Šalta branduolių sintezė gyvoje ląstelėje. Branduolinės reakcijos

Planas:

1 sudėtinė šerdis
- 1.1 Sužadinimo energija
- 1.2 Reakcijos kanalai
2 Branduolinės reakcijos skerspjūvis
- 2.1 Reakcijos išvestis
3 Tiesioginės branduolinės reakcijos
4 Branduolinių reakcijų išsaugojimo dėsniai
- 4.1 Energijos tvermės dėsnis
- 4.2 Impulso tvermės dėsnis
- 4.3 Kampinio momento išsaugojimo dėsnis
- 4.4 Kiti gamtosaugos įstatymai
5 Branduolinių reakcijų tipai
- 5.1 Branduolio dalijimasis
- 5.2 Termobranduolinė sintezė
- 5.3 Fotobranduolinė reakcija
- 5.4 Kiti
6 Branduolinių reakcijų registravimas

Įvadas

Branduolinė ličio-6 reakcija su deuteriu 6 Li(d,α)α

Branduolinė reakcija- naujų branduolių ar dalelių susidarymo procesas branduolių ar dalelių susidūrimo metu. Branduolinę reakciją pirmą kartą pastebėjo Rutherfordas 1919 m., bombarduodamas azoto atomų branduolius α dalelėmis. . Vėliau šio proceso nuotraukos buvo gautos naudojant debesų kamerą.

Pagal sąveikos mechanizmą branduolinės reakcijos skirstomos į du tipus:

reakcijos su junginio branduolio susidarymu yra dviejų pakopų procesas, vykstantis esant ne itin didelei susidūrusių dalelių kinetinės energijos (iki maždaug 10 MeV).
vykstančios tiesioginės branduolinės reakcijos branduolinis laikas, reikalingas dalelei kirsti branduolį. Šis mechanizmas daugiausia pasireiškia esant labai didelei bombarduojančių dalelių energijai.

Jei po susidūrimo pirminiai branduoliai ir dalelės išsaugomi, o naujų negimsta, tai reakcija yra elastinga sklaida branduolinių jėgų lauke, kurią lydi tik dalelės ir tikslinio branduolio kinetinės energijos ir impulso persiskirstymas. ir yra vadinamas galimas išsibarstymas .

1. Jungtinis branduolys

Reakcijos mechanizmo su junginio branduolio susidarymu teoriją 1936 m. sukūrė Nielsas Bohras kartu su branduolio lašelių modelio teorija, kuria grindžiamos šiuolaikinės idėjos apie daugumą branduolinių reakcijų.

Pagal šią teoriją branduolinė reakcija vyksta dviem etapais. Pradžioje pradinės dalelės sudaro tarpinį (sudėtinį) branduolį po to branduolinis laikas, tai yra laikas, reikalingas dalelei pereiti per branduolį, apytiksliai lygus 10 -23 - 10 -21 s. Šiuo atveju jungtinis branduolys visada susidaro sužadintoje būsenoje, nes jis turi energijos perteklių, kurį dalelė atneša į branduolį nukleono surišimo energijos pavidalu junginio branduolyje ir dalį jo kinetinės energijos, kuri yra lygi taikinio branduolio su masės skaičiumi ir dalelės sistemos inercijos centre kinetinės energijos sumai.

1.1. Sužadinimo energija

Junginio branduolio, susidarančio absorbuojant laisvąjį nukleoną, sužadinimo energija yra lygi nukleono surišimo energijos ir dalies jo kinetinės energijos sumai:

Dažniausiai dėl didelio branduolio ir nukleono masių skirtumo jis yra maždaug lygus branduolį bombarduojančio nukleono kinetinei energijai.

Vidutiniškai rišimosi energija yra 8 MeV, kintanti priklausomai nuo susidariusio junginio branduolio savybių, tačiau nurodytam tiksliniam branduoliui ir nukleonui ši vertė yra pastovi. Bombarduojančios dalelės kinetinė energija gali būti bet kokia, pavyzdžiui, sužadinant branduolines reakcijas neutronais, kurių potencialas neturi Kulono barjero, vertė gali būti artima nuliui. Taigi surišimo energija yra mažiausia junginio branduolio sužadinimo energija.

1.2. Reakcijos kanalai

Perėjimas į nesužadintą būseną gali būti atliekamas įvairiais būdais, vadinamais reakcijos kanalai. Kritančių dalelių ir branduolių tipai ir kvantinė būsena prieš prasidedant reakcijai nustatomi pagal įvesties kanalas reakcijos. Pasibaigus reakcijai, gautos masės visuma reakcijos produktai o jų kvantinės būsenos lemia išvesties kanalas reakcijos. Reakcijai visiškai būdingi įvesties ir išvesties kanalai.

Reakcijos kanalai nepriklauso nuo junginio branduolio susidarymo būdo, o tai paaiškinama ilgu junginio branduolio gyvavimo laiku, atrodo, kad „pamiršta“, kokiu būdu jis susidarė, todėl junginio susidarymas ir irimas branduolys gali būti laikomas nepriklausomais įvykiais. Pavyzdžiui, jis gali būti suformuotas kaip sudėtinis branduolys sužadintoje būsenoje vienoje iš šių reakcijų:

Vėliau, su sąlyga, kad sužadinimo energija yra tokia pati, šis junginio branduolys gali skilti priešingai nei bet kuriai iš šių reakcijų su tam tikra tikimybe, nepriklausomai nuo šio branduolio atsiradimo istorijos. Sudėtinio branduolio susidarymo tikimybė priklauso nuo energijos ir nuo tikslinio branduolio tipo.

2. Branduolinės reakcijos skerspjūvis

Reakcijos tikimybę lemia vadinamasis branduolinės reakcijos skerspjūvis. Laboratorinėje atskaitos sistemoje (kai tikslinis branduolys yra ramybės būsenoje) sąveikos tikimybė per laiko vienetą yra lygi skerspjūvio (išreikšto ploto vienetais) ir krintančių dalelių srauto (išreikšto skaičiumi) sandaugai. dalelių, kertančių ploto vienetą per laiko vienetą). Jeigu vienam įvesties kanalui galima įgyvendinti kelis išėjimo kanalus, tai išėjimo reakcijos kanalų tikimybių santykis lygus jų skerspjūvių santykiui. Branduolinėje fizikoje reakcijos skerspjūviai paprastai išreiškiami specialiais vienetais - tvartais, lygiais 10–24 cm².

