परमाणु ऊर्जा के उदाहरण। पहला परमाणु रिएक्टर - इसका आविष्कार किसने किया था? परमाणु बम का एक उपोत्पाद

प्रकृति में, परमाणु ऊर्जा सितारों में जारी की जाती है, और मनुष्य द्वारा इसका उपयोग मुख्य रूप से परमाणु हथियारों और परमाणु ऊर्जा में किया जाता है, विशेष रूप से, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में।

भौतिक नींव

बंधन ऊर्जा

यद्यपि नाभिक में नाभिक होते हैं, हालांकि, नाभिक का द्रव्यमान केवल नाभिकों के द्रव्यमान का योग नहीं होता है। इन नाभिकों को एक साथ रखने वाली ऊर्जा को नाभिक के द्रव्यमान और इसके घटक व्यक्तिगत नाभिकों के द्रव्यमान में अंतर के रूप में देखा जाता है, एक कारक तक सी 2 , जो समीकरण द्वारा द्रव्यमान और ऊर्जा से संबंधित है ई = एम ⋅ सी 2। (\displaystyle E=m\cdot c^(2)।)इस प्रकार, एक परमाणु के द्रव्यमान और उसके घटकों के द्रव्यमान का निर्धारण करके, विभिन्न नाभिकों को एक साथ धारण करने वाले प्रति नाभिकीय औसत ऊर्जा का निर्धारण किया जा सकता है।

ग्राफ से यह देखा जा सकता है कि बहुत हल्के नाभिक में प्रति न्यूक्लिऑन की तुलना में कम बाध्यकारी ऊर्जा होती है जो थोड़ा भारी होता है (ग्राफ के बाईं ओर)। यही कारण है कि थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं (अर्थात प्रकाश नाभिक का संलयन) ऊर्जा छोड़ती हैं। इसके विपरीत, ग्राफ़ के दाईं ओर बहुत भारी नाभिक में मध्यम-द्रव्यमान नाभिक की तुलना में प्रति न्यूक्लियॉन कम बाध्यकारी ऊर्जा होती है। इस संबंध में, भारी नाभिक का विखंडन भी ऊर्जावान रूप से अनुकूल है (अर्थात, यह परमाणु ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है)। यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि संलयन के दौरान (बाईं ओर) द्रव्यमान अंतर विखंडन के दौरान (दाईं ओर) की तुलना में बहुत बड़ा होता है।

नाभिक को अलग-अलग नाभिकों में पूर्ण रूप से विभाजित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा कहलाती है बंधन ऊर्जा इकोर से। विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा (अर्थात, प्रति न्यूक्लियॉन बाध्यकारी ऊर्जा, = इसाथ / ए, कहाँ पे ए- नाभिक में नाभिकों की संख्या, या द्रव्यमान संख्या), विभिन्न रासायनिक तत्वों के लिए और समान रासायनिक तत्व के समस्थानिकों के लिए भी समान नहीं है। एक नाभिक में एक न्यूक्लियॉन की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा औसतन भिन्न होती है 1 मेवमध्यम द्रव्यमान के नाभिक के लिए 8.6 MeV तक के हल्के नाभिक (ड्यूटेरियम) के लिए (एक द्रव्यमान संख्या के साथ) लेकिन 100)। भारी नाभिक के लिए ( लेकिन 200), एक न्यूक्लियॉन की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा औसत द्रव्यमान के नाभिक की तुलना में लगभग 1 MeV से कम होती है, ताकि औसत वजन के नाभिक में उनका परिवर्तन (2 भागों में विभाजन) ऊर्जा की रिहाई के साथ हो लगभग 1 MeV प्रति न्यूक्लियॉन, या लगभग 200 MeV प्रति नाभिक। हल्के नाभिक के भारी नाभिक में परिवर्तन से प्रति नाभिक और भी अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है। तो, उदाहरण के लिए, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम नाभिक के संयोजन की प्रतिक्रिया

17.6 MeV, यानी 3.5 MeV प्रति न्यूक्लियॉन की ऊर्जा रिलीज के साथ।

परमाणु विखंडन

2.5 न्यूट्रॉन प्रति विखंडन घटना की उपस्थिति एक श्रृंखला प्रतिक्रिया की अनुमति देती है यदि इन 2.5 न्यूट्रॉन में से कम से कम एक यूरेनियम नाभिक का एक नया विखंडन उत्पन्न कर सकता है। आम तौर पर, उत्सर्जित न्यूट्रॉन यूरेनियम नाभिक को तुरंत नहीं तोड़ते हैं, लेकिन पहले थर्मल वेग (2200 मीटर/सेकेंड पर) तक धीमा होना चाहिए। टी= 300 के)। एक छोटे से दूसरे तत्व के आसपास के परमाणुओं की मदद से मंदी को सबसे प्रभावी ढंग से प्राप्त किया जाता है ए, जैसे हाइड्रोजन, कार्बन, आदि एक सामग्री का जिसे मॉडरेटर कहा जाता है।

कुछ अन्य नाभिक भी धीमी न्यूट्रॉनों को पकड़कर विखंडन कर सकते हैं, जैसे कि 233यू या 239। हालांकि, 238 यू (यह 235 यू से 140 गुना अधिक है) या 232 (यह पृथ्वी की पपड़ी में 235 यू से 400 गुना अधिक है) जैसे नाभिक के तेज न्यूट्रॉन (उच्च ऊर्जा) द्वारा विखंडन भी संभव है।

विखंडन का प्राथमिक सिद्धांत नील्स बोहर और जे. व्हीलर द्वारा नाभिक के ड्रॉप मॉडल का उपयोग करके बनाया गया था।

तेजी से अल्फा कणों, प्रोटॉन या ड्यूटेरॉन के साथ परमाणु विखंडन भी प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि, न्यूट्रॉन के विपरीत, इन कणों में नाभिक के कूलम्ब बाधा को दूर करने के लिए उच्च ऊर्जा होनी चाहिए।

परमाणु ऊर्जा का विमोचन

एक्ज़ोथिर्मिक परमाणु प्रतिक्रियाओं को परमाणु ऊर्जा जारी करने के लिए जाना जाता है।

आमतौर पर, परमाणु ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, यूरेनियम -235 या प्लूटोनियम नाभिक की एक श्रृंखला परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है, कम अक्सर अन्य भारी नाभिक (यूरेनियम -238, थोरियम -232)। जब कोई न्यूट्रॉन उनसे टकराता है तो नाभिक विभाजित हो जाते हैं, और नए न्यूट्रॉन और विखंडन के टुकड़े प्राप्त होते हैं। विखंडन न्यूट्रॉन और विखंडन के टुकड़ों में उच्च गतिज ऊर्जा होती है। अन्य परमाणुओं के साथ टुकड़ों के टकराव के परिणामस्वरूप, यह गतिज ऊर्जा जल्दी से गर्मी में परिवर्तित हो जाती है।

परमाणु ऊर्जा को मुक्त करने का दूसरा तरीका थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के माध्यम से है। इस मामले में, प्रकाश तत्वों के दो नाभिक एक भारी में संयुक्त होते हैं। प्रकृति में, ऐसी प्रक्रियाएं सूर्य और अन्य सितारों में होती हैं, जो उनकी ऊर्जा का मुख्य स्रोत हैं।

कई परमाणु नाभिक अस्थिर होते हैं। समय के साथ, इनमें से कुछ नाभिक अनायास ऊर्जा मुक्त करते हुए अन्य नाभिकों में बदल जाते हैं। इस घटना को रेडियोधर्मी क्षय कहा जाता है।

परमाणु ऊर्जा के अनुप्रयोग

विभाजन

वर्तमान में, परमाणु ऊर्जा के सभी स्रोतों में, भारी नाभिक के विखंडन के दौरान जारी ऊर्जा का सबसे बड़ा व्यावहारिक अनुप्रयोग है। ऊर्जा संसाधनों की कमी की स्थितियों के तहत, आने वाले दशकों में विखंडन रिएक्टरों पर परमाणु ऊर्जा को सबसे आशाजनक माना जाता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, बिजली और हीटिंग उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली गर्मी उत्पन्न करने के लिए परमाणु ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों ने असीमित नेविगेशन क्षेत्र (परमाणु आइसब्रेकर, परमाणु पनडुब्बी, परमाणु विमान वाहक) वाले जहाजों की समस्या को हल किया।

