рефераты, курсовые, дипломы >>> военное дело

 

Атомная энергетика и атомное орудие

 

Содержание:
1) парадокс атома
Модель атома Резерфорда.
Создание модели атома: квантовая теория и спектроскопия.
Атомная энергетика
Радиоактивность: её открытие и природа.
Получение ядерной энергии.
Ядерные реакторы: классификация.
Термоядерная энергия – база энергетики грядущего
3. Атомное орудие
3.1. Современные атомные бомбы и снаряды
2) Современные термоядерные бомбы и снаряды
3) «Чистая» водородная бомба
4. Атом и экология.

1. парадокс атома.
как сейчас понятно, мысль о том, что материя может состоять из отдельных частиц, в первый раз была высказана Левкиппом из Милета в 5 в. До н.Э.
Эту идею развил его ученик Демокрит, который и ввел слово атом (от греческого атомос, что означает неделимый). В начале 19 века Джон Дальтон
(1766 – 1844) возродил это слово, подведя научную базу под умозрительные идеи старых греков. Согласно Дальтону, атом – это крошечная неделимая частица материи, принимающая роль в химических реакциях.

обыкновенные представления об атоме, принадлежащие Дальтону, были поколеблены в 1897 г., Когда Дж. Дж. Томсон (1856 – 1940) установил, что атому могут испускать еще меньшие отрицательно заряженные частицы (позже названные электронами). Стало естественным, что атом владеет внутренней структурой. Это открытие указывало, что атом, по-видимому, обязан содержать и положительные заряды. Томсон предположил, что электроны рассеяны в положительно заряженном атоме, подобно «изюминкам в булке». Эта модель не позволяла объяснить некие характеристики атомов, но более совершенную модель удалось сделать только после открытия радиоактивного излучения.
Явление радиоактивности было открыто Беккерелем, который нашел, что атому урана самопроизвольно испускают излучение. Известны 3 формы этого излучения: бета частицы (отрицательно заряженные электроны), альфа частицы
(положительно заряженные ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов) и палитра-излучение (коротковолновое электромагнитное излучение, не несущее заряда).

1.1. Модель атома Резерфорда.

В 1911 г. Эрнест Резерфорд (1871 – 1937) предложил совсем новенькую модель атома, основанную на результатах его собственных экспериментов и экспериментов Ханса Гейгера (1882 – 1945), в которых измерялось рассеяние альфа частиц при прохождении через золотую фольгу. Согласно модели
Резерфорда, положительный заряд и основная масса атома сосредоточены в центральном ядре, вокруг которого движутся электроны. Сейчас мы знаем, что атом представляет собой практически пустое пространство с крошечным ядром, размеры которого в десятки тыщ раз меньше размеров атома в целом. Сами атомы тоже максимально малы: 10 млн. Атомов, выстроенные в ряд, составят всего 1 мм.

позднее Резерфорд установил, что положительный заряд ядра несут частицы в 1836 раз более тяжелые, чем электрон. Он назвал их протонами. Заряд протона равен по величине, но противоположен по знаку заряду электрона.
простой атом – атом водорода – состоит из одного протона (ядра) и одного электрона, движущегося вокруг него.

Более тяжелые ядра содержат большее число протонов (это число называют атомным номером), причем оно постоянно равно числу окружающих ядро электронов. Позже было установлено, что все ядра атомов, за исключением ядра водорода, содержат также частицы и другого типа – незаряженные частицы
(названные поэтому нейтронами) с массой, практически равной массе протона.

