Réactions de fission nucléaire.

La transformation des noyaux lors de l'interaction avec des particules élémentaires ou entre eux est appelée réaction nucléaire. Les réactions nucléaires sont la principale méthode d'étude de la structure des noyaux et de leurs propriétés. Les réactions nucléaires obéissent à des lois de conservation : charge électrique, charge baryonique, charge leptonique, énergie, élan etc. Par exemple, la loi de conservation de la charge baryonique se résume au fait que le nombre total de nucléons ne change pas à la suite d'une réaction nucléaire.

Des réactions nucléaires peuvent se produire avec la libération ou l'absorption d'énergie Q, qui est 10 6 fois supérieure à l'énergie des réactions chimiques. Si Q> 0 énergie est libérée (réaction exothermique). Par exemple,

À Q < 0 – поглощение энергии (réaction endothermique). Par exemple,

Les réactions nucléaires sont caractérisées section efficace de réaction(si le rayon du noyau est supérieur à la longueur d'onde de De Broglie de la particule).

Sortie de réaction nucléaire W– rapport du nombre d'événements de réaction nucléaire D N au nombre de particules N, tombant des cibles de 1 cm 2, c'est-à-dire

,

Où n– concentration de noyaux.

De nombreuses réactions nucléaires à basse énergie passent par l'étape de formation noyau composé. Ainsi, pour qu'un neutron traverse le noyau à une vitesse de 10 7 m/s, il faut un temps de l'ordre de t = 10 –22 s. Le temps de réaction est de 10 - 16 –10 - 12 s ou (10 6 –10 10)t. Cela signifie qu'un grand nombre de collisions se produiront entre les nucléons du noyau et qu'un état intermédiaire se formera : un noyau composé. Le temps caractéristique t est utilisé dans l'analyse des processus se produisant dans le noyau.

À mesure que la vitesse du neutron diminue, le temps de son interaction avec le noyau et la probabilité de sa capture par le noyau augmentent, puisque la section efficace effective est inversement proportionnelle à la vitesse des particules (). Si l'énergie totale du neutron et du noyau initial se situe dans la région où se trouvent les bandes d'énergie du noyau composé, alors la probabilité de formation d'un niveau d'énergie quasi stationnaire du noyau composé est particulièrement élevée. La section efficace des réactions nucléaires à de telles énergies de particules augmente fortement, formant des maxima de résonance. Dans de tels cas, les réactions nucléaires sont appelées résonnant. Section efficace de résonance pour la capture de neutrons thermiques (lente) ( kT» 0,025 eV) peut être ~10 6 fois supérieure à la section efficace géométrique du noyau

Après avoir capturé une particule, le noyau composé est dans un état excité pendant environ 10 à 14 s, puis émet une particule. Plusieurs canaux de désintégration radioactive d'un noyau composé sont possibles. Un processus concurrent est également possible : la capture radiative, lorsque, après qu'une particule a été capturée par un noyau, elle passe dans un état excité, puis, après avoir émis un quantum g, elle passe dans l'état fondamental. Cela peut également former un noyau composé.

Les forces de répulsion coulombiennes entre les particules chargées positivement du noyau (protons) ne favorisent pas, mais plutôt entravent la sortie de ces particules du noyau. Cela est dû à l'influence barrière centrifuge. Ceci s'explique par le fait que les forces répulsives correspondent à l'énergie positive. Il augmente la hauteur et la largeur de la barrière de potentiel coulombienne. La sortie d’une particule chargée positivement du noyau est processus sous-barrière. Plus la barrière potentielle est haute et large, moins elle est probable. Ceci est particulièrement important pour les noyaux moyens et lourds.

Par exemple, un noyau isotopique de l'uranium, après avoir capturé un neutron, forme un noyau composé, qui se divise ensuite en deux parties. Sous l'influence des forces répulsives coulombiennes, ces pièces se séparent avec une énergie cinétique élevée ~200 MeV, puisque dans ce cas les forces électriques dépassent les forces d'attraction nucléaires. Dans ce cas, les fragments sont radioactifs et sont dans un état excité. En transition vers l'état fondamental, ils émettent des neutrons rapides et retardés, ainsi que des g-quanta et d'autres particules. Les neutrons émis sont dits secondaires.

Parmi tous les noyaux libérés lors de la fission, environ 99 % des neutrons sont libérés instantanément et la part des neutrons retardés est d'environ 0,75 %. Malgré cela, les neutrons retardés sont utilisés dans l'énergie nucléaire, car ils permettent de réactions nucléaires contrôlées. Il est fort probable que l’uranium se divise en fragments, dont l’un est environ une fois et demie plus lourd que l’autre. Ceci s'explique par l'influence des coquilles de neutrons nucléaires, car il est énergétiquement plus favorable que le noyau se divise de sorte que le nombre de neutrons dans chaque fragment soit proche de l'un des nombres magiques - 50 ou 82. De tels fragments peuvent être, par exemple par exemple, les noyaux et.

Différence entre la valeur d'énergie potentielle maximale E r(r) et sa valeur à pour les noyaux stables est appelée énergie d'activation. Par conséquent, pour la fission nucléaire, il est nécessaire de lui conférer une énergie non inférieure à l’énergie d’activation. Cette énergie est apportée par les neutrons, lors de leur absorption desquels se forment des noyaux composés excités.

Des recherches ont montré que les noyaux isotopiques subissent une fission après avoir capturé des neutrons, y compris les neutrons thermiques. Pour la fission d'un isotope de l'uranium, des neutrons rapides d'une énergie supérieure à 1 MeV sont nécessaires. Cette différence de comportement des noyaux est associée à l’effet d’appariement des nucléons.

La fission spontanée de noyaux radioactifs est également possible en l'absence d'excitation externe, ce qui a été observé en 1940. Dans ce cas, la fission nucléaire peut se produire par fuite de produits de fission à travers une barrière de potentiel suite à l'effet tunnel. Une autre caractéristique des réactions nucléaires se produisant à travers un noyau composé, dans certaines conditions, est la symétrie dans le système de centre de masse de la distribution angulaire des particules diffusantes qui se forment lors de la désintégration du noyau composé.

Des réactions nucléaires directes sont également possibles, par exemple

qui sert à produire des neutrons.

Lors de la fission des noyaux lourds, une énergie libérée égale à une moyenne de ~ 200 MeV pour chaque noyau fissile, appelée énergie nucléaire ou atomique. Cette énergie est produite dans des réacteurs nucléaires.

L'uranium naturel contient 99,3 % d'isotopes et 0,7 % d'isotopes, qui constituent du combustible nucléaire. Les isotopes de l'uranium et du thorium sont des matières premières à partir desquelles des isotopes et des isotopes sont produits artificiellement, qui sont également du combustible nucléaire et ne se trouvent pas dans leur état naturel. Un isotope du plutonium est obtenu, par exemple, dans la réaction

Un isotope de l'uranium est obtenu, par exemple, dans la réaction

Où signifie réaction

.
Les isotopes nucléaires ne sont fissionnés que par des neutrons rapides d'énergie > 1 MeV.

