Энергия связи. Связь массы и энергии.
Как вам известно, ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Протоны имеют положительные заряды. Однако ядра являются устойчивыми образованиями, хотя одноименные заряды отталкиваются друг от друга. Какие же силы удерживают ядра от распада? Ядра не распадаются благодаря действию ядерных сил. Они действуют только на расстояниях порядка 10-15 м и в пределах ядра приблизительно в 100 раз больше кулоновских. Для разделения ядра на отдельные нуклоны нужно совершить работу против таких сил. Энергия, равная этой работе, называется энергией связи. Энеpгия - важнейшая хаpактеpистика ядpа. Энеpгия ядpа за вычетом собственной энеpгии нуклонов называется энеpгией связи ядpа. Именно эта энеpгия обусловлена взаимодействием нуклонов ядpа. Таким обpазом, по опpеделению
Энергия связи ядра - это минимальная энергия, необходимая, чтобы разделить ядро на отдельные, составляющие его нуклоны.
Масса ядра mя всегда меньше суммы масс входящих в него частиц. Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро выделяется энергия связи нуклонов друг с другом. Энергия покоя частицы связана с её массой соотношением E0=mc2.
7. Ядерная энергетика
Ядерная энергетика — это отрасль энергетики, занимающаяся получением и использованием ядерной энергии.
Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Основу Я. э. составляют атомные электростанции (АЭС). Источником энергии на АЭС служит ядерный реактор, в котором протекает управляемая цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, преимущественно 235U и 239Pu.
При делении ядер урана и плутония выделяется тепловая энергия, которая преобразуется затем в электрическую так же, как на обычных тепловых электростанциях. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления.
На рисунке приведена схема ядерного реактора
Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, делались попытки создать ядерный двигатель для самолётов.
Ядерная энергетика остается предметом острых дебатов. Сторонники и противники ядерной энергетики резко расходятся в оценках её безопасности, надежности и экономической эффективности. Широко распространено мнение о возможной утечке ядерного топлива из сферы производства электроэнергии и его использовании для производства ядерного оружия.
Экономическое значение. При истощении запасов органического топлива (угля, нефти, газа, торфа) использование ядерного топлива — пока единственно реальный путь надёжного обеспечения человечества необходимой ему энергией.
Ядерный сектор энергетики наиболее значителен в промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов — во Франции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии. По современным оценкам стоимость производства электроэнергии на АЭС в 1,5—2 раза ниже, чем на обычных ТЭС. Использование ядерной энергии для выработки электроэнергии, тепла, для опреснения воды, производства восстановителей для металлургической промышленности, получения новых видов химической продукции — всё это задачи огромного масштаба, которые придают Я. э. не только новые качества, но и показывают её ещё далеко не использованные возможности. К преимуществам Я. э. относят также и то, что АЭС не загрязняют атмосферу окислами серы, азота, губительно влияющими на окружающую среду. Проблеме обеспечения радиационной безопасности населения и защиты окружающей среды от радиоактивного загрязнения в России и в др. индустриально развитых странах уделяется большое внимание.
Однако главная проблема в развитии Я. э. — разработка экономичных, надёжных способов захоронения больших количеств высокоактивных отходов. В этом направлении во многих странах мира ведутся научно-исследовательские и опытно-промышленные работы.