текст 5000 знаков. How Nuclear Bombs Work(перевод). Как работают атомные бомбы Атомная структура и радиоактивность
 Скачать 20.76 Kb.
|
|
Как работают атомные бомбы Атомная структура и радиоактивность Прежде чем мы рассмотрим саму бомбу, нам придётся начать с малого, атомарно малого. Атом, как вы помните, состоит из трех субатомных частиц -протонов, нейтронов и электронов. Центр атома, называемый ядром, состоит из протонов и нейтронов. Протоны несут положительный заряд, нейтроны не имею заряда, электроны заряжены отрицательно. Отношение протонов и электронов всегда один к одному, так что в целом атом имеет нейтральный заряд. Например, атом углерода имеет шесть протонов и шесть электронов. Хотя все не так просто. Свойства атома могут меняться в зависимости от того, сколько он имеет частиц. Если изменить число протонов, то в целом вы получите другой элемент. Если вы измените число нейтронов, то вы получите изотоп. Например углерод имеет три изотопа: 1) углерод-12 (шесть протонов + шесть нейтронов), стабилен, часто встречающаяся форма элемента, 2) углерод-13 (шесть протонов + семь нейтронов), стабильный, но встречается редко, и 3) углерод-14 (шесть протонов + восемь нейтронов), встречается редко и нестабилен (радиоактивен) в придачу. Как мы видим на примере углерода, большинство атомных ядер стабильны, но некоторые не стабильны совсем. Эти ядра самопроизвольно излучают частицы. Ученые назвали это радиацией. Ядро, излучающее радиацию, конечно, радиоактивно, и процесс испускания частицы называется радиоактивным распадом. Сейчас мы рассмотрим три вида радиоактивного распада: Альфа распад: Ядро излучает два протона и два нейтрона, связанных вместе, называемый альфа-частицей Бета распад: Нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Вытолкнутый (излученный) электрон это - бета частица. Спонтанное деление(Гамма распад): Ядро распадается на две части. В процессе могут быть вытолкнуты нейтроны, которые могут стать нейтронными лучами. Ядро так же может испустить вспышку электромагнитной энергии называемую гамма лучом. Гамма-лучи являются единственным видом ядерного излучения, излучаемого как энергия, а не быстрые частицы. Обратите особое внимание на эту часть расщепления особенно. Это пригодится, когда мы будем изучать внутреннее строение ядерной бомбы. Ядерный распад Ядерные бомбы задействуют силы, слабые и сильные, которые удерживают ядро вместе, особенно в атомах с нестабильными ядрами. Существует два пути, по которым энергия может высвобождаться из атома. Внутриядерный распад , ученые делят ядро атома на два более мелких фрагмента с нейтроном. Ядерный синтез - процесс, в котором Солнце вырабатывает энергию -вызывается объединением двух небольших атомов, формирующий один большой. В любом процессе, синтезе или делении, выделяются большие кол-ва тепловой энергии и радиации. Мы можем отнести открытие ядерный распад к достижениям работы итальянского физика Энрико Ферми. В 1930 году, Ферми доказал, что элементы, которые подверглись нейтронной бомбардировке, могут быть преобразованы в новые элементы. Результатом этой работы стало открытие медленных нейтронов, а также новых элементов, ранее не представленных в периодической таблице. Вскоре, после открытия Ферми, немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман бомбардировали уран нейтронами, при этом образовались радиоактивные изотопы бария. Они пришли к выводу, что медленные нейроны вызывают спонтанный распад урана -распад на две меньшие части. Их работа дала толчок активной деятельности в научно-исследовательских лабораториях по всему миру. В Принстонском университете, Нильс Бор работал с Джоном Уилером над созданием гипотетической модели процесса распада. Они предположили, что распаду подвергается изотоп уран-235, а не уран-238. В это же время, другие ученые открыли, что в результате распада освобождается еще больше нейтронов. Это натолкнуло Бора и Уилера на поиски ответа на ключевой вопрос: могут ли свободные нейтроны, полученные в процессе распада, запустить цепную реакцию, при которой выделяется огромное количество энергии. Если это так, то возможно создание оружия невообразимой силы. И это оказалось возможным. Ядерное топливо В марте 1940 года, команда ученых, работающих в Колумбийском университете в Нью-Йорке подтвердила гипотезы, выдвинутые Бором и Уилером - изотоп уран-235 (U-235), ответственен за ядерное деление . Осенью 1941 года колумбийская команда пыталась инициировать цепную реакцию с помощью U-235, но не получилось. В это время вся работа переместилась в Чикагский Университет, где на университетском корте для игры в сквош Стэгг Филд, Энрико Ферми, наконец, сумел запустить первую в мире управляемую ядерную цепную реакцию. Разработка ядерной бомбы с использованием U-235, протекала быстро. Давайте подробнее рассмотрим U-235 с учетом его важности в разработке ядерной бомбы. U-235 это один из немногих материалов, который может быть подвергнут индуцированному (принудительному) делению. Вместо того, чтобы ждать 700 миллионов лет – время, которое требуется для распада урана естественным путем – он может быть разбит гораздо быстрее, если нейрон врезается в его ядро. Ядро, без колебаний, поглотит нейтрон, станет неустойчивым и разделится сразу. Как только ядро захватывает нейтрон, оно распадается на два более легких атома, с образованием двух или трех новых нейтронов (количество вылетающих нейтронов зависит от того, как происходит распад атом U-235). Два более легких атома затем испускают гамма излучение, устанавливаясь в своем новом состоянии. В процессе индуцированного деления есть несколько вещей, которые делают его интересным. |