2.1. Reakcijos išvestis

Vadinamas reakcijos atvejų skaičius, padalytas iš taikinį bombarduojančių dalelių skaičiaus branduolinės reakcijos rezultatas. Ši vertė nustatoma eksperimentiniu būdu, atliekant kiekybinius matavimus. Kadangi išeiga yra tiesiogiai susijusi su reakcijos skerspjūviu, išeigos matavimas iš esmės yra reakcijos skerspjūvio matavimas.

3. Tiesioginės branduolinės reakcijos

Branduolinių reakcijų eiga galima ir per tiesioginės sąveikos mechanizmą, šis mechanizmas daugiausia pasireiškia esant labai didelėms bombarduojančių dalelių energijoms, kai branduolio nukleonai gali būti laikomi laisvais. Tiesioginės reakcijos nuo junginio branduolio mechanizmo pirmiausia skiriasi produkto dalelių impulsų vektorių pasiskirstymu, palyginti su bombarduojančių dalelių impulsu. Skirtingai nuo junginio branduolio mechanizmo sferinės simetrijos, tiesioginei sąveikai būdinga vyraujanti reakcijos produktų skrydžio į priekį kryptis, palyginti su krintančių dalelių judėjimo kryptimi. Produkto dalelių energijos pasiskirstymas šiais atvejais taip pat skiriasi. Tiesioginei sąveikai būdingas didelės energijos dalelių perteklius. Susidūrimo su sudėtingų dalelių (ty kitų branduolių) branduoliais galimi nukleonų perkėlimo iš branduolio į branduolį procesai arba nukleonų mainai. Tokios reakcijos vyksta nesusidarant junginio branduoliui ir turi visas tiesioginės sąveikos ypatybes.

4. Branduolinių reakcijų išsaugojimo dėsniai

Branduolinėse reakcijose įvykdomi visi klasikinės fizikos išsaugojimo dėsniai. Šie įstatymai apriboja branduolinės reakcijos galimybę. Net ir energetiškai palankus procesas visada pasirodo neįmanomas, jei jį lydi koks nors gamtosaugos įstatymo pažeidimas. Be to, egzistuoja mikropasauliui būdingi gamtosaugos įstatymai; kai kurie iš jų, kiek žinoma, visada įvykdomi (bariono skaičiaus, leptono skaičiaus išsaugojimo dėsnis); kiti išsaugojimo dėsniai (izospinas, paritetas, keistumas) tik slopina tam tikras reakcijas, nes kai kurioms esminėms sąveikoms jie nepatenkinami. Apsaugos įstatymų pasekmės yra vadinamosios atrankos taisyklės, nurodančios tam tikrų reakcijų galimybę arba draudimą.

4.1. Energijos tvermės dėsnis

Jei , , , yra suminė dviejų dalelių energija prieš ir po reakcijos, tai remiantis energijos tvermės dėsniu:

Kai susidaro daugiau nei dvi dalelės, terminų skaičius dešinėje šios išraiškos pusėje turėtų būti atitinkamai didesnis. Bendra dalelės energija lygi jos ramybės energijai Mc 2 ir kinetinė energija E, Štai kodėl:

Skirtumas tarp dalelių bendrosios kinetinės energijos reakcijos „išvesties“ ir „įvesties“ metu K = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) paskambino reakcijos energija(arba reakcijos energijos išeiga). Jis tenkina sąlygą:

Daugiklis 1/ c 2 dažniausiai praleidžiamas skaičiuojant energijos balansą, dalelių mases išreiškiant energijos vienetais (arba kartais energiją masės vienetais).

Jeigu K> 0, tada reakciją lydi laisvosios energijos išsiskyrimas ir vadinama egzoenergetinis , Jei K < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoenergetinis .

Tai nesunku pastebėti K> 0, kai gaminio dalelių masių suma mažesnė už pradinių dalelių masių sumą, tai yra, laisvosios energijos išsiskyrimas galimas tik sumažinus reaguojančių dalelių mases. Ir atvirkščiai, jei antrinių dalelių masių suma viršija pradinių dalelių masių sumą, tada tokia reakcija įmanoma tik tuo atveju, jei tam tikras kinetinės energijos kiekis išleidžiamas likusiai energijai padidinti, tai yra naujų dalelių masės. Vadinama mažiausia krintančios dalelės kinetinės energijos vertė, kuriai esant galima endoenergetinė reakcija slenkstinė reakcijos energija. Endoenergetinės reakcijos dar vadinamos slenkstinės reakcijos, nes jie neatsiranda, kai dalelių energija yra mažesnė už slenkstį.

4.2. Impulso tvermės dėsnis

Bendras dalelių impulsas prieš reakciją yra lygus bendram reakcijos produkto dalelių impulsui. Jei , , , yra dviejų dalelių impulso vektoriai prieš ir po reakcijos, tada

Kiekvienas vektorius gali būti išmatuotas nepriklausomai eksperimentiškai, pavyzdžiui, naudojant magnetinį spektrometrą. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad impulso tvermės dėsnis galioja tiek branduolinėse reakcijose, tiek mikrodalelių sklaidos procesuose.

4.3. Kampinio momento išsaugojimo dėsnis

Branduolinių reakcijų metu taip pat išsaugomas kampinis impulsas. Dėl mikrodalelių susidūrimo susidaro tik tokie junginių branduoliai, kurių kampinis momentas yra lygus vienai iš galimų kampinio momento reikšmių, gautų sudėjus pačių dalelių mechaninius momentus (sukinius) ir jų santykinį momentą. judėjimas (orbitinis impulsas). Sudėtinio branduolio skilimo kanalai taip pat gali būti tik tokie, kad būtų išsaugotas bendras kampinis momentas (sukimosi ir orbitos kampinio momento suma).

