История ядерной физики

Ядерная физика — раздел физики, изучающий структуру и свойства атомных ядер, а также их столкновения — ядерные реакции.

ядерная физика реакция радиоактивность Учёные-первооткрыватели Впервые о ядерной физике заговорили в 1896 г. Анри Беккерель открыл естественную радиоактивность солей урана. В 1896 году Беккерель случайно открыл радиоактивность во время работ по исследованию фосфоресценции в солях урана. Исследуя работу Рентгена, он завернул флюоресцирующий материал — уронил сульфат калия в непрозрачный материал вместе с фотопластинками, с тем, чтобы приготовиться к эксперименту, требующему яркого солнечного света. Однако ещё до осуществления эксперимента Беккерель обнаружил, что фотопластинки были полностью засвечены. Это открытие побудило Беккереля к исследованию спонтанного испускания ядерного излучения. В 1903 году он получил совместно с Пьером и Марией Кюри Нобелевскую премию по физике «В знак признания его выдающихся заслуг, выразившихся в открытии самопроизвольной радиоактивности» .

Через два года чета Кюри открыла радиоактивность тория, выделили из солей урана полоний и радий, радиоактивность которых в миллионы раз превышала радиоактивность тория и урана. Работая в сарае, в отсутствии лабораторных условий, Кюри переработали восемь уранинита. Мария Кюри скончалась от лейкемии.

Ядерная природа радиоактивности была понята учёным Резерфордом после того, как в 1911 г. он предложил ядерную модель атома и установил, что радиоактивные излучения возникают в результате процессов, происходящих внутри атомного ядра. Так же было открыто, что в магнитном поле излучение распадается на три пучка лучей альфа, бета и гамма лучи. В 1919 г., продолжая эксперименты по рассеянию б-частиц на различных мишенях, Э. Резерфорд обнаружил, что при бомбардировке ядер азота б-частицами из него вылетают положительно заряженные частицы. Величина заряда этих частиц по абсолютной величине была равна величине заряда электрона, но противоположна по знаку. Масса частицы была почти в 2000 раз больше массы электрона. Повторение опыта на других мишенях показало, что положительно заряженные частицы вылетают и из других атомных ядер. Обнаруженные частицы были названы протонами. Ядерная реакция, в которой впервые были обнаружены протоны, записывается в виде.

14N + б > 17O + p.

Уже первый взгляд на написанную реакцию свидетельствует о том, что Э. Резерфорду удалось осуществить то, что в течение многих веков пытались сделать алхимики — превратить одно вещество в другое. Ядро азота превращалось в ядро кислорода. Это была первая ядерная реакция, осуществленная искусственно в лабораторных условиях. В то же время стало ясно, что протоны следует считать элементарными частицами, входящими в состав атомного ядра. Резерфордом так же было экспериментально доказано, что радиоактивным в тории является не само вещество, а газ, испускаемы им Эрнест Резерфорд скончался после операции по удалению ущемления грыжи — болезни, которая возникла довольно неожиданно. Резерфорд негативно смотрел на возможность использования ядерных реакция для получения энергии.

Ядерная реакция — это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением большого количества энергии.

Всего выделяют четыре типа ядерных реакций:

• · Ядерная реакция деления. процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном, альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзоэнергетический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.
• · Ядерная реакция синтеза — процесс слияния двух атомных ядер с образованием нового, более тяжелого ядра. Кроме нового ядра, в ходе реакции синтеза, как правило, образуются также различные элементарные частицы и (или) кванты электромагнитного излучения. Без подвода внешней энергии слияние ядер невозможно, так как положительно заряженные ядра испытывают силы электростатического отталкивания — это так называемый «Кулоновский барьер». Для синтеза ядер необходимо сблизить их на расстояние порядка 10?15 м, на котором действие сильного взаимодействия будет превышать силы электростатического отталкивания. Это возможно в случае, если кинетическая энергия сближающихся ядер превышает кулоновский барьер.
• · Термоядерная реакция — слияние двух атомных ядер с образованием нового, более тяжелого ядра, за счет кинетической энергии их теплового движения. Для ядерной реакции синтеза исходные ядра должны обладать относительно большой кинетической энергией, поскольку они испытывают электростатическое отталкивание, так как одноименно положительно заряжены. Термоядерные реакции в природе, как правило, происходят при огромных температурах. К примеру, в звёздах. Термоядерная реакция также используется в термоядерном оружии.
• · Фотоядерная реакция — При поглощении гамма-кванта ядро получает избыток энергии без изменения своего нуклонного состава, а ядро с избытком энергии является составным ядром. Как и другие ядерные реакции, поглощение ядром гамма-кванта возможно только при выполнении необходимых энергетических и спиновых соотношений. Распад при фотоядерной реакции называют ядерным фотоэффектом.

