Болеесогласно теории относительности, масса представляет собой особую форму энергии, о чем и свидетельствует известная формула эйнштейна e = mc2. из нее следует возможность преобразования массы в энергию и энергии в массу. и такие реакции на внутриатомном уровне вещества реально имеют место. в частности, часть массы атомного ядра может превращаться в энергию, и происходит это двумя путями. ядерный распад сегодня служит одним из основных источников энергии для человечества — он используется на атомных электростанциях. и при реакции распада, и при реакции синтеза совокупная масса продуктов реакции меньше совокупной массы реагентов. эта-то разница в массе и преобразуется в энергию по формуле e = mc2. распадв природе уран встречается в форме нескольких изотопов, один из которых — уран-235 (235u) — самопроизвольно распадается с выделением энергии. в частности, при попадании достаточно быстрого нейтрона в ядро атома 235u последнее распадается на два крупных куска и ряд мелких частиц, включая, обычно, два или три нейтрона. однако сложив массы крупных фрагментов и элементарных частиц, мы недосчитаемся определенной массы по сравнению с массой исходного ядра до его распада под воздействием удара нейтрона. эта-то недостающая масса и выделяется в виде энергии, распределенной среди получившихся продуктов распада — прежде всего, кинетической энергии (энергии движения). стремительно движущиеся частицы разлетаются от места распада и сталкиваются с другими частицами вещества, разогревая их. они представляют собой стремительно разлетающиеся от места распада частицы, при этом далеко они не улетают, врезаясь в соседние атомы вещества и разогревая их. таким образом, энергия, порождаемая ядерным распадом, преобразуется в теплоту окружающего вещества. в уране, добываемом из природной урановой руды, изотопа урана-235 содержится всего 0,7% от общей массы урана — остальные 99,3% приходятся на долю относительно устойчивого (слабо радиоактивного) изотопа 238u, который просто поглощает свободные нейтроны, не распадаясь под их воздействием. поэтому для использования урана в качестве топлива в ядерных реакторах его нужно предварительно обогатить — то есть довести содержание радиоактивного изотопа 235u до уровня не менее 5%. после этого уран-235 в составе обогащенного природного урана в атомном реакторе распадается под воздействием бомбардировки нейтронами. в результате из одного ядра 235u выделяется в среднем 2,5 новых нейтрона, каждый из которых вызывает распад еще 2,5 ядер, и запускается так называемая цепная реакция. условием для продолжения незатухающей реакции распада урана-235 является превышение числа выделяемых ядрами нейтронов числа нейтронов, урановый конгломерат; в этом случае реакция продолжается с выделением энергии. в атомной бомбе реакция носит умышленно неконтролируемый характер, в результате чего за доли секунды распадается огромное число ядер 235u и выделяется колоссальная по своей разрушительности взрывная энергия. в атомных реакторах, используемых в энергетике, реакцию распада необходимо строго контролировать с целью дозирования выделяемой энергии. хорошим поглотителем нейтронов является кадмий — его-то обычно и используют для интенсивностью распада в реакторах аэс. кадмиевые стержни погружают в активную зону реактора до уровня, необходимого для снижения скорости выделения свободной энергии до технологически разумных пределов, а в случае падения энерговыделения ниже необходимого уровня частично выводят стержни из активной зоны реакции, после чего реакция распада интенсифицируется до необходимого уровня. выделившаяся тепловая энергия затем в обычном порядке (посредством турбогенераторов) преобразуется в электрическую. синтезтермоядерный синтез — реакция прямо противоположная реакции распада по своей сути: более мелкие ядра объединяются в более крупные. самая распространенная во вселенной реакция вообще — это реакция термоядерного синтеза ядер гелия из ядер водорода: она непрерывно протекает в недрах практически всех видимых звезд. в чистом виде она выглядит так: четыре ядра водорода (протона) образуют атом гелия (2 протона + 2 нейтрона) с выделением ряда других частиц. как и в случае реакции распада атомного ядра совокупная масса образовавшихся частиц оказывается меньше массы исходного продукта (водорода) — она и выделяется в виде кинетической энергии частиц-продуктов реакции, за счет чего звезды и разогреваются. в недрах звезд реакция термоядерного синтеза происходит не единовременно (когда сталкиваются 4 протона), а в три этапа. сначала из двух протонов образуется ядро дейтерия (один протон и один нейтрон). затем, после попадания в ядро дейтерия еще одного протона, образуется гелий-3 (два протона и один нейтрон) плюс другие частицы. и наконец, два ядра гелия-3 сталкиваются, образуя гелий-4, два протона, а также другие частицы. однако по совокупности эта трехэтапная реакция дает чистый эффект образования из четырех протонов ядра гелия-4 с выделением энергии, уносимой быстрыми частицами, прежде всего фотонами (см. эволюция звезд)
Спасибо
Популярные вопросы