радиоволнам, инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому свету и т. д.) свойственны некоторые общие черты: все они распространяются в пустоте с одинаковой скоростью и все переносят энергию и импульс. Мы представляем себе свет и другое излучение в виде волн, распространяющихся с большой, но определенной скоростью с=3*108 м/сек. Когда свет падает на поглощающую поверхность, возникает теплота, показывающая, что поток света несет энергию. Эта энергия должна распространяться вместе с потоком с той же скоростью света. На деле скорость света именно так и измеряется: по времени пролета порцией световой энергии большого расстояния.

Когда свет падает на поверхность некоторых металлов, он выбивает электроны, вылетающие точно так же, как если бы их ударил компактный шарик. , по всей видимости, распространяется концентрированными порциями, которые мы называем «квантами». В этом и заключается квантовый характер излучения, несмотря на то, что эти порции, по-видимому, создаются волнами. Каждая порция света с одной и той же длиной волны обладает единой и той же энергией, определенным «квантом» энергии. Такие порции мчатся со скоростью света (собственно, они-то и есть свет), перенося энергию и количество движения (импульс). Все это позволяет приписать излучению некую массу - каждой порции приписывается определенная масса.

При отражении света от зеркала теплота не выделяется, ибо отраженный луч уносит всю энергию, но на зеркало действует давление, подобное давлению упругих шариков или молекул. Если же вместо зеркала свет попадает на черную поглощающую поверхность, давление становится вдвое меньше. Это свидетельствует о том, что луч несет количество движения, поворачиваемое зеркалом. Следовательно, свет ведет себя так, как если бы у него была масса. Но можно ли откуда-то еще узнать, что нечто обладает массой? Существует ли масса по своему собственному праву, как, например, длина, зеленый цвет или вода? Или это искусственное понятие, определяемое поведением наподобие Скромности? Масса, на самом деле, известна нам в трех проявлениях:

• А. Туманное утверждение, характеризующее количество «вещества», (Масса с этой точки зрения присуща веществу - сущности, которую мы можем увидеть, потрогать, толкнуть).
• Б. Определенные утверждения, увязывающие ее с иными физическими величинами.
• В. Масса сохраняется.

Остается определить массу через количество движения и энергию. Тогда любая движущаяся вещь с количеством движения и энергией должна иметь «массу». Ее массой должно быть (количество движения)/(скорость).

Теория относительности

Стремление увязать воедино серию экспериментальных парадоксов, касающихся абсолютного пространства и времени, породило теорию относительности. Два сорта экспериментов со светом давали противоречивые результаты, а опыты с электричеством еще больше обострили этот конфликт. Тогда Эйнштейн предложил изменить простые геометрические правила сложения векторов. Это изменение и составляет сущность его «специальной теории относительности».

Для малых скоростей (от медлительной улитки до быстрейшей из ракет) новая теория согласуется со старой.
При высоких скоростях, сравнимых со скоростью света, наше измерение длин или времени модифицируется движением тела относительно наблюдателя, в частности масса тела становится тем больше, чем быстрее оно движется.

Затем теория относительности провозгласила, что это увеличение массы носит совершенно общий характер. При обычных скоростях никаких изменений нет, и только при скорости 100 000 000 км/час масса возрастает на 1%. Однако для электронов и протонов, вылетающих из радиоактивных атомов или современных ускорителей, оно достигает 10, 100, 1000%…. Опыты с такими высокоэнергетическими частицами великолепно подтверждают соотношение между массой и скоростью.

На другом краю находится излучение, не имеющее массы покоя. Это не вещество и его нельзя удержать в покое; оно просто имеет массу, и движется со скоростью с, так что его энергия равна mс2. О квантах, мы говорим как о фотонах, когда хотим отметить поведение света как потока частиц. Каждый фотон имеет определенную массу m, определенную энергию Е=mс2 и количество движения (импульс).

