تكميم للطاقة الإلكترون في الذرة. وهناك طريقة لإنتاج الطاقة في المفاعل بواسطة النيوترونات البطيئة

هذا المقال يتحدث عن ما تكميم الطاقة وأهمية هذه الظاهرة هو العلم الحديث. فإنه يدل على تاريخ اكتشاف التحوط من الطاقة، وأظهرت أيضا نطاق الذرات الكم.

نهاية الفيزياء

في أواخر القرن التاسع عشر، والمعضلة التي تواجه العلماء: مستوى القائم آنذاك التكنولوجيا، تم اكتشاف جميع القوانين الممكنة للفيزياء، وصفت ودراستها. الطلاب الذين لديهم قدرات متطورة في مجال العلوم، ونصح المعلم عدم اختيار الفيزياء. إنهم يعتقدون أن تمجد أنه لم يعد ممكنا، لم يكن هناك سوى العمل الروتيني لدراسة التفاصيل الصغيرة الصغيرة. فمن رجل دقيق أكثر ملاءمة، وليس موهوبا. ومع ذلك، فإن الصورة التي هي أكثر تسلية أعطى اكتشاف مناسبة للتفكير. بدأ كل شيء مع التناقضات البسيطة. للبدء، تبين أن الضوء ليست صلبة جدا: في ظروف معينة، وحرق الهيدروجين يقم على رقم لوحة من خطوط بدلا من نقطة واحدة فقط. وعلاوة على ذلك، فقد تبين أن أطياف الهليوم زيارتها المزيد من خطوط من أطياف الهيدروجين. ثم اكتشف أنه درب من نجم واحد يختلف عن الآخرين. وفضول محض إرغام الباحثين يدويا وضع تجربة واحدة تلو الأخرى بحثا عن أجوبة على الأسئلة. على الاستخدام التجاري للاكتشافاتهم أنها لم أفكر في.

بلانك والكم

لحسن الحظ بالنسبة لنا، ورافق هذا الاختراق في الفيزياء من خلال تطوير الرياضيات. لأن تفسير ما يحدث تنسجم مع صيغة معقدة بشكل لا يصدق. في عام 1900، مكس بلانك، والعمل على نظرية إشعاع الجسم الأسود تماما، وجدت أن الطاقة هي الكم. تخبرنا بإيجاز عن معنى هذا البيان هو بسيط جدا. أي الجسيمات الأولية يمكن أن يكون إلا في بعض الظروف الخاصة. إذا تسبب نموذج الخام، والعداد قد تظهر مثل هذه الدول من 1، 3، 8، 13، 29، 138. جميع القيم الأخرى لا تتوفر بينهما. وأسباب ذلك فإننا سوف تكشف في وقت لاحق. ومع ذلك، إذا كنت يغوص في قصة هذا الاكتشاف، ومن الجدير بالذكر أن العالم يعتبر تكميم الطاقة في نهاية الحياة ليست سوى خدعة رياضية مريحة، وليس وهبت مع شعور جسدي خطير.

موجة والوزن

كانت بداية القرن العشرين تعج الاكتشافات المتعلقة بالعالم من الجسيمات الأولية. ولكن السر الأكبر هو المفارقة التالية: في بعض الحالات، والجسيمات تتصرف مثل الكائنات مع كتلة (وبالتالي الزخم)، وبعض - مثل موجة. بعد خلافات طويلة ومستمرة قد حان لاستنتاج اردا: الإلكترونات، البروتونات والنيوترونات لها هذه الخصائص في وقت واحد. وهذا ما يسمى ظاهرة ازدواجية موجة-جسيم (في كلام العلماء الروس قبل مائتي سنة كرية تسمى الجسيمات). وهكذا، الإلكترون هو كتلة معينة، حيث تم طخت في موجة من تردد معين. الإلكترونية التي تدور حول نواة الذرة، يفرض بلا حدود موجات على بعضها البعض. ونتيجة لذلك، إلا في مسافات معينة من المركز (التي تعتمد على الطول الموجي)، تدور موجة الإلكترون، لا يلغي بعضها البعض. يحدث هذا عندما لفرض "الرأس" من موجة الإلكترون عن دورتها أعلى مستوى "ذيل" يتزامن مع الحدود القصوى والدنيا - الدنيا. وهذا ما يفسر تكميم الطاقة للذرة، وهذا هو، وجود مدارات محددة جيدا والتي يمكن أن توجد الإلكترون.