4.4. Kiti gamtosaugos įstatymai

Branduolinių reakcijų metu išsaugomas elektros krūvis – elementariųjų krūvių algebrinė suma prieš reakciją yra lygi krūvių algebrinei sumai po reakcijos.
Branduolinių reakcijų metu išsaugomas nukleonų skaičius, o tai dažniausiai aiškinama kaip bariono skaičiaus išsaugojimas. Jei susidūrusių nukleonų kinetinės energijos yra labai didelės, galimos nukleonų porų susidarymo reakcijos. Kadangi nukleonams ir antinukleonams priskiriami priešingi ženklai, bet kokio proceso metu barionų skaičių algebrinė suma visada išlieka nepakitusi.
branduolinių reakcijų metu išsaugomas leptonų skaičius (tiksliau, skirtumas tarp leptonų skaičiaus ir antileptonų skaičiaus, žr. Leptonų skaičių).
branduolinėse reakcijose, kurios vyksta veikiant branduolinėms ar elektromagnetinėms jėgoms, išsaugomas banginės funkcijos paritetas, nusakantis dalelių būklę prieš ir po reakcijos. Transformacijose, kurias sukelia silpna sąveika, bangos funkcijos paritetas neišsaugomas.
branduolinėse reakcijose, kurias sukelia stipri sąveika, izotopinis sukinys išlieka. Silpna ir elektromagnetinė sąveika neišsaugo izospinų.

5. Branduolinių reakcijų rūšys

Branduolinės sąveikos su dalelėmis yra labai įvairios, jų tipai ir konkrečios reakcijos tikimybė priklauso nuo bombarduojančių dalelių tipo, taikinių branduolių, sąveikaujančių dalelių ir branduolių energijos ir daugelio kitų veiksnių.

5.1. Branduolio dalijimasis

Branduolio dalijimasis- atomo branduolio padalijimo į du (rečiau tris) panašios masės branduolius, vadinamus dalijimosi fragmentais, procesas. Dėl dalijimosi gali atsirasti ir kitų reakcijos produktų: lengvųjų branduolių (daugiausia alfa dalelių), neutronų ir gama kvantų. Skilimas gali būti spontaniškas (spontaniškas) ir priverstinis (dėl sąveikos su kitomis dalelėmis, pirmiausia su neutronais). Sunkiųjų branduolių dalijimasis yra egzoterminis procesas, dėl kurio išsiskiria didelis kiekis energijos reakcijos produktų kinetinės energijos, taip pat spinduliuotės pavidalu.

Branduolio dalijimasis naudojamas kaip energijos šaltinis branduoliniuose reaktoriuose ir branduoliniuose ginkluose.

5.2. Termobranduolinė sintezė

Esant normaliai temperatūrai, branduolių sintezė neįmanoma, nes teigiamai įkrauti branduoliai patiria didžiules Kulono atstūmimo jėgas. Norint susintetinti lengvuosius branduolius, būtina juos priartinti iki 10–15 m atstumo, kuriame branduolinių traukos jėgų veikimas viršys Kulono atstumiančias jėgas. Kad įvyktų branduolių sintezė, būtina padidinti jų mobilumą, tai yra, padidinti jų kinetinę energiją. Tai pasiekiama didinant temperatūrą. Dėl susidariusios šiluminės energijos didėja branduolių mobilumas, jie gali priartėti vienas prie kito tokiais artimais atstumais, kad, veikiami branduolinės sanglaudos jėgų, susijungs į naują, sudėtingesnį branduolį. Dėl lengvųjų branduolių susiliejimo išsiskiria didesnė energija, nes susidaręs naujas branduolys turi didesnę specifinę rišimosi energiją nei pirminiai branduoliai. Termobranduolinė reakcija yra egzoenergetinė lengvųjų branduolių sintezės reakcija labai aukštoje temperatūroje (10 7 K).

Visų pirma, tarp jų reikėtų pažymėti Žemėje labai paplitusią dviejų vandenilio izotopų (deuterio ir tričio) reakciją, dėl kurios susidaro helis ir išsiskiria neutronas. Reakciją galima parašyti kaip

+ energija (17,6 MeV).

Išsiskyrusi energija (atsiranda dėl to, kad helis-4 turi labai stiprius branduolinius ryšius) virsta kinetine energija, kurios didžiąją dalį, 14,1 MeV, neutronas nuneša kaip lengvesnę dalelę. Gautas branduolys yra tvirtai surištas, todėl reakcija yra tokia labai egzoenergetinė. Ši reakcija turi mažiausią Kulono barjerą ir didelį derlių, todėl ji ypač svarbi branduolių sintezei.

Termobranduolinė reakcija naudojama termobranduoliniuose ginkluose ir yra tyrimo stadijoje, kad būtų galima pritaikyti energetikos sektoriuje, sprendžiant termobranduolinės sintezės valdymo problemą.

5.3. Fotobranduolinė reakcija

Kai gama kvantas yra absorbuojamas, branduolys gauna energijos perteklių, nekeičiant savo nukleono sudėties, o branduolys, turintis energijos perteklių, yra sudėtinis branduolys. Kaip ir kitų branduolinių reakcijų, gama kvanto absorbcija branduolyje yra įmanoma tik tuo atveju, jei tenkinami būtini energijos ir sukimosi santykiai. Jei energija, perduodama į branduolį, viršija nukleono jungimosi energiją branduolyje, tada gauto junginio branduolio skilimas dažniausiai įvyksta, kai išsiskiria nukleonai, daugiausia neutronai. Toks skilimas sukelia branduolines reakcijas ir, kurios vadinamos fotobranduolinis, o nukleonų emisijos reiškinys šiose reakcijose yra branduolinis fotoelektrinis efektas.

5.4. Kita

6. Branduolinių reakcijų registravimas

Branduolinės reakcijos parašytos specialiomis formulėmis, kuriose randami atomų branduolių ir elementariųjų dalelių žymėjimai.

Pirmas būdas Branduolinių reakcijų formulių rašymas panašus į cheminių reakcijų formulių rašymą, tai yra, kairėje rašoma pradinių dalelių suma, dešinėje rašoma gautų dalelių (reakcijos produktų) suma ir dedama rodyklė tarp jų.

Taigi kadmio-113 branduolio radiacinio neutrono gaudymo reakcija parašyta taip:

Matome, kad protonų ir neutronų skaičius dešinėje ir kairėje lieka toks pat (bariono skaičius išlieka). Tas pats pasakytina apie elektros krūvius, leptonų skaičius ir kitus dydžius (energiją, impulsą, kampinį momentą ir kt.). Kai kuriose reakcijose, kuriose dalyvauja silpna sąveika, protonai gali virsti neutronais ir atvirkščiai, tačiau bendras jų skaičius nekinta.