Une grandeur importante caractérisant un noyau fissile est le nombre moyen de neutrons secondaires, qui pour mise en œuvre d'une réaction en chaîne de fission nucléaire Il doit y avoir au moins 1 noyau atomique. Dans de telles réactions de noyaux atomiques, des neutrons sont produits.

La réaction en chaîne est pratiquement réalisée sur l'uranium enrichi en réacteurs nucléaires. Dans l'uranium enrichi, la teneur en isotopes de l'uranium est portée à 2 à 5 % par séparation isotopique. Le volume occupé par une substance fissile est appelé cœur réacteur. Pour l'uranium naturel, le facteur de multiplication des neutrons thermiques est k=1,32. Pour réduire la vitesse des neutrons rapides à la vitesse des neutrons thermiques, des modérateurs (graphite, eau, béryllium, etc.) sont utilisés.

Il existe différents types de réacteurs nucléaires selon leur fonction et leur puissance. Par exemple, des réacteurs expérimentaux pour produire de nouveaux éléments transuraniens, etc.

Actuellement, l'énergie nucléaire utilise réacteurs surgénérateurs (réacteurs surgénérateurs), dans lequel se produit non seulement la production d’énergie, mais également la reproduction élargie de matière fissile. Ils utilisent de l'uranium enrichi avec une teneur assez élevée (jusqu'à 30 %) en isotope de l'uranium.

De tels réacteurs sont éleveurs utilisé pour produire de l’énergie dans les centrales nucléaires. Le principal inconvénient des centrales nucléaires est l’accumulation de déchets radioactifs. Cependant, comparées aux centrales électriques au charbon, les centrales nucléaires sont plus respectueuses de l’environnement.

Fission nucléaire- le processus de division d'un noyau atomique en deux (moins souvent trois) noyaux de masses similaires, appelés fragments de fission. À la suite de la fission, d'autres produits de réaction peuvent également apparaître : des noyaux légers (principalement des particules alpha), des neutrons et des quanta gamma. La fission peut être spontanée (spontanée) et forcée (résultant d'une interaction avec d'autres particules, principalement des neutrons). La fission des noyaux lourds est un processus exothermique, à la suite duquel une grande quantité d'énergie est libérée sous forme d'énergie cinétique des produits de réaction, ainsi que de rayonnement. La fission nucléaire sert de source d'énergie dans les réacteurs nucléaires et les armes nucléaires. Le processus de fission ne peut se produire que lorsque l'énergie potentielle de l'état initial du noyau en fission dépasse la somme des masses des fragments de fission. Étant donné que l'énergie de liaison spécifique des noyaux lourds diminue avec l'augmentation de leur masse, cette condition est remplie pour presque tous les noyaux de nombre de masse .

Cependant, comme le montre l’expérience, même les noyaux les plus lourds se divisent spontanément avec une très faible probabilité. Cela signifie qu'il existe une barrière énergétique ( barrière à fission), empêchant la division. Plusieurs modèles sont utilisés pour décrire le processus de fission nucléaire, y compris le calcul de la barrière de fission, mais aucun d'entre eux ne peut expliquer complètement le processus.

Le fait que de l'énergie soit libérée lors de la fission des noyaux lourds découle directement de la dépendance de l'énergie de liaison spécifique ε = E léger (A,Z)/A à partir du nombre de masse A. Lorsqu'un noyau lourd se fissure, des noyaux plus légers se forment dans lesquels les nucléons sont plus fortement liés, et une partie de l'énergie est libérée lors de la fission. En règle générale, la fission nucléaire s'accompagne de l'émission de 1 à 4 neutrons. Exprimons l'énergie de fission Q en termes d'énergies de liaison des noyaux initial et final. On écrit l'énergie du noyau initial, constitué de Z protons et N neutrons, et ayant une masse M(A,Z) et une énergie de liaison E st (A,Z), sous la forme suivante :

M(A,Z)c 2 = (Zm p + Nm n)c 2 - E St (A,Z).

La division du noyau (A,Z) en 2 fragments (A 1,Z 1) et (A 2,Z 2) s'accompagne de la formation de N n = A – A 1 – A 2 neutrons rapides. Si un noyau (A,Z) se divise en fragments avec des masses M 1 (A 1 ,Z 1), M 2 (A 2 ,Z 2) et des énergies de liaison E св1 (A 1,Z 1), E св2 (A 2 , Z 2), alors pour l'énergie de fission on a l'expression :

Q div = (M(A,Z) – )c 2 = E St 1 (A 1 ,Z 1) + E St (A 2 ,Z 2) – E St (A,Z),

A = A 1 + A 2 + N n, Z = Z 1 + Z 2.

23. Théorie élémentaire de la fission.

En 1939 N. Bor Et J. Wheeler, et aussi Ouais. Bien avant que la fission ne soit étudiée expérimentalement de manière approfondie, une théorie de ce processus a été proposée, basée sur l'idée du noyau comme une goutte de liquide chargé.

L'énergie libérée lors de la fission peut être obtenue directement à partir de Formules Weizsäcker.

Calculons la quantité d'énergie libérée lors de la fission d'un noyau lourd. Remplaçons dans (f.2) les expressions des énergies de liaison des noyaux (f.1), en supposant A 1 = 240 et Z 1 = 90. En négligeant le dernier terme de (f.1) en raison de sa petitesse et en le remplaçant les valeurs des paramètres a 2 et a 3 ,on obtient

On en déduit que la fission est énergétiquement favorable lorsque Z 2 /A > 17. La valeur de Z 2 /A est appelée paramètre de fissibilité. L'énergie E libérée lors de la fission augmente avec l'augmentation de Z 2 /A ; Z 2 /A = 17 pour les noyaux dans la région de l'yttrium et du zirconium. D'après les estimations obtenues, il est clair que la fission est énergétiquement favorable pour tous les noyaux avec A > 90. Pourquoi la plupart des noyaux sont-ils stables par rapport à la fission spontanée ? Pour répondre à cette question, regardons comment la forme du noyau change lors de la fission.