Область применения ядерных реакций очень обширна. В настоящее время ядерные реакции применяются в следующих областях деятельности человечества: Энергетика, Военное оружие, Синтез новых химический элементов, Медицина, Научные исследования (процессы, протекающие в космосе, к примеру) При помощи расщипления атомного ядра урана получается громадное количество энергии, чем люди активно пользуются на протяжении всего времени с открытия радиоактивности веществ и их потенциальной энергии. В 31 стране мира эксплуатируется 192 атомных электростанции с 438 энергоблоками общей электрической мощностью 379 261 МВт.69 энергоблоков находятся в стадии строительства.145 энергоблоков закрыты, ещё 2 не работают, однако решение об окончательном закрытии пока не принято. Наибольшее количество атомных электростанций находится в США (100) дальше идёт Франция (58) и Япония (48). Россия на четвёртом месте. (33) и завершает пятёрку лидеров Южная Корея (23).

Нельзя так же забывать о Крупнейших Атомных авариях, произошедших за последнее столетие. Эти аварии не только подрывают экономическую отрасли страны (на устранение последствия тратятся огромные суммы), наносится колоссальный вред окружающей среде ВСЕГО мира, не только той территории, на которой была построена станция Список радиационных аварий.

• 12 декабря 1952 — Авария в Чок-Риверской лаборатории — Канада — INES 5
• 29 сентября 1957 — Кыштымская авария — СССР — INES 6
• 10 октября 1957 — Авария в Уиндскейле — Великобритания — INES 5
• 1960, 1961 — К-8 (подводная лодка) — СССР
• 4 июля 1961 — К-19 — СССР
• 1965 — К-11 — СССР
• 17 января 1966 — Авиакатастрофа над Паломаресом 17 января 1966 года — Испания
• 21 января 1968 — Авиакатастрофа над базой Туле — Гренландия
• 24 мая 1968 — К-27 — СССР
• 18 января 1970 — Радиационная авария на заводе «Красное Сормово»
• 2 октября 1974, 24 августа 1978 — Ядерные взрывы в Якутии — СССР
• 24 января 1978 года — Космос-954
• 28 марта 1979 — Авария на АЭС Три-Майл-Айленд — США — INES 5
• 1980 — Сен-Лоран-дез-О — Франция — INES 4
• 1983 — Космос-1402 — СССР
• 10 августа 1985 — Радиационная авария в бухте Чажма — СССР
• 26 апреля 1986 — Авария на Чернобыльской АЭС — СССР, — INES 7
• 4 мая 1986 — Поломка механизма доставки топливных стержней. Попытки оператора исправить положение привели к разрушению корпуса реактора и крупному выбросу радиации — Хамм-Уентроп, Германия
• 1989 — Пожар на АЭС Вандельос — Испания — INES 3
• 1993 — Авария на Сибирском химическом комбинате — Россия — INES 3 либо INES 4
• 30 сентября 1999 — Авария на ядерном объекте Токаймура — Япония — INES 4
• 2005 — Селлафилд — Англия — INES 3
• 2006 — Флёрюс (2006)
• 11 марта 2011 — Авария на АЭС Фукусима-1 — Япония — INES 7

Но на этом политическое влияние ядерной отрасли физики на страны мира сего не заканчиваются. Военная сфера предлагает нам огромнейший выбор способов уничтожить огромные территории без малейших затрат людских едениц. Атомное оружие всё сделает за вас. У одной только России Ядерных боеголовок хватает, чтоб уничтожить нашу планету около трёх раз. При наземном ядерном взрыве около 50% энергии идёт на образование ударной волны и воронки в земле, 30 — 40% в световое излучение, до 5% на проникающую радиацию и электромагнитное излучение и до 15% в радиоактивное заражение местности.