nanokon كروية في الخلاء

ومع ذلك، نظم الحقيقية هي معقدة بشكل لا يصدق. طاعة منطق المذكورة أعلاه يمكن أن يفهم كذلك نظام مدارات الإلكترونات في الهيدروجين والهيليوم. ومع ذلك، من ثم على الحاجة بدلا العمليات الحسابية المعقدة. لمعرفة كيفية فهم الطلاب الحديث يتعلم الطاقة تكميم للجسيمات في البئر المحتملين. للبدء، واختيار النموذج الأمثل للحفرة ونموذج إلكترون واحد. لحل هذه معادلة شرودنغر هي مستويات الطاقة التي الإلكترون يمكن أن يكون. بعد أن علمت أن نبحث عن التبعيات، وإدخال المزيد من المتغيرات: عرض وعمق البئر، والطاقة وتردد الإلكترون يفقد الوضوح لها، مضيفا المعادلات التعقيد. يتم تغيير شكل مزيد من حفرة (على سبيل المثال، يصبح مربع أو مسننة الشخصي، حواف تفقد تناظرها)، يؤخذ الجسيمات الأولية افتراضية مع الخصائص المرغوبة. وبعد ذلك فقط تعلم كيفية حل المشاكل التي يبدو أن تكميم الطاقة اشعاعا من ذرات الحقيقية وحتى أنظمة أكثر تعقيدا.

زخم الاندفاع

ومع ذلك، فإن مستوى الطاقة، على سبيل المثال، الإلكترون - هو أكثر أو أقل وضوحا القيمة. قبل كل شيء، بطريقة أو بأخرى، ولكن يبدو أن ارتفاع الطاقة من بطارية التدفئة المركزية، وارتفاع درجة الحرارة في الشقة. وفقا لذلك، وتكميم الطاقة لا يزال من الممكن أن نتخيل العقل. وهناك أيضا المفاهيم في الفيزياء أن يكون له معنى من الصعب بشكل حدسي. الزخم هو نتاج السرعة الكلية للأرض (ولا ننسى أن سرعة وزخم على حد سواء - حجم ناقلات، أي مستقلة عن اتجاه). ومن المقرر أن الدافع من الواضح أن متوسط قيمة تحلق ببطء الحجر مجرد ترك كدمة، إذا وقعت في رجل، بعد ذلك رصاصة صغيرة، أطلقت بسرعة عالية، ويكسر من خلال الجسم. في نفس نبض الصغيرة - وهذا هو مثل هذه الكمية التي تتميز بها العلاقة بين الجسيمات مع الفضاء المحيط، وكذلك التنقل ممتلكاتها والتفاعل مع جزيئات أخرى. هذا الأخير هو تعتمد اعتمادا مباشرا على الطاقة. وبالتالي، يصبح من الواضح أن تكميم الطاقة والزخم الجسيم أن تكون مترابطة. وعلاوة على ذلك، ح ثابتة، مما يدل على أدنى جزء ممكن من هذه الظاهرة الفيزيائية ويظهر القيم المنفصلة الواردة في الصيغة والطاقة وزخم الجسيمات في nanoworld. ولكن هناك مفهوم حتى أكثر بعدا من الوعي بديهية - الزخم. وهو يشير إلى الهيئات الدورية ويعني ما كتلة والسرعة الزاوية الدورية. يذكر، أن السرعة الزاوية تشير إلى حجم الدوران في وحدة الزمن. الزخم الزاوي هي أيضا قادرة على تقديم تقرير طريقة تخصيص مادة الجسم الدورية: كائنات مع نفس الكتلة ولكن تتركز حول محور الدوران أو على هامش سوف يكون الزخم الزاوي مختلفة. كما قارئ ربما خمنت بالفعل، في العالم الذري هو تكميم الطاقة من الزخم الزاوي.

الكم والليزر

تأثير افتتاح الطاقة المنفصلة وكميات أخرى واضحة. دراسة مفصلة للعالم ما هي إلا بفضل الكم. الأساليب الحديثة في دراسة المواد، واستخدام مواد مختلفة، وحتى العلم لخلق لهم - امتدادا طبيعيا لفهم ما تكميم الطاقة. مبدأ التشغيل واستخدام الليزر - ليست استثناء. عموما، ليزر يتكون من ثلاثة عناصر أساسية هي: وسائل العمل، ومرآة مضخة العاكس. يتم اختيار وسائل العمل حتى لا يكون هناك وجود اثنين قريبة نسبيا من مستوى للإلكترونات. أهم معيار لهذه المستويات هو عمر الإلكترونات عليها. وهذا هو القدر الإلكترون قادر على البقاء على قيد الحياة في دولة معينة قبل الذهاب إلى موقف أقل ومستقر. من مستويين ينبغي أن تكون أكثر طويلة الأجل العلوي. ثم ضخ (في كثير من الأحيان - لمبة القياسية، وأحيانا - الأشعة تحت الحمراء) يعطي الإلكترونات لها ما يكفي من الطاقة لجميع من لهم جمعها على المستوى الأعلى من الطاقة والتي تراكمت هناك. وهذا ما يسمى مستويات انعكاس السكان. وعلاوة على ذلك، فإن بعض واحد يتحرك الإلكترون إلى حالة أقل وثابتة مع انبعاث الفوتون، مما تسبب في تعطل الإلكترونات أسفل. ميزة هذه العملية هو أن جميع الفوتونات وبالتالي حصلت لها نفس الطول الموجي ومتماسكة. ومع ذلك، وسائل العمل هو عادة ما تكون كبيرة بما فيه الكفاية، وأنها ولدت التدفقات الموجهة في اتجاهات مختلفة. دور المرآة العاكس لتصفية فقط تلك تيارات من الفوتونات، والتي لها نفس الاتجاه. ونتيجة لذلك، فإن الناتج هو حزمة كثيفة ضيقة من الموجات متماسكة من نفس الطول الموجي. في البداية، وهذا كان من الممكن التفكير فقط في مادة صلبة. كان أول ليزر ابول كما سائل العمل. الآن، وهناك الليزر بجميع أنواعها وأنواع - السوائل والغاز، وحتى التفاعلات الكيميائية. كما يمكن للقارئ أن يرى، لعبت الدور الرئيسي في هذه العملية من خلال امتصاص وانبعاث الضوء من الذرة. تكميم الطاقة في هذه الحالة ليست سوى أساس لوصف النظرية.

وعلى ضوء الإلكترون

يذكر أن انتقال الإلكترون في ذرة من مدار إلى آخر يرافقه إما انبعاث أو امتصاص الطاقة. ويبدو أن هذه الطاقة كما فوتون من الضوء، أو الفوتون. رسميا، الفوتون هو جسيم، بل على غيرهم من سكان nanoworld مختلفة. الفوتون لا يوجد لديه كتلة، ولكن لديها الزخم. وقال انه ثبت حتى الآن الروسي ليبيديف العالم في عام 1899، مما يدل بوضوح على الضغط من الضوء. الفوتون موجود فقط في الحركة وسرعتها هي سرعة الضوء. هذا هو أسرع ممكن في جسم عالمنا. سرعة الضوء (المشار إليها عادة ب "ج" صغيرة اللاتينية) حوالي ثلاثمائة ألف كيلومتر في الثانية الواحدة. على سبيل المثال، حجم مجرتنا (ليست كبيرة جدا على مستوى الفضاء) حوالي مائة ألف سنة ضوئية. وفي مواجهة هذه المسألة، الفوتون يعطيه قوته تماما، كما لو حل في هذا المجال. طاقة الفوتون، والتي يتم تحريرها أو امتصاصها في انتقال إلكترون من مدار إلى آخر وتعتمد على المسافة بين مداري. إذا كان صغيرا - تبرز الأشعة تحت الحمراء مع انخفاض الطاقة، إذا كان كبيرا - الحصول على الأشعة فوق البنفسجية.