Considérons l'étape initiale de la fission, lorsque le noyau, avec r croissant, prend la forme d'un ellipsoïde de révolution de plus en plus allongé. A ce stade de division, r est une mesure de l'écart du noyau par rapport à la forme sphérique (Fig. 3). En raison de l'évolution de la forme du noyau, la variation de son énergie potentielle est déterminée par la variation de la somme des énergies de surface et coulombienne E" n + E" k. On suppose que le volume du noyau reste inchangé. pendant le processus de déformation. Dans ce cas, l'énergie de surface E"n augmente à mesure que la surface du noyau augmente. L'énergie coulombienne E"k diminue à mesure que la distance moyenne entre les nucléons augmente. Laissez le noyau sphérique, à la suite d'une légère déformation caractérisée par un petit paramètre, prendre la forme d'un ellipsoïde à symétrie axiale. On peut montrer que l'énergie de surface E" n et l'énergie coulombienne E" k varient comme suit en fonction de :

Dans le cas de petites déformations ellipsoïdales, l’augmentation de l’énergie de surface se produit plus rapidement que la diminution de l’énergie coulombienne. Dans la région des noyaux lourds 2E n > E k la somme des énergies de surface et coulombienne augmente avec l'augmentation de . De (f.4) et (f.5), il résulte qu'en cas de petites déformations ellipsoïdales, une augmentation de l'énergie de surface empêche de nouveaux changements dans la forme du noyau et, par conséquent, la fission. L'expression (f.5) est valable pour les petites valeurs (petites déformations). Si la déformation est si importante que le noyau prend la forme d'un haltère, alors les forces de tension superficielle, comme les forces de Coulomb, ont tendance à séparer le noyau et à donner aux fragments une forme sphérique. À ce stade de fission, une augmentation de la déformation s'accompagne d'une diminution des énergies coulombienne et superficielle. Ceux. avec une augmentation progressive de la déformation du noyau, son énergie potentielle passe par un maximum. Maintenant r a la signification de la distance entre les centres des futurs fragments. À mesure que les fragments s'éloignent les uns des autres, l'énergie potentielle de leur interaction diminuera, puisque l'énergie de répulsion coulombienne Ek diminue. La dépendance de l'énergie potentielle sur la distance entre les fragments est représentée sur la figure. 4. Le niveau zéro d'énergie potentielle correspond à la somme des énergies de surface et coulombienne de deux fragments n'interagissant pas. La présence d'une barrière de potentiel empêche la fission spontanée instantanée des noyaux. Pour qu'un noyau se divise instantanément, il doit transmettre une énergie Q qui dépasse la hauteur de la barrière H. L'énergie potentielle maximale d'un noyau fissile est approximativement égale à e 2 Z 2 /(R 1 + R 2), où R 1 et R 2 sont les rayons des fragments. Par exemple, lorsqu'un noyau d'or est divisé en deux fragments identiques, e 2 Z 2 /(R 1 + R 2) = 173 MeV, et la quantité d'énergie E libérée lors de la fission ( voir formule (f.2)), égal à 132 MeV. Ainsi, lors de la fission d'un noyau d'or, il est nécessaire de franchir une barrière de potentiel d'une hauteur d'environ 40 MeV. , Plus la hauteur de barrière H est élevée, plus le rapport entre l'énergie coulombienne et l'énergie de surface E sur /E p dans le noyau initial est faible. Ce rapport, à son tour, augmente avec l'augmentation du paramètre de divisibilité Z 2 /A (

Ceux. Selon le modèle des gouttelettes, il ne devrait pas y avoir de noyaux avec Z 2 /A > 49 dans la nature, puisqu'ils se fissionnent spontanément presque instantanément (dans un temps nucléaire caractéristique de l'ordre de 10 à 22 s). L'existence de noyaux atomiques avec Z 2 /A > 49 (« îlot de stabilité ») s'explique par la structure en coque. La dépendance de la forme, de la hauteur de la barrière de potentiel H et de l'énergie de fission E sur la valeur du paramètre de fission Z 2 /A est représentée sur la Fig. 5.

Fission spontanée des noyaux avec Z 2 /A< 49, для которых высота барьера Н не равна нулю, с точки зрения классической физики невозможно. С точки зрения квантовой механики такое деление возможно в результате прохождения через потенциальный барьер и носит название спонтанного деления. Вероятность спонтанного деления растет с увеличением параметра делимости Z 2 /А, т.е. с уменьшением высоты барьера. В целом период полураспада относительно спонтанного деления уменьшается при переходе от менее тяжелых ядер к более тяжелым от Т 1/2 > 10 21 ans pour 232 Th à 0,3 s pour 260 Ku. Fission forcée des noyaux avec Z 2 /A < 49 может быть вызвано любыми частицами: фотонами, нейтронами, протонами, дейтронами, -частицами и т.д., если энергия, которую они вносят в ядро достаточна для преодоления барьера деления.

Réactions nucléaires. L'interaction d'une particule avec un noyau atomique, conduisant à la transformation de ce noyau en un nouveau noyau avec libération de particules secondaires ou rayons gamma, est appelée réaction nucléaire.

La première réaction nucléaire a été réalisée par Rutherford en 1919. Il a découvert que la collision de particules alpha avec des noyaux d'atomes d'azote produisait des protons se déplaçant rapidement. Cela signifiait que le noyau de l'isotope de l'azote, à la suite d'une collision avec une particule alpha, s'était transformé en noyau de l'isotope de l'oxygène :

.

Des réactions nucléaires peuvent se produire avec la libération ou l’absorption d’énergie. En utilisant la loi de la relation entre la masse et l'énergie, la production d'énergie d'une réaction nucléaire peut être déterminée en trouvant la différence entre les masses des particules entrant dans la réaction et les produits de la réaction :

Réaction en chaîne de fission des noyaux d'uranium. Parmi diverses réactions nucléaires, les réactions en chaîne de fission de certains noyaux lourds revêtent une importance particulière dans la vie de la société humaine moderne.

La réaction de fission des noyaux d'uranium lorsqu'ils sont bombardés de neutrons a été découverte en 1939. À la suite d'études expérimentales et théoriques menées par E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Hahn, F. Strassmann, L. Meitner, O. Frisch, F. Joliot-Curie, ont découvert que lorsqu'un neutron frappe un noyau d'uranium, le noyau est divisé en deux ou trois parties.

Lorsqu’un noyau d’uranium fissile, environ 200 MeV d’énergie est libérée. L'énergie cinétique du mouvement des noyaux des fragments représente environ 165 MeV, le reste de l'énergie est emporté par les quanta gamma.

Connaissant l'énergie libérée lors de la fission d'un noyau d'uranium, on peut calculer que l'énergie produite par la fission de tous les noyaux de 1 kg d'uranium est de 80 000 milliards de joules. C'est plusieurs millions de fois plus que ce qui est libéré lors de la combustion d'un kg de charbon ou de pétrole. Par conséquent, des moyens ont été recherchés pour libérer de l'énergie nucléaire en quantités significatives afin de l'utiliser à des fins pratiques.

F. Joliot-Curie fut le premier à suggérer la possibilité de réactions nucléaires en chaîne en 1934. En 1939, il découvrit expérimentalement, avec H. Halban et L. Kowarski, que lors de la fission d'un noyau d'uranium, en plus des fragments nucléaires , 2-3 neutrons libres. Dans des conditions favorables, ces neutrons peuvent frapper d’autres noyaux d’uranium et provoquer leur fission. Lors de la fission de trois noyaux d'uranium, 6 à 9 nouveaux neutrons devraient être libérés, ils tomberont dans de nouveaux noyaux d'uranium, etc. Un schéma du développement d'une réaction en chaîne de fission des noyaux d'uranium est présenté à la figure 316.

