Реферати

Реферат: Атомна енергетика і атомна зброя

Операційно-технологічна карта на операцію: переорювання пари. Добуток розрахунку технічних показників по комплектуванню орного агрегату. Правила підготовки плугів і полючи для виконання операції переорювання пари на глибину 25 див. Аналіз роботи агрегатів на загоні. Визначення експлуатаційних витрат трактора.

Структура і соціальний пристрій домашнього господарства. Домогосподарство як суб'єкт ринкових відносин. Життєвий цикл родини. Інтеграція дітей у суспільство. Статус російської родини. Рух людського капіталу. Принципи поводження домашніх господарств. Основні причини смертності в РФ. Рентабельність утворення.

Пейзаж в романі Лермонтова "Герой нашого часу". Познайомившись з композицією романа "Героя нашого времени", яка незвичайна і складна, мені хотілося б відзначити художні достоїнства романа. У лермонтовського пейзажу дуже важлива особливість: він тісно пов'язаний з переживаннями героїв.

Типи селян в поемі Н. Некрасова "Кому на Русі жити добре?". Поема Н. А. Некрасова "Кому на Русі жити хорошо" створена в останній період життя поета (1863-1876 рр.). Ідейний задум поеми позначений вже в її заголовку, а потім повторюється в тексті: кому на Русі жити добре?

Прояв героїзму радянських людей під час війни. Героїзм радянської людини в роки Великої Вітчизняної війни. Засобу духовного впливу на маси, самовідданість і стійкість радянських воїнів. Почуття колективізму і товариства під час війни. Джерела масового героїзму радянських людей.

Зміст:

1. Феномен атома

1.1. Модель атома Резерфорда.

1.2. Створення моделі атома: квантова теорія і спектроскопія.

2. Атомна енергетика

2.1. Радіоактивність: її відкриття і природа.

2.2. Отримання ядерної енергії.

2.3. Ядерні реактори: класифікація.

2.4. Термоядерна енергія - основа енергетики майбутнього

3. Атомна зброя

3.1. Сучасні атомні бомби і снаряди

3.2. Сучасні термоядерні бомби і снаряди

3.3. «Чиста» воднева бомба

4. Атом і екологія.

1. Феномен атома.

Наскільки сьогодні відомо, думка про те, що матерія може складатися з окремих частинок, уперше була висловлена Левкиппом з Мілета в 5 в. до н. е. Цю ідею розвинув його учень Демокріт, який і ввів слово атом (від грецького атомос, що означає неподільний). На початку 19 століття Джон Дальтон (1766 - 1844) відродив це слово, підвівши наукову основу під умоглядні ідеї древніх греків. Згідно Дальтону, атом - це крихітна неподільна частинка матерії, що бере участь в хімічних реакціях.

Прості уявлення про атом, належні Дальтону, були поколеблени в 1897 р., коли Дж. Дж. Томсон (1856 - 1940) встановив, що атому можуть випускати ще менші негативно заряджені частинки (пізніше названі електронами). Стало очевидним, що атом володіє внутрішньою структурою. Це відкриття вказувало, що атом, мабуть, повинен містити і позитивні заряди. Томсон передбачив, що електрони розсіяні в позитивно зарядженому атомі, подібно «ізюминка в булці». Ця модель не дозволяла пояснити деякі властивості атомів, однак більш довершену модель вдалося створити лише після відкриття радіоактивного випромінювання. Явище радіоактивності було відкрите Беккерелем, який виявив, що атому урану мимовільно випускають випромінювання. Відомі 3 форми цього випромінювання: бета частинки (негативно заряджені електрони), альфа частинки (позитивно заряджені ядра гелію, що складаються з двох протонів і двох нейтронів) і гамма-випромінювання (короткохвильове електромагнітне випромінювання, не несуче заряду).

1.1. Модель атома Резерфорда.