यूरेनियम या प्लूटोनियम के परमाणु विखंडन की ऊर्जा का उपयोग परमाणु और थर्मोन्यूक्लियर हथियारों में किया जाता है (थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के लिए एक ट्रिगर के रूप में और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं में उत्पन्न होने वाले न्यूट्रॉन द्वारा नाभिक के विखंडन में अतिरिक्त ऊर्जा के स्रोत के रूप में)।

प्रायोगिक परमाणु रॉकेट इंजन थे, लेकिन दुर्घटना की स्थिति में रेडियोधर्मी संदूषण के खतरे के कारण, विशेष रूप से पृथ्वी पर और नियंत्रित परिस्थितियों में उनका परीक्षण किया गया था।

2012 में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों ने दुनिया की बिजली का 13% और कुल विश्व ऊर्जा उत्पादन का 5.7% उत्पादन किया। अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी (IAEA) की एक रिपोर्ट के अनुसार, 2013 तक, 436 सक्रिय परमाणु हैं ऊर्जा(अर्थात, पुनरावर्तनीय विद्युत और/या तापीय ऊर्जा का उत्पादन) दुनिया के 31 देशों में रिएक्टर। इसके अलावा, निर्माण के विभिन्न चरणों में अभी भी है 73 ऊर्जा 15 देशों में परमाणु रिएक्टर। वर्तमान में, दुनिया में लगभग 140 सक्रिय सतह के जहाज और पनडुब्बियां भी हैं, जो कुल 180 रिएक्टरों का उपयोग करते हैं। सोवियत और अमेरिकी अंतरिक्ष यान में कई परमाणु रिएक्टरों का उपयोग किया गया है, जिनमें से कुछ अभी भी कक्षा में हैं। इसके अलावा, कई अनुप्रयोग गैर-रिएक्टर स्रोतों में उत्पन्न परमाणु ऊर्जा का उपयोग करते हैं (उदाहरण के लिए, थर्मोआइसोटोप जनरेटर में)। वहीं, परमाणु ऊर्जा के इस्तेमाल को लेकर बहस थम नहीं रही है। परमाणु ऊर्जा के विरोधियों (विशेष रूप से, ग्रीनपीस जैसे संगठन) का मानना ​​है कि परमाणु ऊर्जा के उपयोग से मानवता और पर्यावरण को खतरा है। परमाणु ऊर्जा के रक्षक (IAEA, वर्ल्ड न्यूक्लियर एसोसिएशन, आदि), बदले में, तर्क देते हैं कि इस प्रकार की ऊर्जा वातावरण में ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करती है और सामान्य ऑपरेशन के दौरान, अन्य प्रकार की ऊर्जा उत्पादन की तुलना में पर्यावरण के लिए काफी कम जोखिम वहन करती है। .

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन

हाइड्रोजन बम में संलयन ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन की समस्या अभी तक हल नहीं हुई है, लेकिन अगर यह समस्या हल हो जाती है, तो यह सस्ती ऊर्जा का लगभग असीमित स्रोत बन जाएगी।

रेडियोधर्मी क्षय

रेडियोधर्मी क्षय द्वारा जारी ऊर्जा का उपयोग लंबे समय तक रहने वाले ताप स्रोतों और बीटा-वोल्टाइक कोशिकाओं में किया जाता है। स्वचालित इंटरप्लेनेटरी स्टेशन प्रकार

पिछली शताब्दी के अंत में, वैज्ञानिकों को यह जानकर आश्चर्य हुआ कि परमाणु, या बल्कि परमाणुओं के नाभिक, किरणों और गर्मी का उत्सर्जन करते हुए, अपने आप अलग हो जाते हैं। उन्होंने इस घटना को बुलाया। और जब उन्होंने गणना की, तो वे और भी अधिक आश्चर्यचकित हुए: 1 ग्राम रेडियम, अगर यह पूरी तरह से सड़ जाता है, तो वह उतनी ही गर्मी दे सकता है जितना 500 किलो कोयला जलाने से देता है। लेकिन इस संपत्ति का उपयोग करना असंभव है - परमाणु इतनी धीमी गति से क्षय करते हैं कि 2000 वर्षों में केवल आधी गर्मी ही निकलती है।

यह एक बड़े बांध की तरह है। बांध बंद है, और पानी एक छोटी सी धारा में बहता है जो किसी काम का नहीं है।

अब, अगर बांध खोला गया, अगर लोग परमाणुओं को नष्ट करना सीख गए!.. उन्हें ऊर्जा का एक अंतहीन सागर प्राप्त होगा। लेकिन ऐसा कैसे करें?

वे कहते हैं कि वे तोप से गौरैया पर गोली नहीं चलाते, उन्हें एक छोटी सी गोली चाहिए। और एक परमाणु के नाभिक को विभाजित करने के लिए एक गोली कहाँ से प्राप्त करें?

पूरी पृथ्वी पर वैज्ञानिक कई दशकों से कड़ी मेहनत कर रहे हैं। इस समय के दौरान, उन्होंने सीखा कि यह कैसे काम करता है, और इसके लिए एक "शॉट" पाया। यह उन कणों में से एक निकला जो नाभिक का हिस्सा है - न्यूट्रॉन। यह आसानी से परमाणु में प्रवेश कर जाता है और नाभिक को तोड़ देता है।

और फिर यह पता चला कि यूरेनियम धातु के परमाणु, विभाजित होकर, नए न्यूट्रॉन का उत्सर्जन करते हैं जो पड़ोसी परमाणुओं को नष्ट कर देते हैं। यदि आप यूरेनियम का एक टुकड़ा लें, जिसमें कई नाभिक एक साथ सड़ेंगे और कई नए न्यूट्रॉन निकलेंगे, तो विखंडन प्रक्रिया पहाड़ों में हिमस्खलन की तरह बढ़ेगी। परमाणु बम फट जाएगा।

परमाणु रिएक्टर के उपकरण की योजना। मोटी काली छड़ें न्यूट्रॉन अवशोषक होती हैं। रिएक्टर में, पानी गरम किया जाता है, और फिर हीट एक्सचेंजर में पानी को उबालने के लिए गर्म करता है। परिणामी भाप बिजली संयंत्र के टरबाइन को घुमाती है।

कल्पना कीजिए कि एक बड़ा बांध ढह गया है। इसके पीछे एकत्र किया गया पानी तुरंत हिंसक रूप से नीचे की ओर बहता है। धारा की शक्ति महान है, लेकिन इससे केवल नुकसान होता है, क्योंकि यह अपने रास्ते में आने वाली हर चीज को बहा ले जाती है। तो यह परमाणु के साथ है: विस्फोट की विशाल ऊर्जा केवल नष्ट कर सकती है। और लोगों को निर्माण के लिए परमाणु ऊर्जा की आवश्यकता होती है। अब, अगर परमाणु ने अपने भंडार को ऐसे हिस्से में दे दिया जैसे हम चाहते हैं! कोई ऊर्जा की जरूरत नहीं - स्पंज को बंद कर दिया। इसमें लगा - (आपको कितना चाहिए?) दो या तीन डैम्पर्स खोले: "जितना मांगा उतना प्राप्त करें!"