1.2. Создание модели атома: квантовая теория и спектроскопия.
Датский физик Нильс Бор (1885 – 1962), сделавший следующий принципиальный шаг на пути сотворения модели атома, опирался при этом на две остальные области исследований. Первая из них – квантовая теория, вторая – спектроскопия.
в первый раз мысль квантования была высказана Максом Планком (1858 – 1947) в 1900 г. Для объяснения механизма излучения тепла (и света) нагретым телом. Планк показал, что энергия может излучаться и поглощаться лишь определенными порциями, либо квантами.
базы спектроскопии были заложены еще Исааком Ньютоном (1642 – 1727): он пропустил луч солнечного света через стеклянную призму, разложив его на совокупность цветов видимого диапазона. В 1814 г. Йозеф Фраунгофер (1787 –
1826) открыл, что диапазон солнечного света содержит несколько черных линий, соответствующих, как было установлено позднее, линиям в диапазоне испускания водорода, в котором произошел электрический разряд.
Бор доказал, что движущийся электрон в атоме водорода может существовать лишь на фиксированных орбитах, а спектральные полосы водорода соответствуют поглощению (черные полосы) либо излучению (светлые полосы) кванта энергии; эти процессы происходят, когда электрон «перепрыгивает» с одной фиксированной орбиты на другую. Модель Бора, позже усовершенствованная Арнольдом Зоммерфельдом (1868 – 1951), дозволила добиться фурроров в объяснении диапазона водорода.
Согласно современной квантовой теории, фиксированные орбиты Бора не следует представлять очень практически – в реальности электрон в атоме с некой вероятностью может быть найден в любом месте, а не лишь вблизи орбиты. Это – следствие квантовой механики, которая была в основном сформулирована Вернером Гейзенбергом (1901 – 1976) и Эрвином Шредингером
(1887 – 1961). В её базе лежит так называемый принцип неопределенности
Гейзенберга. В итоге орбиты Бора оказались не точными траекториями электрона, а местами его более вероятного обнаружения в атоме. Согласно идее корпускулярно-волнового дуализма, в первый раз высказанной Луи де Бройлем, субатомные частицы можно обрисовывать так же, как и свет, в том смысле, что в одних вариантах для этого целесообразно воспользоваться понятием «частица», а в остальных – «волна». Так, «пучок» электронов ведет себя как совокупность частиц в катодных лучах, но как совокупность волн в электронном микроскопе.
но, с точки зрения химии, представление об атоме, как о мельчайшей частичке материи, принимающей роль в химических реакциях, по-прежнему остается более комфортным.

Атомная энергетика.
Ядерная энергия играется исключительную роль в современном мире: ядерное орудие оказывает влияние на политику, оно нависло опасностью над всем, живущим на Земле. А пока человечество стремится утолить свои непрерывно растущие потребности в энергии методом беспредельного развития ядерной энергетики, радиоактивные отходы загрязняют нашу планету. В реальности жизнь на
Земле постоянно зависела от ядерной энергии: ядерный синтез питает энергией
Солнце, радиоактивные процессы в недрах Земли нагревают её жидкое ядро влияют на подвижность материковых плит. Ядерная энергия выделяется, во- первых, при радиоактивном распаде и делении атомного ядра, а во-вторых, с процессе синтеза – слияния легких ядер в более тяжелые.

Радиоактивность – её открытие и природа.
Радиоактивность была открыта Антуаном Беккерелем (1852 – 1908). После получения радия стало ясно, что радиоактивный процесс сопровождается выделением большого количества энергии. Распад радия происходит в несколько стадий, при этом выделяется в 2*105 раз больше энергии, чем при сгорании таковой же массы угля. Ядро атома имеет диаметр порядка 10-12 см и состоит из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (нейтральных частиц с массой, практически равной массе протона). лишь ядро водорода состоит только из одного-единственного протона (и не содержит нейтронов). большая часть частей представляет собой смесь изотопов, ядра которых различаются числом нейтронов.

Получение ядерной энергии.
Получение ядерной энергии в огромных количествах в первый раз было достигнуто в цепной реакции деления ядер урана. Когда изотоп уран-235 поглощает нейтрон, ядро урана распадается на две части и при этом вылетают два – три нейтрона.
Если из числа нейтронов, образующихся после каждого акта деления, в следующем участвует в среднем более одного нейтрона, то процесс экспоненциально нарастает, приводя к неуправляемой цепной реакции.
Для преобразования ядерной энергии в электрическую этот процесс нужно замедлить и сделать управляемым; тогда его можно употреблять для получения тепла, которое потом преобразуется в электричество. Ядерный реактор – это собственного рода «печка». Возможность деления ядра урана-235 велика, если последний движется сравнимо медлительно (со скоростью около 2 км/c). Для замедления нейтронов в ядерный реактор помещают особые материалы, называемые замедлителями.

Ядерные реакторы: классификация.
Ядерные реакторы можно классифицировать по типу применяемых в них замедлителей: реакторы на графите, на воде и на тяжеленной воде. Тяжеленной именуется вода, в которой обыденный водород заменен его тяжелым изотопом – дейтерием. Тяжелая вода поглощает существенно больше электронов, чем рядовая.
Для поддержания цепной реакции нужно определенное количество делящегося вещества. Если в реакторе пропадает в итоге поглощения либо испускания больше нейтронов, чем возникает, то реакция не будет самоподдерживающейся. Если же, напротив, нейтронов возникает больше, чем пропадает, то реакция становится самоподдерживающейся и нарастающей.
малое количество вещества, обеспечивающее самоподдерживающееся протекание реакции, именуется критической массой. Для обычной работы ядерного реактора сгусток нейтронов обязан поддерживаться неизменным на требуемом уровне. Режим работы реактора регулируют, вдвигая и выдвигая стержни из поглощающего материала.

