Анализ мирового энернетического рынка Воздействие радиации на человека Мировые тенденции в сфере энергетике Традиционные виды энергетики Солнечная коллектор Наука в атомной сфере

О выборе сорта частиц в ускорителе.

В проекте, разрабатываемом группой К.Руббиа, а так же в ряде других проектов для получения пучка нейтронов предлагается использовать ускоритель протонов. Действительно, технология сооружения сильноточных ускорителей протонов хорошо разработана, изучены процессы рождения нейтронов при взаимодействии пучка протонов с массивными мишенями.

Однако отметим, что в последние годы развиваются исследования с использованием пучков более тяжелых ядер высоких энергий, в том числе и в применении к проблеме создания интенсивных пучков нейтронов. В этом случае при столкновении ускоренного ядра с ядром мишени рождается некоторое кол-во нейтронов и ядерные фрагменты, которые, будучи достаточно энергичными, сами вступают в реакции, порождающие нейтроны и новые ядерные фрагменты, вновь вступающие в реакции, и т.д. Такой процесс называется ядерным каскадом. В результате развития ядерного каскада рождается значительное число нейтронов. Проблема заключается в выборе частицы, дающей максимальное число нейтронов на единицу затраченной на ее ускорение энергии.

Для анализа процессов, вызываемых ускоренными ядрами, удобно ввести удельную энергию, то есть энергию, приходящуюся на один нуклон. Это величина Е* = Е/А. В первом приближении ядро, летящее в пучке с энергией Е, можно рассматривать как совокупность А нуклонов с энергией Е* каждый. Тогда действие пучка ядер представляется эквивалентным действию пучка протонов, в А раз более интенсивного и в А раз менее энергичного, что даст то же число нейтронов на единицу затраченной на ускорение энергии (при этом ускорение ядер - процесс технологически несколько более сложный, чем ускорение протонов).

Однако этот вывод справедлив лишь в первом приближении. Величина n в выражении N0 = , является функцией двух переменных: Е и А, а не только их отношения А*. С одной стороны, эту зависимость можно рассчитать из теоретической модели, а с другой - изучить на опыте. Теоретический расчёт даёт максимальное число нейтронов на единицу затраченной энергии для пучка дейтронов 2Н, а далее с ростом А эффективность ядерного пучка медленно убывает. В эксперименте проявился неожиданный эффект. Эти экспериментальные результаты были получены двумя группами физиков в опытах на синхрофазотроне Объединённого института ядерных исследований в Дубне (Россия), который в последние годы, работает в режиме ускорения пучков ядер. Одна группа представляла физиков ОИЯИ, другая объединяла в рамках сотрудничества физиков из ОИЯИ, Германии (Марбург), Франция

(Страсбург), Греции (Салоники). Обе группы получили согласующиеся между собой результаты: измеренный поток нейтронов, порождённый пучком ядер 12С с полной энергией 44 ГэВ (Е* = 3,65 Гэв), в полтора раза превышает расчётный, теоретический. При этом отклонение результатов наблюдений от расчётных предсказаний начинается при достаточно большом значении энергии Е, превышающей согласно данным второй группы энергию 22 ГэВ.

С большой степенью вероятности причиной такого рассогласования можно считать коллективные эффекты в ядрах. Дело в том, что при столкновении двух ядер наряду с взаимодействием отдельных составляющих их нуклонов между собой может происходить обмен энергией между взаимодействующими ядрами как целыми, то есть в игру вступают сразу все 44 ГэВ, запасённые ядром 12С. В результате образуется сильно возбуждённое ядерное состояние, дающее при развале большое кол-во так же возбуждённых ядерных фрагментов По - видимому, эти процессы с заметной интенсивностью происходят при энергиях Е порядка 40 ГэВ и более. Например, для ядер аргона 40Ar это происходит уже при удельной энергии Е* = 1 ГэВ. Для коллективных эффектов в ядре важным является действие вязкости ядерной материи, что приводит к эффективному трению при движении частиц в ядре. Трение приводит к тому, что область взаимодействия налетающего ядра с ядром мишени как бы расширяется. Вследствие этого увеличивается вероятность вылета возбужденных ядерных фрагментов, что ведёт к увеличению выхода нейтронов. Справедливость такой интерпретации составляет предмет теоретических и экспериментальных исследований.

Изучение этой проблемы даст возможность выбрать оптимальный пучок для поддержания работы подкритического реактора. В самом деле, усиление ядерных каскадов при реакциях тяжелых ядер с достаточно высокой энергией может привести к выводу о преимуществе использования тяжелых ядер вместо протонов для работы установок, которые описанные выше. Таким образом, вопрос о выборе пучка для генерации потока нейтронов оказывается связанным с фундаментальными проблемами физики ядра и элементарных частиц.

Ядерная модель строения атома. Постулаты Бора.

После открытия электрона стало ясно, что атом имеет слож­ную структуру. Несколькими учеными были предложены различ­ные теоретические модели. Наиболее интересной показалась мно­гим модель Дж. Томсона «пудинг с изюмом».

Ученик Томсона, Э. Резерфорд, проводя эксперименты, сделал открытие: атом устроен так же, как Солнечная система: в центре его находится положительно заряженное ядро, а вокруг него вра­щаются по своим орбитам отрицательно заряженные электроны. Заряд ядра атома равен заряду электронной оболочки, только с об­ратным знаком.

Ядерная модель атома оказалась очень изящной и намного бо­лее простой, чем модель Томсона.

О результатах своих исследований Резерфорд сообщил в феврале 1911 года. Осенью того же года состоялся конгресс в Брюсселе, на котором были все выдающиеся физики Европы: М. Планк, А. Пу­анкаре, А. Эйнштейн. X. Лоренц, В. Нернст. Был приглашен и Резерфорд. Но мир науки не принял модель атома Резерфорда, так как все считали, что таким, каким его описывал Резерфорд, атом существовать не мог; еще в 1905 году немецкий физик Вин говорил о невозможности такой модели, так как она неустойчива. Ведь вращающиеся
вокруг ядра электроны должны обладать центростремительным ускорением, а любой ускоренно движущийся заряд (согласно классической электродинамике) должен непрерывно излучать электромагнитные волны. Теряя энергию на излучение, электроны должны по спирали упасть на ядро, и атом как тако­вой должен был бы перестать существовать.

Знал ли об этом Резерфорд? Конечно, знал. Но результаты экс­периментов говорили о том, что атом устроен именно так. Объяс­нить возникшее противоречие в то время он не мог. Поэтому в сво­ей основополагающей работе в 1911 году лишь кратко заметил: «Вопрос об устойчивости атома рассматриваемого строения нет надобности обсуждать на этом этапе, так как устойчивость, несо­мненно, зависит от тонкостей строения атома и от движения его заряженных частиц».


Экологические проблемы гидроэнергетики