और आदमी ने विस्फोट पर अंकुश लगाया।

"परमाणु संयंत्र" में मुख्य "कार्यकर्ता" कौन है? न्यूट्रॉन। यह वह है जो यूरेनियम नाभिक को तोड़ता है। और अगर हम कुछ श्रमिकों को "कारखाने" से हटा दें? काम धीमा चलेगा।

इस प्रकार एक परमाणु बॉयलर, या एक परमाणु रिएक्टर काम करता है। यह मोटी कंक्रीट की दीवारों वाला एक बड़ा कुआं है (उनकी जरूरत है ताकि लोगों के लिए हानिकारक विकिरण बाहर न जाए)। कुएं को ग्रेफाइट से भरा जाता है, उसी सामग्री का उपयोग पेंसिल लीड बनाने के लिए किया जाता है। ग्रेफाइट भरने में छेद होते हैं जहां यूरेनियम की छड़ें रखी जाती हैं। जब उनमें से पर्याप्त होते हैं, तो आवश्यक संख्या में "काम करने वाले" न्यूट्रॉन दिखाई देते हैं और एक परमाणु प्रतिक्रिया शुरू होती है।

इसे नियंत्रित करने के लिए अन्य छिद्रों में धातु की छड़ें होती हैं, जो न्यूट्रॉनों को पकड़कर अवशोषित कर लेती हैं। यह बांध में "फ्लैप्स" है।

किसी ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है या विस्फोट का खतरा होता है, शटर-छड़ें तुरंत कम हो जाती हैं, यूरेनियम नाभिक से उत्सर्जित न्यूट्रॉन अवशोषित हो जाते हैं, काम करना बंद कर देते हैं, और प्रतिक्रिया बंद हो जाती है।

प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए यह आवश्यक है, शटर की छड़ें उठाई जाती हैं, "काम करने वाले" न्यूट्रॉन फिर से रिएक्टर में दिखाई देते हैं, और बॉयलर में तापमान बढ़ जाता है (आपको कितनी ऊर्जा की आवश्यकता है? इसे प्राप्त करें!)।

परमाणु रिएक्टरों को परमाणु ऊर्जा संयंत्रों पर, परमाणु पनडुब्बियों पर, परमाणु आइसब्रेकर पर रखा जा सकता है। वे, साधारण भाप बॉयलरों की तरह, आज्ञाकारी रूप से पानी को भाप में बदल देते हैं, जो टर्बाइनों को घुमाएगा। पाँच सौ किलोग्राम परमाणु ईंधन - केवल दस सूटकेस की सामग्री - लेनिन आइसब्रेकर के लिए पूरे वर्ष भर चलने के लिए पर्याप्त है। क्या आप सोच सकते हैं कि यह कितना लाभदायक है: आपको अपने साथ सैकड़ों टन ईंधन ले जाने की आवश्यकता नहीं है, आप इसके बजाय अधिक उपयोगी कार्गो ले सकते हैं; आप पूरे एक साल के लिए ईंधन भरने के लिए बंदरगाह पर नहीं जा सकते हैं, खासकर जब से उत्तर में ऐसा करना हमेशा आसान नहीं होता है। हां, और मशीनों को मजबूत बनाया जा सकता है ...

मौजूदा परमाणु रिएक्टरों में, बड़ी संख्या में कणों से युक्त नाभिक को नष्ट करके ऊर्जा प्राप्त की जाती है (उदाहरण के लिए, यूरेनियम नाभिक में, उनमें से दो सौ से अधिक हैं)। और यद्यपि अभी भी पृथ्वी पर इस तरह के बहुत सारे ईंधन हैं, लेकिन किसी दिन यह खत्म हो जाएगा ... क्या अन्य पदार्थों से परमाणु ऊर्जा प्राप्त करने का कोई तरीका है? और वैज्ञानिकों ने पाया है!

यह पता चला कि परमाणु, जिसके नाभिक में केवल दो कण होते हैं: एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन, ऊर्जा के स्रोत के रूप में भी काम कर सकते हैं। लेकिन जब वे विभाजित करते हैं तो वे इसे नहीं देते हैं, लेकिन जब वे गठबंधन करते हैं, या, जैसा कि वे कहते हैं, संश्लेषण के दौरान, दो नाभिक।

इसके लिए हाइड्रोजन परमाणुओं को कई लाख डिग्री तक गर्म करने की आवश्यकता होती है। इस तापमान पर, उनके नाभिक बहुत तेज गति से चलना शुरू कर देते हैं और तेज होकर, वे अपने बीच मौजूद विद्युत प्रतिकारक बलों को दूर कर सकते हैं। जब वे काफी करीब हो जाते हैं, तो आकर्षण के परमाणु बल कार्य करना शुरू कर देते हैं और नाभिक विलीन हो जाते हैं। नाभिकीय विखंडन की तुलना में हजारों गुना अधिक ऊष्मा निकलती है।

ऊर्जा प्राप्त करने की इस विधि को थर्मोन्यूक्लियर रिएक्शन कहा जाता है। ये प्रतिक्रियाएं दूर के तारों और पास के सूर्य दोनों की गहराई में क्रोधित होती हैं, जो हमें प्रकाश और गर्मी देती हैं। लेकिन पृथ्वी पर, वे अब तक हाइड्रोजन बम के विनाशकारी विस्फोट के रूप में खुद को प्रकट कर चुके हैं।

अब वैज्ञानिक धीरे-धीरे हाइड्रोजन न्यूक्लियर कंबाइन बनाने पर काम कर रहे हैं। और जब हम थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करना सीखते हैं, तो हम पानी में निहित ऊर्जा के असीमित भंडार का लाभ उठा पाएंगे, जिसमें हाइड्रोजन होता है और जिनके भंडार अटूट होते हैं।

परमाणु नाभिक में निहित और परमाणु प्रतिक्रियाओं और रेडियोधर्मी क्षय के दौरान जारी ऊर्जा।

पूर्वानुमानों के अनुसार, 4-5 दशकों तक मानव जाति की ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने के लिए जैविक ईंधन पर्याप्त होगा। भविष्य में सौर ऊर्जा ऊर्जा का मुख्य स्रोत बन सकती है। संक्रमण काल ​​​​में ऊर्जा के ऐसे स्रोत की आवश्यकता होती है जो व्यावहारिक रूप से अटूट, सस्ता, नवीकरणीय हो और पर्यावरण को प्रदूषित न करे। और यद्यपि परमाणु ऊर्जा इन सभी आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा नहीं करती है, यह तेजी से विकसित हो रही है और वैश्विक ऊर्जा संकट को हल करने की हमारी आशा इससे जुड़ी हुई है।

परमाणु नाभिक की आंतरिक ऊर्जा का विमोचन भारी नाभिक के विखंडन या प्रकाश नाभिक के संश्लेषण से संभव है।

परमाणु विशेषता. किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु में एक नाभिक और उसके चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। परमाणु का नाभिक न्यूट्रॉन और प्रोटॉन से बना होता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का सामान्य नाम शब्द है न्यूक्लिऑनन्यूट्रॉन का कोई विद्युत आवेश नहीं होता है प्रोटॉन सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं, इलेक्ट्रॉन - ऋणात्मक. एक प्रोटॉन का आवेश एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के मापांक के बराबर होता है।

नाभिक Z के प्रोटॉनों की संख्या मेंडेलीव की आवर्त प्रणाली में इसकी परमाणु संख्या के साथ मेल खाती है। एक नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या, कुछ अपवादों को छोड़कर, प्रोटॉन की संख्या से अधिक या उसके बराबर होती है।

परमाणु का द्रव्यमान नाभिक में केंद्रित होता है और यह नाभिक के द्रव्यमान से निर्धारित होता है। एक प्रोटॉन का द्रव्यमान एक न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के बराबर होता है। एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान का 1/1836 है।

जैसा कि परमाणुओं के द्रव्यमान के आयाम का उपयोग किया जाता है परमाण्विक भार इकाई(am.u.) 1.66 10 -27 किग्रा के बराबर। 1 अमु लगभग एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बराबर। परमाणु की एक विशेषता द्रव्यमान संख्या A है, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की कुल संख्या के बराबर है।

