Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 20

Gymnázium J. G. Tajovského , Banská Bystrica PowerPoint PPT Presentation


  • 83 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Základy jadrovej fyziky. Gymnázium J. G. Tajovského , Banská Bystrica. Richard Beer , 3. F 2012/2013. Úvod. Základy jadrovej fyziky nukleárne reakcie : jadrová fúzia jadrová štiepna reakcia. Jadrové reakcie.

Download Presentation

Gymnázium J. G. Tajovského , Banská Bystrica

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

Základy jadrovej fyziky

GymnáziumJ. G. Tajovského,Banská Bystrica

Richard Beer, 3. F

2012/2013


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

Úvod

  • Základy jadrovej fyziky

  • nukleárne reakcie :

  • jadrová fúzia

  • jadrová štiepna reakcia


Jadrov reakcie

Jadrové reakcie

  • deje, ktoré nastanú pri zrážkach jadier atómov so základnými časticami alebo inými atómovými jadrami

  • mení sa štruktúra jadier pri zachovaní počtu nukleónov, elektrického náboja, hybnosti a relativistickej celkovej energie

  • A + a → B + b + Er

  • reakcia sa využíva v jadrovom reaktore


Tiepenie jadier

Štiepenie jadier

Neutrón je neutrálny

Ako získať neutrón z látky?

  • môže sa priblížiť dostatočne blízko k jadru atómu, aby ho pritiahli jadrové sily

  • zmena počtu nukleónov jadra vyvolá jadrové reakcie

  • sklenenáampulka s rádioaktívnymplynomradónom a berýliovýmpráškom

  • keďžeradón v ampulke je nestabilný, jehojadrosarozpadá. Okreminéhožiarenia z jadraunikajú α častice (jadráhélia ).


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Tietočasticeprizrážkach s jadramiberýliavyvolajújadrovúreakciu

  • Časticeα, ktorénezreagujú s jadramiberýliasazastavianaskle. Sklovšaknepohltíuvoľnenéneutróny, ktorémajúšancenaraziť do jadierinýchprvkov a vyvolaťďaľšiejadrovéreakcie

  • Ak by smeponorilitútosklenenúampulku do vodyaleboťažkejvody, unikajúceneutróny by saspomalili a mali by väčšiešancenaraziť do jadra (privysokýchrýchlostiach by sapravdepodobneodrazili), s ktorým by mohlizreagovať


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Jadrá, ktorétaktovznikajúsúrádioaktívne (nestabilné) a vyžarujúčastice α (jadráhélia), β (elektróny, prípadnepozitróny) a γ (fotóny s vysokouenergiou)

  • Je viacreakcí s235U ale, väčšinamáspoločnéuvoľňovanieenergieokolo 200MeV (závisíodrozdielovvv v konkrétnejreakcii) a vznikďaľšíchneutrónov,schopnýchzreagovaťs ďaľšímijadramiuránu, z ktoréhozasavyletianeutróny...

  • Taktovznikáreťazováreakcia, kdesastálezvyšujepočetreakcií, ktoréprebehnúzasekundu a uvoľnujesastáleviacenergie


3 vyu itie re azovej reakcie

3 VYUŽITIE REŤAZOVEJ REAKCIE

  • Reťazováreakcia je charakteristickátým, žesaprinejlavínovitezvyšujepočetuvoľnenýchneutrónov, ktorésauvoľniazasekundu

  • Zvýšisatýmpádomajpočetreakcií, ktoréprebehnúzasekundu a energia, ktorásazasekunduuvoľní

  • Akby smechcelijadrovúenergiuvyužiťnapríklad v elektrárni, museli by smezabezpečiť, abysaaninezvyšovalanineznižovalpočetreakcízasekundu. Prizvyšovanírýchlostireakcie a dostatkuštiepitelnýchjadier by sauvoľnenáenergiazačalaprejavovaťnazvýšeníteplotyreaktora

  • Táby rýchlorástla a s ňouajtlak v reaktore. Po čase by reaktorvybuchol


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Rýchlosťjadrovejreakcienašťastieviemeovládaťnapríkladbrzdiacimityčami z kadmia

  • Tie by pohltiliväčšinuneutrónov a reakcia by savrátila do zvládnuteľnýchnoriem

  • Teploreaktoruodvádzavoda, ktoráreaktorchladí. Táakopararoztáčaturbíny, ktoréprodukujúelektrickýprúd

  • Prijadrovýchbombách je potrebné, abypočetreakcízasekundustálestúpal, ažkým by tlak a teplotabombuneroztrhli a tá by nevybuchla

  • Na zvýšeniepočtureakciímusímezvýšiťšancunárazuneutrónu do jadrauránu


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Túmôžmezvýšiť,keďjadrovépalivostlačíme

  • To sadáurobiťnapríkladvýbuchom TNT okolouránu

  • Pod vrstvouuránu je emitérneutrónov (dásapoužiťajvyššiespomenutáampulka s radónom a berýliom). Emitérneutrónov by sícepodnecovaljadrovéreakcieuránu,ale pokiaľuránnie je stlačený, pravdepodobnosťreťazovejreakcie je malá.