Antras būdasžymėjimas, patogesnis branduolinei fizikai, turi formą A (a, bcd...) B, Kur A- tikslinė šerdis, A- bombarduojanti dalelė (įskaitant branduolį), b, c, d,…- išskiriamos dalelės (įskaitant branduolius), IN- likutinė šerdis. Lengvesni reakcijos produktai rašomi skliausteliuose, sunkesni – lauke. Taigi aukščiau pateiktą neutronų gaudymo reakciją galima parašyti taip:

Reakcijos dažnai įvardijamos skliausteliuose renkant incidentus ir išmetamas daleles; Taigi aukščiau pateiktas tipiškas pavyzdys ( n, γ)-reakcijos.

Pirmoji priverstinė branduolinė azoto transformacija į deguonį, kurią Rutherfordas atliko bombarduodamas azotą alfa dalelėmis, parašyta formulės forma.

Kur yra vandenilio atomo branduolys, protonas.

„Cheminiu“ žymėjimu ši reakcija atrodo taip

parsisiųsti .

Pirmiausia norėčiau prisiminti savo...
Ir tada įrašas. Kai žinome atomo potencialą ir turime nanoskylę, galime turėti beveik nuolatinį variklį, kuris aprūpina mus energija.

šalta branduolių sintezė ląstelėse (G. N. Petrakovich)

Kaip matyti iš autoriaus paskelbtos hipotezės apie ląstelių bioenergiją, ląstelės „elektrinėse“ - mitochondrijose - sukuriamas sūkurinis elektromagnetinis laukas (EMF) - didžiausias dažnis ir trumpiausias bangos ilgis iš visų laukų gamtoje. Tokiems laukams matuoti instrumentai dar nesukurti. Neseniai JAV, naudojant lazerinę technologiją, buvo sukurta sąranka, kuria buvo galima generuoti ir išmatuoti EML 1012 sek. dažniu, o gyvos ląstelės mitochondrijose, preliminariais skaičiavimais, EMF generuojamas mažiausiai 1028 sek. dažniu.

EML generavimas mitochondrijose vyksta hemuose (keturi geležies atomai, tarpusavyje sujungti atominiais ryšiais, kurių valentingumas grįžtamai kinta Fe2+ Fe3+) dėl elektrono „peršokimo“ iš dvivalenčios geležies į trivalenčią geležį. Sukurtame EML sulaikomi ir pagreitinami protonai – sunkios teigiamai įkrautos elementarios dalelės, kurios, kaip ir elektronai, susidaro iš atominio vandenilio jam jonizuojant mitochondrijose.

Kiekviename citochromų heme susidarantys aukšto dažnio EML yra nuoseklūs, todėl susilieja („susilieja“) vienas su kitu sinchronizuodami su neišvengiamu rezonanso efektu, kuris žymiai padidina naujai susidariusio lauko įtampą.

Su sinchronizavimu ir būtinu rezonanso efektu papildomi nuoseklūs EML atsiranda ne tik mitochondrijose, bet ir ląstelių erdvėje – citoplazmoje, ir toli už ląstelių ir net viso gyvo organizmo ribų, o visais atvejais protonai sulaikomi ir pagreitėja. juos. Laukų energija, skirta „susilieti“ iš mitochondrijų į citoplazmą, yra jėga, kuri milžinišku greičiu „išmeta“ protonus iš mitochondrijų į ląstelės erdvę, o jų judėjimas yra vienakryptis – priešingai nei Braunas visų kitų jonų judėjimas ląstelėje tūkstančius kartų didesniu greičiu nei kitų ląstelėje esančių jonų greitis.

Bet kaip protonams ląstelėje pavyksta įveikti Kulono barjerą ir prasiskverbti pro atomų branduolius?

Pasirodo, esmė slypi objekte generuojamo EML prigimtyje – jo dažnyje ir bangos ilgyje. Hemas - keturi geležies atomai, sujungti atominiais ryšiais - yra geležies atominės gardelės vienetas tetraedro ("pieno dėžutės") pavidalu, jame generuojamo EML bangos ilgis yra lygus pusei atstumo tarp artimiausių atomų. geležies atominė gardelė - tokia banga yra laisva, kaip ir bangolaidyje, praeis per bet kurią atominę gardelę, įskaitant metalą, o aukštas dažnis sutaupys energiją nuo nereikalingo vartojimo. Tokiu atveju EMF, kurios prigimtis yra tokia pati kaip ir Kulono pasipriešinimo elektromagnetinės jėgos atomų branduoliuose, pakeis šių jėgų vektoriškumą, nukreiptą vienodai visomis kryptimis nuo branduolio, link EML judėjimo - pagal šiomis sąlygomis šiame lauke pagreitinti protonai turi galimybę laisvai prasiskverbti į tikslinių atomų branduolius ir jau šių branduolių viduje savo energija paveikti trumpojo nuotolio traukos jėgas tarp dalelės, sudarančios branduolį. Tai gali būti ?-skilimas, kurio metu protonų skaičius didėja, o neutronų skaičius branduolyje mažėja – taip pasikeičia atominis skaičius, tai yra gaunamas naujas cheminis elementas su naujomis savybėmis. Ir tai yra branduolių sintezė. Tai gali būti?+ skilimas, kurio metu daugėja neutronų, o gali sumažėti protonų skaičius branduolyje – o tai yra cheminio elemento izotopų susidarymas ar net branduolio dalijimasis.

Tačiau didžiausias energijos kiekis išsiskiria ?-skilimo metu, kurio metu iš branduolio nelaisvės milžinišku greičiu išmetamos ?-dalelės, kurios yra du protonai ir du glaudžiai tarpusavyje susiję neutronai – helio atomų branduoliai. Šios teigiamai įkrautos dalelės, turinčios dvigubą protonų krūvį, patenka į gaunamą EML ir yra nunešamos iš branduolio, ne tik neprarasdamos jame iš pradžių didelio greičio, bet ir toliau jame įsibėgdamos.

Skirtingai nuo branduolinio sprogimo su „šaltu termobranduoliu“, reakcijos zonoje nesikaupia kritinė masė, skilimas ar sintezė gali iš karto sustoti, nepastebima spinduliuotės, nes α-dalelės už EML iš karto virsta helio atomais, o protonai – molekuliniu vandeniliu. , vanduo arba peroksidas.

Tuo pačiu metu organizmas iš kitų cheminių elementų gali sukurti jam reikalingus cheminius elementus, naudodamas „šaltas termobranduolines“ ir neutralizuojančias jam kenksmingas medžiagas.