न्यूट्रॉन की उपस्थिति दो परमाणुओं को नाभिक के समान विद्युत आवेशों के लिए अलग-अलग द्रव्यमान रखने की अनुमति देती है। इन दोनों परमाणुओं के रासायनिक गुण समान होंगे; ऐसे परमाणुओं को आइसोटोप कहा जाता है। साहित्य में, तत्व के पदनाम के बाईं ओर, द्रव्यमान संख्या सबसे ऊपर लिखी जाती है, और प्रोटॉन की संख्या नीचे लिखी जाती है।

ऐसे रिएक्टरों में प्रयुक्त होने वाला परमाणु ईंधन है 235 . परमाणु द्रव्यमान वाले यूरेनियम का समस्थानिक. प्राकृतिक यूरेनियम तीन समस्थानिकों का मिश्रण है: यूरेनियम-234 (0.006%), यूरेनियम-235 (0.711%) और यूरेनियम-238 (99.283%)। यूरेनियम -235 समस्थानिक में अद्वितीय गुण होते हैं - कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन के अवशोषण के परिणामस्वरूप, एक यूरेनियम -236 नाभिक प्राप्त होता है, जो तब विभाजित होता है - दो लगभग बराबर भागों में विभाजित होता है, जिसे विखंडन उत्पाद (टुकड़े) कहा जाता है। मूल नाभिक के नाभिक विखंडन के टुकड़ों के बीच वितरित किए जाते हैं, लेकिन सभी नहीं - औसतन 2-3 न्यूट्रॉन निकलते हैं। विखंडन के परिणामस्वरूप, मूल नाभिक का द्रव्यमान पूरी तरह से संरक्षित नहीं होता है, इसका एक हिस्सा ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, मुख्य रूप से विखंडन उत्पादों और न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा में। यूरेनियम 235 के एक परमाणु के लिए इस ऊर्जा का मान लगभग 200 MeV है।

1000 मेगावाट की क्षमता वाले पारंपरिक रिएक्टर के कोर में लगभग 1 हजार टन यूरेनियम होता है, जिसमें से केवल 3 - 4% यूरेनियम -235 है। इस आइसोटोप का 3 किलो प्रतिदिन रिएक्टर में खपत होता है। इस प्रकार, रिएक्टर को ईंधन के साथ आपूर्ति करने के लिए, 430 किलोग्राम यूरेनियम सांद्र को प्रतिदिन संसाधित किया जाना चाहिए, और यह औसतन 2150 टन यूरेनियम अयस्क है।

विखंडन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, परमाणु ईंधन में तेज न्यूट्रॉन बनते हैं। यदि वे विखंडनीय सामग्री के पड़ोसी नाभिक के साथ बातचीत करते हैं और बदले में, उनमें विखंडन प्रतिक्रिया का कारण बनते हैं, तो विखंडन की घटनाओं की संख्या में हिमस्खलन जैसी वृद्धि होती है। इस विखंडन प्रतिक्रिया को परमाणु विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया कहा जाता है।

विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया के विकास के लिए सबसे प्रभावी न्यूट्रॉन हैं जिनकी ऊर्जा 0.1 केवी से कम है। उन्हें ऊष्मीय कहा जाता है, क्योंकि उनकी ऊर्जा अणुओं की तापीय गति की औसत ऊर्जा के बराबर होती है। तुलना के लिए, नाभिक के क्षय के दौरान बनने वाले न्यूट्रॉन की ऊर्जा 5 MeV है। उन्हें तेज न्यूट्रॉन कहा जाता है। इस तरह के न्यूट्रॉन को एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में उपयोग करने के लिए, उनकी ऊर्जा को कम (धीमा) किया जाना चाहिए। इन कार्यों को मंदक द्वारा किया जाता है। मॉडरेटर पदार्थों में, तेज न्यूट्रॉन नाभिक द्वारा बिखरे हुए होते हैं, और उनकी ऊर्जा मॉडरेटर पदार्थ के परमाणुओं की तापीय गति की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। ग्रेफाइट, तरल धातु (प्रथम सर्किट का शीतलक) एक मॉडरेटर के रूप में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का तेजी से विकास बड़ी मात्रा में गर्मी की रिहाई और रिएक्टर के अधिक गरम होने के साथ होता है। रिएक्टर के स्थिर मोड को बनाए रखने के लिए, बोरान या कैडमियम जैसे थर्मल न्यूट्रॉन को दृढ़ता से अवशोषित करने वाली सामग्री से बने नियंत्रण छड़ को रिएक्टर कोर में पेश किया जाता है।

क्षय उत्पादों की गतिज ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। परमाणु रिएक्टर में परिसंचारी शीतलक द्वारा गर्मी को अवशोषित किया जाता है और हीट एक्सचेंजर (पहला बंद सर्किट) में स्थानांतरित किया जाता है, जहां भाप का उत्पादन होता है (दूसरा सर्किट), जो टर्बोजेनरेटर के टरबाइन को घुमाता है। रिएक्टर में शीतलक तरल सोडियम (पहला सर्किट) और पानी (दूसरा सर्किट) है।

यूरेनियम-235 एक गैर-नवीकरणीय संसाधन है और अगर इसे पूरी तरह से परमाणु रिएक्टरों में इस्तेमाल किया जाए तो यह हमेशा के लिए गायब हो जाएगा। इसलिए, यूरेनियम -238 आइसोटोप का उपयोग करना आकर्षक लगता है, जो कि प्रारंभिक ईंधन के रूप में बहुत अधिक मात्रा में होता है। यह आइसोटोप न्यूट्रॉन के प्रभाव में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का समर्थन नहीं करता है। लेकिन यह तेजी से न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकता है, इस प्रक्रिया में यूरेनियम -239 बना सकता है। यूरेनियम-239 के नाभिक में बीटा क्षय शुरू हो जाता है और नेपच्यूनियम-239 (प्रकृति में नहीं पाया जाता) का निर्माण होता है। यह समस्थानिक भी सड़ जाता है और प्लूटोनियम-239 (स्वाभाविक रूप से नहीं होने वाला) में बदल जाता है। प्लूटोनियम -239 थर्मल न्यूट्रॉन विखंडन प्रतिक्रिया के लिए और भी अधिक संवेदनशील है। परमाणु ईंधन प्लूटोनियम -239 में विखंडन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, तेज न्यूट्रॉन बनते हैं, जो यूरेनियम के साथ मिलकर एक नया ईंधन और विखंडन उत्पाद बनाते हैं जो ईंधन तत्वों (टीवीईएल) में गर्मी छोड़ते हैं। नतीजतन, यूरेनियम -235 का उपयोग करने वाले पारंपरिक परमाणु रिएक्टरों की तुलना में एक किलोग्राम प्राकृतिक यूरेनियम से 20-30 गुना अधिक ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है।

आधुनिक डिजाइनों में, तरल सोडियम का उपयोग शीतलक के रूप में किया जाता है। इस मामले में, रिएक्टर उच्च तापमान पर काम कर सकता है, जिससे बिजली संयंत्र की तापीय क्षमता बढ़ जाती है। 40% तक .

हालांकि, प्लूटोनियम के भौतिक गुण: विषाक्तता, एक सहज विखंडन प्रतिक्रिया के लिए कम महत्वपूर्ण द्रव्यमान, ऑक्सीजन वातावरण में प्रज्वलन, धात्विक अवस्था में भंगुरता और स्वयं-हीटिंग निर्माण, प्रक्रिया और संभालना मुश्किल बनाते हैं। इसलिए, थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों की तुलना में ब्रीडर रिएक्टर अभी भी कम आम हैं।

4. परमाणु ऊर्जा संयंत्र

शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में परमाणु ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। विश्व बिजली उत्पादन में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की हिस्सेदारी लगभग 14% है .