У 1911 р. Ернест Резерфорд (1871 - 1937) запропонував абсолютно нову модель атома, засновану на результатах його власних експериментів і експериментів Ханса Гейгера (1882 - 1945), в яких вимірювалося розсіяння альфа частинок при проходженні через золоту фольгу. Згідно з моделлю Резерфорда, позитивний заряд і основна маса атома зосереджені в центральному ядрі, навколо якого рухаються електрони. Сьогодні ми знаємо, що атом являє собою майже пустий простір з крихітним ядром, розміри якого в десятки тисяч разів менше розмірів атома загалом. Самі атоми також гранично малі: 10 млн. атомів, вибудовані в ряд, становитимуть всього 1 мм.

Пізніше за Резерфорд встановив, що позитивний заряд ядра несуть частинки в 1836 раз більш важкі, ніж електрон. Він назвав їх протонами. Заряд протона рівний по величині, але противоположен по знаку заряду електрона. НайПростіший атом - атом водня - складається з одного протона (ядра) і одного електрона, рухомого навколо нього.

Більш важкі ядра містять більше число протонів (це число називають атомним номером), причому воно завжди дорівнює числу навколишніх ядро електронів. Пізнє було встановлене, що всі ядра атомів, за винятком ядра водня, містять також частинки і іншого типу - незаряджені частинки (названі тому нейтронами) з масою, майже рівній масі протона.

1.2. Створення моделі атома: квантова теорія і спектроскопія.

Датський фізик Нільс Бор (1885 - 1962), що зробив наступний важливий крок на шляху створення моделі атома, спирався при цьому на дві інші області досліджень. Перша з них - квантова теорія, друга - спектроскопія. Уперше ідея квантування була висловлена Максом Планком (1858 - 1947) в 1900 р. для пояснення механізму випромінювання тепла (і світла) нагрітим тілом. Планк показав, що енергія може випромінюватися і поглинатися тільки певними порціями, або квантами.

Основи спектроскопії були закладені ще Ісааком Ньютоном (1642 - 1727): він пропустив промінь сонячного світла через скляну призму, розіклавши його на сукупність кольорів видимого спектра. У 1814 р. Йозеф Фраунгофер (1787 - 1826) відкрив, що спектр сонячного світла містить декілька темних ліній, відповідних, як було встановлено пізніше, лініям в спектрі випущення водня, в якому стався електричний розряд.

Бор довів, що рухомий електрон в атомі водня може існувати тільки на фіксованих орбітах, а спектральні лінії водня відповідають поглинанню (темні лінії) або випромінюванню (світлі лінії) кванта енергії; ці процеси відбуваються, коли електрон «перестрибує» з однієї фіксованої орбіти на іншу. Модель Бора, пізніше вдосконалена Арнольдом Зоммерфельдом (1868 - 1951), дозволила добитися успіхів в поясненні спектра водня.

Згідно з сучасною квантовою теорією, фіксовані орбіти Бора не треба представляти дуже буквально - насправді електрон в атомі з деякою імовірністю може бути виявлений в будь-якому місці, а не тільки поблизу орбіти. Це - слідство квантової механіки, яка була в основному сформульована Вернером Гейзенбергом (1901 - 1976) і Ервіном Шредінгером (1887 - 1961). У її основі лежить так званий принцип невизначеності Гейзенберга. Внаслідок орбіти Бора виявилися не точними траєкторіями електрона, а місцями його найбільш вірогідного виявлення в атомі. Згідно з ідеєю корпускулярно-хвильового дуалізму, уперше висловленою Луї де Бройлем, субатомние частинки можна описувати так само, як і світло, в тому значенні, що в одних випадках для цього доцільно користуватися поняттям «частинка», а в інших - «хвиля». Так, «пучок» електронів поводиться як сукупність частинок в катодних променях, але як сукупність хвиль в електронному мікроскопі. Однак, з точки зору хімії, уявлення про атом, як про найдрібнішу частинку матерії, що бере участь в хімічних реакціях, як і раніше залишається найбільш зручним.

2. Атомна енергетика.