Хиросима и Нагасаки (6 и 9 августа 1945 года, соответственно) Общее количество погибших составило от 90 до 166 тысяч человек в Хиросиме и от 60 до 80 тысяч человек — в Нагасаки. Шок от атомных бомбардировок США оказал глубокое воздействие на премьер-министра Японии Кантаро Судзуки и на министра иностранных дел Японии Того Сигэнори, которые склонились к тому, что японское правительство должно прекратить войну [1]. 15 августа 1945 года Япония объявила о своей капитуляции [2] [3]. Акт о капитуляции, формально закончивший Вторую мировую войну, был подписан 2 сентября 1945 года.

Взрыв произошёл спустя три минуты сброса бомбы на Хиросиму 6 августа 1945 г. Находившиеся ближе всего к эпицентру взрыва погибли мгновенно, их тела обратились в уголь. Пролетавшие мимо птицы сгорали в воздухе, а сухие, возгорающиеся материалы, такие как бумага, воспламенялись на расстоянии до 2 км от эпицентра. Световое излучение вжигало тёмный рисунок одежды в кожу и оставляло силуэты человеческих тел на стенах. Находившиеся вне домов люди описывали ослепляющую вспышку света, с которой одновременно приходила волна удушающего жара. Взрывная волна, для всех находившихся рядом с эпицентром, следовала почти немедленно, часто сбивая с ног. Находившиеся в зданиях, как правило, избегали воздействия светового излучения от взрыва, но не взрывной волны — осколки стекла поражали большинство комнат, а все здания, кроме самых прочных, обрушивались. Одного подростка взрывной волной выбросило из его дома через всю улицу, в то время как дом обрушился за его спиной. В течение нескольких минут 90% людей, находившихся на расстоянии 800 метров и меньше от эпицентра, умерли. Многочисленные небольшие пожары, которые одновременно возникли в городе, вскоре объединились в один большой огненный смерч, создавший сильный ветер (скоростью 50−60 км/час) направленный к эпицентру. Огненный смерч захватил свыше 11 кмІ города, убив всех, кто не успел выбраться в течение первых нескольких минут после взрыва. У людей отваливалась лоскутами кожа, и не от ожогов или тепловой реакции, а от светового излучения. По истечении 5 лет общее количество погибших, с учётом умерших от рака и других долгосрочных воздействий взрыва, могло достичь или даже превысить 200 тысяч человек Нагасаки. В целом, хотя мощность атомного взрыва в Нагасаки была больше, чем в Хиросиме, разрушительный эффект от взрыва оказался меньше. Этому способствовала комбинация факторов — наличие холмов в Нагасаки, а также то, что эпицентр взрыва находился над промзоной — всё это помогло защитить некоторые районы города от последствий взрыва. Количество погибших к концу 1945 года составило от 60 до 80 тысяч человек. Согласно отчёту префектуры Нагасаки, «люди и животные погибли почти мгновенно» на расстоянии до 1 км от эпицентра. Почти все дома в радиусе 2 км были разрушены, и сухие, возгорающиеся материалы, такие как бумага, воспламенялись на расстоянии до 3 км от эпицентра. Из 52 000 зданий в Нагасаки 14 000 были разрушены и ещё 5 400 — серьёзно повреждены. Только 12% зданий остались неповреждёнными. Хотя в городе не возникло огненного смерча, наблюдались многочисленные локальные пожары По истечении 5 лет, общее количество погибших, с учётом умерших от рака и других долгосрочных воздействий взрыва, могло достичь или даже превысить 140 тысяч человек, Но нельзя не заметить, что атомные потенциалы различных враждующих стран сдерживают от прямого применения физической силы. Проще говоря, от прямого объявления военного положения.

Химическая же сторона вопроса является вполне себе богатой на потенциал. При помощи ядерных реакций выявляют новые химические элементы по таблице Менделеева. Загвоздка лишь в том, что они появляются на такой краткий миг, что им даже не успевают давать названия. Только числовые.

В области медицины радиоактивные нуклиды применяются в борьбе с раком, онкологическими заболеваниями. Так же знакомый нам ренген делают именно благодаря облучению. И томография.

Научные исследования. Ядерные реакции довольно широко применяются в научных работах в определенных сферах. Существуют целые научные города, занимающиеся научными исследованиями с использованием ядерных технологий. Самый яркий пример — подмосковная Дубна, недавно получившая официальный статус наукограда.

Ядерная область самая опасная и самая многообещающая область физики.