Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Atommag felépítése, nukleáris kölcsönhatás, kötési energia.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Atommag felépítése, nukleáris kölcsönhatás, kötési energia."— Előadás másolata:

1 Atommag felépítése, nukleáris kölcsönhatás, kötési energia

2 Az atomokat felépítő elektronokat, protonokat és neutronokat elemi részecskéknek nevezzük. Nukleonok: protonok és neutronok Az atomban a protonok és elektro- nok száma mindig egyenlő, így az atom elektromosan semleges. A = tömegszám, Z= rendszám (töltésszám) N=neutronok száma Proton töltése: = /elektron töltése/ q p = 1.6* 10 –19 C Proton tömege: m p = 1.67* kg ~ m n Atommag mérete: m /Rutherford-féle szórási kísérlet/

3  Az atommagban található protonok között a töltésazonosság miatt taszító hatás lép fel. A magon belül van egy olyan kölcsönhatás mely a taszító hatást semlegesíti: nukleáris kölcsönhatás (magerő)  Jellemzői:  Két nagyságrenddel nagyobb mint a taszító erő  Rövid hatótávolságú, csak a szomszédos nukleonok között hat  Töltésfüggetlen, magerő szempontjából a nukleonok egyformák  Atommag kötési energiája: az a munka amelyet akkor végzünk, amikor az adott magot alkotórészeire bontjuk szét. Ha az alkotók újra egy magot alkotnak, ez az energia szabadul fel. E k == E= m*c 2  Tömeghiány: atommag együttes tömege kisebb mint az alkotók együttes tömege. Amikor az atommag részeiből összeáll a felszabaduló energiának megfelelő tömeg távozik a sugárzással. Gamma-foton

4  Atommag kötési energiája E k ~ A nukleonok száma  Energiát nyerhetünk ki :  Könnyű atommagok egyesítésével (fúzió)  Nehéz atommagok hasításával (fisszió)  Energia szabadul fel, ha nehéz atommagok több lépésben radioaktív bomlás során kis tömegszámú atommagokká alakulnak.

5  A radioaktivitás felfedezése: Antoine Henri Becquerel ( ) Az uránérc előzetes besugárzás nélkül is bocsátott ki bizonyos sugarakat, amelyek a fényhez hasonló nyomot hagytak a fényképezőlemezen. Marie Curie ( ) és Pierre Curie ( ) Felfedezték a polóniumot és a rádiumot Megfigyelték, hogy az új sugárzás független a sugárzó elem fizikai és kémiai állapotától Radioaktív sugárzás:előzetes energiaközlés nélkül bekövetkező sugárzás

6  Rutherford kísérletei során a sugárzás elektromos és mágneses térbeni eltérülését vizsgálta.  Kétfajta elektromos töltéssel rendelkező részecskékből álló sugárzási komponens létezik:  Pozitív töltésű α – sugárzás  Negatív töltésű β – sugárzás  Semleges γ – sugárzás Az α (alfa) sugárzás He atommagok alkotják, rövid távon lefékeződnek A β (béta) sugárzást nagy energiájú elektronok alkotják, közepes ionizáló képességű A γ (gamma) sugárzás rövid hullámhosszú elektromágneses, sugárzás (nagy energiájú fotonok) nagy áthatoló képességű

7  Radioaktív elem aktivitása: A  Megmutatja, hogy az elem atommagjai közül másodpercenként mennyi bomlik el.  Jele: Bq (Henri Becquerel) A= dN/dt A = bomlási sebesség Az aktivitás a jelen lévő radioaktív elemek mennyiségétől függ. 1g Rádium aktivitása 37 *10 9 Bq, azonos számú 238U izotóp aktivitása: 13*10 3 Bq  Felezési idő: T radioaktív elemek atommagjainak a száma mindig ugyan annyi idő alatt feleződik meg  Bomlási törvény: el nem bomlott atommagok száma (N) az idő függvényében  Bomlási állandó: 0,69/T  A= 0,69/T*N 1 Bq = 1 bomlás/s.

8  Alfa-bomlás  Alfa-bomláskor egy hélium-ion (alfa részecske, 4He) bocsátódik ki, ezért a tömegszám néggyel, a rendszám kettővel csökken.  A könnyű atommagoknál a tömegszám csökkentése nem energianyereséges, ezért alfa-bomlókat csak a nehezebb atommagok között találunk.  Béta-bomlások  A béta-bomlásoknak három típusa van:  negatív -bomlás, pozitív -bomlás, elektronbefogás.  A negatív -bomlás során lényegében az atommag egy neutronja protonná alakul, miközben egy elektron (e - ) lép ki, az atommag rendszáma eggyel nő, tömegszáma változatlan.  Gamma-bomlás  A gamma-sugárzás nagyon kis hullámhosszúságú elektromágneses sugárzás, ezért sem elektromos, sem mágneses mezővel nem lehet eltéríteni. Általában az alfa- és béta-bomlást követően észlelhető.