Ядерна енергія грає виняткову роль в сучасному світі: ядерна зброя впливає на політику, воно нависло загрозою над всім, мешкаючим на Землі. А поки людство прагне вгамувати свої безперервно зростаючі потреби в енергії шляхом безмежного розвитку ядерної енергетики, радіоактивні відходи забруднюють нашу планету. Насправді життя на Землі завжди залежало від ядерної енергії: ядерний синтез живить енергією Сонце, радіоактивні процеси в надрах Землі нагрівають її рідке ядро впливають на рухливість материкових плит. Ядерна енергія виділяється, по-перше, при радіоактивному розпаді і діленні атомного ядра, а по-друге, з процесі синтезу - злиття легких ядер в більш важкі.

2.1. Радіоактивність - її відкриття і природа.

Радіоактивність була відкрита Антуаном Беккерелем (1852 - 1908). Після отримання радію стало ясно, що радіоактивний процес супроводиться виділенням величезної кількості енергії. Розпад радію відбувається в декілька стадій, при цьому виділяється в 2*105раз більше енергії, ніж при згорянні такої ж маси вугілля. Ядро атома має діаметр порядку 10-12сантиметров і складається з протонів (позитивно заряджених частинок) і нейтронів (нейтральних частинок з масою, майже рівній масі протона). Тільки ядро водня складається лише з одного-єдиного протона (і не містить нейтронів). Більшість елементів являє собою суміш ізотопів, ядра яких розрізнюються числом нейтронів.

2.2. Отримання ядерної енергії.

Отримання ядерної енергії у великих кількостях уперше було досягнуте в ланцюговій реакції ділення ядер урану. Коли ізотоп уран-235 поглинає нейтрон, ядро урану розпадається на дві частини і при цьому вилітають два - три нейтрони. Якщо з числа нейтронів, що утворюються після кожного акту ділення, в наступному бере участь в середньому більше за один нейтрон, то процес експонентно наростає, приводячи до некерованої ланцюгової реакції.

Для перетворення ядерної енергії в електричну цей процес необхідно вповільнити і зробити керованим; тоді його можна використати для отримання тепла, яке потім перетворюється в електрику. Ядерний реактор - це свого роду «печка». Імовірність ділення ядра урану-235 велика, якщо останній рухається порівняно повільно (з швидкістю біля 2 км/з). Для уповільнення нейтронів в ядерний реактор вміщують спеціальні матеріали, звані уповільнювачами.

2.3. Ядерні реактори: класифікація.

Ядерні реактори можна класифікувати по типу вживаних в них уповільнювачів: реактори на графіті, на воді і на важкій воді. Важкої називається вода, в якій звичайний водень замінений його важким ізотопом - дейтерієм. Важка вода поглинає значно більше електронів, ніж звичайна.

Для підтримки ланцюгової реакції необхідна певна кількість речовини, що ділиться. Якщо в реакторі втрачається внаслідок поглинання або випущення більше нейтронів, ніж виникає, то реакція не буде самоподдерживающейся. Якщо ж, навпаки, нейтронів виникає більше, ніж втрачається, то реакція стає самоподдерживающейся і наростаючої. Мінімальна кількість речовини, що забезпечує самоподдерживающееся протікання реакції, називаетсякритической масою. Для нормальної роботи ядерного реактора потік нейтронів повинен підтримуватися постійним на необхідному рівні. Режим роботи реактора регулюють, всуваючи і висуваючи стержні з поглинаючого матеріалу.

2.4. Термоядерна енергія - основа енергетики майбутнього.

Перша половина 20 віку завершилася найбільшою перемогою науки - технічним рішенням задачі використання величезних запасів енергії важких атомних ядер - урану і торію. Цього вигляду палива, що спалюється в атомних казанах, не так уже багато в земній корі. Якщо всю енергетику земної кулі перекласти на нього, то за сучасних темпів зростання споживання енергії урану і торію хватити лише на 100 - 200 років. За цей же термін вичерпаються запаси вугілля і нафти.