एक उदाहरण के रूप में, वोरोनिश एनपीपी में बिजली प्राप्त करने के सिद्धांत पर विचार करें। 571 K के इनलेट तापमान के साथ एक तरल धातु शीतलक को चैनलों के माध्यम से रिएक्टर कोर में 157 ATM (15.7 MPa) के दबाव में चैनलों के माध्यम से खिलाया जाता है, जिसे रिएक्टर में 595 K तक गर्म किया जाता है। धातु शीतलक को भाप में भेजा जाता है। जनरेटर, जिसमें ठंडा पानी प्रवेश करता है, 65.3 एटीएम (6.53 एमपीए) के दबाव से भाप में बदल जाता है। स्टीम टर्बाइन के ब्लेड को भाप की आपूर्ति की जाती है, जो एक टर्बोजेनरेटर को घुमाता है।

परमाणु रिएक्टरों में, उत्पादित भाप का तापमान जैविक ईंधन पर चलने वाले ताप विद्युत संयंत्रों के भाप जनरेटर की तुलना में काफी कम होता है। नतीजतन, शीतलक के रूप में पानी से चलने वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तापीय क्षमता केवल 30% है। तुलना के लिए, कोयले, तेल या गैस पर चलने वाले बिजली संयंत्रों में यह 40% तक पहुँच जाता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का उपयोग आबादी के लिए बिजली और गर्मी आपूर्ति प्रणालियों में किया जाता है, और समुद्री जहाजों (परमाणु-संचालित जहाजों, परमाणु पनडुब्बियों) पर मिनी-परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का उपयोग प्रोपेलर को चलाने के लिए किया जाता है)।

सैन्य उद्देश्यों के लिए परमाणु बमों में परमाणु ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। परमाणु बम एक विशेष फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर है , जिसमें उच्च न्यूट्रॉन गुणन कारक के साथ एक तेज अनियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। परमाणु बम के परमाणु रिएक्टर में कोई मॉडरेटर नहीं होता है। डिवाइस के आयाम और वजन इसलिए छोटे हैं।

यूरेनियम-235 बम के परमाणु आवेश को दो भागों में बांटा गया है, जिनमें से प्रत्येक में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया असंभव है। विस्फोट को अंजाम देने के लिए, चार्ज के आधे हिस्से में से एक को दूसरे पर दागा जाता है, और जब वे जुड़े होते हैं, तो लगभग तुरंत एक विस्फोटक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। एक विस्फोटक परमाणु प्रतिक्रिया से भारी ऊर्जा निकलती है। इस मामले में, तापमान लगभग एक सौ मिलियन डिग्री तक पहुंच जाता है। दबाव में भारी वृद्धि होती है और एक शक्तिशाली विस्फोट तरंग का निर्माण होता है।

पहला परमाणु रिएक्टर 2 दिसंबर 1942 को शिकागो विश्वविद्यालय (यूएसए) में लॉन्च किया गया था। पहला परमाणु बम 16 जुलाई, 1945 को न्यू मैक्सिको (अलामोगोर्डो) में विस्फोट किया गया था। यह प्लूटोनियम विखंडन के सिद्धांत पर बनाया गया एक उपकरण था। बम में फ़्यूज़ के साथ रासायनिक विस्फोटक की दो परतों से घिरा प्लूटोनियम शामिल था।

पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र, जिसने 1951 में करंट दिया, वह EBR-1 परमाणु ऊर्जा संयंत्र (USA) था। पूर्व यूएसएसआर में - ओबनिंस्क परमाणु ऊर्जा संयंत्र (कलुगा क्षेत्र, 27 जून, 1954 को करंट दिया गया)। यूएसएसआर में पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र 12 मेगावाट की क्षमता वाला एक तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर 1969 में दिमित्रोवग्राद शहर में लॉन्च किया गया था। 1984 में, दुनिया में 191 हजार मेगावाट की कुल क्षमता के साथ 317 परमाणु ऊर्जा संयंत्र चल रहे थे, जो उस समय विश्व बिजली उत्पादन का 12% (1012 kWh) था। 1981 तक, दुनिया का सबसे बड़ा परमाणु ऊर्जा संयंत्र बिब्लिस परमाणु ऊर्जा संयंत्र (जर्मनी) था, जिसकी रिएक्टरों की तापीय शक्ति 7800 मेगावाट थी।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएंहल्के नाभिकों के भारी नाभिकों में संलयन की नाभिकीय अभिक्रियाएँ कहलाती हैं। परमाणु संलयन में प्रयुक्त तत्व हाइड्रोजन है। थर्मोन्यूक्लियर संश्लेषण का मुख्य लाभ कच्चे माल के व्यावहारिक रूप से असीमित संसाधन हैं जिन्हें समुद्र के पानी से निकाला जा सकता है। हाइड्रोजन किसी न किसी रूप में सभी पदार्थों का 90% बनाता है। दुनिया के महासागरों में निहित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए ईंधन 1 अरब से अधिक वर्षों तक चलेगा (सौर मंडल में सौर विकिरण और मानवता अधिक समय तक नहीं रहेगी)। 33 किमी समुद्र के पानी में निहित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए कच्चा माल ठोस ईंधन के सभी संसाधनों के लिए ऊर्जा सामग्री के बराबर है (पृथ्वी पर 40 मिलियन गुना अधिक पानी है)। एक गिलास पानी में निहित ड्यूटेरियम की ऊर्जा 300 लीटर गैसोलीन को जलाने के बराबर होती है।

हाइड्रोजन के 3 समस्थानिक होते हैं : उनके परमाणु द्रव्यमान -1.2 (ड्यूटेरियम), 3 (ट्रिटियम) हैं। ये आइसोटोप ऐसी परमाणु प्रतिक्रियाओं को पुन: उत्पन्न कर सकते हैं जिनमें प्रतिक्रिया के अंतिम उत्पादों का कुल द्रव्यमान प्रतिक्रिया में प्रवेश करने वाले पदार्थों के कुल द्रव्यमान से कम होता है। द्रव्यमान में अंतर, जैसा कि विखंडन प्रतिक्रिया के मामले में होता है, प्रतिक्रिया उत्पादों की गतिज ऊर्जा होती है। थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थ के द्रव्यमान में औसतन 1 बजे की कमी। 931 MeV ऊर्जा की रिहाई से मेल खाती है:

एच 2 + एच 2 \u003d एच 3 + न्यूट्रॉन + 3.2 मेव,

एच 2 + एच 2 \u003d एच 3 + प्रोटॉन + 4.0 मेव,

एच 2 + एच 3 \u003d वह 4 + न्यूट्रॉन + 17.6 मेव।

ट्रिटियम प्रकृति में व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है। यह लिथियम आइसोटोप के साथ न्यूट्रॉन की बातचीत से प्राप्त किया जा सकता है:

ली 6 + न्यूट्रॉन \u003d वह 4 + एच 3 + 4.8 मेव।

प्रकाश तत्वों के नाभिकों का संलयन स्वाभाविक रूप से नहीं होता है (अंतरिक्ष में प्रक्रियाओं को छोड़कर)। नाभिक को संलयन प्रतिक्रिया में प्रवेश करने के लिए मजबूर करने के लिए, उच्च तापमान की आवश्यकता होती है (107-109 के क्रम के)। इस मामले में, गैस एक आयनित प्लाज्मा है। इस प्लाज्मा को सीमित करने की समस्या ऊर्जा प्राप्त करने की इस पद्धति के उपयोग में मुख्य बाधा है। 10 मिलियन डिग्री के क्रम का तापमान सूर्य के मध्य भाग के लिए विशिष्ट है। यह थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं हैं जो ऊर्जा का स्रोत हैं जो सूर्य और सितारों से विकिरण प्रदान करती हैं।

वर्तमान में, चुंबकीय और जड़त्वीय प्लाज्मा परिरोध के तरीकों का अध्ययन करने के लिए सैद्धांतिक और प्रायोगिक कार्य चल रहा है।

चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करने की विधि। एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया जाता है जो गतिमान प्लाज्मा के चैनल में प्रवेश करता है। चुंबकीय क्षेत्र में गति करते समय प्लाज्मा बनाने वाले आवेशित कण, कणों की गति और चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के लंबवत निर्देशित बलों के अधीन होते हैं। इन बलों की क्रिया के कारण कण क्षेत्र रेखाओं के अनुदिश एक सर्पिल में गति करेंगे। चुंबकीय क्षेत्र जितना मजबूत होता है, प्लाज्मा प्रवाह उतना ही सघन होता जाता है, जिससे शेल की दीवारों से खुद को अलग कर लिया जाता है।