2.4. Термоядерная энергия – база энергетики грядущего.
Первая половина 20 века завершилась наикрупнейшей победой науки – техническим решением задачки использования громадных запасов энергии тяжелых атомных ядер – урана и тория. Этого вида топлива, сжигаемого в атомных котлах, не так уж много в земной коре. Если всю энергетику земного шара перевести на него, то при современных темпах роста потребления энергии урана и тория хватит только на 100 – 200 лет. За этот же срок исчерпаются запасы угля и нефти.

Вторая половина 20 века будет веком термоядерной энергии. В термоядерных реакциях происходит выделение энергии в процессе перевоплощения водорода в гелий. Скоро протекающие термоядерные реакции осуществляются, как говорилось выше, в водородных бомбах. Сейчас перед наукой стоит задачка воплощения термоядерной реакции не в виде взрыва, а в форме управляемого, тихо протекающего процесса. Решение данной задачки даст возможность употреблять громадные запасы водорода на Земле в качестве ядерного топлива.

В термоядерных реакторах, непременно, будет употребляться не обыденный, а тяжкий водород. В итоге использования водорода с атомным весом, хорошим от более частенько встречающегося в природе, удастся получить ситуацию, при которой литр обыкновенной воды по энергии окажется равноценен приблизительно 400 литрам нефти. Элементарные расчеты показывают, что дейтерия (разновидность водорода, которая будет употребляться в схожих реакциях) хватит на земле на сотни лет при самом бурном развитии энергетики, в итоге чего неувязка заботы о топливе отпадет фактически навсегда.

Атомное орудие.
Атомное орудие – самое массивное орудие на сегодняшний день, находящееся на вооружении пяти государств-сверхдежав: России, США, Великобритании, Франции и
Китая. Существует также ряд стран, которые ведут более-менее удачные разработки атомного орудия, но их исследования либо не окончены, либо эти страны не владеют необходимыми средствами доставки орудия к цели, что делает его бессмысленным. Индия, Пакистан, Северная Корея, Ирак, Иран имеют разработки ядерного орудия на различных уровнях, ФРГ, Израиль, ЮАР и Япония теоретически владеют необходимыми мощностями для сотворения ядерного орудия в сравнимо короткие сроки.
тяжело переоценить роль ядерного орудия. С одной стороны, это массивное средство устрашения, с другой – самый эффективный инструмент укрепления мира и предотвращения военного конфликтами меж державами, которые владеют этим орудием. С момента первого внедрения атомной бомбы в
Хиросиме прошло 52 года. Мировое общество близко подошло к осознанию того, что ядерная война неминуемо приведет к глобальной экологической катастрофе, которая сделает дальнейшее существование человечества невозможным. В течение многих лет создавались правовые механизмы, призванные разрядить напряженность и ослабить противостояние меж ядерными державами. Так к примеру, было подписано множество договоров о сокращении ядерного потенциала держав, была подписана Конвенция о Нераспространении
Ядерного орудия, по которой страны-носителя обязались не передавать технологии производства этого орудия иным странам, а страны, не имеющие ядерного орудия, обязались не предпринимать шагов для его разработки; наконец, совершенно не так давно сверхдержавы договорились о полном запрещении ядерных испытаний. Разумеется, что ядерное орудие является важнейшим инвентарем, который стал регулирующим эмблемой целой эры в истории интернациональных отношений и в истории человечества.

3.1. Современные атомные бомбы и снаряды.
В зависимости от мощности атомного заряда атомные бомбы, снаряды делят на калибры: малый, средний и большой. Чтоб получить энергию, равную энергии взрыва атомной бомбы малого калибра, необходимо взорвать несколько тыщ тонн тротила. Тротиловый эквивалент атомной бомбы среднего калибра составляет десятки тыщ, а бомбы крупного калибра – сотни тыщ тонн тротила. Еще большей мощностью может обладать термоядерное (водородное) орудие, его тротиловый эквивалент может достигать миллионов и даже десятков миллионов тонн.

Атомные бомбы, тротиловый эквивалент которых равен 1- 50 тыс. Т, относят к классу тактических атомных бомб и предназначают для решения оперативно-тактических задач. К тактическому оружию относят также артиллерийские снаряды с атомным зарядом мощность 10 – 15 тыс. Т. И атомные заряды (мощностью около 5 – 20 тыс. Т) для зенитных управляемых снарядов и снарядов, используемых для вооружения истребителей. Атомные и водородные бомбы мощностью свыше 50 тыс. Т относят к классу стратегического орудия.