Друга половина 20 віку буде віком термоядерної енергії. У термоядерних реакціях відбувається виділення енергії в процесі перетворення водня в гелій. Швидко протікаючі термоядерні реакції здійснюються, як говорилося вище, у водневих бомбах. Зараз перед наукою стоїть задача здійснення термоядерної реакції не у вигляді вибуху, а в формі керованого, спокійно протікаючого процесу. Рішення цієї задачі дасть можливість використати величезні запаси водня на Землі як ядерне паливо.

У термоядерних реакторах, безумовно, буде використовуватися не звичайний, а важкий водень. Внаслідок використання водня з атомною вагою, відмінною від того, що найчастіше зустрічається в природі, вдасться отримати ситуацію, при якій літр звичайної води по енергії виявиться рівноцінний приблизно 400 літрам нафти. Елементарні розрахунки показують, що дейтерія (різновид водня, який буде використовуватися в подібних реакціях) хватити на землі на сотні років при самому бурхливому розвитку енергетики, внаслідок чого проблема турботи про паливо відпаде практично назавжди.

3. Атомна зброя.

Атомна зброя - саме могутня зброя на сьогоднішній день, що знаходиться на озброєнні п'яти стран-сверхдежав: Росії, США, Великобританії, Франції і Китаю. Існує також ряд держав, які ведуть більш-менш успішні розробки атомної зброї, однак їх дослідження або не закінчені, або ці країни не володіють необхідними коштами доставки зброї до мети, що робить його безглуздим. Індія, Пакистан, Північна Корея, Ірак, Іран мають розробки ядерної зброї на різних рівнях, ФРН, Ізраїль, ПАРИ і Японія теоретично володіють необхідними потужностями для створення ядерної зброї в порівняно короткі терміни.

Важко переоцінити роль ядерної зброї. З одного боку, цей могутній засіб страхання, з іншою - самий ефективний інструмент зміцнення світу і запобігання військовому конфліктами між державами, які володіють цією зброєю. З моменту першого застосування атомної бомби в Хиросиме пройшло 52 року. Світова спільнота близько підійшла до усвідомлення того, що ядерна війна неминуче приведе до глобальної екологічної катастрофи, яка зробить подальше існування людства неможливим. Протягом багатьох років створювалися правові механізми, покликані розрядити напруженість і ослабити протистояння між ядерними державами. Так наприклад, була підписана безліч договорів про скорочення ядерного потенціалу держав, була підписана Конвенція про Нерозповсюдження Ядерної Зброї, по якій країни-володаря зобов'язалися не передавати технології виробництва цієї зброї іншим країнам, а країни, що не мають ядерної зброї, зобов'язалися не робити кроків для його розробки; нарешті, зовсім недавно сверхдержави домовилися про повну заборону ядерних випробувань. Очевидно, що ядерна зброя є найважливішим інструментом, який став регулюючим символом цілої епохи в історії міжнародних відносин і в історії людства.

3.1. Сучасні атомні бомби і снаряди.

У залежності від потужності атомного заряду атомні бомби, снаряди ділять на калібри: малий, середній і великий. Щоб отримати енергію, рівну енергії вибуху атомної бомби малого калібру, треба висадити декілька тисяч тонн тротилу. Тротиловий еквівалент атомної бомби середнього калібру складає десятки тисяч, а бомби великого калібру - сотні тисяч тонн тротилу. Ще більшою потужністю може володіти термоядерна (водневе) зброя, його тротиловий еквівалент може досягати мільйонів і навіть десятків мільйонів тонн.

Атомні бомби, тротиловий еквівалент яких рівний 1- 50 тис. т, відносять до класу тактичних атомних бомб і призначають для рішення оперативно-тактичних задач. До тактичної зброї відносять також артилерійські снаряди з атомним зарядом потужність 10 - 15 тис. т. і атомні заряди (потужністю біля 5 - 20 тис. т) для зенітних керованих снарядів і снарядів, що використовуються для озброєння винищувачів. Атомні і водневі бомби потужністю понад 50 тис. т відносять до класу стратегічної зброї.

Треба відмітити, що подібна класифікація атомної зброї є лише умовною, оскільки насправді наслідок застосування тактичної атомної зброї можуть бути не меншими, ніж ті, які випробувало на собі населення Хиросими і Нагасакі, а навіть великими.