Riz. 316

La mise en œuvre pratique des réactions en chaîne n’est pas une tâche aussi simple qu’il y paraît dans le diagramme. Les neutrons libérés lors de la fission des noyaux d'uranium sont capables de provoquer la fission uniquement des noyaux de l'isotope de l'uranium d'un nombre de masse de 235, mais leur énergie est insuffisante pour détruire les noyaux d'un isotope de l'uranium d'un nombre de masse de 238. Dans l'uranium naturel, la part de l'uranium de masse 238 est de 99,8 % et la part de l'uranium de masse 235 n'est que de 0,7 %. Par conséquent, la première manière possible de réaliser une réaction en chaîne de fission est associée à la séparation des isotopes de l'uranium et à la production de l'isotope sous sa forme pure en quantités suffisamment grandes. Une condition nécessaire pour qu'une réaction en chaîne se produise est la présence d'une quantité suffisamment importante d'uranium, car dans un petit échantillon, la majorité des neutrons traversent l'échantillon sans toucher aucun noyau. La masse minimale d’uranium dans laquelle une réaction en chaîne peut se produire est appelée masse critique. La masse critique de l'uranium 235 est de plusieurs dizaines de kilogrammes.

La manière la plus simple de réaliser une réaction en chaîne dans l'uranium 235 est la suivante : deux morceaux d'uranium métallique sont fabriqués, chacun ayant une masse légèrement inférieure à la masse critique. Une réaction en chaîne ne peut pas se produire dans chacun d’eux séparément. Lorsque ces pièces sont rapidement reliées, une réaction en chaîne se développe et une énergie colossale est libérée. La température de l'uranium atteint des millions de degrés, l'uranium lui-même et toute autre substance à proximité se transforment en vapeur. La boule gazeuse chaude se dilate rapidement, brûlant et détruisant tout sur son passage. C'est ainsi que se produit une explosion nucléaire.

Il est très difficile d'utiliser l'énergie d'une explosion nucléaire à des fins pacifiques, car la libération d'énergie est incontrôlable. Des réactions en chaîne contrôlées de fission des noyaux d'uranium sont réalisées dans des réacteurs nucléaires.

Réacteur nucléaire. Les premiers réacteurs nucléaires étaient des réacteurs à neutrons lents (Fig. 317). La plupart des neutrons libérés lors de la fission des noyaux d'uranium ont une énergie de 1 à 2 MeV. Leurs vitesses sont d'environ 107 m/s, c'est pourquoi on les appelle neutrons rapides. À de telles énergies, les neutrons interagissent avec l’uranium et les noyaux d’uranium avec à peu près la même efficacité. Et comme il y a 140 fois plus de noyaux d'uranium dans l'uranium naturel que de noyaux d'uranium, la plupart de ces neutrons sont absorbés par les noyaux d'uranium et aucune réaction en chaîne ne se développe. Les neutrons se déplaçant à des vitesses proches de la vitesse du mouvement thermique (environ 2·10 3 m/s) sont appelés lents ou thermiques. Les neutrons lents interagissent bien avec les noyaux d'uranium 235 et sont absorbés par ceux-ci 500 fois plus efficacement que les neutrons rapides. Ainsi, lorsque l'uranium naturel est irradié par des neutrons lents, la plupart d'entre eux ne sont pas absorbés dans les noyaux d'uranium 238, mais dans les noyaux d'uranium 235 et provoquent leur fission. Par conséquent, pour qu’une réaction en chaîne se développe dans l’uranium naturel, les vitesses des neutrons doivent être réduites aux vitesses thermiques.

Riz. 317

Les neutrons ralentissent à la suite de collisions avec les noyaux atomiques du milieu dans lequel ils se déplacent. Pour ralentir les neutrons dans un réacteur, une substance spéciale appelée modérateur est utilisée. Les noyaux des atomes de la substance modératrice doivent avoir une masse relativement faible, car lorsqu'il entre en collision avec un noyau léger, un neutron perd plus d'énergie que lorsqu'il entre en collision avec un noyau lourd. Les modérateurs les plus courants sont l’eau ordinaire et le graphite.

L’espace dans lequel se produit la réaction en chaîne s’appelle le cœur du réacteur. Pour réduire les fuites de neutrons, le cœur du réacteur est entouré d'un réflecteur de neutrons, qui rejette une partie importante des neutrons qui s'échappent dans le cœur. La même substance qui sert de modérateur est généralement utilisée comme réflecteur.

L'énergie libérée pendant le fonctionnement du réacteur est évacuée à l'aide d'un liquide de refroidissement. Seuls les liquides et les gaz qui n'ont pas la capacité d'absorber les neutrons peuvent être utilisés comme liquide de refroidissement. L'eau ordinaire est largement utilisée comme liquide de refroidissement ; le dioxyde de carbone et même le sodium métallique liquide sont parfois utilisés.

Le réacteur est contrôlé à l'aide de barres de commande (ou de contrôle) spéciales insérées dans le cœur du réacteur. Les barres de contrôle sont constituées de composés de bore ou de cadmium, qui absorbent les neutrons thermiques avec une très grande efficacité. Avant que le réacteur ne commence à fonctionner, ils sont entièrement introduits dans son cœur. En absorbant une part importante des neutrons, ils rendent impossible le développement d’une réaction en chaîne. Pour démarrer le réacteur, les barres de commande sont progressivement retirées du cœur jusqu'à ce que la libération d'énergie atteigne un niveau prédéterminé. Lorsque la puissance dépasse le niveau fixé, des machines automatiques se mettent en marche, plongeant les barres de commande profondément dans le noyau.

Énergie nucléaire. L'énergie nucléaire a été mise pour la première fois au service de la paix dans notre pays. Le premier organisateur et dirigeant des travaux sur la science et la technologie atomiques en URSS fut l'académicien Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960).

Actuellement, la centrale nucléaire de Léningrad est la plus grande d'URSS et d'Europe. V.I. Lénine a une capacité de 4000 MW, soit 800 fois la puissance de la première centrale nucléaire.

Le coût de l’électricité produite dans les grandes centrales nucléaires est inférieur au coût de l’électricité produite dans les centrales thermiques. L’énergie nucléaire se développe donc à un rythme accéléré.

Les réacteurs nucléaires sont utilisés comme centrales électriques sur les navires de guerre. Le premier navire pacifique au monde doté d'une centrale nucléaire, le brise-glace à propulsion nucléaire Lénine, a été construit en Union soviétique en 1959.

Le brise-glace nucléaire soviétique Arktika, construit en 1975, est devenu le premier navire de surface au monde à atteindre le pôle Nord.

Réaction thermonucléaire. L'énergie nucléaire est libérée non seulement dans les réactions nucléaires de fission de noyaux lourds, mais également dans les réactions de combinaison de noyaux atomiques légers.

Pour connecter des protons chargés de la même manière, il est nécessaire de surmonter les forces répulsives coulombiennes, ce qui est possible à des vitesses suffisamment élevées des particules en collision. Les conditions nécessaires à la synthèse de noyaux d’hélium à partir de protons existent à l’intérieur des étoiles. Sur Terre, une réaction de fusion thermonucléaire a été réalisée lors d'explosions thermonucléaires expérimentales.