जड़त्वीय प्लाज्मा कारावास. रिएक्टर में थर्मोन्यूक्लियर विस्फोट प्रति सेकंड 20 विस्फोटों की आवृत्ति के साथ किए जाते हैं। इस विचार को लागू करने के लिए, एक थर्मोन्यूक्लियर ईंधन कण को ​​10 लेजर से केंद्रित विकिरण का उपयोग करके संलयन प्रतिक्रिया के प्रज्वलन तापमान तक गर्म किया जाता है, इससे पहले कि परमाणुओं की तापीय गति के कारण ध्यान देने योग्य दूरी पर उड़ान भरने का समय हो (10-9) एस)।

थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन हाइड्रोजन (थर्मोन्यूक्लियर) बम का आधार है। ऐसे बम में विस्फोटक प्रकृति की एक आत्मनिर्भर थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया होती है। विस्फोटक ड्यूटेरियम और ट्रिटियम का मिश्रण है। सक्रियण ऊर्जा (उच्च तापमान का स्रोत) के स्रोत के रूप में, परमाणु विखंडन बम की ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। दुनिया का पहला थर्मोन्यूक्लियर बम 1953 में यूएसएसआर में बनाया गया था।

1950 के दशक के अंत में, USSR ने TOKAMAK- प्रकार के रिएक्टरों (एक कुंडल के चुंबकीय क्षेत्र में एक टॉरॉयडल कक्ष) में थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के विचार पर काम करना शुरू किया। ऑपरेशन का सिद्धांत इस प्रकार है: टॉरॉयडल कक्ष को खाली कर दिया जाता है और ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के गैस मिश्रण से भर दिया जाता है। मिश्रण से कई मिलियन एम्पीयर की धारा प्रवाहित की जाती है। 1-2 सेकंड में, मिश्रण का तापमान सैकड़ों हजारों डिग्री तक बढ़ जाता है। कक्ष में प्लाज्मा बनता है। 100 - 200 केवी की ऊर्जा के साथ तटस्थ ड्यूटेरियम और ट्रिटियम परमाणुओं के इंजेक्शन द्वारा आगे हीटिंग किया जाता है। प्लाज्मा का तापमान दसियों लाख डिग्री तक बढ़ जाता है और एक आत्मनिर्भर संलयन प्रतिक्रिया शुरू होती है। 10-20 मिनट के बाद, कक्ष की दीवारों की आंशिक रूप से वाष्पित होने वाली सामग्री से भारी तत्व प्लाज्मा में जमा हो जाएंगे। प्लाज्मा ठंडा हो जाता है, थर्मोन्यूक्लियर दहन बंद हो जाता है। चैम्बर को फिर से बंद कर देना चाहिए और संचित अशुद्धियों को साफ करना चाहिए। 5000 मेगावाट के रिएक्टर की तापीय शक्ति पर टोरस के आयाम इस प्रकार हैं: बाहरी त्रिज्या -10 मीटर; आंतरिक त्रिज्या - 2.5 मीटर।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करने का एक तरीका खोजने के लिए अनुसंधान, अर्थात। शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा का उपयोग बड़ी तीव्रता से विकसित हो रहा है।

1991 में, यूके में एक संयुक्त यूरोपीय सुविधा ने नियंत्रित संलयन से पहली महत्वपूर्ण ऊर्जा रिलीज हासिल की। इष्टतम मोड 2 सेकंड के लिए बनाए रखा गया था और 1.7 मेगावाट के आदेश की ऊर्जा की रिहाई के साथ था। अधिकतम तापमान 400 करोड़ डिग्री रहा।

थर्मोन्यूक्लियर पावर जनरेटर। जब थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के रूप में ड्यूटेरियम का उपयोग किया जाता है, तो दो-तिहाई ऊर्जा को आवेशित कणों की गतिज ऊर्जा के रूप में जारी किया जाना चाहिए। विद्युत चुम्बकीय विधियों द्वारा, इस ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है।

स्थापना और स्पंदित के संचालन के स्थिर मोड में बिजली प्राप्त की जा सकती है। पहले मामले में, आत्मनिर्भर संलयन प्रतिक्रिया से उत्पन्न आयनों और इलेक्ट्रॉनों को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा मंद कर दिया जाता है। अनुप्रस्थ चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से आयन धारा को इलेक्ट्रॉनिक धारा से अलग किया जाता है। प्रत्यक्ष ब्रेकिंग के दौरान ऐसी प्रणाली की दक्षता लगभग 50% होगी, और शेष ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाएगी।

फ्यूजन इंजन (लागू नहीं किया गया)। दायरा: अंतरिक्ष वाहन। सुपरकंडक्टर कॉइल के रैखिक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा एक फिलामेंट में 1 बिलियन डिग्री सेल्सियस पर एक पूरी तरह से आयनित ड्यूटेरियम प्लाज्मा रखा जाता है। काम कर रहे तरल पदार्थ को दीवारों के माध्यम से कक्ष में खिलाया जाता है, उन्हें ठंडा करता है, और गर्म करता है, प्लाज्मा कॉलम के चारों ओर बहता है। चुंबकीय नोजल के आउटलेट पर आयनों के बहिर्वाह का अक्षीय वेग 10,000 किमी/सेकंड है।

1972 में, क्लब ऑफ रोम की एक बैठक में - एक संगठन जो कारणों का अध्ययन करता है और ग्रहों के पैमाने पर समस्याओं के समाधान की तलाश करता है - वैज्ञानिकों द्वारा तैयार एक रिपोर्ट ई। वॉन वेन्ज़सैकर, ए एच लोविंस ने एक विस्फोट बम के प्रभाव को बनाया और उत्पन्न किया। . रिपोर्ट में दिए गए आंकड़ों के अनुसार, ग्रह पर ऊर्जा के स्रोत - कोयला, गैस, तेल और यूरेनियम - 2030 तक रहेंगे। कोयला निकालने के लिए, जिससे 1 डॉलर में ऊर्जा प्राप्त करना संभव होगा, 99 सेंट की लागत से ऊर्जा खर्च करना आवश्यक होगा।

यूरेनियम -235, जो परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन के रूप में कार्य करता है, प्रकृति में ऐसा नहीं है: दुनिया में यूरेनियम की कुल मात्रा का केवल 5%, जिसका 2% रूस में है। इसलिए, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का उपयोग केवल सहायक उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। "टोकमाक्स" पर प्लाज्मा से ऊर्जा प्राप्त करने की कोशिश करने वाले वैज्ञानिकों का अध्ययन आज तक एक महंगा अभ्यास बना हुआ है। 2000 में, ऐसी रिपोर्टें थीं कि यूरोपीय परमाणु समुदाय (सीईआरएन) और जापान टोकामक के पहले खंड का निर्माण कर रहे थे।

मुक्ति एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र का "शांतिपूर्ण परमाणु" नहीं हो सकता है, लेकिन "सैन्य" एक - थर्मोन्यूक्लियर बम की ऊर्जा।

रूसी वैज्ञानिकों ने अपने आविष्कार को विस्फोटक दहन बॉयलर (एफएसी) कहा। पीआईसी के संचालन का सिद्धांत एक विशेष ताबूत - एक कड़ाही में एक अल्ट्रा-छोटे थर्मोन्यूक्लियर बम के विस्फोट पर आधारित है। विस्फोट नियमित रूप से होते हैं। दिलचस्प बात यह है कि पीबीसी में विस्फोट के दौरान बॉयलर की दीवारों पर दबाव एक साधारण कार के सिलेंडर की तुलना में कम होता है।

