Отримання рентгенівського випромінювання

Рентгенівські промені виникають, коли швидкі електрони, або катодні промені, стикаються зі стінками або анодом газорозрядної трубки низького тиску. Сучасна рентгенівська трубка являє собою вакуумізірованний скляний балон з розташованими в ньому катодом і анодом. Різниця потенціалів між катодом і анодом (антикатоді), досягає кілька сотень кіловольт. Катод являє собою вольфрамову нитку, подогреваемую електричним струмом. Це призводить до випускання катодом електронів в результаті термоелектронної емісії. Електрони прискорюються електричним полем в рентгенівській трубці. Оскільки в трубці дуже невелике число молекул газу, то електрони по шляху до анода практично не втрачають своєї енергії. Вони досягають анода з дуже великою швидкістю.

Рентгенівські промені виникають завжди, коли рухаються з високою швидкістю електрони гальмуються матеріалом анода. Велика частина енергії електронів розсіюється у вигляді тепла. Тому аноді необхідно штучно охолоджувати. Анод в рентгенівській трубці повинен бути зроблений з металу, що має високу температуру плавлення, наприклад, з вольфраму.

Частина енергії, що не рассеивающая у формі тепла, перетворюється на енергію електромагнітних хвиль (рентгенівські промені). Таким чином, рентгенівські промені є результатом бомбардування електронами речовини анода. Є два типи рентгенівського випромінювання: гальмівний і характеристичне.

Питання 34: Квантові генератори (лазери) та їх застосування

Оптичні квантові генератори чи лазери можуть застосовува-тися для створення точних вимірювальних приладів та інструмен-тів, в оптичній локації, для передачі інформації, прецизійного зва-рювання, свердління тугоплавких матеріалів. Особливо перспек-тивне застосування лазерів у галузі зв'язку і на телебаченні. В лазе-рах генерується когерентне випромінювання оптичного діапазону великої інтенсивності, у вузькому пучку випромінювання щільність потоку потужності може досягати 1012-1013 Вт/см2.
Квантові генератори працюють на основі змушених випромінювань, джерелами яких є робочі речовини, що випускають електромагнітні випромінювання оптичного діапазону (що створюють лазерний ефект) внаслідок порушення їхніх атомів електромагнітною енергією іншого джерела. Як інше джерело у твердотілих лазерах служать газорозрядні імпульсні лампи, а в газових лазерах - генератори НВЧ.

Питання 35: Ядерні реакції. Поділ важких ядер. Ланцюгова реакція поділу ядер. Ядерна енергетика

У 1938р. нім. Фізики Ган і Штрасман, опромінюючи нейтронами U, виявили у продуктах реакції елемент барій. Пізніше це було підтверджено іншими вченими. Аналізуючи це, дійшли висновку, що ядро ²³⁸U має незначну стійкість, а після захоплення ¹₀n може / на 2 ядра-уламки, приблизно однакового розміру. Через 2 роки Флеров і Петржак виявили, що ядра ²³⁸U можуть / спонтанно. Перiод пiврозпаду спонтанного подiлу U виявився 8*10¹⁵ pоків.

Пiзнiшi дослiдж. пiдтвердили, що ядро U пiд дiєю нейтронiв / на 2 частини, вiдношення мас яких можуть бути дуже рiзними. Bcix їx ~ 80. Однак, найiмовiрнiшим є подiл ядер урану на уламки, мaси яких вiдносяться як 2:3.

Важливим результатом подiлу важких ядер є вивiльнення величезної внутрiядерної Е. При поділі ядра на 2 уламки змін. поверхнева Еп=а₂А^2/3 і кулонівська Ек= а₃Z² / А^1/3, при чому кулон. зменш., а поверхн. збільш. Поділ можливий коли Е, що вивільняється при поділі Е>0. Е= а₃Z₁² / А₁^1/3*0,37 - а₂А₁^2/3*0,26>0,

тут А₁=А/2, Z₁= Z/2.Поділ вигідний, коли Z²/А>17, вел. Z²/А наз. парам. ділимості, він проп. Е, що вивільняється при поділі.

В процесi подiлу ядро змiнює форму - послiдовно проходить через наступністадії : шар, елiпсоїд, гантеля, два грушеподiбних уламки, два сферичнi уламки.