La synthèse de l'hélium à partir de l'isotope léger de l'hydrogène se produit à une température d'environ 108 K, et pour la synthèse de l'hélium à partir des isotopes lourds de l'hydrogène - deutérium et tritium - selon le schéma

nécessite un chauffage à environ 5 10 7 K.

Lorsque 1 g d'hélium est synthétisé à partir de deutérium et de tritium, l'énergie libérée est de 4,2·10 11 J. Cette énergie est libérée lorsque 10 tonnes de carburant diesel sont brûlées.

Les réserves d'hydrogène sur Terre sont pratiquement inépuisables, c'est pourquoi l'utilisation de l'énergie de fusion thermonucléaire à des fins pacifiques est l'une des tâches les plus importantes de la science et de la technologie modernes.

La réaction thermonucléaire contrôlée de synthèse de l'hélium à partir des isotopes lourds de l'hydrogène par chauffage est censée s'effectuer en faisant passer un courant électrique à travers le plasma. Un champ magnétique est utilisé pour empêcher le plasma chauffé d’entrer en contact avec les parois de la chambre. Dans l'installation expérimentale Tokamak-10, les physiciens soviétiques ont réussi à chauffer le plasma à une température de 13 millions de degrés. L'hydrogène peut être chauffé à des températures plus élevées grâce au rayonnement laser. Pour ce faire, les faisceaux lumineux de plusieurs lasers doivent être focalisés sur une boule de verre contenant un mélange d'isotopes lourds de deutérium et de tritium. Lors d'expériences sur des installations laser, des plasmas d'une température de plusieurs dizaines de millions de degrés ont déjà été obtenus.

Réaction nucléaire en chaîne. À la suite d'expériences sur l'irradiation neutronique de l'uranium, il a été constaté que sous l'influence des neutrons, les noyaux d'uranium sont divisés en deux noyaux (fragments) d'environ la moitié de la masse et de la charge ; ce processus s'accompagne de l'émission de plusieurs (deux ou trois) neutrons (Fig. 402). Outre l’uranium, certains autres éléments parmi les derniers éléments du tableau périodique de Mendeleïev sont capables de fission. Ces éléments, comme l'uranium, se divisent non seulement sous l'influence des neutrons, mais aussi sans influences extérieures (spontanément). La fission spontanée a été établie expérimentalement par les physiciens soviétiques K. A. Petrzhak et Georgiy Nikolaevich Flerov (né en 1913) en 1940. C'est un processus très rare. Ainsi, dans 1 g d’uranium, seulement une vingtaine de fissions spontanées se produisent par heure.

Riz. 402. Fission d'un noyau d'uranium sous l'influence de neutrons : a) le noyau capte un neutron ; b) l'impact d'un neutron sur un noyau fait osciller ce dernier ; c) le noyau est divisé en deux fragments ; en même temps, plusieurs neutrons supplémentaires sont émis

En raison de la répulsion électrostatique mutuelle, les fragments de fission se dispersent dans des directions opposées, acquérant une énorme énergie cinétique (environ ). La réaction de fission se produit ainsi avec une libération d'énergie importante. Les fragments en mouvement rapide ionisent intensément les atomes du milieu. Cette propriété des fragments est utilisée pour détecter les processus de fission à l'aide d'une chambre d'ionisation ou d'une chambre à nuages. Une photographie de traces de fragments de fission dans une chambre à brouillard est présentée sur la Fig. 403. Il est extrêmement significatif que les neutrons émis lors de la fission d'un noyau d'uranium (les neutrons de fission secondaires) soient capables de provoquer la fission de nouveaux noyaux d'uranium. Grâce à cela, il est possible de réaliser une réaction de fission en chaîne : une fois qu'elle se produit, la réaction peut, en principe, se poursuivre d'elle-même, couvrant un nombre croissant de noyaux. Le diagramme de développement d’une telle réaction cellulaire croissante est présenté sur la Fig. 404.

Riz. 403. Photographie de traces de fragments de fission d'uranium dans une chambre nuageuse : des fragments () volent dans des directions opposées à partir d'une fine couche d'uranium déposée sur une plaque bloquant la chambre. L'image montre également de nombreuses traces plus fines appartenant à des protons assommés par les neutrons des molécules du véhicule à eau contenu dans la chambre.

Réaliser une réaction de fission en chaîne dans la pratique n’est pas facile ; l'expérience montre que dans la masse d'uranium naturel, aucune réaction en chaîne ne se produit. La raison en réside dans la perte de neutrons secondaires ; dans l'uranium naturel, la plupart des neutrons s'échappent sans provoquer de fission. Comme l'ont révélé des études, la perte de neutrons se produit dans l'isotope le plus courant de l'uranium - l'uranium - 238 (). Cet isotope absorbe facilement les neutrons par une réaction similaire à la réaction de l'argent avec les neutrons (voir § 222) ; cela produit un isotope artificiellement radioactif. Il se divise difficilement et uniquement sous l'influence de neutrons rapides.

L'isotope contenu en quantité dans l'uranium naturel a des propriétés plus favorables pour une réaction en chaîne. Il est divisé sous l'influence de neutrons de n'importe quelle énergie - rapides et lents, et plus l'énergie neutronique est faible, mieux c'est. Le processus concurrent de la fission - simple absorption des neutrons - est peu probable, contrairement à cela. Par conséquent, dans l’uranium 235 pur, une réaction de fission en chaîne est possible, à condition toutefois que la masse de l’uranium 235 soit suffisamment importante. Dans l'uranium de faible masse, la réaction de fission prend fin en raison de l'émission de neutrons secondaires en dehors de sa substance.

Riz. 404. Développement d'une réaction de fission intéressante : il est classiquement admis que lorsqu'un noyau se fissifie, deux neutrons sont émis et il n'y a pas de perte de neutrons, c'est-à-dire chaque neutron provoque une nouvelle fission ; cercles - fragments de fission, flèches - neutrons de fission

En fait, en raison de la petite taille des noyaux atomiques, un neutron parcourt une distance considérable (mesurée en centimètres) à travers la matière avant d’entrer accidentellement en collision avec un noyau. Si la taille du corps est petite, la probabilité d'une collision sur le chemin de la sortie est faible. Presque tous les neutrons de fission secondaires sont émis à travers la surface du corps sans provoquer de nouvelles fissions, c'est-à-dire sans poursuivre la réaction.

D'un grand corps, ce sont principalement les neutrons formés dans la couche superficielle qui s'envolent. Les neutrons formés à l'intérieur du corps ont devant eux une épaisseur d'uranium suffisante et, pour la plupart, provoquent de nouvelles fissions, poursuivant ainsi la réaction (Fig. 405). Plus la masse d'uranium est grande, plus la proportion de son volume est petite la couche superficielle, à partir de laquelle de nombreux neutrons sont perdus, et plus les conditions sont favorables au développement d'une réaction en chaîne.