केवीएस के सुरक्षित संचालन के लिए, बॉयलर का आंतरिक व्यास कम से कम 100 मीटर होना चाहिए। डबल स्टील की दीवारें और 30 मीटर मोटा एक प्रबलित कंक्रीट खोल कंपन को कम कर देगा। इसके निर्माण के लिए दो आधुनिक सैन्य युद्धपोतों के रूप में केवल उच्च गुणवत्ता वाले स्टील का उपयोग किया जाएगा। केवीएस को 5 साल के लिए बनाने की योजना है। 2000 में, रूस के बंद शहरों में से एक में, 2-4 किलोटन परमाणु समकक्ष के "बम" के लिए एक प्रयोगात्मक सुविधा के निर्माण के लिए एक परियोजना तैयार की गई थी। इस FAC की कीमत 500 मिलियन डॉलर है। वैज्ञानिकों ने गणना की है कि यह एक वर्ष में भुगतान करेगा, और अगले 50 वर्षों के लिए यह व्यावहारिक रूप से मुफ्त बिजली और गर्मी प्रदान करेगा। प्रोजेक्ट लीडर के मुताबिक, एक टन तेल जलाने से पैदा होने वाली ऊर्जा के बराबर की लागत 10 डॉलर से कम होगी।

40 केवीजी पूरे राष्ट्रीय ऊर्जा क्षेत्र की जरूरतों को पूरा करने में सक्षम हैं। एक सौ - यूरेशियन महाद्वीप के सभी देश।

1932 में, पॉज़िट्रॉन को प्रयोगात्मक रूप से खोजा गया था - एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान वाला एक कण, लेकिन एक सकारात्मक चार्ज के साथ। जल्द ही यह सुझाव दिया गया कि आवेश समरूपता प्रकृति में मौजूद है: क) प्रत्येक कण में एक एंटीपार्टिकल होना चाहिए; बी) जब सभी कणों को संबंधित एंटीपार्टिकल्स द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है और इसके विपरीत प्रकृति के नियम नहीं बदलते हैं। 1950 के दशक के मध्य में एंटीप्रोटॉन और एंटीन्यूट्रॉन की खोज की गई थी। सिद्धांत रूप में, एंटीमैटर मौजूद हो सकता है, जिसमें परमाणु होते हैं, जिनमें से नाभिक में एंटीप्रोटॉन और एंटीन्यूट्रॉन शामिल होते हैं, और उनका खोल पॉज़िट्रॉन द्वारा बनता है।

ब्रह्माण्ड संबंधी आयामों के एंटीमैटर के समूह एंटीवर्ल्ड का गठन करेंगे, लेकिन वे प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं। एंटीमैटर को केवल प्रयोगशाला पैमाने पर संश्लेषित किया गया है। इसलिए, 1969 में, सर्पुखोव त्वरक पर, सोवियत भौतिकविदों ने एंटीहेलियम नाभिक को पंजीकृत किया, जिसमें दो एंटीप्रोटॉन और एक एंटीन्यूट्रॉन शामिल थे।

ऊर्जा रूपांतरण की संभावनाओं के संबंध में, एंटीमैटर इस मायने में उल्लेखनीय है कि जब यह पदार्थ के संपर्क में आता है, तो विशाल ऊर्जा (दोनों प्रकार के पदार्थ गायब हो जाते हैं, विकिरण में बदल जाते हैं) की रिहाई के साथ विनाश (विनाश) होता है। इस प्रकार, एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन, सत्यानाश करते हुए, दो फोटॉन को जन्म देते हैं। एक प्रकार का पदार्थ - आवेशित विशाल कण - दूसरे प्रकार के पदार्थ में - तटस्थ द्रव्यमान रहित कणों में चला जाता है। ऊर्जा और द्रव्यमान की तुल्यता पर आइंस्टीन संबंध का उपयोग करना (ई = एमसी 2),यह गणना करना आसान है कि एक ग्राम पदार्थ के विनाश से वही ऊर्जा उत्पन्न होती है जो 10,000 टन कोयले को जलाने से प्राप्त की जा सकती है, और एक टन एंटीमैटर पूरे ग्रह को एक वर्ष के लिए ऊर्जा प्रदान करने के लिए पर्याप्त होगा।

खगोल भौतिकीविदों का मानना ​​​​है कि यह विनाश है जो अर्ध-तारकीय वस्तुओं - क्वासर की विशाल ऊर्जा प्रदान करता है।

1979 में, अमेरिकी भौतिकविदों के एक समूह ने प्राकृतिक एंटीप्रोटोन की उपस्थिति दर्ज करने में कामयाबी हासिल की। वे कॉस्मिक किरणों द्वारा लाए गए थे।

परमाणु ऊर्जा एक भयानक और साथ ही एक अद्भुत शक्ति है। परमाणुओं में होने वाली रेडियोधर्मी क्षय और परमाणु प्रतिक्रियाएं भारी मात्रा में ऊर्जा छोड़ती हैं जिसे लोग उपयोग करने का प्रयास करते हैं। वे कोशिश कर रहे हैं, क्योंकि परमाणु ऊर्जा के विकास में न केवल कई पीड़ित शामिल हैं, बल्कि आपदाएं भी शामिल हैं (उदाहरण के लिए, चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र)। फिर भी, दुनिया भर में परमाणु ऊर्जा संयंत्र चल रहे हैं और दुनिया की लगभग 15 प्रतिशत बिजली का उत्पादन करते हैं। दुनिया के 31 देशों में परमाणु रिएक्टर उपलब्ध हैं। जहाज और पनडुब्बियां भी परमाणु रिएक्टरों से लैस हैं। किसी भी मामले में, परमाणु ऊर्जा के प्रति दृष्टिकोण और सामान्य तौर पर परमाणु क्षय से संबंधित हर चीज (संलयन के विपरीत) हर साल बिगड़ती जा रही है। वह दिन आएगा जब परमाणु की ऊर्जा अनन्य रूप से शांतिपूर्ण होगी।

एचबीओ टेलीविजन कंपनी द्वारा चेरनोबिल श्रृंखला के अंतिम एपिसोड में, रूसी वैज्ञानिकों ने चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र की चौथी बिजली इकाई के रिएक्टर के विस्फोट के कारण के बारे में सच्चाई का खुलासा किया, जिसने बाद में 17 यूरोपीय क्षेत्रों को "परागण" किया। रेडियोधर्मी सीज़ियम वाले 207.5 हजार वर्ग किलोमीटर के कुल क्षेत्रफल वाले देश। चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में आपदा ने RBMK-1000 रिएक्टर में मूलभूत खामियों का खुलासा किया। इसके बावजूद, आज भी रूस में 10 RBMK-1000 रिएक्टर काम कर रहे हैं। क्या वे सुरक्षित हैं? परमाणु भौतिकी के पश्चिमी विशेषज्ञों के अनुसार, जिन्होंने लाइव साइंस पोर्टल के साथ अपनी राय साझा की, यह प्रश्न खुला रहता है।

परमाणुइसमें एक नाभिक होता है जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन नामक कण घूमते हैं।

परमाणुओं के नाभिक सबसे छोटे कण होते हैं। वे सभी पदार्थ और पदार्थ के आधार हैं।

इनमें बड़ी मात्रा में ऊर्जा होती है।

कुछ रेडियोधर्मी तत्वों के क्षय होने पर यह ऊर्जा विकिरण के रूप में निकलती है। विकिरण पृथ्वी पर सभी जीवन के लिए खतरनाक है, लेकिन साथ ही इसका उपयोग बिजली और दवा के उत्पादन के लिए किया जाता है।

रेडियोधर्मिता ऊर्जा को विकीर्ण करने के लिए अस्थिर परमाणुओं के नाभिक की संपत्ति है। अधिकांश भारी परमाणु अस्थिर होते हैं, और हल्के परमाणुओं में रेडियोआइसोटोप होते हैं, अर्थात। रेडियोधर्मी समस्थानिक। रेडियोधर्मिता की उपस्थिति का कारण यह है कि परमाणु स्थिरता प्राप्त करने का प्रयास करते हैं। आज, तीन प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरण ज्ञात हैं: अल्फा, बीटा और गामा। उनका नाम ग्रीक वर्णमाला के पहले अक्षरों के नाम पर रखा गया था। नाभिक सबसे पहले अल्फा या बीटा किरणों का उत्सर्जन करता है। लेकिन अगर यह अभी भी अस्थिर रहता है, तो गामा किरणें निकलती हैं। तीन परमाणु नाभिक अस्थिर हो सकते हैं, और उनमें से प्रत्येक किसी भी प्रकार की किरणों का उत्सर्जन कर सकता है।