Ядерные превращения

В некоторых экспериментах с ядрами массы атомов после бурных взрывов, складываясь, не дают ту же самую полную массу. Освобожденная энергия уносит с собой и какую-то часть массы; кажется, что недостающая часть атомного материала исчезла. Однако если мы припишем измеренной энергии массу Е/с2, то обнаружим, что масса сохраняется.

Аннигиляция вещества

Мы привыкли думать о массе как о неизбежном свойстве материи, поэтом переход массы из вещества в излучение - от лампы к улетающему лучу света выглядит почти как уничтожение вещества. Еще один шаг - и мы с удивлением обнаружим то, что происходит на самом деле: положительный и отрицательный электроны, частички вещества, соединившись вместе, полностью превращаются в излучение. Масса их вещества превращается в равную ей массу излучения. Это случай исчезновения вещества в самом буквальном смысле. Как в фокусе, во вспышке света.

Измерения показывают, что (энергия, излучения при аннигиляции)/ с2 равна полной массе обоих электронов - положительного и отрицательного. Антипротон, соединяясь с протоном, аннигилирует, обычно с выбросом более легких частиц с большой кинетической энергией.

Создание вещества

Сейчас, когда мы научились распоряжаться высокоэнергетическим излучением (сверхкоротковолновыми рентгеновскими лучами), мы можем приготовить из излучения частицы вещества. Если такими лучами бомбардировать мишень, они дают иногда пару частиц, например положительный и отрицательный электроны. И если снова воспользоваться формулой m=Е/с2 как для излучения, так и для кинетической энергии, то масса будет сохраняться.

Просто о сложном – Ядерная (Атомная) энергия

• Галерея изображений, картинки, фотографии.
• Ядерная энергия, энергия атома – основы, возможности, перспективы, развитие.
• Интересные факты, полезная информация.
• Зеленые новости – Ядерная энергия, энергия атома.
• Ссылки на материалы и источники – Ядерная (Атомная) энергия.

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Nuclear energy

Ядерная энергия – это энергия, освобождающаяся в результате внутренней перестройки атомных ядер. Ядерную энергию можно получить в ядерных реакциях или радиоактивном распаде ядер. Основные источники ядерной энергии – реакции деления тяжёлых ядер и синтеза (соединения) лёгких ядер. Последний процесс называют также термоядерными реакциями.
Возникновение этих двух главных источников ядерной энергии можно пояснить, рассматривая зависимость удельной энергии связи ядра от массового числа А (количества нуклонов в ядре). Удельная энергия связи ε показывает, какую в среднем энергию необходимо сообщить отдельному нуклону, чтобы все нуклоны были освобождены из данного ядра. Удельная энергия связи максимальна (≈8.7 МэВ) для ядер в районе железа (А = 50 – 60) и уменьшается – резко при переходе к лёгким ядра, состоящим из малого числа нуклонов, и плавно при переходе к тяжёлым ядрам с
А > 200. Благодаря такой зависимости ε от А возникает два вышеупомянутых способа получения ядерной энергии: 1) за счёт деления тяжёлого ядра на два более лёгких, и
2) за счёт соединения (синтеза) двух лёгких ядер и превращения их в одно более тяжёлое. В обоих процессах совершается переход к ядрам, в которых нуклоны связаны сильнее, и часть ядерной энергии связи освобождается.
Первый способ получения энергии используется в ядерном реакторе и атомной бомбе, второй – в разрабатываемом термоядерном реакторе и термоядерной (водородной) бомбе. Термоядерные реакции также являются источником энергии звёзд.
Обсуждаемые два способа получения энергии являются рекордными с точки зрения энергии, приходящейся на единицу массы топлива. Так при полном делении 1 грамма урана выделяется энергия около 10 11 Дж, т.е. примерно та же, что при взрыве 20 кг тринитротолуола (тротила). Таким образом, ядерное горючее эффективнее химического в 10 7 раз.