  • Uránviemestlačiťvýbuchom TNT (aleboajinejchemickejvýbušniny)

  • V stlačenomuráne by užpravdepodobnosťreťazovejreakcie bola veľmiveľká a bomba by v zlomkusekundyvybuchla

  • Kýmbombavybuchne, stihnesazpotrebovaťlenmalépercentouránu

  • Po výbuchuužreakcianeprebiehakvôliskoronulovýmpravdepodobnostiamzásahujadraneutrónom.

  • Ajv reaktoroch, ajpovýbuchujadrovejbombyostanúporeakciínestabilnéjadrá, ktorérozpadajú a uvoľňujúemisie α, β a γ žiarenia


4 jadrov f zia

4 JADROVÁ FÚZIA

  • Fúzia je jadrový proces, pri ktorom sa dve ľahké jadrá zlučujú na ťažšie jadrá

  • Napríklad, fúzia je veľmi dôležitá pri termonukleárnych zbraniach a v budúcnosti budú jadrové reaktory pracovať na princípe reakcie medzi dvoma izotopmi vodíka, ktoré utvoria izotop hélia.

  • 2H + 3H ----> 4He + n


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

(MATIS, J. 2003. GlossaryofNuclearScience, [online], 2003. [Cit. 2009-09-10]. Dostupné na:<http://ie.lbl.gov/education/glossary/AnimatedDecays/Fusion.html>)


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Táto reakcia uvoľní miliónkrát viac energie ako typická chemická reakcia

  • Pri termojadrovej reakcií sa uvoľní také veľké množstvo energie, pretože, keď dve ľahké jadrá zreagujú, hmotnosť produktov je menšia ako súčet hmotností jadier vstupujúcich do reakcie

  • Einsteinova rovnica E=mc2 nám opäť vysvetľuje, že hmotnosť, ktorá sa stratila, sa vlastne premenila na energiu termojadrovýchproduktov


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Fúzia je energicky priaznivá reakcia ľahkých jadier, ktoré sa nevyskytujú v bežných podmienkach tu na Zemi, pretože vyžadujú veľké dávky energie na ich prebehnutie

  • Vzhľadom k tomu, že reagujúce jadrá sú kladne nabité, sú medzi nimi veľké odpudzujúce elektrostatické sily pokiaľ sa nachádzajú v tesnej blízkosti

  • Iba v prípade, že sú veľmi blízko, pôsobí na obidve jadrá silná jadrová sila, ktorá môže prekonať elektrostatické odpudzovanie a spôsobiť fúziu


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Termonukleárne reakcie boli deje prebiehajúce už miliardy rokov v našom vesmíre

  • V skutočnosti je to jadrová termonukleárna reakcia, ktorá je zodpovedná za energetický výkon väčšiny hviezd, vrátane nášho Slnka

  • Vedci na Zemi sú schopní zabezpečiť termonukleárne reakcie len  posledných šesťdesiat rokov

  • Spočiatku prichádzalo k termonukleárnym reakciám iba v malom meradle

  • Avšak tieto prvé pokusy neskôr viedli k vývoju zbraní pracujúcich na báze jadrovej fúzií (vodíková bomba)

  •  Fúzia je proces, ktorý prebieha vo hviezdach ako je naše Slnko.

  • Kedykoľvek cítime teplo zo slnka a vidíme jeho svetlo, pozorujeme produkty jadrovej fúzie.

  • Vieme, že všetok život na Zemi existuje, pretože svetlo generované Slnkom produkuje potraviny a ohrieva našu planétu.