आंकड़ा तीन परमाणु नाभिक दिखाता है।

वे अस्थिर हैं और उनमें से प्रत्येक तीन प्रकार के बीमों में से एक का उत्सर्जन करता है।

अल्फा कणों में दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं। हीलियम परमाणु के कोर की संरचना बिल्कुल वैसी ही है। अल्फा कण धीरे-धीरे चलते हैं और इसलिए पेपर शीट से मोटा कोई भी पदार्थ उन्हें पकड़ सकता है। वे हीलियम परमाणुओं के नाभिक से बहुत भिन्न नहीं हैं। अधिकांश वैज्ञानिकों ने इस संस्करण को सामने रखा कि पृथ्वी पर हीलियम प्राकृतिक रेडियोधर्मी मूल का है।

बीटा कण अत्यधिक ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। उनका गठन न्यूट्रॉन के क्षय के दौरान होता है। बीटा कण भी बहुत तेज नहीं होते, ये हवा में एक मीटर तक उड़ सकते हैं। इसलिए एक मिलीमीटर मोटी ताम्रपत्र उनकी राह में रोड़ा बन सकता है। और अगर आप 13 मिमी लीड बैरियर या 120 मीटर हवा सेट करते हैं, तो आप गामा विकिरण को आधा कर सकते हैं।

गामा किरणें महान ऊर्जा का विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं। इसकी गति की गति प्रकाश की गति के बराबर है।

विकिरण के रिसाव को रोकने के लिए मोटी दीवारों वाले विशेष सीसे के कंटेनरों में रेडियोधर्मी पदार्थों का परिवहन किया जाता है।

रेडिएशन का एक्सपोजर इंसानों के लिए बेहद खतरनाक है।

यह जलन, मोतियाबिंद का कारण बनता है, कैंसर के विकास को भड़काता है।

एक विशेष उपकरण, गीजर काउंटर, विकिरण के स्तर को मापने में मदद करता है, जो विकिरण के स्रोत के प्रकट होने पर क्लिक करने की आवाज़ करता है।

जब एक नाभिक कणों का उत्सर्जन करता है, तो यह दूसरे तत्व के नाभिक में बदल जाता है, इस प्रकार इसकी परमाणु संख्या बदल जाती है। इसे तत्व का क्षय काल कहते हैं। लेकिन अगर नवगठित तत्व अभी भी अस्थिर है, तो क्षय प्रक्रिया जारी रहती है। और इसी तरह जब तक तत्व स्थिर नहीं हो जाता। कई रेडियोधर्मी तत्वों के लिए, इस अवधि में दसियों, सैकड़ों या हजारों साल लगते हैं, इसलिए यह अर्ध-जीवन को मापने के लिए प्रथागत है। उदाहरण के लिए, 242 के द्रव्यमान वाला एक प्लूटोनियम-2 परमाणु लें। 4 के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान वाले अल्फा कणों को उत्सर्जित करने के बाद, यह समान परमाणु द्रव्यमान वाला यूरेनियम-238 परमाणु बन जाता है।

परमाणु प्रतिक्रियाएं।

नाभिकीय अभिक्रियाओं को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: नाभिकीय संलयन और नाभिक का विखंडन (विभाजन)।

संश्लेषण या अन्यथा "कनेक्शन" का अर्थ है बहुत उच्च तापमान के प्रभाव में दो नाभिकों का एक बड़े में कनेक्शन। इस बिंदु पर, बड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी की जाती है।

विखंडन और विखंडन के दौरान, नाभिक के विखंडन की प्रक्रिया होती है, जबकि परमाणु ऊर्जा जारी होती है।

यह तब होता है जब "कण त्वरक" नामक एक विशेष उपकरण में न्यूट्रॉन के साथ नाभिक पर बमबारी की जाती है।

नाभिक के विखंडन और न्यूट्रॉन के विकिरण के दौरान, केवल एक विशाल मात्रा में ऊर्जा निकलती है।

यह ज्ञात है कि बड़ी मात्रा में बिजली प्राप्त करने के लिए, रेडियो ईंधन के केवल एक इकाई द्रव्यमान की आवश्यकता होती है।कोई अन्य बिजली संयंत्र इसके जैसा कुछ भी दावा नहीं कर सकता है।

परमाणु शक्ति।

इस प्रकार, परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान जारी की गई ऊर्जा का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए या पानी के नीचे और सतह के जहाजों में ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जाता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र में बिजली पैदा करने की प्रक्रिया परमाणु रिएक्टरों में परमाणु विखंडन पर आधारित है। एक विशाल टैंक में एक रेडियोधर्मी पदार्थ (उदाहरण के लिए, यूरेनियम) की छड़ें होती हैं।

उन पर न्यूट्रॉन द्वारा हमला किया जाता है और ऊर्जा को मुक्त करते हुए विभाजित किया जाता है। नए न्यूट्रॉन आगे और आगे विभाजित होते हैं। इसे चेन रिएक्शन कहते हैं। बिजली पैदा करने की इस पद्धति की दक्षता अविश्वसनीय रूप से अधिक है, लेकिन सुरक्षा उपाय और दफनाने की स्थिति बहुत महंगी है।

हालांकि, मानव जाति न केवल शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए परमाणु ऊर्जा का उपयोग करती है। 20वीं सदी के मध्य में परमाणु हथियारों का परीक्षण और परीक्षण किया गया।

इसकी क्रिया ऊर्जा का एक विशाल प्रवाह जारी करना है, जिससे विस्फोट होता है। द्वितीय विश्व युद्ध के अंत में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने जापान के खिलाफ परमाणु हथियारों का इस्तेमाल किया। उन्होंने हिरोशिमा और नागासाकी शहरों पर परमाणु बम गिराए।

परिणाम बस विनाशकारी थे।

कुछ मानव शिकार कई लाख थे।

लेकिन वैज्ञानिक यहीं नहीं रुके और हाइड्रोजन हथियार विकसित कर लिए।

उनका अंतर यह है कि परमाणु बम परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं पर आधारित होते हैं, और हाइड्रोजन बम संलयन प्रतिक्रियाओं पर आधारित होते हैं।

रेडियोकार्बन विधि।

किसी जीव की मृत्यु के समय के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए रेडियोकार्बन विश्लेषण की विधि का उपयोग किया जाता है। यह ज्ञात है कि जीवित ऊतक में कुछ मात्रा में कार्बन-14 होता है, जो कार्बन का एक रेडियोधर्मी समस्थानिक है। जिसका आधा जीवन 5700 वर्ष है। जीव की मृत्यु के बाद, ऊतकों में कार्बन -14 का भंडार कम हो जाता है, आइसोटोप का क्षय हो जाता है, और जीव की मृत्यु का समय उसकी शेष राशि से निर्धारित होता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, आप यह पता लगा सकते हैं कि ज्वालामुखी कितने समय पहले फटा था। इसे लावा में जमे हुए कीड़े और पराग से पहचाना जा सकता है।

रेडियोधर्मिता का और कैसे उपयोग किया जाता है?

विकिरण का उपयोग उद्योग में भी किया जाता है।

गामा किरणों का उपयोग भोजन को ताजा रखने के लिए विकिरणित करने के लिए किया जाता है।

चिकित्सा में, विकिरण का उपयोग आंतरिक अंगों के अध्ययन में किया जाता है।

रेडियोथेरेपी नामक एक तकनीक भी है। यह तब होता है जब रोगी को छोटी खुराक से विकिरणित किया जाता है, उसके शरीर में कैंसर कोशिकाओं को नष्ट कर दिया जाता है।