необходимо отметить, что схожая классификация атомного орудия является только условной, поскольку в реальности последствие внедрения тактического атомного орудия могут быть не меньшими, чем те, которые испытало на себе популяция Хиросимы и Нагасаки, а даже большими.

Сейчас разумеется, что взрыв лишь одной водородной бомбы способен вызвать такие тяжелые последствия на больших территориях, каких не несли с собой десятки тыщ снарядов и бомб, применявшихся в прошедших глобальных войнах. А нескольких водородных бомб вполне довольно, чтоб перевоплотить в зону пустыни большие местности.

Ядерное орудие разделяется на 2 главных типа: атомное и водородное (термоядерное). В атомном оружии выделение энергии происходит за счет реакции деления ядер атомов тяжелых частей урана либо плутония. В водородном оружии энергия выделяется в итоге образования (либо синтеза) ядер атомов гелия из атомов водорода. Виды термоядерного орудия будут рассмотрены ниже.

3.2. Современное термоядерное орудие.
Современное термоядерное орудие относится к стратегическому оружию, которое может применяться авиацией для разрушения в тылу противника важнейших промышленных, военных объектов, больших городов как цивилизационных центров. Более известным типом термоядерного орудия являются термоядерные (водородные) бомбы, которые могут доставляться к цели самолетами. Термоядерными зарядами могут начиняться также боевые части ракет различного назначения, в том числе межконтинентальных баллистических ракет. В первый раз схожая ракета была испытана в СССР еще в 1957 году, в настоящее время на вооружения Ракетных Войск Стратегического Назначения состоят ракеты нескольких типов, базирующиеся на мобильных пусковых установках, в шахтных пусковых установках, на подводных лодках.

В базе деяния термоядерного орудия лежит внедрение термоядерной реакции с водородом либо его соединениями. В этих реакциях, протекающих при сверхвысоких температурах и давлении, энергия выделяется за счет образования ядер гелия из ядер водорода, либо из ядер водорода и лития.
Для образования гелия употребляется, в основном, тяжкий водород – дейтерий, ядра которого имеют необычную структуру – один протон и один нейтрон. При нагревании дейтерия до температур в несколько десятков миллионов градусов его атому теряют свои электронные оболочки при первых же столкновениях с другими атомами. В итоге этого среда оказывается состоящей только из протонов и движущихся независимо от них электронов. Скорость теплового движения частиц достигает таковых величин, что ядра дейтерия могут сближаться и благодаря действию массивных ядерных сил соединяться друг с другом, образуя ядра гелия. Результатом этого процесса и становится выделения энергии.

Принципиальная схема водородной бомбы такая. Дейтерий и тритий в жидком состоянии помещаются в резервуар с теплонепроницаемой оболочкой, которая служит для долгого сохранения дейтерия и трития в сильно охлажденном состоянии (для поддержания из жидкостного агрегатного состояния). Теплонепроницаемая оболочка может содержать 3 слоя, состоящих из твердого сплава, жесткой углекислоты и жидкого азота. Вблизи резервуара с изотопами водорода помещается атомный заряд. При подрыве атомного заряда изотопы водорода нагреваются до больших температур, создаются условия для протекания термоядерной реакции и взрыва водородной бомбы. Но, в процессе сотворения водородных бомб было установлено, что непрактично употреблять изотопы водорода, так как в таком случае бомба приобретает очень большой вес (более 60 т.), Из-за чего нельзя было и мыслить об использовании таковых зарядов на стратегических бомбардировщиках, а уж тем более в баллистических ракетах хоть какой дальности. Второй неувязкой, с которой столкнулись создатели водородной бомбы была радиоактивность трития, которая делала невозможным его долгое хранение.

В ходе исследования 2 вышеуказанные трудности были решены. Жидкие изотопы водорода были изменены жестким химическим соединением дейтерия с литием-6. Это позволило существенно уменьшить размеры и вес водородной бомбы. Не считая того, гидрид лития был использован заместо трития, что позволило размещать термоядерные заряды на истребителях бомбардировщиках и баллистических ракетах.

Создание водородной бомбы не стало концом развития термоядерного орудия, появлялись все новейшие и новейшие его эталоны, была создана водородно- урановая бомба, а также некие её разновидности – сверхмощные и, напротив, малокалиберные бомбы. Последним этапом совершенствования термоядерного орудия стало сотворения так называемой «чистой» водородной бомбы, которая будет описана ниже.

3.3. незапятнанная водородная бомба.