Zonoje, kurioje vyksta „šalta termobranduolinė reakcija“, taip pat susidaro hologramos, atspindinčios protonų sąveiką su tikslinių atomų branduoliais, galiausiai šios hologramos neiškraipytos EML pernešamos į noosferą ir tampa energijos pagrindu; noosferos informacinis laukas.

Žmogus gali savavališkai, pasitelkdamas elektromagnetinius lęšius, kurių vaidmenį gyvame organizme atlieka molekulės-pjezokristalai, sutelkti protonų ir ypač ?-dalelių energiją į galingus pluoštus, tuo pačiu demonstruodamas nuostabius reiškinius: kėlimą. ir judėjimas neįtikėtinų svorių paviršiumi, vaikščiojimas karštais akmenimis ir anglimis, levitacija ir daug daugiau, vienodai įspūdinga.

Petrakovičius G.N. Biolaukas be paslapčių: kritinė ląstelių bioenergijos teorijos analizė ir autoriaus hipotezė // Russian Thought, 1992. -N2.- P.66-71.

Petrakovičius G.N. Branduolinės reakcijos gyvoje ląstelėje: naujos idėjos apie ląstelės bioenergetiką, be anksčiau paskelbtų // Russian Thought, 1993.-N3-12.-P.66-73.

Nefedovas E.I., Protopopovas A.A., Sementsovas A.N., Jašinas A.A. Fizinių laukų sąveika su gyvąja medžiaga. -T ula, 1995. -180 m.

Petrakovičius G.N. Bioenergijos laukai ir molekulės-pjezokristalai gyvame organizme // Naujų medicinos technologijų biuletenis, 1994. - T.1. -N2. -P.29-31.

Branduolinė reakcija (NR) – tai procesas, kurio metu pasikeičia atomo branduolys fragmentuojant arba susijungiant su kito atomo branduoliu. Taigi tai turi lemti bent vieno nuklido transformaciją į kitą. Kartais, jei branduolys sąveikauja su kitu branduoliu ar dalele nekeičiant jokio nuklido pobūdžio, procesas vadinamas branduolio sklaida. Bene labiausiai pastebimos šviesos elementų reakcijos, turinčios įtakos žvaigždžių ir Saulės energijos gamybai. Natūralios reakcijos vyksta ir kosminiams spinduliams sąveikaujant su medžiaga.

Natūralus branduolinis reaktorius

Žymiausia žmogaus kontroliuojama reakcija yra dalijimosi reakcija, kuri įvyksta Tai yra įtaisas, skirtas inicijuoti ir valdyti branduolinę grandininę reakciją. Tačiau yra ne tik dirbtiniai reaktoriai. Pirmąjį pasaulyje natūralų branduolinį reaktorių 1972 metais Oklo mieste Gabone atrado prancūzų fizikas Francisas Perrinas.

Sąlygas, kuriomis gali būti gaminama natūrali branduolinė energija, 1956 metais numatė Paulas Kazuo Kuroda. Vienintelė žinoma vieta pasaulyje susideda iš 16 vietų, kuriose įvyko tokios savaiminės reakcijos. Manoma, kad tai įvyko maždaug prieš 1,7 milijardo metų ir tęsėsi kelis šimtus tūkstančių metų, ką patvirtina ksenono (skilimo produkto) izotopų buvimas ir kintantis U-235/U-238 santykis (natūralaus urano sodrinimas).

Branduolio dalijimasis

Ryšio energijos diagramoje daroma prielaida, kad nuklidai, kurių masė didesnė nei 130 amu. turi spontaniškai atsiskirti vienas nuo kito, kad susidarytų lengvesni, stabilesni nuklidai. Mokslininkai eksperimentiškai nustatė, kad spontaniškos branduolinės reakcijos elementų dalijimosi reakcijos vyksta tik sunkiausiems nuklidams, kurių masės skaičius yra 230 ar daugiau. Net jei tai daroma, tai daroma labai lėtai. Pavyzdžiui, 238 U savaiminio dalijimosi pusinės eliminacijos laikas yra 10–16 metų arba maždaug du milijonus kartų ilgesnis už mūsų planetos amžių! Švitinant sunkiųjų nuklidų mėginius lėtais šiluminiais neutronais, galima sukelti dalijimosi reakcijas. Pavyzdžiui, kai 235 U sugeria šiluminį neutroną, jis skyla į dvi nevienodos masės daleles ir išskiria vidutiniškai 2,5 neutrono.

Neutrono absorbcija 238 U sukelia branduolio virpesius, kurie deformuojasi, kol jis suskaidomas į fragmentus, panašiai kaip skysčio lašas gali suskaidyti į mažesnius lašelius. Daugiau nei 370 dukterinių nuklidų, kurių atominė masė yra nuo 72 iki 161 amu. susidaro terminio dalijimosi 235U būdu, įskaitant du toliau nurodytus produktus.

Branduolinių reakcijų izotopai, tokie kaip uranas, patiria indukuotą skilimą. Tačiau vienintelio gamtoje esančio izotopo, 235 U, yra tik 0,72 %. Indukuotas šio izotopo dalijimasis išskiria vidutiniškai 200 MeV vienam atomui arba 80 milijonų kilodžaulių viename grame 235 U. Branduolio dalijimosi, kaip energijos šaltinio, patrauklumą galima suprasti palyginus šią vertę su 50 kJ/g, išsiskiriančiu iš gamtinių dujų. yra sudegintas.

Pirmasis branduolinis reaktorius

Pirmąjį dirbtinį branduolinį reaktorių pastatė Enrico Fermi, o jo darbuotojai pradėjo jį eksploatuoti po futbolo stadionu 1942 m. gruodžio 2 d. Šį kelių kilovatų galią gaminantį reaktorių sudarė krūva 385 tonas sveriančių grafito blokų, sukrautų sluoksniais aplink 40 tonų urano ir urano oksido kubinę gardelę. Savaiminis 238 U arba 235 U dalijimasis šiame reaktoriuje susidarė labai nedaug neutronų. Tačiau urano buvo pakankamai, todėl vienas iš šių neutronų sukėlė 235 U, tokiu būdu išskirdamas vidutiniškai 2,5 neutrono, o tai katalizavo papildomų 235 U branduolių dalijimąsi grandininėje reakcijoje (branduolinės reakcijos).