Зараз очевидно, що вибух тільки однієї водневої бомби здатний викликати такі важкі наслідки на величезних територіях, яких не несли з собою десятки тисяч снарядів і бомб, що застосовувалися в минулих світових війнах. А декількох водневих бомб цілком досить, щоб перетворити в зону пустелі величезні території.

Ядерна зброя поділяється на 2 основних типу: атомне і водневе (термоядерне). У атомній зброї виділення енергії відбувається за рахунок реакції ділення ядер атомів важких елементів урану або плутонія. У водневій зброї енергія виділяється внаслідок утворення (або синтезу) ядер атомів гелію з атомів водня. Види термоядерної зброї будуть розглянуті нижче.

3.2. Сучасна термоядерна зброя.

Сучасна термоядерна зброя відноситься до стратегічної зброї, яка може застосовуватися авіацією для руйнування в тилу противника найважливіших промислових, військових об'єктів, великих міст як цивилизационних центрів. Найбільш відомим типом термоядерної зброї є термоядерні (водневі) бомби, які можуть доставлятися до мети літаками. Термоядерними зарядами можуть начинятися також бойові частини ракет різного призначення, в тому числі міжконтинентальних балістичних ракет. Уперше подібна ракета була перевірена в СРСР ще в 1957 році, в цей час на озброєння Ракетних Військ Стратегічного Призначення складаються ракети декількох типів, що базуються на мобільних пускових установках, в шахтних пускових установках, на підводних човнах.

У основі дії термоядерної зброї лежить використання термоядерної реакції з воднем або його з'єднаннями. У цих реакціях, що протікають при надвисоких температурах і тиску, енергія виділяється за рахунок утворення ядер гелію з ядер водня, або з ядер водня і літію. Для утворення гелію використовується, в основному, важкий водень - дейтерій, ядра якого мають незвичайну структуру - один протон і один нейтрон. При нагріванні дейтерія до температур в декілька десятків мільйонів градусів його атому втрачають свої електронні оболонки при перших же зіткненнях з іншими атомами. Внаслідок цього середа виявляється що складається лише з протонів і рухомої незалежно від них електронів. Швидкість теплового руху частинок досягає таких величин, що ядра дейтерія можуть зближуватися і завдяки дії могутніх ядерних сил сполучатися один з одним, утворюючи ядра гелію. Результатом цього процесу і стає виділення енергії.

Принципова схема водневої бомби така. Дейтерій і тритій в рідкому стані вміщуються в резервуар з теплонепроникною оболонкою, яка служить для тривалого збереження дейтерія і тритія в сильно охолодженому стані (для підтримки з рідинного агрегатного стану). Теплонепроникна оболонка може містити 3 шари, що складаються з твердого сплаву, твердої вуглекислоти і рідкого азоту. Поблизу резервуара з ізотопами водня вміщується атомний заряд. При підриві атомного заряду ізотопи водня нагріваються до високих температур, створюються умови для протікання термоядерної реакції і вибуху водневої бомби. Однак, в процесі створення водневих бомб було встановлено, що непрактично використати ізотопи водня, оскільки в такому випадку бомба придбаває дуже велику вагу (більше за 60 т.), через що не можна було і думати про використання таких зарядів на стратегічних бомбардувальниках, а уже тим більше в балістичних ракетах будь-якої дальності. Другою проблемою, з якою зіткнулися розробники водневої бомби була радіоактивність тритія, яка унеможливлювала його тривале зберігання.

У ході дослідження 2 вищепоказані проблеми були вирішені. Рідкі ізотопи водня були замінені твердою хімічною сполукою дейтерія з літієм-6. Це дозволило значно зменшити розміри і вагу водневої бомби. Крім того, гідрид літію був використаний замість тритія, що дозволило розміщувати термоядерні заряди на винищувачах бомбардувальниках і балістичних ракетах.

