Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ, внутренняя энергия атомного ядра, вьщеляющаяся при ядерных превращениях. Обусловлена действием внутри атомных ядер сил притяжения между составляющими ядра нуклонами - протонами и нейтронами. Силы притяжения между нуклонами действуют только на очень небольших расстояниях, сопоставимых с размерами ядер (10-13 см). В результате действия ядерных сил при образовании ядер из протонов р и нейтронов п вьщеляется большое кол-во энергии, подобно тому, как при хим. р-циях вьщеляется энергия, соответствующая энергии возникающих хим. связей между атомами.
Полная энергия, высвобождающаяся при образовании ядра из нуклонов (она равна энергии связи ядра Есв, см. Ядро атомное)отвечает дефекту массы, т. е. уменьшению массы образовавшегося ядра по сравнению с общей исходной массой составляющих его протонов и нейтронов. Так, при образовании ядра 4Не из двух протонов и двух нейтронов дефект массы равен ок. 0,0293 а. е. м. и эквивалентен выделению ок. 28 МэВ. Отношение энергии связи к числу составляющих ядро нуклонов Есв/А, где А - массовое число, наз. уд. энергией связи ядра.
Быстрое уменьшение сил ядерного притяжения между нуклонами с ростом расстояния приводит к слабой зависимости уд. энергии связи от массового числа ядра (рис.). У легких ядер уд. энергия связи невелика (ок. 7 МэВ/нуклон в случае 4Не). С ростом А число соседей у каждого нуклона возрастает, и растет значение Есв/А. Оно достигает максимума при А = 50-60 (так, у ядер 56Fe Есв/A 8,5 МзВ/нуклон), а затем вновь убывает. Снижение уд. энергии связи с ростом А происходит довольно медленно, у ядер 738U Есв/A = 7,4 МэВ/нуклон. Из этой зависимости следует, что экзотермич. являются р-ции ядерного синтеза (образование легких ядер из легчайших) и р-ции деления тяжелых ядер, а также спонтанный6046-47.jpgраспад.

6046-46.jpg

Зависимость удельной энергии связи ядра от массового числа.

Энергия, освобождающаяся при образовании ядер из протонов и нейтронов в расчете на 1 моль, примерно в 109 раз больше, чем энергия, к-рая вьщеляется при хим. р-циях. Однако точно так же, как при проведении хим. р-ций обычно не удается освободить всю энергию, отвечающую энергии хим. связей атомов в образующихся соединениях, так и при проведении ядерных превращений вьщеляется энергия, значительно меньшая, чем ядерная энергия, отвечающая всей энергии связи нуклонов в ядрах. Исключение составляют только процессы синтеза легких ядер (4Не и др.), имеющие место, напр., в звездном в-ве. Так, по совр. представлениям, энергия Солнца обусловлена выделением энергии связи нуклонов в ядрах 4Не, к-рые образуются в недрах Солнца из протонов и нейтронов в результате цикла последоват. превращений.
В земных условиях освободить и использовать ядерную энергию удается в двух процессах. Во-первых, при термоядерном синтезе, т. е. при синтезе ядер сравнительно легких элементов из еще более легких ядер, у к-рых энергия связи меньше. Примером такого процесса служит ядерная р-ция с участием двух ядер дейтерия, приводящая к образованию ядра 3Не и выделению нейтрона. Во-вторых, высвобождение ядерной энергии наблюдается при делении тяжелых ядер (235U, 239Pu и др.) на два осколка - ядра элементов середины периодич. системы элементов, у к-рых энергия связи больше, чем у тяжелых ядер.
Первый способ реализован пока только в неуправляемом термоядерном взрыве т. наз. водородной бомбы. Попытки реализовать управляемый термоядерный синтез и в результате получать ядерную энергию в регулируемых условиях до сих пор к успеху не привели. Второй способ получения ядерной энергии осуществляется как при неуправляемом взрыве ядерного боеприпаса, так и благодаря управляемой ядерной цепной р-ции деления в ядерном реакторе (используется, как правило, 235U или 239Ри). Во всех этих случаях удается освободить гл. обр. в виде тепловой энергии менее 10% общей энергии связи, отвечающей участвующим в превращениях ядрам. Тем не менее, ядерная энергия, освобождающаяся в расчете на 1 моль подвергшегося превращению в-ва, в 106-107 раз превышает энергию, к-рую можно получить при проведении хим. превращения с 1 молем реагента (напр., при сжигании 1 моля углерода).
В ядерных превращениях ядерная энергия освобождается в виде кинетич. энергии частиц (новых синтезированных ядер, осколков деления и др.), движущихся с огромными скоростями, а также в виде жесткого электромагн. излучения (рентгеновского и у). Торможение частиц сопровождается переходом кинетич. энергии гл. обр. в тепловую.
В литературе, особенно издававшейся в 40-50-е гг. 20 в., часто вместо термина "ядерная энергия" использовали термин "атомная энергия", что не вполне оправдано, т. к. речь идет именно об энергии, заключенной внутри ядра.

Лит.: Физические величины. Справочник, М., 1991.

С. С. Бердоносов.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн