я: Деление ядра


Типичное распределение масс осколков деления. График представлен для урана-235.
Э. Ферми после открытия нейтрона провёл серию экспериментов, в которых различные ядра бомбардировались этими новыми частицами. В этих экспериментах обнаружено, что нейтроны низкой энергии часто поглощаются ядром с испусканием фотона (так называемый радиативный захват нейтрона).

Чтобы исследовать эту реакцию, эксперимент систематически повторялся для всех элементов периодической таблицы. В результате были обнаружены новые радиоактивные изотопы элементов, служивших мишенями. Однако при облучении урана был обнаружен ряд других, лёгких элементов. Лиза Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрассман смогли это объяснить, предположив, что ядро ??урана при захвате нейтрона разделится на две примерно равные массы. Действительно, в продуктах реакции был обнаружен барий с атомной массой около половины массы урана. Позже было обнаружено, что это деление происходило не во всех изотопах урана, но только в 235U. А ещё позже стало известно, что это деление может привести к множеству различных элементов, распределение которых по массе напоминает двойной горб верблюда.



Схема деления 235U. Низкоскоростной (тепловой) нейтрон, захваченный ядром урана, дестабилизирует его, и оно делится на две части, а также испускает 2-3 (в среднем 2,5) нейтрона деления.
При делении урана тепловым нейтроном возникает не только два более лёгких ядра (осколка деления), но также излучаются 2 и

Энергия, выделяющаяся при делении каждого ядра 235U, составляет в среднем около 200 МэВ. Минералы, используемые для добычи урана, содержат, как правило, около 1 г на кг урановой руды (настуран, например). Поскольку изотопное содержание 235U в природном уране всего 0,7%, получаем, что на каждый килограмм добытой руды будет приходиться 1,8·1019 атомов 235U. Если все эти атомы 235U из 1 грамма урана поделятся, то выделится 3,6·1027 эВ = 5,8·108 Дж энергии. Для сравнения, при сжигании 1 кг угля наилучшего качества (антрацит) выделяется энергия около 4·107 Дж энергии, то есть для получения ядерной энергии, содержащейся в 1 кг природного урана, необходимо сжечь более 10 тонн антрацита.

Появление 2,5 нейтронов на акт деления позволяет осуществить цепную реакцию, если из этих 2,5 нейтронов как минимум один сможет произвести новое деление ядра урана. Обычно испускаемые нейтроны не делят ядра урана сразу же, но сначала должны быть замедлены до тепловых скоростей (2200 м/с при T=300 K). Замедление достигается наиболее эффективно с помощью окружающих атомов другого элемента с малым A, например водорода, углерода и т.п. материала, называемого замедлителем.

Некоторые другие ядра также могут делиться

Известны экзотермические ядерные реакции, высвобождающие ядерную энергию.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония, реже других тяжёлых ядер (уран-238, торий-232). Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.

Другим способом высвобождения ядерной энергии является термоядерный синтез. При этом два ядра лёгких элементов соединяются в одно тяжёлое. В природе такие процессы происходят на Солнце и в других звёздах, являясь основным источником их энергии.

Многие атомные ядра являются неустойчивыми. С течением времени часть таких ядер самопроизвольно превращаются в другие ядра, высвобождая энергию. Такое явление называют радиоактивным распадом.

деления считается наиболее перспективной в ближайшие десятилетия. На атомных электрических станциях ядерная энергия используется для получения тепла, используемого для выработки электроэнергии и отопления. Ядерные силовые установки решили проблему судов с неограниченным районом плавания (атомные ледоколы, атомные подводные лодки, атомные авианосцы).

Энергия деления ядер урана или плутония применяется в ядерном и термоядерном оружии (как пускатель термоядерной реакции и как источник дополнительной энергии при делении ядер нейтронами, возникающими в термоядерных реакциях).

Существовали экспериментальные ядерные ракетные двигатели, но испытывались они исключительно на Земле и в контролируемых условиях, по причине опасности радиоактивного загрязнения в случае аварии.

Энергия, выделяемая при радиоактивном распаде, используется в долгоживущих источниках тепла и бета-гальванических элементах. Автоматические межпланетные станции типа «Пионер» и «Вояджер», а также марсоходы и другие межпланетные миссии используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Изотопный источник тепла использовали советские лунные миссии «Луноход-1» и «Луноход-2».

Предназначался для изучения особенностей лунной поверхности, радиоактивного и рентгеновского космического излучения на Луне, химического состава и свойств грунта.

Масса планетохода составила 756 кг, длина с открытой солнечной батареей — 4,42 м, ширина — 2,15 м, высота — 1,92 м. Диаметр колёс — 510 мм, ширина — 200 мм, колёсная база — 1700 мм, ширина колеи — 1600 мм.

Доставлен на поверхность Луны 17 ноября 1970 года советской межпланетной станцией «Луна-17» и проработал на её поверхности до 14 сентября 1971 года (в этот день был проведён последний успешный сеанс связи с аппаратом).

Автоматическая межпланетная станция «Луна-17» с «Луноходом-1» стартовала 10 ноября 1970 года, и 15 ноября «Луна-17» вышла на орбиту искусственного спутника Луны.

17 ноября 1970 года станция благополучно прилунилась в Море Дождей, и «Луноход-1» съехал на лунный грунт.

В течение первых трёх месяцев запланированной работы помимо изучения поверхности аппарат выполнял ещё и прикладную программу, в ходе которой отрабатывал поиск района посадки лунной кабины. После выполнения программы луноход проработал на Луне в три раза больше своего первоначально рассчитанного ресурса (3 месяца). За время нахождения на поверхности Луны «Луноход-1» проехал 10 540 м, обследовав площадь в 80 000 м2, передал на Землю 211 лунных панорам[1] и 25 тысяч фотографий. Максимальная скорость движения составила 2 км/час. Суммарная длительность активного существования Лунохода составила 301 сутки 06 ч 37 мин. За 157 сеансов с Землёй было выдано 24 820 радиокоманд. Прибор оценки проходимости отработал 537 циклов определения физико-механических свойств поверхностного слоя лунного грунта, в 25 точках проведён его химический анализ[2].

15 сентября 1971 года температура внутри герметичного контейнера лунохода стала падать, так как исчерпался ресурс изотопного источника тепла. 30 сентября аппарат на связь не вышел, и 4 октября все попытки войти с ним в контакт были прекращены.

На «Луноходе-1» был установлен уголковый отражатель, с помощью которого ставились эксперименты по точному определению расстояния до Луны. Отражатель «Лунохода-1» в первые полтора года работы обеспечил порядка 20 наблюдений (первое — 5 декабря 1970 г.), но затем его точное положение утерялось. В марте 2010 года «Луноход-1» был обнаружен исследователями на снимках LRO[3][4]. 22 апреля 2010 года группа американских учёных из университета Калифорнии в Сан-Диего под руководством Тома Мерфи сообщили, что смогли впервые с 1971 года получить отражение лазерного луча от отражателя «Лунохода-1»[5][6][7]. Положение «Лунохода-1» на поверхности Луны: Широта: 38,31870°,Долгота: ?35.00374°.

mall Pressurized Rover представляет собой небольшой вездеход с 6 ведущими колёсными осями. Аппарат работает от аккумуляторов, позволяющих в условиях лунной гравитации и поверхности развивать ему скорость до 10 км/час. В герметичной кабине устроены места для двух астронавтов и небольшой отсек для грузов. Расчётная автономность: до 2 недель или 1000 км.

Расположенная на мысе Канаверал в штате Флорида, база является главной стартовой площадкой Восточного ракетного полигона (Eastern Range)[3] с четырьмя ныне активными стартовыми столами. Сооружения находятся к югу-юговостоку от Космического центра Кеннеди (НАСА) на прилегающем острове Мерритт Айленд (Merritt Island), с двумя связанными мостами и дамбами. Аэропорт Cape Canaveral Air Force Station Skid Strip имеет взлётно-посадочную полосу длиной 10’000 футов (3,048 км)[4] вблизи стартовых комплексов для воздушной доставки тяжёлых и негабаритных полезных грузов.

Несколько крупных американских космических исследований впервые осуществлялись с мыса Канаверал, включая:

Первый американский спутник Земли «Эксплорер-1» в 1958 году;
Первый американский астронавт по программе «Меркурий-3» (англ. Mercury-Redstone 3) в 1961 году;
Первый орбитальный полёт астронавта США по программе «Меркурий-6» (англ. Mercury-Atlas 6) в 1962 году;
Первый американский экипаж из двух человек «Джемини-3» в 1964 году;
Первая американская АМС совершившая мягкую посадку на поверхность Луны «Сервейер-1»;
Первый американский экипаж из трёх человек «Аполлон-7» в 1968 году;
Автоматические межпланетные станции для исследования планет Солнечной Системы в 1962—1977 гг.
Первый зонд на орбите Марса «Маринер-9» в 1971 году;
Первый марсоход по программе «Марс Пасфайндер» в 1996 году.

Территория базы стала использоваться правительством США с 1949 года, с того момента как президент Гарри Трумэн основал Объединенный Полигон Дальнего Действия (англ. Joint Long Range Proving Ground) на мысе Канаверал для испытания ракет. Расположение полигона было одним из наиболее пригодных в США для этой цели, поскольку позволяло запускать ракеты через Атлантический океан. Поскольку полигон находился ближе к экватору, чем значительная часть территории США, это позволяло ракетам развить более высокую скорость за счёт вращения Земли.

1 июня 1948 г. военно-морские силы США передали бывшую военно-морскую станцию «Банана Ривер» (Naval Air Station Banana River) военно-воздушным силам США. База была переименована из Joint Long Range Proving Ground (JLRPG) 10 июня 1949 года. 1 октября 1949 г. база Joint Long Range Proving Ground была передана от команды авиационной техники (Air Force Materiel Command) подразделению ВВС Joint Long Range Proving Ground. 17 мая 1950 г. база была переименована в Long Range Proving Ground, а через три месяца — в авиабазу Патрик (Patrick Air Force Base) в честь генерал-майора Мейсона Патрика (Mason Patrick).[7] В 1951 г. ВВС США основали центр испытания ракет Eastern Test Range.

Ранние американские суборбитальные запуски ракет выполнялись с Мыса Канаверал с 1956 года.[8]

Эти полеты производились вскоре после некоторых суборбитальных полетов на White Sands Missile Range, например, Викинг-11 (Viking 11) 24 мая 1954 г.[9]

Вслед за успешным запуском в СССР Спутника 1, США произвели неудавшуюся попытку своего первого запуска искусственного спутника с мыса Канаверал 6 декабря 1957 г. Однако, ракета-носитель Авангард TV3 (Vanguard TV3) взорвалась на стартовой площадке.

НАСА было основано в 1958 году, и военно-воздушные силы запускали ракеты для НАСА с мыса Канаверал. Все ракеты Редстоун (Redstone), Юпитер (PGM-19 Jupiter), Першинг-1А (MGM-31 Pershing), Поларис (Polaris), Тор (Thor), Атлас (Atlas), Титан (Titan) и Минитмен (LGM-30 Minuteman) были испытаны с этой площадки. Ракета Тор стала основой для ракеты-носителя Дельта (Delta), при помощи которой был запущен спутник Телстар (Telstar 1) в июле 1962 г.

Ряд площадок для запуска ракет Титан (Titan) (LC-15, LC-16, LC-19, LC-20) и Атлас (Atlas) (LC-11, LC-12, LC-13, LC-14) стал известен как «Ракетный ряд» (Missile Row) в 1960-е гг.

ВВС решили расширить возможности ракет-носителей Titan для возможности подъема тяжелых грузов. ВВС были построены стартовые комплексы LC-40 и LC-41, чтобы запускать ракеты Титан-3 (Titan III) и Титан-4 (Titan IV) южнее космического центра Кеннеди. Титан-3 имеет примерно такую же грузоподъемность, как Сатурн-1Б (Saturn IB), со значительной экономией средств. Пусковые комплексы LC-40 и LC-41 использовались для запуска военно-разведывательных, коммуникационных и метеорологических спутников и планетарных миссий НАСА. ВВС также планировали запустить два пилотируемых космических проекта с площадок LC-40 и LC-41. Это пилотируемые орбитальные ракетные самолёты Дайна-Сор (X-20 Dyna Soar) (программа отменена в 1963) и пилотируемая орбитальная лаборатория (Manned Orbital Laboratory, MOL) ВВС США — пилотируемая разведывательная космическая станция (программа отменена в 1969).

В 1974—1977 годах мощные носители Титан-Центавр стали новыми носителями тяжелых грузов для НАСА. С их помощью были произведены запуски космических аппаратов серий «Викинг» и «Вояджер» из стартового комплекса LC-41. Позднее комплекс LC-41 стал площадкой для запуска самых мощных беспилотных американских ракет, разработанных ВВС США — Титан-4 (Titan IV).