Створення водневої бомби не стало кінцем розвитку термоядерної зброї, з'являлися всі нові і нові його зразки, була створена воднево-уранова бомба, а також деякі її різновиди - надпотужні і, навпаки, малокаліберні бомби. Останнім етапом вдосконалення термоядерної зброї стало створення так званої «чистої» водневої бомби, яка буде описана нижче.

3.3. Чиста воднева бомба.

Перші розробки цієї модифікації термоядерної бомби з'явилися ще в 1957 році, на хвилі пропагандистських заяв США про створення деякої «гуманної» термоядерної зброї, яке не несе стільки шкоди для майбутніх поколінь, скільки звичайна термоядерна бомба. У претензіях на «гуманність» була частка істини. Хоч руйнівна сила бомби не була меншою, в той же час вона могла бути висаджена так, щоб не розповсюджувався стронцій-90, який при звичайному водневому вибуху протягом тривалого часу труїмо земну атмосферу. Все, що знаходиться в радіусі дії подібної бомби, буде знищене, однак небезпека для живих організмів, які видалені від вибуху, а також для майбутніх поколінь, поменшає.

Однак дані твердження були спростовані вченими, які нагадали, що при вибухах атомних або водневих бомб утвориться велика кількість радіоактивного пилу, який підіймається могутнім потоком повітря на висоту до 30 км, а потім поступово осідає на землю на великій площі, заражаючи її. Дослідження, проведені вченими, показують, що знадобиться від 4 до 7 років, щоб половина цього пилу випала на землю.

4. Атом і екологія.

Довгий час існувала загроза нанесення великої шкоди екології нашої планети за рахунок викиду радіоактивних речовин при ядерних випробуваннях (головним чином при атмосферних) випробуваннях. Необхідно враховувати, що кількість речовин, що утворюються при вибуху, залежить від калібру бомби. Встановлено, що радіоактивне зараження в основному визначається «уламками» поділу ядер речовини, що становить заряд бомб - урану або плутонія. У сучасних водневих бомб, працюючих по схемі: розщеплення - ядерне з'єднання - розщеплення, утвориться безліч т. н. «уламків» поділу. Частина з них виникає при вибуху атомного детонатора і велика частина - при розщепленні уранової оболонки. У результаті деяка кількість радіоактивних речовин утвориться в землі, воді і навколишніх предметах.

Кількість радіоактивних речовин, що випадають на землю, залежить і від вигляду вибуху - повітряний, наземний, підводний, підземний (в двох останніх випадках забруднення землі мінімальне). Само собою зрозуміло, що ні про який вплив на випадання радіоактивних елементів на землю при космічних вибухах говорити не доводиться. Найбільша кількість радіоактивних речовин випадає при наземному вибуху, особливо в районі вибуху. Метеоусловия грають також важливу роль: Китай в свій час проводив наземні і атмосферні ядерні випробування в безпосередній близькості від межі з СРСР (Киргизією) в ті моменти, коли вітер мав напрям у бік СРСР. Таким чином, хмари радіоактивного пилу відносилися вітром вглиб нашої території, і пил, що випадав з них розсіювався вже на ній.

З всіх радіоактивних речовин, що випадали на землю, найбільш небезпечним був стронцій-90, період напіврозпаду якого рівний 25 рокам. Попадаючи всередину організму людини або тварин у вигляді пилу, стронцій, подібно кальцію, отлагается в кісткових тканинах, що в наслідок приводить до появи пухлин різних типів і тягаря.

У зв'язку з цим важко переоцінити роль договору про заборону ядерних випробувань в трьох сферах (на землі, під водою і в космосі), підписаної держававами-володарями ядерної зброї. Зовсім недавно, після того як Франція закінчила свої випробування на атолі Морророа в Тихому океані, все 5 зверх держав, що володіють ядерною зброєю, заявили про повне припинення ядерних випробувань. Це було досягнуте значною мірою завдяки усвідомленню тієї страшної загрози, яку несе в собі продовження випробувань ядерної зброї, а також завдяки створенню технологій комп'ютерного моделювання ядерних вибухів.