Skilimosi medžiagos kiekis, reikalingas grandininei reakcijai palaikyti, vadinamas žaliomis rodyklėmis, rodančiomis urano branduolio padalijimą į du dalijimosi fragmentus, išskiriančius naujus neutronus. Kai kurie iš šių neutronų gali sukelti naujas dalijimosi reakcijas (juodos rodyklės). Kai kurie neutronai gali būti prarasti kituose procesuose (mėlynos rodyklės). Raudonos rodyklės rodo įstrigusius neutronus, kurie vėliau atkeliauja iš radioaktyviųjų dalijimosi fragmentų ir gali sukelti naujas dalijimosi reakcijas.

Branduolinės reakcijos žymėjimas

Pažvelkime į pagrindines atomų savybes, įskaitant atominį skaičių ir atominę masę. Atominis skaičius reiškia protonų skaičių atomo branduolyje, o izotopai turi tą patį atominį skaičių, tačiau skiriasi neutronų skaičiumi. Jei nurodyti pradiniai branduoliai A Ir b, ir produkto branduoliai yra pažymėti Su Ir d, tada reakcija gali būti pavaizduota lygtimi, kurią galite pamatyti žemiau.

Kokios branduolinės reakcijos sumažinamos lengvosioms dalelėms, užuot naudojus visas lygtis? Daugeliu atvejų tokiems procesams apibūdinti naudojama kompaktiška forma: a(b,c)d lygiavertis a+b, gaminant c+d.Šviesos dalelės dažnai sumažinamos: paprastai p reiškia protoną, n- neutronas, d- deuteronas, α - alfa dalelė arba helis-4, β - beta dalelė arba elektronas, γ - gama fotonas ir kt.

Branduolinių reakcijų tipai

Nors galimų tokių reakcijų skaičius didžiulis, jas galima rūšiuoti pagal tipą. Daugumą šių reakcijų lydi gama spinduliuotė. Štai keletas pavyzdžių:

Elastinis sklaidymas. Atsiranda, kai energija neperduodama tarp tikslinio branduolio ir krintančios dalelės.
Neelastinga sklaida. Atsiranda, kai perduodama energija. Kinetinių energijų skirtumas išsaugomas sužadintame nuklide.
Užfiksuokite reakcijas. Branduoliai gali užfiksuoti tiek įkrautas, tiek neutralias daleles. Tai lydi ɣ spindulių emisija. Branduolinių reakcijų dalelės neutronų gaudymo reakcijoje vadinamos radioaktyviais nuklidais (sukeltas radioaktyvumas).
Perdavimo reakcijos. Dalelės absorbcija, po kurios išsiskiria viena ar daugiau dalelių, vadinama perdavimo reakcija.
Skilimo reakcijos. Branduolio dalijimasis yra reakcija, kurios metu atomo branduolys suskaidomas į mažesnes dalis (lengvesnius branduolius). Dalijimosi procesas dažnai gamina laisvuosius neutronus ir fotonus (gama spindulių pavidalu) ir išskiria daug energijos.
Sintezės reakcijos. Atsiranda, kai du ar daugiau atomų branduolių susiduria labai dideliu greičiu ir susijungia sudarydami naujo tipo atominį branduolį. Dalelės, atsirandančios dėl deuterio ir tričio branduolių sintezės reakcijų, yra ypač įdomios, nes jos gali suteikti energijos ateityje.
Skilimo reakcijos. Atsiranda, kai į branduolį atsitrenkia dalelė, turinti pakankamai energijos ir impulso, kad išstumtų kelis mažus fragmentus arba suskaidytų į daugybę fragmentų.
Persitvarkymo reakcijos. Tai yra dalelės absorbcija kartu su vienos ar kelių dalelių išmetimu:

197Au (p, d) 196mAu
4He (a, p) 7Li
27Al(a,n)30P
54Fe(a,d)58Co
54Fe(a, 2n) 56Ni
54Fe (32S, 28Si) 58Ni

Įvairios persitvarkymo reakcijos keičia neutronų skaičių ir protonų skaičių.

Branduolinis skilimas

Branduolinės reakcijos įvyksta, kai nestabilus atomas praranda energiją dėl spinduliuotės. Tai atsitiktinis procesas pavienių atomų lygyje, nes pagal kvantinę teoriją neįmanoma numatyti, kada atskiras atomas suirs.

Yra daug radioaktyvaus skilimo tipų:

Alfa radioaktyvumas. Alfa dalelės susideda iš dviejų protonų ir dviejų neutronų, sujungtų su dalele, identiška helio branduoliui. Dėl labai didelės masės ir įkrovimo jis labai jonizuoja medžiagą ir yra labai trumpas.
Beta radioaktyvumas. Tai didelės energijos, greitaeigis pozitronas arba elektronas, kurį išskiria tam tikros rūšies radioaktyvūs branduoliai, pavyzdžiui, kalis-40. Beta dalelių prasiskverbimo diapazonas yra didesnis nei alfa dalelių, bet vis tiek yra daug mažesnis nei gama spindulių. Išmestos beta dalelės yra jonizuojančiosios spinduliuotės forma, dar vadinama branduolinės grandininės reakcijos beta spinduliais. Beta dalelių gamyba vadinama beta skilimu.
Gama radioaktyvumas. Gama spinduliai yra labai aukšto dažnio elektromagnetinė spinduliuotė, todėl yra didelės energijos fotonai. Jie susidaro, kai branduoliai suyra, kai pereina iš didelės energijos būsenos į žemesnę būseną, vadinamą gama skilimu. Daugumą branduolinių reakcijų lydi gama spinduliuotė.
Neutronų emisija. Neutronų emisija – tai branduolių, kuriuose yra neutronų pertekliaus (ypač skilimo produktų), radioaktyvaus skilimo tipas, kai neutronas tiesiog išmetamas iš branduolio. Šio tipo spinduliuotė atlieka pagrindinį vaidmenį kontroliuojant branduolinius reaktorius, nes šie neutronai yra uždelsti.

Energija

Branduolinės reakcijos energijos Q reikšmė yra reakcijos metu išsiskiriančios arba sugertos energijos kiekis. Vadinamasis arba reakcijos Q reikšmė. Ši energija išreiškiama kaip skirtumas tarp produkto kinetinės energijos ir reagento dydžio.

