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

Постулаты Бора

В 1912 году в Манчестер к Резерфорду приехал молодой дат­ский физик Нильс Бор. Пробыв в Манчестере около четырех меся­цев, Бор «заболел» атомом. Постоянно и мучительно размышляя над проблемой устойчивости атома. Бор пришел к убеждению, что «этот вопрос просто невозможно решить посредством уже известных правил». Бор понял, что не все законы классической физики применимы к явлениям атомных масштабов и что для описания свойств атомов нужна новая теория,  учитывающая квантовые представления. Еще до Бора попытку учесть в теории атома эти представления предпринял австрийский физик А. Гааз, но был вы­смеян коллегами. В отличие от Гааза Бор опирался на ядерную мо­дель строения атома и применил формулу Планка не ко всей энер­гии атома, а лишь к ее изменению в процессе излучения и погло­щения света. Принципиально новым в теории Бора было то, что он допустил существование в атоме таких состояний, в которых дви­жущиеся с ускорением электроны не излучают электромагнитных волн. Да, существование таких состояний противоречило законам классической электродинамики. Но вместо того чтобы отказаться из-за этого от планетарной модели (как поступали другие физики). Бор счел сами эти законы несправедливыми в области атомных яв­лений. И после нескольких месяцев работы Бор в 1913 году опуб­ликовал свою квантовую теорию атома. Основу этой теории со­ставляют три постулата. В стационарном состоянии атом
не излучает.

II постулат: при переходе атома из одного стационарного состояния в другое излучается или поглощается квант света с энергией ħω, равной разности энергий стационарных состояний:

III постулат: в стационарном состоянии электрон может двигаться только по такой «разрешенной» орбите, радиус которой удовлетворяет условию:

mυr=mħ , где тυ- импульс электрона,

n - номер квантового состояния (n= 1,2,3...).

Согласно этим постулатам, энергия атома водорода в n-м стационарном состоянии определяется формулой: ,

Где Ry= 2.18 ·10-18 Дж = 13,6 эВ - внесистемная единица энергии, называемая ридбергом.

Главное квантовое число - целое число n, определяющее номер квантового состояния и энергию атома в этом состоянии.

Энергетический уровень - значение энергии атома в том или ином стационарном состоянии.

п = 1 - нормальное (основное) состояние атома.

п > 1 - возбужденные состояния.

При переходе с более высокого энергетического уровня на бо­лее низкий происходит излучение кванта света:

ω=

где  - энергия атома в начальном состоянии;

  - энергия атома в конечном состоянии.

При обратном переходе, из состояния более низкого уровня в более высокий, происходит поглощение кванта: ω=

Закон радиоактивного распада.

Как и любая квантовая система, радиоактивное ядро подчи­няется вероятностным законам, и распад каждого отдельного ядра является совершенно случайным событием.

Период полураспада - промежуток времени, в течение кото­рого исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.

Обозначается буквой Т.

У каждого вида ядер период полураспада является строго опре­деленной величиной. Опыты с радиоактивными веществами пока­зали, что никакие внешние условия (изменения агрегатного состоя­ния, нагревание до высоких температур, большие давления и т. п.) не влияют на характер и скорость распада.

  - закон радиоактивного распада,

где N— число нераспавшихся ядер за промежуток времени t. Закон является статистическим и справедлив лишь при доста­точно большом числе радиоактивных ядер.

τ = 1,44Т - среднее время жизни ядра данного элемента.

А =  - активность радиоактивного вещества; показывает, сколько радиоактивных распадов происходит в этом веществе за единицу времени.

В СИ единица [А] = 1 Бк (беккерель).

1 Бк равен активности такого радиоактивного вещества, в кото­ром за 1 с происходит 1 распад.

Изотопная хронология - определение возраста горных пород, минералов, следов древних человеческих культур и в целом Земли по накоплению в них продуктов распада радиоактивных изотопов.

- Свинцовый метод: конечным продуктом распада урана 238U является свинец 206Рb. Это приводит к тому, что в любом образце содержание урана будет уменьшаться с течением времени, а свинца увеличиваться.

- Радиоуглеродный метод. Применяют для оценки возраста объектов в пределах 60 000 лет. Измерив в той или иной находке органического происхождения содержание радиоуглерода 14С, пе­риод полураспада которого 5700 лет, можно определить и возраст этой находки.

Ядерные реакции.

Ядерные реакции - превращение атомных ядер в результате взаимодействия друг с другом или с какими-либо элементарными частицами.

Символическая запись ядерной реакции:

а + X -> Y +b,

где X и Y - атомные ядра, а и b - элементарные частицы или простые ядра (типа α-частицы или дейтрона).

Входной канал - исходные частицы, участвующие в ядерной реакции (а + X).

Выходной канал - совокупность образовавшихся частиц (Y + b).

Энергетический выход ядерной реакции, или энергия реак­ции Q, - разность кинетической энергии конечного и начального состояний частиц, участвующих в ядерной реакции: Q= Ек'- Ек.

Экзотермическая реакция - Q > 0;

Эндотермическая реакция - Q < 0.

Первая ядерная реакция была осуществлена в 1919 году Резерфордом.

Ядерные реакции могут протекать как в природе (в недрах звезд), так и в лабораторных условиях.

Источниками частиц могут служить радиоактивные препараты, космические лучи, ядерные реакторы и ускорители заряженных частиц.

Использование ядерной реакции.

Термоядерные реакции.

Термоядерные реакции - ядерные реакции между легкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких температурах (порядка 108 К и выше).

Сюда относятся реакции термоядерного синтеза, то есть реакции, в которых из легких ядер синтезируются более тяжелые, например, дейтерий-фитиевая реакция.

Необходимые условия термоядерной реакции:

огромная кинетическая энергия взаимодействующих ядер;

температура смеси реагирующих веществ порядка сотен миллионов градусов.

Энергетический выход термоядерной реакции определяется формулой: Q = Е’св,- Есв.


Экологические проблемы гидроэнергетики