9  Otto Hahn és Fritz Strassmann(1938) nevéhez fűződik a maghasadás értelmezése.  A maghasadás (fisszió) során hasadóanyagok szabad neutronnal való ütközés hatására az atommag két vagy több kisebb magra szakad, amely során belőlük szabad neutronok keletkeznek, így önfenntartó láncreakciót hoz létre. A maghasadást gamma-, valamint neutronsugárzás is kísérheti.  A nehéz elemek maghasadása során nagy mennyiségű energia szabadul fel.  1 db U-235 elhasadásakor kb. 200 MeV =3.2* J energia szabadul fel. ( 1 eV= 1.6* J)  Magyarország éves elektromosenergia-fogyasztása kb GWh. Ennyi energia felszabadulásához 19 t tiszta U235 elhasadása kell. Ugyanennyi energiát kapunk 47*10 6 t (tehát kb. 2.5 milliószor annyi) feketekőszén eltüzelésekor!

10  Az urán esetében az atommag befog egy lassú (termikus) neutront, majd két kisebb magra bomlik. Eközben felszabadul 1-3 gyors neutron is. Így a maghasadás több neutront kelt, mint amennyit elhasznál, és az egész folyamat önfenntartó lesz. Ezt nevezik láncreakciónak.  A maghasadás során gyors neutronok keletkeznek, viszont azokat az urán nem fogja be. Ezért a neutronokat le kell lassítani, ami neutronmoderátorral történik.  A maghasadások szabályozása:  moderálás  A leggyakrabb moderátorok:  Víz  Nehézvíz  Grafit

11  Az atomerőmű az erőműveknek azon típusa, amelyek a maghasadás vagy a magfúzió során keletkezett hőt használják áramtermelésre céljára.  Az első atommáglyát 1942-ben Szilárd Leó és Enrico Fermi építette meg Chicagóban.  Az első atomerőművet Obnyinszkban (Oroszország) állították üzembe, 1954-ben.  A reaktorokat (atommágját) hűteni kell, a hűtőanyagnak átadott hőenergiát hasznosítják az atomerőművekben.

12

13

14

15  A fúziós erőmű alapanyaga deutérium és lítium.  A deutérium a hidrogén izotópja, a vízből viszonylag egyszerűen kivonható. A lítiumot besugárzással tríciumra bontják, ez is egy hidrogénizotóp. A tórusz formájú reaktorkamrába a trícium és deutérium keverékét juttatják be. 15 millió fokosra hevítik és az így keletkező ionokat körpályára kényszerítik mágneses térrel. A reakcióban hélium keletkezik. A reaktor falát vízzel hűtik és az így keletkező gőzzel turbinát hajtanak meg.

16  A dél-franciaországi Cadarache-ban épülő, tizenkétmilliárd eurós, ITER nevű kísérleti fúziós eszköz a számítások szerint 500 megawatt teljesítményre lesz képes.  A művelet a Nap energiatermelő magjában lezajló folyamathoz hasonlít, ahol hidrogén-atommagok egyesülnek héliummá.  Nem kell tartani a megszaladás veszélyétől, mert zavarok esetén a plazma összeomlik, és a folyamat leáll. A radioaktív hulladékok gondja, ami a maghasításos atomerőművek esetében az egyik legnagyobb megoldandó feladat, ez esetben gyakorlatilag elmarad, illetve nagyon kicsi, mert a radioaktívvá vált anyagok, szerkezetek lebomlási ideje igen rövid a kiégett nukleáris fűtőelemekéhez viszonyítva. Maga a fúziós reaktor üzemanyaga, a hidrogén, illetve nehéz izotópjai, a deutérium és a trícium könnyen hozzáférhetők, illetve a reaktorban előállíthatók, és nagyon kis mennyiségből lehet nagy energiát kinyerni. Tervezett üzembe helyezése

17  Fúziós hajtóművön dolgozik az Alabamai University of Huntsville kutatócsoportja. Terveik szerint a hajtómű drasztikusan lecsökkentené az űrutazások idejét, úgy becsülik, hogy segítségével egy űrhajó hat hét alatt küzdené le a Föld-Mars távolságot. A reakció ugyanaz, mint ami a Nap belsejében zajlik, és a kísérleti reaktorokban millió fokos hőmérséklettel és erős mágneses térrel indítják be a reakciót.


Letölteni ppt "Atommag felépítése, nukleáris kölcsönhatás, kötési energia."

Hasonló előadás


Google Hirdetések