Bendra reakcijos forma: x + X ⟶ Y + y + Q……(i) x + X ⟶ Y + y + Q……(i), kur x Ir X yra reagentai ir y Ir Y- reakcijos produktas, galintis nustatyti branduolinės reakcijos energiją, Q - energijos balansas.

NR Q reikšmė reiškia energiją, išsiskiriančią arba sugertą reakcijos metu. Jis taip pat vadinamas NR energijos balansu, kuris priklausomai nuo prigimties gali būti teigiamas arba neigiamas.

Jei Q reikšmė yra teigiama, reakcija bus egzoterminė, dar vadinama egzoergine. Jis išskiria energiją. Jei Q reikšmė yra neigiama, reakcija yra enderginė arba endoterminė. Tokios reakcijos vyksta sugeriant energiją.

Branduolinėje fizikoje tokias reakcijas lemia Q reikšmė, kuri yra skirtumas tarp pradinių reagentų ir galutinių produktų masių sumos. Jis matuojamas energijos vienetais MeV. Apsvarstykite tipišką reakciją, kurioje sviedinys a ir tikslas A prastesnis už du produktus B Ir b.

Tai galima išreikšti taip: a + A → B + B arba net kompaktiškesniu užrašu - A (a, b) B. Energijos rūšys branduolinėje reakcijoje ir šios reakcijos reikšmė nustatomos pagal formulę :

Q = c 2,

kuri sutampa su galutinių produktų kinetinės energijos pertekliumi:

Q = T galutinis – T pradinis

Reakcijoms, kurių metu pastebimas produktų kinetinės energijos padidėjimas, Q yra teigiamas. Teigiamos Q reakcijos vadinamos egzoterminėmis (arba egzogeninėmis).

Yra grynasis energijos išsiskyrimas, nes galutinės būsenos kinetinė energija yra didesnė nei pradinės būsenos. Reakcijoms, kurių metu pastebimas produktų kinetinės energijos sumažėjimas, Q yra neigiamas.

Radioaktyviosios medžiagos pusinės eliminacijos laikas yra būdinga konstanta. Jis matuoja laiką, kurio reikia tam tikram medžiagos kiekiui per pusę sumažėti dėl skilimo, taigi ir spinduliuotės.

Archeologai ir geologai naudoja pusėjimo trukmę, kad pateiktų organinių objektų laiką procese, vadinamame anglies datavimu. Beta skilimo metu anglis 14 paverčiama azotu 14. Mirties metu organizmai nustoja gaminti anglį 14. Kadangi pusinės eliminacijos laikas yra pastovus, anglies 14 ir azoto 14 santykis leidžia įvertinti mėginio amžių.

Medicinos srityje branduolinės reakcijos energijos šaltiniai yra radioaktyvūs Cobalt 60 izotopai, kurie buvo naudojami spindulinei terapijai, siekiant sumažinti navikus, kurie vėliau bus pašalinti chirurginiu būdu, arba naikinti vėžines ląsteles neveikiamuose navikuose. Kai jis skyla į stabilų nikelį, jis skleidžia du santykinai didelės energijos gama spindulius. Šiandien ją pakeičia elektronų pluošto spindulinės terapijos sistemos.

Kai kurių mėginių izotopų pusinės eliminacijos laikas:

deguonis 16 – begalinis;
uranas 238 – 4 460 000 000 metų;
uranas 235 – 713 000 000 metų;
anglis 14 - 5730 metų;
kobaltas 60 - 5,27 metų;
sidabras 94 – 0,42 sek.

Radioaktyviosios anglies pažintys

Labai pastoviu greičiu nestabili anglis 14 palaipsniui skyla į anglį 12. Šių anglies izotopų santykis atskleidžia kai kurių seniausių Žemės gyventojų amžių.

Radioaktyviosios anglies datavimas yra metodas, leidžiantis objektyviai įvertinti anglies pagrindu pagamintų medžiagų amžių. Amžius gali būti įvertintas išmatavus mėginyje esančios anglies 14 kiekį ir palyginus jį su tarptautiniu standartiniu etalonu.

Radioaktyviosios anglies datavimo įtaka šiuolaikiniame pasaulyje padarė jį vienu reikšmingiausių XX amžiaus atradimų. Augalai ir gyvūnai visą gyvenimą pasisavina anglį 14 iš anglies dioksido. Mirdami jie nustoja keistis anglimi su biosfera, o anglies 14 kiekis juose pradeda mažėti tokiu greičiu, kurį lemia radioaktyvaus skilimo dėsnis.

Radioaktyviosios anglies datavimas iš esmės yra metodas, skirtas likutiniam radioaktyvumui matuoti. Žinant, kiek anglies 14 liko mėginyje, galima nustatyti organizmo amžių, kada jis mirė. Reikėtų pažymėti, kad radioaktyviosios anglies datavimo rezultatai rodo, kada organizmas buvo gyvas.

Pagrindiniai radioaktyviosios anglies matavimo metodai

Yra trys pagrindiniai metodai, naudojami anglies 14 matavimui atliekant bet kurį proporcingą mėginių ėmimo skaičiavimą, skysčio scintiliacijos skaitiklį ir greitintuvo masės spektrometriją.

Proporcinis dujų skaičiavimas yra įprastas radiometrinis datavimo metodas, kuriuo atsižvelgiama į tam tikro mėginio išskiriamas beta daleles. Beta dalelės yra radioaktyviosios anglies skilimo produktai. Taikant šį metodą, anglies mėginys pirmiausia paverčiamas anglies dioksido dujomis, o po to matuojamas proporcingais dujų skaitikliais.

Skysčių scintiliacijos skaičiavimas yra dar vienas radioaktyviosios anglies datavimo metodas, kuris buvo populiarus septintajame dešimtmetyje. Taikant šį metodą, mėginys yra skysto pavidalo ir pridedamas scintiliatorius. Šis scintiliatorius skleidžia šviesos blyksnį, kai sąveikauja su beta dalele. Mėginio vamzdelis praleidžiamas tarp dviejų fotodaugintuvo vamzdelių ir, kai abu prietaisai aptinka šviesos blyksnį, atliekamas skaičiavimas.

