Презентация по физике на тему: "Ядерные реакции. Атомная бомба"

Слайд 1

Презентация по физике на тему: «Ядерные реакции. Атомная бомба» у ченика 11 класса ГБОУ СОШ №1465 Иараджули Георгия Учитель физики Л.Ю. Круглова

Слайд 2

Ядерные реакции Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов . В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях.

Слайд 3

Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году в опытах по обнаружению протонов в продуктах распада ядер. Резерфорд бомбардировал атомы азота α-частицами . При соударении частиц происходила ядерная реакция, протекавшая по следующей схеме: 14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H

Слайд 4

При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения : импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (т. е. числа нуклонов – протонов и нейтронов). Выполняется также ряд других законов сохранения, специфических для ядерной физики и физики элементарных частиц.

Слайд 5

Ядерные реакции могут протекать при бомбардировке атомов быстрыми заряженными частицами (протоны, нейтроны, α-частицы, ионы). Первая реакция такого рода была осуществлена с помощью протонов большой энергии, полученных на ускорителе, в 1932 году: 7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

Слайд 6

Однако наиболее интересными для практического использования являются реакции, протекающие при взаимодействии ядер с нейтронами. Так как нейтроны лишены заряда, они беспрепятственно могут проникать в атомные ядра и вызывать их превращения. Выдающийся итальянский физик Э. Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения вызываются не только быстрыми, но и медленными нейтронами, движущимися с тепловыми скоростями.

Слайд 7

Ядерные реакции сопровождаются энергетическими превращениями. Энергетическим выходом ядерной реакции называется величина : где M A и M B – массы исходных продуктов, M C и M D – массы конечных продуктов реакции. Величина Δ M называется дефектом масс . Ядерные реакции могут протекать с выделением ( Q > 0) или с поглощением энергии ( Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину | Q |, которая называется порогом реакции . Для того чтобы ядерная реакция имела положительный энергетический выход, удельная энергия связи нуклонов в ядрах исходных продуктов должна быть меньше удельной энергии связи нуклонов в ядрах конечных продуктов. Это означает, что величина Δ M должна быть положительной. Q = (M A + M B – M C – M D )c 2 = Δ Mc 2 ,

Слайд 8

Возможны два принципиально различных способа освобождения ядерной энергии: Деление тяжёлых ядер Термоядерные реакции Рассмотрим первый способ освобождения ядерной энергии

Слайд 9

Деление тяжёлых ядер В отличие от радиоактивного распада ядер, сопровождающегося испусканием α- или β-частиц , реакции деления – это процесс, при котором нестабильное ядро делится на два крупных фрагмента сравнимых масс. В 1939 году немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деление ядер урана. Продолжая исследования, начатые Ферми, они установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической системы – радиоактивные изотопы бария ( Z = 56), криптона ( Z = 36) и др.

Слайд 10

Уран встречается в природе в виде двух изотопов: 238 92 U (99,3 %) и 235 92 U (0,7 %). При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. При этом реакция деления 235 92 U наиболее интенсивно идет на медленных (тепловых) нейтронах, в то время как ядра 238 92 U вступают в реакцию деления только с быстрыми нейтронами с энергией порядка 1 МэВ. Основной интерес для ядерной энергетики представляет реакция деления ядра 235 92 U. В настоящее время известны около 100 различных изотопов с массовыми числами примерно от 90 до 145, возникающих при делении этого ядра. Две типичные реакции деления этого ядра имеют вид:

Слайд 11

В результате деления ядра, инициированного нейтроном, возникают новые нейтроны, способные вызвать реакции деления других ядер. Продуктами деления ядер урана-235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т. д. При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией . В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает при быстром соединении двух кусков урана-235, каждый из которых имеет массу несколько ниже критической.

Слайд 12

Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным ) реактором . Схема ядерного реактора на медленных нейтронах Первый ядерный реактор был построен в 1942 году в США под руководством Э. Ферми . В нашей стране первый реактор был построен в 1946 году под руководством И . В. Курчатова .

Слайд 13

Атомная бомба Однофазное или одноступенчатое взрывное устройство, в котором основной выход энергии происходит от ядерной реакции деления тяжелых ядер (урана-235 или плутония) с образованием более лёгких элементов. Атомная бомба относится к ядерному оружию. Классификация зарядов атомной бомбы по мощности: до 1 кт — сверхмалые; 1 — 10 кт — малые; 10 — 100 кт — средние; 100—1000 кт — крупные; свыше 1 Мт — сверхкрупные .