Riz. 405. Développement d'une réaction de fission en chaîne. a) À faible masse, la plupart des neutrons de fission s'envolent. b) Dans une grande masse d'uranium, de nombreux neutrons de fission provoquent la fission de nouveaux noyaux ; le nombre de divisions augmente de génération en génération. Cercles - fragments de fission, flèches - neutrons de fission

En augmentant progressivement la quantité de , nous atteindrons une masse critique, c'est-à-dire la plus petite masse, à partir de laquelle une réaction en chaîne non amortie de fission en . Avec une nouvelle augmentation de masse, la réaction commencera à se développer rapidement (elle commencera par des fissions spontanées). Lorsque la masse descend en dessous de la valeur critique, la réaction s'éteint.

Ainsi, une réaction de fission en chaîne peut être réalisée. Si vous disposez d'une quantité suffisante de matière propre, séparez-la.

Comme nous l'avons vu au §202, la séparation des isotopes, bien que complexe et coûteuse, reste une opération réalisable. En effet, l’extraction de l’uranium naturel était l’une des manières de mettre en pratique la réaction de fission en chaîne.

Parallèlement à cela, la réaction en chaîne a été réalisée d'une autre manière qui ne nécessitait pas la séparation des isotopes de l'uranium. Cette méthode est un peu plus compliquée en principe, mais plus facile à mettre en œuvre. Il utilise le ralentissement des neutrons de fission secondaires rapides jusqu'aux vitesses de mouvement thermique. Nous avons vu que dans l'uranium naturel, les neutrons secondaires immédiats sont absorbés principalement par l'isotope. Puisque l’absorption ne conduit pas à la fission, la réaction se termine. Comme le montrent les mesures, lorsque les neutrons sont ralentis à des vitesses thermiques, la capacité d'absorption augmente plus que la capacité d'absorption. L’absorption des neutrons par l’isotope, conduisant à la fission, est prioritaire. Par conséquent, si les neutrons de fission sont ralentis, empêchant leur absorption dans l’uranium naturel, une réaction en chaîne deviendra possible.

Riz. 406. Un système d'uranium naturel et un modérateur dans lequel une réaction de fission en chaîne peut se développer

En pratique, ce résultat est obtenu en plaçant des barres chaudes d'uranium naturel sous la forme d'un réseau rare dans le modérateur (Fig. 406). Des substances ayant une faible masse atomique et absorbant faiblement les neutrons sont utilisées comme modérateurs. Les bons modérateurs sont le graphite, l'eau lourde et le béryllium.

Supposons qu'une fission du noyau d'uranium se produise dans l'un des bâtonnets. Comme la tige est relativement fine, presque tous les neutrons secondaires rapides s’échapperont dans le modérateur. Les bâtonnets sont assez peu nombreux dans le réseau. Le neutron émis, avant de heurter la nouvelle tige, subit de nombreuses collisions avec les noyaux modérateurs et ralentit jusqu'à la vitesse du mouvement thermique (Fig. 407). Après avoir heurté le barreau d'uranium, le neutron sera très probablement absorbé et provoquera une nouvelle fission, poursuivant ainsi la réaction. La réaction de fission en chaîne a été réalisée pour la première fois aux États-Unis en 1942. un groupe de scientifiques dirigé par le physicien italien Enrico Fermi (1901-1954) dans un système à uranium naturel. Ce processus a été mis en œuvre indépendamment en URSS en 1946. L'académicien Igor Vasilievich Kurchatov (1903-1960) et son équipe.

Riz. 407. Développement d'une réaction de fission intéressante dans un système d'uranium naturel et d'un modérateur. Un neutron rapide, s'échappant d'une fine tige, entre dans le modérateur et est ralenti. Une fois de retour dans l'uranium, le neutron ralenti est très probablement absorbé dans l'uranium, provoquant une fission (symbole : deux cercles blancs). Certains neutrons sont absorbés dans , sans provoquer de fission (symbole : cercle noir)

Cours de physique en 9e année

« Fission des noyaux d'uranium. Réaction en chaîne"

Objectif de la leçon : familiariser les étudiants avec le processus de fission des noyaux atomiques d'uranium et le mécanisme de la réaction en chaîne.

Tâches :

pédagogique:

étudier le mécanisme de fission des noyaux d'uranium 235 ; introduire le concept de masse critique ; déterminer les facteurs qui déterminent l’apparition d’une réaction en chaîne.

pédagogique:

amener les élèves à comprendre l’importance des découvertes scientifiques et le danger qui peut découler des réalisations scientifiques avec une attitude irréfléchie, analphabète ou immorale à leur égard.

développement:

développement de la pensée logique; développement du monologue et du discours dialogique ; développement des opérations mentales chez les élèves : analyse, comparaison, apprentissage. Formation d'une idée de l'intégrité de l'image du monde

Type de cours : leçon d’apprentissage de nouvelles connaissances.

Compétences que la leçon vise à développer :

valeur-sémantique - la capacité de voir et de comprendre le monde qui nous entoure,

culturel général - la maîtrise par l'étudiant de l'image scientifique du monde,

éducatif et cognitif - la capacité de distinguer les faits de la spéculation,

Compétences en communication - compétences en travail de groupe, maîtrise de divers rôles sociaux en équipe,

compétences d'auto-amélioration personnelle - culture de pensée et de comportement

Progression de la leçon : 1. Moment d'organisation.

Une nouvelle leçon est arrivée. Je vous sourirai et vous vous sourirez. Et vous penserez : comme c’est bien que nous soyons tous ici ensemble aujourd’hui. Nous sommes modestes et gentils, amicaux et affectueux. Nous sommes tous en bonne santé. - Respirez profondément et expirez. Expirez le ressentiment, la colère et l'anxiété d'hier. Je nous souhaite à tous une bonne leçon .

2. Vérification des devoirs.

Test.

1. Quelle est la charge du noyau ?

1) positif 2) négatif 3) le noyau n'a aucune charge

2. Qu'est-ce qu'une particule alpha ?

1) électron 2) noyau atome d'hélium

3) rayonnement électromagnétique

3. Combien de protons et de neutrons le noyau d’un atome de bérylliumBe contient-il ?

1) Z =9, N =4 2) Z =5, N =4 3) Z =4, N =5

4. Le noyau de quel élément chimique se forme lors de la désintégration α du radium ?

Râ → ? +Il.

1) radon 2) uranium 3) fermium

5. La masse d'un noyau est toujours... la somme des masses des nucléons qui le composent.

1) supérieur à 2) égal à 3) inférieur

6. Un neutron est une particule

1) ayant une charge +1, une masse atomique 1 ;

2) avoir une charge – 1, masse atomique 0 ;

3) ayant une charge 0, une masse atomique 1.

7.Indiquez le deuxième produit de la réaction nucléaire

Réponses : Option 1. 1)1 ; 2)2; 3)3; 4)1 ; 5)3; 6)3; 7)3.

8. Comment les protons du noyau interagissent-ils électriquement entre eux ?

9. Qu'est-ce qu'un défaut de masse ? Écrivez la formule.

10. Qu'est-ce que l'énergie de liaison ? Écrivez la formule.

Apprendre du nouveau matériel.