Branduolinio mokslo privalumai

Branduolinių reakcijų dėsniai naudojami įvairiose mokslo ir technologijų srityse, tokiose kaip medicina, energetika, geologija, kosmosas ir aplinkos apsauga. Branduolinė medicina ir radiologija yra medicinos metodai, kurie apima spinduliuotės arba radioaktyvumo naudojimą ligoms diagnozuoti, gydyti ir užkirsti kelią. Nors radiologija buvo naudojama beveik šimtmetį, terminas „branduolinė medicina“ pradėtas vartoti maždaug prieš 50 metų.

Branduolinė energija naudojama dešimtmečius ir yra viena iš sparčiausiai augančių energijos pasirinkimų šalyse, ieškančiose energetinio saugumo ir energiją taupančių, mažai teršalų išmetančių sprendimų.

Objektų amžiui nustatyti archeologai naudoja daugybę branduolinių metodų. Tokie artefaktai, kaip Turino drobulė, Negyvosios jūros ritiniai ir Karolio Didžiojo karūna, gali būti datuojami ir jų autentiškumas patikrinti naudojant branduolines technologijas.

Branduoliniai metodai naudojami žemės ūkio bendruomenėse ligoms kontroliuoti. Radioaktyvieji šaltiniai plačiai naudojami kasybos pramonėje. Pavyzdžiui, jie naudojami atliekant neardomuosius vamzdynų užsikimšimų ir suvirinimo siūlių bandymus bei matuojant pradurtos medžiagos tankį.

Branduolinis mokslas atlieka vertingą vaidmenį padedant mums suprasti mūsų aplinkos istoriją.

1. Reakcijos galimos esant aukštai temperatūrai ir dideliems elektromagnetiniams laukams

2. Dėl neutronų vykstantys procesai, kuriems nereikia didelių magnetinių laukų ir aukštos temperatūros

Nukleosintezė. Nukleosintezės fenomeną tyrinėjo mokslininkas Burbidge.

Visatos susidarymo momentu buvo elektronų dalelių mišinys.

Dėl protonų ir neutronų sąveikos vandenilis Ir helis, ir tokiomis proporcijomis: 2/3 – N, 1/3 – Jis.

Visi kiti elementai buvo suformuoti iš vandenilio.

Saulė susideda iš helio ir vandenilio (10-20 mln. ºС).

Yra karštesnių žvaigždžių (daugiau nei 150 mln. ºС). Šių planetų gelmėse susiformavo anglies, deguonies, azoto, sieros ir magnio.

Kiti elementai buvo sukurti supernovos sprogimo metu (uranas ir sunkesni).

Visoje Visatoje helis ir vandenilis yra labiausiai paplitę (3/4 vandenilio ir 1/4 helio).

○ Dažniausiai Žemėje esantys elementai:

§7 „Bangos dalelių (dviguba) teorija“

1900 metais M. Planckas pateikti teoriją: visiškai juodas kūnas taip pat skleidžia energiją, bet skleidžia ją dalimis (kvantais).

● Elektroninio magnetinio lauko kvantas yra fotonas.

○ Banga fotono prigimtis:

- difrakcija(šviesos nukrypimas nuo tiesios krypties arba gebėjimas lenktis aplink kliūtis)

- trukdžių(bangų sąveika, kai bangos gali persidengti viena kitą ir sustiprinti arba panaikinti viena kitą)

1.Suintensyvinti

2.Intensyvumas mažėja

3.Grąžinta

○ Korpuskulinis fotono prigimtis:

● Foto efektas– reiškinys, kai medžiaga, veikiama elektromagnetinės spinduliuotės, išspinduliuoja elektronus.

Stoletovas studijavo fotoelemento dėsnius.

Pateiktas fotoelektrinio efekto paaiškinimas Einšteinas korpuskulinės teorijos rėmuose.

Fotonas, atsitrenkęs į elektroną, perduoda dalį jo energijos.

● Komptono efektas– jeigu rentgeno spinduliuotė yra nukreipta į medžiagą, ją išsklaido medžiagos elektronai. Šios išsklaidytos spinduliuotės bangos ilgis bus ilgesnis nei krintančios spinduliuotės. Skirtumas priklauso nuo sklaidos kampo.

E = hυ

h – baras

υ – spinduliavimo dažnis

●Fotonas – bangų paketas.

Matematiškai bangos dalelių dvilypumas išreiškiamas L. de Broglie lygtis:

λ = h / (m · v) = h / P

P– impulsas

Šis dualizmas yra universali teorija, ji gali būti paskirstyta visoms materijos rūšims.

○ Pavyzdžiai:

Elektronas

m e = 9,1 10 -28 Gv ~ 10 8 cm/sλ ~ 10 -8 cm

skraidantis kamuolys

m= 50 gv~ 25 cm/sλ ~ 10 -32 cm

1) Neapibrėžtumo principas[IN. Heisenbergas] – neįmanoma vienu metu tiksliai nustatyti dalelės koordinatės ir jos impulso.

∆q · ∆ p ≥ h / 2

∆q – bet kurios koordinatės neapibrėžtis

∆p – momento neapibrėžtumas

∆E · ∆ t ≥ h / 2

∆E – dalelių energijos

∆t – laiko neapibrėžtumas

2) Komplementarumo principas[N. Bohr] – eksperimentinės informacijos gavimas apie kai kuriuos mikroobjektą apibūdinančius dydžius neišvengiamai susijęs su informacijos apie kitus dydžius, be pirmojo, praradimu.

3) Priežastingumo principas(neapibrėžtumo principo pasekmė) – klasikinės fizikos principas. Tarp gamtos reiškinių yra priežasties ir pasekmės ryšys. Priežastingumo principas netaikomas mikropasaulio objektams.

4) Tapatybės principas– identiškų mikrodalelių eksperimentiškai ištirti neįmanoma.

5) Korespondencijos principas- bet kuri bendresnė teorija, būdama klasikinės teorijos plėtra, jos visiškai neatmeta, bet nurodo jos taikymo ribas.

6) Superpozicijos principas– gautas efektas yra kiekvieno reiškinio atskirai sukeltų padarinių suma.

● Šriodingerio lygtis– pagrindinė kvantinės mechanikos lygtis.

● Bangos funkcija[Ψ] yra koordinačių ir laiko funkcija.

E = E giminės. + U

U – potencinė energija

E giminės . = (m v 2 ) / 2 = p 2 / 2m

E = p 2 / 2m + U

E Ψ = ( p 2 / 2 m + U ) · Ψ