Слайд 14

История создания атомной бомбы История создания атомной бомбы, и в частности оружия, начинается в 1939 году, с открытия, сделанного Жолио-Кюри . Именно с этого момента ученые осознали, что цепная реакция урана может стать не только источником огромной энергии, но и страшным оружием. И так, в основе устройства атомной бомбы лежит использование ядерной энергии, которая выделяется при цепной ядерной реакции. Последнее подразумевает процесс деления тяжелых ядер или синтеза легких ядер. В результате чего, атомная бомба является оружием массового поражения, за счет того, что в кратчайший промежуток времени происходит выделение огромного количества внутриядерной энергии в небольшом пространстве.

Слайд 15

Первое испытание атомной бомбы Первое испытание атомного оружия было проведено американскими вооруженными силами 16 июля 1945 года в местечке под названием Алмогордо, показавшее всю мощь атомной энергии. После чего, атомные бомбы, имеющиеся у сил США, были погружены на военный корабль и отправлены к берегам Японии. Отказ правительства Японии от мирного диалога позволил в действии показать всю мощь атомного оружия, жертвами которого сначала стал город Хиросима, а чуть позднее Нагасаки. 6 августа 1945 года впервые атомное оружие было применено на мирных жителях, в результате чего город практически был стерт в лица земли ударными волнами. Больше половины жителей города погибли впервые дни атомной атаки, и составило в общем, около 240 тысяч человек. А спустя всего четыре дня, военную базу США покинули сразу два самолета с опасным грузом на борту, целями которых были Кокура и Нагасаки. О т атомной бомбы в Нагасаки в первые дни погибло 73 тысячи человека от полученных повреждений и облучения к этим жертвам добавился список уже в 35 тысяч человек .

Слайд 16

Устройство атомной бомбы Атомная бомба включает в себя целый ряд различных компонентов. Как правило, выделяют два основных элемента данного типа оружия: корпус и систему автоматики. В корпусе находится ядерный заряд и автоматика, и именно он выполняют защитную функцию по отношению к различным видам воздействия (механического, теплового и так далее). А роль системы автоматики заключается в том, чтобы взрыв произошел в четко заданное время, а не раньше или позже. Состоит система автоматики из таких систем как: аварийный подрыв; предохранения и взведения; источник питания; датчики подрыва и подрыва заряда.

Слайд 17

Доставляются атомные бомбы с помощью баллистических, крылатых и зенитных ракет. Т.е. ядерные боеприпасы могут являться элементом авиабомбы, торпеда, фугаса и так далее.

Слайд 18

Поражающие факторы ядерного взрыва: ударная волна( скорость распространения ударной волны в среде превышает скорость звука в данной среде) световое излучение( мощность превышает во множество раз мощность лучей солнца) проникающая радиация радиоактивное заражение электромагнитный импульс (ЭМИ )(выводит из строя технику и приборы) рентгеновское излучение

Слайд 19

Действие атомной бомбы После взрыва произойдёт яркая вспышка, переходящая в огненную сферу, по мере остывания превращающуюся в шляпку ядерного гриба. Далее идёт световое излучение. Давление ударной волны на границе огненной сферы при максимальном её развитии 7 атмосфер (0,7 МПа) независимо от мощности, температура воздуха в волне — около 350 градусов, а в сочетании со световым излучением предметы на границе сферы могут нагреться до 1200 градусов при взрыве мощностью в 1 мегатонну. В случае с человеком тепло разольётся по всему телу. Свет делает одежду ещё более обтягивающей, приваривая её к телу. Время свечения вспышки зависит от мощности взрыва, примерно от одной секунды при одной килотонне до сорока секунд при пятидесяти мегатонн; одна мегатонна будет светить десять секунд, двадцать килотонн (Хиросима) — три секунды. Ударная волна может идти раньше окончания свечения.

Слайд 20

Радиус поражающего действия средней атомной бомбы

Слайд 21

«Ядерный клуб» Неофициальное название группы стран, обладающих ядерным оружием. В неё входят США ( c 1945), Россия (изначально Советский Союз:с 1949), Великобритания (1952), Франция (1960), КНР (1964), Индия (1974), Пакистан (1998) и КНДР (2006). Также имеющим ядерное оружие считается Израиль. «Старые» ядерные державы США, Россия, Великобритания, Франция и Китай являются т. н. ядерной пятёркой — то есть государствами, которые считаются «легитимными» ядерными державами согласно Договору о нераспространении ядерного оружия . Остальные страны, обладающие ядерным оружием, называются «молодыми» ядерными державами. Кроме того, на территории нескольких государств, которые являются членами НАТО и другими союзниками, находится или может находиться ядерное оружие США. Некоторые эксперты считают, что в определенных обстоятельствах эти страны могут им воспользоваться.