Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата → Ядерная и частичная физика → Радиоактивность ↓


Ядерное деление и слияние


Введение

Ядерные реакции находятся в центре производства энергии и являются основными процессами, которые дают энергию солнцу и звездам. В ядерной физике существует два основных типа ядерных реакций, которые могут высвобождать энергию: деление и слияние. В этом документе будут рассмотрены эти процессы, их механизмы и применение простым и понятным образом.

Понимание атома

Атомы – это наименьшие единицы материи, сохраняющие свойства элемента. Атом состоит из ядра, содержащего протоны и нейтроны, известные как нуклоны, окруженного облаком электронов. Ядро маленькое по сравнению с целым атомом, но содержит почти всю массу атома.

Ядро облако электронов

Ядерное деление

Ядерное деление — это процесс, в котором тяжелое ядро разделяется на два или более меньших ядра, высвобождая несколько нейтронов и большое количество энергии. Деление может происходить естественным образом или быть вызвано воздействием частиц, таких как нейтроны.

Процесс деления

Когда нейтрон сталкивается с тяжелым ядром, таким как уран-235, оно становится нестабильным. Эта нестабильность вызывает расщепление ядра на два меньших ядра, известных как осколки деления. Этот процесс высвобождает дополнительные нейтроны и большое количество энергии:

        ^{235}U + n → ^{92}Kr + ^{141}Ba + 3n + Энергия

Энергия, высвобождающаяся при делении, в основном обусловлена превращением части массы ядра в энергию, как описано в знаменитом уравнении Эйнштейна:

        E = mc²
N ^{235}U ^{92}Kr ^{141}Ba N N N

Цепная реакция

В ядерном реакторе процесс деления может стать самоподдерживающимся через цепную реакцию. Когда в каждом событии деления выделяется больше нейтронов, они могут вызывать дальнейшие деления в близлежащих ядрах. Этот процесс контролируется в реакторах для поддержания стабильного выхода мощности:

  • В контролируемой цепной реакции количество нейтронов, способных вызвать дальнейшее деление, ограничено.
  • В неконтролируемой цепной реакции, например, в атомной бомбе, реакция увеличивается экспоненциально, высвобождая огромные количества энергии.

Ядерное слияние

Слияние — это процесс, при котором два легких атомных ядра объединяются, образуя более тяжелое ядро, высвобождая энергию. Эта реакция питает Солнце и другие звезды, предоставляя энергию значительно более обильным и потенциально более чистым способом, чем деление.

Процесс слияния

Для того чтобы произошло слияние, ядра должны преодолеть их электростатическое отталкивание, известное как барьер Кулона. Это требует чрезвычайно высоких температур и давлений, как в центре звезд. Например, на Солнце:

        4^{1}H → ^{4}He + 2e^+ + 2ν + Энергия

Реакции слияния высвобождают энергию, потому что масса результирующего ядра меньше суммы его частей, и разница в массе преобразуется в энергию.

^{1}H ^{1}H ^{4}He

Проблемы слияния

Слияние обещает почти неограниченный источник энергии, но также представляет значительные технологические проблемы. Создание условий, необходимых для слияния на Земле, требует огромных затрат энергии, сложной технологии для управления плазмой и материалов, способных выдерживать экстремальные условия.

Применение слияния

  • Производство энергии: Слияние имеет потенциал для обеспечения устойчивого источника энергии без радиоактивных отходов, создаваемых делением.
  • Медицинские применения: Исследования в области слияния способствуют развитию плазменной физики и технологий, которые имеют значение для медицинской визуализации и лечения рака.

Сравнение деления и слияния

Аспект Деление Слияние
Топливо Тяжелые элементы, такие как уран, плутоний Легкие элементы, такие как водород (дейтерий, тритий)
Выделение энергии Среднее Высокое (на реакцию)
Отходы Долгосрочные радиоактивные отходы Низкий уровень краткосрочных отходов
Текущее использование Широко используется в ядерных реакторах Экспериментальное (например, проект ITER)

Заключение

Ядерное деление и слияние являются увлекательными процессами, которые предоставляют как возможности, так и вызовы. В то время как деление в настоящее время является устоявшейся технологией для производства энергии, слияние предлагает многообещающее будущее для чистой и обильной энергии. Понимание этих процессов имеет важное значение для развития ядерных технологий и поиска устойчивых решений в области энергетики.


Студент бакалавриата → 8.2.3


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (8.2.2)
Период полураспада
Следующий (8.3) →
Particle physics

Комментарии 



Ядерное деление и слияние

https://www.physicsflow.com/ug/8.2.3?pfal=ru