Виявлення факту вивiльнення нейтронiв у реакцiях подiлу важких ядер вiдкрило проблему здiйсн. ланцюговоiядерної реакції та здобуття величезної ядерної Е для практичних цiлей. Дослiднi данi свiдчать , що ланцюгову ядерну реакцiю в U можна здій. 2 способами: з викор. чистого ²³⁵U або природнього U, проте iз забезпеченням таких умов, за яких коеф. розмно:ження нейтронiв k = Ni /Nі-1 (вiдношення числа ¹₀n Nі , якi зумовлюють подiл ядер на одному з етапiв реакцiї , до числа Ni-1 , що спричиняють подiл на попередньому етапi реакцiї) був би не меншим, нiж 1. 1-ий спосiб здiйсн. ланцюгової реакцiї було викор. для виготовлення атомної бомби, 2-ий - для побудови ядерних pеакторів. Вiдокремлення²³⁵Uвiд природного²³⁸Uзавдякиїходнаковим хiм.власт.становить значнi труднощi. Серед рiзних методiв подiлу iзотопiв найефективнiшимиєметодимас-спектрографа i метод газовоїдифузiї.

Ланцюгова реакцiя в чистому ²³⁵Uможе розвиватися лише при певнiй його к-тi.При незначній його к-ті нейтрони від розпаду одного ядра можуть вилітати назовні та не влучати в інші ядра.Мiнiмальну к-ть ²³⁵U, при якiй може розвиватися ланцюгова реакцiя, наз.критичноюЗа. розрахунками Гейзенберга для²³⁵Uвона~ 9 кг. При перевищеннi критичноi маси²³⁵Uабо нейтрони розмножуються настiльки швидко, що ланцюгова реакцiя набираєхарактер вибуху. Останнiй виникаєсам по собi завдяки довiльному розпаду урану або ж потраплянню у нього нейтронiв з космiчного промiння. Тому зберiгати²³⁵Uможна лише в к-тi, меншiй вiд критичноi.

Ядерним реакторомназ. установку, в якiй здiйсн. керована за швидкiстю перебiгу ланцюгова ядерна реакцiя. Сучаснi реактори працюють на природному U, збагаченому нуклiдом ²³⁵U або плутонiєм, i на сповiльнених нейтронах.Істотнуроль для здiйсн.ланцюговоi реакцiївiдiграють розмiри реактора. Адже нейтрони з моменту утв.доїх захоплення проходять значнi вiдстанi - в середньому до кiлькохметрів.Томупри малих розмiрах реактора вихiд нейтронiв за його межi може бути настiльки значним, що ланцюгова реакцiя не розвиватиметься. Для кожного реактораіснуєдеякий критичний розмiр, починаючи з якоговінможе працювати. На розмiр i режим роботи реактора сильно впливаєвибiр сповiльнювача нейтронiв.Хорошими є²₁Н (D) або поєднанi з ним важка вода D₂0, графiт i берилiй.

В Україні на атомних електростанціях викор. реактори водо-водяного типу(з потужністю 1000МВт). В цих реакторах швидкі нейтрони поділу сповільнюються у воді, яка одночасно є і теплоносієм.

Питання 36: Реакції термоядерного синтезу, умови їх здійснення. Керований термоядерний синтез.

Термоядерна реакція — реакція синтезу (злиття) легких ядер, які відбуваються лише при високій температурі. У результаті вимушеного зближення між ядрами виникають сили притягання, достатні для втримання ядер. У такий спосіб утворюється новий елемент. У природі такі процеси відбуваються в зірках. На цих реакціях ґрунтується принцип дії водневої бомби.

Насправді реакції синтезу легких ядер відбуваються з помітною інтенсивністю при значно нижчих температурах, порядку 10⁷К. Причина цього – наявність у тепловому русі частинок з швидкостями, значно вищими від середніх; крім того, істотну роль відіграє так званий тунельний ефект. Згідно з квантовою механікою існує певна ймовірність того, що частинка проникне крізь потенціальний бар’єр з енергією, меншою від нього, проходячи наче через тунель в бар’єрі. Найсприятливіші умови створюються для реакцій синтезу ядер ізотопів водню.

У реакціях синтезу виділяється енергії більше, ніж при діленні важких ядер. При синтезі 400 грамів гелію звільняється енергія, еквівалентна 10 400 тонам вугілля, або 2 грами дейтерію дають 1013 джоуль енергії.

Але досі на Землі не вдалося здійснити керовану термоядерну реакцію, тому що для зближення ядер атомів на близькі відстані необхідна велика енергія. Єдина можливість – це перевести речовину в стан плазми, а потім збільшити температуру плазми настільки, щоб ядра почали взаємодіяти. Але поки що на Землі не знайдено матеріалу, який би витримав температуру 10⁷К. Некерована реакція синтезу вибухового типу була використана у водневій бомбі.

Для утворення високотемпературної призми практикуються потужні імпульсні електричні розряди в газах. У цих розрядах максимальна сила струму досягає величини 2*10⁶А. Імпульси такого струму дістають від заряджених потужних батарей конденсаторів. Імпульсні електричні розряди проводяться в дейтерієво-тритієвій суміші та інших газах.

Створення керованої термоядерної реакції є генеральним напрямом енергетики майбутнього.