  • Môžeme preto povedať, že fúzia je základom nášho života


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Keď sa hviezdy tvoria, pôvodne pozostávajú z vodíka a hélia vytvorených vo veľkom tresku (Big Bang)- procesu, ktorý vytvoril náš svet

  • Izotopy vodíka sa zrážajú vo hviezde a pomocou fúzie sa vytvárajú jadrá hélia

  • Neskôr sa jadrá hélia dostávajú tiež do kolízie a tvoria sa ťažšie prvky

  • Fúzia je jadrová reakcia, v ktorej sa spájajú jadrá do väčšieho celku a tvoria ťažšie jadrá

  • To je základná reakcia, ktorá prebieha v Slnku

  • Ľahšie prvky vstupujú do fúzie a tvoria ťažšie prvky

  • Tieto reakcie pokračujú, pokiaľ sa z jadra nestane železo (hmotnosť asi šesťdesiat), jadro s najväčšou väzbovou energiou na jeden nuklid jadra


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Keď jadro dosiahne hmotnosť šesťdesiat, viac k syntéze vo hviezde nedôjde, pretože je nepriaznivá

  • Akonáhlehviezda má prevedenú veľkú časť svojej hmotnosti jadra na železo, je takmer na konci svojho života

  • Fúzia nemôže pokračovať pokiaľ sa všetko palivo vyčerpá

  • Niektoré hviezdy sa zmenšujú, až sa postupne skladajú iba zo železa

  • Avšak, ak je hviezda dostatočne masívna, veľká, môže nastať explózia

  • Hviezda sa náhle rozšíri a začne produkovať vo veľmi krátkom čase viac energie ako by vyrábalo naše Slnko po celý svoj život

  • Pri tomto úkaze nazývame danú hviezdu supernovou

  •  Zatiaľ, čo je hviezda vo fáze supernovy, dochádza k veľa dôležitým reakciám

  • Jadrá sú urýchlené na oveľa vyššiu rýchlosť akú mali, kým vo hviezde prebiehala len fúzia.


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • S dodanou energiou, spôsobenou ich rýchlosťami, môžu jadrá vyprodukovať prvky ťažšie ako železo

  • Extra energia je napájaná gravitačným kolapsom hviezdy pred výbuchom

  • Slúži na prekonanie coulombovskej bariéry i chýbajúcej energie endotermických reakcií

  • Ťažšie prvky vznikajú výhradne v endotermických reakciách

  • Prvky ako sú olovo, zlato a striebro sa objavili na Zemi, až po výbuchu supernovy ako jej pozostatky

  • Prvok železo, ktorý nájdeme po celej zemeguli a i v jej strede je priamym pozostatkom supernov a vyhasnutých hviezd


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

  • Dnes sa zameriava výskum jadrovej fúzie najmä na získanie lacného zdroja energie so zreteľom na mierové využitie

  • Atómové elektrárne, fungujúce na princípe štiepenia ťažkých a nestabilných jadier Uránu a iných typov transuránových prvkov zas narážajú na probémy s odpadom a bezpečnosťou a aktuálne je verejná mienka v mnohých krajinách naladená voči nim negatívne

  • Opačným procesom k štiepeniu (rozbíjaniu jadier) je fúzia (spájanie) ľahkých prvkov na ťažšie

  • Pri tomto procese sú problémy s odpadom menšie a zdroje ich paliva sú v podstate nevyčerpateľné

  • Palivo do týchto fúznychelektrární je ľahko dostupné, pretože je ním ťažký vodík (deutérium)

  • Na 6500 atómov Vodíka pripadá jeden atóm Deutéria a Trícia


5 z ver

5 ZÁVER

  • Nedávno sa vo fúznom svete odohrala dôležitá udalosť, pravdepodobne dôležitý krok vo výskume fúzie, keď sa dve veľké laboratóriá zaoberajúce sa fúziou, spolu fúzovali

  • Ide konkrétne o AWE (AtomicWeaponsEstablishment) a LLNL (LawrenceLivermoreNationalLaboratory)

  • Je to dobré znamenie a spolupráca hádam prinesie nové a hlavne pozitívne správy do budúcnosti

  • Fúzia nám ukazuje, ako využiť samotnú podstatu existencie hmoty (väzbovú energiu, ktorá drží jadrá atómu pohromade) na výrobu energie pre milióny ľudí na celom svete

  • Táto technológia ešte len čaká na úplné využitie potenciálu, ktorej výsledky budú slúžiť ľudskému pokoleniu mnoho rokov k spríjemneniu a uľahčeniu života.


Gymn zium j g tajovsk ho bansk bystrica

Zdroje

  • http://www.1sg.sk/www/data/as/projekty/2006_2007/champions/terorizmus/stranka/jadrovafyz.htm

  • http://www.kf.fpv.ukf.sk/ABC_Nuclear_Science/basic.html


  • Login