Первые разработки данной модификации термоядерной бомбы возникли еще в
1957 году, на волне пропагандистских заявлений США о разработке некоего
«гуманного» термоядерного орудия, которое не несет столько вреда для будущих поколений, сколько рядовая термоядерная бомба. В претензиях на
«гуманность» была доля истины. Хотя разрушительная сила бомбы не была меньшей, в то же время она могла быть взорвана так, чтоб не распространялся стронций-90, который при обычном водородном взрыве в течение долгого времени отравляем земную атмосферу. Все, что находится в радиусе деяния схожей бомбы, будет уничтожено, но опасность для живых организмов, которые удалены от взрыва, а также для будущих поколений, уменьшится.

но данные утверждения были опровергнуты учеными, которые напомнили, что при взрывах атомных либо водородных бомб появляется огромное количество радиоактивной пыли, которая поднимается массивным потоком воздуха на высоту до 30 км, а позже равномерно оседает на землю на большой площади, заражая ее. Исследования, проведенные учеными, показывают, что понадобится от 4 до 7 лет, чтоб половина данной пыли выпала на землю.


4. Атом и экология.
длительное время была угроза нанесения огромного вреда экологии нашей планеты за счет выброса радиоактивных веществ при ядерных испытаниях
(основным образом при атмосферных) испытаниях. Нужно учесть, что количество веществ, образующихся при взрыве, зависит от калибра бомбы.
Установлено, что радиоактивное заражение в основном определяется
«осколками» деления ядер вещества, составляющего заряд бомб – урана либо плутония. У современных водородных бомб, работающих по схеме: расщепление – ядерное соединение – расщепление, появляется большущее количество т.Н.
«осколков» деления. Часть из них возникает при взрыве атомного детонатора и крупная часть – при расщеплении урановой оболочки. В итоге некое количество радиоактивных веществ появляется в земле, воде и окружающих предметах.
Количество радиоактивных веществ, выпадающих на землю, зависит и от вида взрыва – воздушный, наземный, подводный, подземный (в двух последних вариантах загрязнение земли мало). Само собой очевидно, что ни о каком влиянии на выпадение радиоактивных частей на землю при космических взрывах говорить не приходится. Наибольшее количество радиоактивных веществ выпадает при наземном взрыве, в особенности в районе взрыва. Метеоусловия играются также важную роль: Китай в свое время проводил наземные и атмосферные ядерные тесты в непосредственной близости от границы с СССР (Киргизией) в те моменты, когда ветер имел направление в сторону СССР. Таковым образом, облака радиоактивной пыли относились ветром вглубь нашей местности, и выпадавшая из них пыль рассеивалась уже на ней.
Из всех радиоактивных веществ, выпадавших на землю, более опасным являлся стронций-90, период полураспада которого равен 25 годам. Попадая вовнутрь организма человека либо животных в виде пыли, стронций, подобно кальцию, отлагается в костных тканях, что в последствие приводит к появлению опухолей разных типов и тяжести.
В данной связи тяжело переоценить роль контракта о запрещении ядерных испытаний в трех сферах (на земле, под водой и в космосе), подписанного держававами-обладателями ядерного орудия. Совершенно не так давно, после того как
Франция окончила свои тесты на атолле Морророа в Тихом океане, все 5 сверх держав, владеющие ядерным орудием, заявили о полном прекращении ядерных испытаний. Это было достигнуто в значимой степени благодаря осознанию той ужасной опасности, которую несет в себе продолжение испытаний ядерного орудия, а также благодаря созданию технологий компьютерного моделирования ядерных взрывов.

 
Еще рефераты и курсовые из раздела
Оценка возникновения и развития пожаров на радиозаводе Электрон
Введение П ожар - неконтролируемое горение, причиняющее материальный вред, вред жизни и здоровью людей, интересам общества и страны. Определяющим явлением при пожаре является горение...

АГС-17
1.Вступление: назначение, боевые характеристики и общее устройство АГС-17. В начале 70-х годов в русском Союзе был разработан и принят на вооружение З0-мм станковый автоматический...

Внедрение исторического опыта для совершенствования работы органов управления
внедрение исторического опыта для совершенствования работы органов управления (ОУ), научно-исследовательских институтов (НИИ), конструкторских бюро (КБ) Влияние истории на жизнь...

Управление проектом стройки и наладки системы обеззараживания питьевой воды на городских водоканалах
С О Д Е Р Ж А Н И Е I Комплексная оценка компании как организационной формы воплощения инновационных проектов. 1.1 Экономическая черта рыночной среды . 3 1.2...

Правовые базы гражданской обороны
План-конспект проведения занятий по Гражданской обороне 1. Тема: Правовые базы ГО 2. Учебная мишень: Изучить федеральный закон о Гражданской обороне 3. Время: 90 минут ...