Nous avons récemment appris que certains éléments chimiques se transforment en d’autres éléments chimiques lors de la désintégration radioactive. À votre avis, que se passera-t-il si vous envoyez une particule dans le noyau d'un atome d'un élément chimique, par exemple un neutron dans le noyau de l'uranium ?

En 1939, les scientifiques allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann découvrent la fission des noyaux d'uranium. Ils ont découvert que lorsque l'uranium est bombardé de neutrons, des éléments de la partie médiane du tableau périodique apparaissent - des isotopes radioactifs du baryum (Z = 56), du krypton (Z = 36), etc.

Considérons plus en détail le processus de fission d'un noyau d'uranium lors d'un bombardement par un neutron selon la figure. Un neutron pénétrant dans un noyau d'uranium est absorbé par celui-ci. Le noyau s'excite et commence à se déformer comme une goutte de liquide.

Le noyau s'excite et commence à se déformer. Pourquoi le noyau se divise-t-il en deux parties ? Sous quelles forces la rupture se produit-elle ?

Quelles forces agissent à l’intérieur du noyau ?

– Électrostatique et nucléaire.

D'accord, mais comment les forces électrostatiques se manifestent-elles ?

– Des forces électrostatiques agissent entre les particules chargées. La particule chargée dans le noyau est le proton. Puisque le proton est chargé positivement, cela signifie que des forces répulsives agissent entre eux.

C’est vrai, mais comment les forces nucléaires se manifestent-elles ?

– Les forces nucléaires sont les forces d’attraction entre tous les nucléons.

Alors, sous l’influence de quelles forces le noyau se rompt-il ?

– (Si des difficultés surviennent, je pose des questions d'orientation et j'amène les étudiants à la bonne conclusion) Sous l'influence des forces répulsives électrostatiques, le noyau se brise en deux parties qui se séparent dans des directions différentes et émettent 2 à 3 neutrons.

Il s'étend jusqu'à ce que les forces répulsives électriques commencent à prévaloir sur les forces nucléaires. Le noyau se brise en deux fragments, libérant deux ou trois neutrons. Il s'agit de la technologie de fission d'un noyau d'uranium.

Les fragments s'envolent à très grande vitesse. Il s'avère qu'une partie de l'énergie interne du noyau est convertie en énergie cinétique des fragments et des particules volants. Les fragments finissent dans l'environnement. À votre avis, que leur arrive-t-il ?

– Les fragments sont ralentis dans l’environnement.

Afin de ne pas violer la loi de conservation de l'énergie, il faut dire qu'arrivera-t-il à l'énergie cinétique ?

– L’énergie cinétique des fragments est convertie en énergie interne de l’environnement.

Pouvez-vous remarquer que l’énergie interne du médium a changé ?

– Oui, l’environnement se réchauffe.

Le changement d'énergie interne sera-t-il influencé par le fait que différents nombres de noyaux d'uranium participeront à la fission ?

– Bien entendu, avec la fission simultanée d’un grand nombre de noyaux d’uranium, l’énergie interne du milieu entourant l’uranium augmente.

Grâce au cours de chimie, vous savez que des réactions peuvent se produire à la fois avec l'absorption et la libération d'énergie. Que dire du déroulement de la réaction de fission des noyaux d'uranium ?

– La réaction de fission des noyaux d’uranium se produit avec la libération d’énergie dans l’environnement.

(Diapositive 13)

L'uranium est présent dans la nature sous la forme de deux isotopes : U (99,3 %) et U (0,7 %). Dans ce cas, la réaction de fission de l'U se produit plus intensément avec les neutrons lents, tandis que les noyaux de l'U absorbent simplement un neutron et la fission ne se produit pas. Par conséquent, le principal intérêt réside dans la réaction de fission du noyau d’U. Actuellement, on connaît environ 100 isotopes différents avec des nombres de masse d’environ 90 à 145 qui apparaissent lors de la fission de ce noyau. Deux réactions de fission typiques de ce noyau sont :

Notons que l'énergie libérée lors de la fission des noyaux d'uranium est énorme. Par exemple, la fission complète de tous les noyaux contenus dans 1 kg d'uranium libère la même énergie que la combustion de 3 000 tonnes de charbon. De plus, cette énergie peut être libérée instantanément.

(Diapositive 14)

Nous avons découvert ce qui arriverait aux fragments, comment se comporteront les neutrons ?

Lorsqu'un noyau d'uranium 235 se fissifie, provoquée par une collision avec un neutron, 2 ou 3 neutrons sont libérés. Dans des conditions favorables, ces neutrons peuvent frapper d’autres noyaux d’uranium et provoquer leur fission. A ce stade, de 4 à 9 neutrons apparaîtront, capables de provoquer de nouvelles désintégrations de noyaux d'uranium, etc. Un tel processus de type avalanche est appelé réaction en chaîne. (Écrivez dans un cahier : Réaction nucléaire en chaîne- une séquence de réactions nucléaires dont chacune est provoquée par une particule apparue comme produit de réaction à l'étape précédente de la séquence). Nous examinerons plus en détail le schéma de développement de la réaction en chaîne de fission des noyaux d'uranium à l'aide d'un fragment vidéo au ralenti pour un examen plus détaillé

On voit que le nombre total de neutrons libres dans un morceau d'uranium augmente comme une avalanche avec le temps. A quoi cela pourrait-il conduire ?

- À l'explosion.

Pourquoi?

– Le nombre de fissions nucléaires augmente et, par conséquent, l'énergie libérée par unité de temps.

Mais une autre option est également possible, dans laquelle le nombre de neutrons libres diminue avec le temps et le neutron ne rencontre pas le noyau sur son chemin. Dans ce cas qu'arrivera-t-il à la réaction en chaîne ?

- Ça va s'arrêter.

Est-il possible d’utiliser l’énergie de telles réactions à des fins pacifiques ?

Comment doit se dérouler la réaction ?

– La réaction doit se dérouler de manière à ce que le nombre de neutrons reste constant dans le temps.

Comment pouvons-nous garantir que le nombre de neutrons reste constant à tout moment ?

– (suggestions des gars)

Pour résoudre ce problème, vous devez savoir quels facteurs influencent l'augmentation et la diminution du nombre total de neutrons libres dans un morceau d'uranium dans lequel se produit une réaction en chaîne.

(Diapositive 15)

L'un de ces facteurs est masse d'uranium . Le fait est que tous les neutrons émis lors de la fission nucléaire ne provoquent pas la fission d’autres noyaux. Si la masse (et, par conséquent, les dimensions) d'un morceau d'uranium est trop petite, alors de nombreux neutrons s'envoleront, n'ayant pas le temps de rencontrer le noyau sur son chemin, provoquant sa fission et générant ainsi une nouvelle génération de neutrons nécessaires à la poursuite de la réaction. Dans ce cas, la réaction en chaîne s'arrêtera. Pour que la réaction se poursuive, il faut augmenter la masse d'uranium jusqu'à une certaine valeur, appelée critique.

Pourquoi une réaction en chaîne devient-elle possible à mesure que la masse augmente ?

Pour qu'une réaction en chaîne se produise, il faut que ce qu'on appelle taux de reproduction les neutrons étaient supérieurs à un. En d’autres termes, dans chaque génération suivante, il devrait y avoir plus de neutrons que dans la précédente. Le coefficient de multiplication est déterminé non seulement par le nombre de neutrons produits dans chaque acte élémentaire, mais également par les conditions dans lesquelles la réaction se produit - certains neutrons peuvent être absorbés par d'autres noyaux ou quitter la zone de réaction. Les neutrons libérés lors de la fission des noyaux d'uranium 235 sont capables de provoquer la fission uniquement des noyaux du même uranium, qui ne représente que 0,7 % de l'uranium naturel. Cette concentration est insuffisante pour déclencher une réaction en chaîne. L'isotope U peut également absorber des neutrons, mais cela ne provoque pas de réaction en chaîne.

(Écrivez dans votre cahier : Facteur de multiplication des neutronsk - le rapport du nombre de neutrons de la génération suivante au nombre de la génération précédente dans tout le volume du milieu multiplicateur de neutrons)

Une réaction en chaîne dans l'uranium à haute teneur en uranium 235 ne peut se développer que lorsque la masse d'uranium dépasse la masse dite critique. Dans les petits morceaux d’uranium, la plupart des neutrons s’envolent sans toucher aucun noyau. Pour l’uranium 235 pur, la masse critique est d’environ 50 kg.

(Écrivez dans votre cahier : Masse critique- la quantité minimale de matière fissile nécessaire pour déclencher une réaction de fission en chaîne auto-entretenue).

(Diapositive 16)

La masse critique de l'uranium peut être réduite plusieurs fois en utilisant ce que l'on appelle des modérateurs de neutrons. Le fait est que les neutrons produits lors de la désintégration des noyaux d'uranium ont des vitesses trop élevées et que la probabilité de capturer des neutrons lents par les noyaux d'uranium 235 est des centaines de fois supérieure à celle des neutrons rapides. Le meilleur modérateur de neutrons est l'eau lourde H 2 O. Lorsqu'elle interagit avec les neutrons, l'eau ordinaire elle-même se transforme en eau lourde.

Le graphite, dont les noyaux n'absorbent pas les neutrons, est également un bon modérateur. Lors d'une interaction élastique avec des noyaux de deutérium ou de carbone, les neutrons ralentissent leur mouvement.

L'utilisation de modérateurs de neutrons et d'une coque spéciale en béryllium, qui réfléchit les neutrons, permet de réduire la masse critique à 250 g (0,25 kg).

Écrivez dans votre cahier :

La masse critique peut être réduite si :

Utiliser des modérateurs (graphite, eau ordinaire et lourde)

Coque réfléchissante (béryllium)).

Et dans les bombes atomiques, une réaction nucléaire en chaîne incontrôlée se produit lorsque deux morceaux d'uranium 235 se combinent rapidement, chacun ayant une masse légèrement inférieure à la masse critique.

La bombe atomique est une arme terrible. Dont les facteurs dommageables sont : 1) Le rayonnement lumineux (y compris les rayons X et le rayonnement thermique) ; 2) Onde de choc ; 3) contamination radioactive de la zone. Mais la fission des noyaux d'uranium est également utilisée à des fins pacifiques - dans les réacteurs nucléaires des centrales nucléaires. Nous examinerons les processus qui se produisent dans ces cas dans la prochaine leçon.

Le milieu du XXe siècle est défini par l’accélération de la science : une accélération fantastique, l’introduction des acquis scientifiques dans la production et dans nos vies. Tout cela nous fait réfléchir : que nous apportera la science demain ?
Alléger tous les fardeaux de l’existence humaine est l’objectif principal d’une science véritablement progressiste. Rendre l’humanité plus heureuse – pas seulement une, ni deux, mais l’humanité. Et c'est très important car, comme vous le savez, la science peut aussi agir contre l'homme. L’explosion atomique dans les villes japonaises d’Hiroshima et de Nagasaki en est un exemple tragique.

Donc, 1945, août. La Seconde Guerre mondiale touche à sa fin.

(Diapositive 2)

Le 6 août à 1h45 du matin, un bombardier américain B-29 sous le commandement du colonel Paul Tibbetts décolle de l'île, située à environ 6 heures de vol d'Hiroshima.

(Diapositive 3)

Hiroshima après l'explosion atomique.

Dont l'ombre erre là-bas sans être vue,
Êtes-vous aveugle à cause des ennuis ?
C'est Hiroshima qui pleure
Dans des nuages ​​de cendres.
Quelle voix est là dans l’obscurité chaude ?
Entendez-vous la frénésie ?
C'est Nagasaki qui pleure
Sur une terre brûlée
Dans ces pleurs et sanglots
Il n'y a pas de mensonge
Le monde entier s'est figé d'anticipation -
Qui pleurera ensuite ?

(Diapositive 4)

Le nombre de décès dus à l'impact direct de l'explosion variait entre 70 000 et 80 000 personnes. À la fin de 1945, en raison de la contamination radioactive et d'autres conséquences de l'explosion, le nombre total de morts variait entre 90 et 166 000 personnes. Après 5 ans, le nombre total de décès atteint 200 000 personnes.

(Diapositive 5)

Le 6 août, après avoir reçu la nouvelle du bombardement atomique réussi d'Hiroshima, le président américain Truman a annoncé que

« Nous sommes désormais prêts à détruire, encore plus rapidement et plus complètement qu’auparavant, toutes les installations de production terrestres des Japonais dans n’importe quelle ville. Nous détruirons leurs quais, leurs usines et leurs communications. Qu’il n’y ait aucun malentendu : nous détruirons complètement la capacité du Japon à faire la guerre. »

(Diapositive 6)

Le 9 août à 2 h 47, un bombardier américain B-29 sous le commandement d'un major, emportant à son bord une bombe atomique, décolle de l'île. A 10h56, le B-29 arrive à Nagasaki. L'explosion s'est produite à 11h02, heure locale.

(Diapositive 7)

Le nombre de décès à la fin de 1945 variait entre 60 000 et 80 000 personnes. Après 5 ans, le nombre total de morts, y compris les décès dus au cancer et à d'autres effets à long terme de l'explosion, pourrait avoir atteint, voire dépassé, 140 000.

C'est l'histoire, triste et avertissante

Chaque personne n'est pas une île,

chaque personne fait partie d’un grand continent.
Et ne demandez jamais pour qui sonne le glas.
Il t'appelle...

Consolidation.

Qu’avons-nous appris en classe aujourd’hui ? (avec un mécanisme de fission des noyaux d'uranium, avec une réaction en chaîne)

Quelles sont les conditions pour qu’une réaction en chaîne se produise ?

Qu’est-ce que la masse critique ?

Quel est le taux de reproduction ?

Qu’est-ce qui sert de modérateur de neutrons ?

Réflexion.

Comment te sens-tu en sortant du cours ?

Évaluation.

Devoirs : paragraphes 74,75, questions pp. 252-253