الأشعة السينية وأشعة غاما

مجموعة الكهرومغناطيسي بعد الأشعة فوق البنفسجية ويتألف الإشعاع رونتجن وغاما. عموما هي وتتداخل لديهم الطول الموجي والتردد والطاقة في مجموعة واسعة إلى حد ما. وهذا هو، هناك فوتون الأشعة السينية مع الطول الموجي من 5 picometers وفوتون جاما من نفس الطول الموجي. وهي تختلف فقط في طريقة التحضير. يحدث رونتجن في وجود إلكترونات سريعة جدا، ويتم الحصول على أشعة غاما فقط في عمليات التفكك والتحام النوى. وتنقسم الأشعة X إلى معتدلة (مع مساعدة من الرئتين الإنسان شفافة والعظام)، والثابت (عادة ما يكون ضروريا فقط لأغراض صناعية أو البحث). إذا جدا تسارع بقوة الإلكترونات، ثم فجأة إبطاء لها (على سبيل المثال، إرسال الصلبة)، وسوف تشع فوتونات الأشعة السينية. في اصطدام هذه الإلكترونات مع جوهر ذرات الهدف، يتم سحب الإلكترونات الخروج من أقل قذيفة. الإلكترونات قذائف العليا تأخذ مكانها، والانتقال ينبعث منها أيضا الأشعة السينية.

تحدث أشعة جاما في حالات أخرى. نوى الذرات، على الرغم من أنها تتكون من العديد من الجسيمات الأولية، ويتميز أيضا بصغر الحجم، وبالتالي، فإنها تميل إلى تكميم الطاقة. الانتقال من نوى السعادة الدولة إلى أدنى، والحق، ويرافقه انبعاث أشعة غاما. أي انهيار رد فعل أو الاندماج النووي يحدث، بما في ذلك ظهور فوتونات أشعة غاما.

التفاعل النووي

أعلى قليلا، ذكرنا أن الأنوية الذرية هي أيضا تخضع لقوانين العالم الكوانتي. ولكن هناك مواد التي تحدث بشكل طبيعي مثل هذه النوى كبيرة، فإنها تصبح غير مستقرة. فإنها تميل إلى كسر في مكونات أصغر حجما وأكثر قوة. هذه، وقارئ وربما خمنت، هي، على سبيل المثال، البلوتونيوم واليورانيوم. عندما كوكبنا شكل من قرص من الكواكب الأولية، كان هناك كمية معينة من المواد المشعة. لأنها التهاوي مع مرور الوقت، تتحول إلى عناصر كيميائية أخرى. بعد أن نجا عدد من اليورانيوم nondecayed، وقيمته يمكن الحكم، على سبيل المثال، وعمر الأرض. للعناصر الكيميائية التي لها نشاط إشعاعي طبيعي، لا يوجد مثل سمة كوقت نصف العمر. هذه هي الفترة الزمنية التي سيتم النصف العدد المتبقي من ذرات من هذا النوع. نصف حياة البلوتونيوم، على سبيل المثال، هناك أربعة وعشرين ألف سنة. ومع ذلك، بالإضافة إلى النشاط الإشعاعي الطبيعي، وهناك أجبر أيضا. إذا قصف ألفا الجسيمات أو الضوء النيوترونات النوى الذرية الثقيلة، فإنها قضاء. في هذه الحالة هناك ثلاثة أنواع من الإشعاعات المؤينة: جسيمات ألفا وجسيمات بيتا وأشعة جاما. تحلل بيتا من النواة يؤدي إلى تغيير في وحدة تهمة. جسيمات ألفا تأخذ النواة اثنين من البوزيترونات. أشعة غاما لا يوجد لديه تهمة وليس لتسديدة المجال الكهرومغناطيسي، ولكن لديها أعلى قوة اختراق. يحدث تكميم الطاقة في جميع الحالات، النواة.

الحرب والسلام

أشعة الليزر، والأشعة السينية، ودراسة المواد الصلبة والنجوم - جميع التطبيقات السلمية للمعرفة حول الكميات. ومع ذلك، عالمنا مليء التهديدات، والجميع يريد حماية أنفسهم. يخدم العلم أغراض عسكرية أيضا. حتى على حارس وضع العالم محض ظاهرة النظرية كما تكميم الطاقة. معين منفصلة أي إشعاع، على سبيل المثال، شكلت أساسا للأسلحة النووية. وحدات قتالية بطبيعة الحال، تطبيقاتها المتراكمة - من المرجح القارئ يتذكر هيروشيما وناغازاكي. كل أسباب أخرى، اضغط على الزر الأحمر يعتز كان أكثر أو أقل السلمي. كما هو الحال دائما مسألة التلوث الإشعاعي للبيئة. على سبيل المثال، عمر نصف من البلوتونيوم المشار إليها أعلاه يجعل المشهد الذي يحصل على هذا العنصر غير صالحة للاستخدام لفترة طويلة جدا، عصر الجيولوجي تقريبا.

المياه وأسلاك

دعونا نعود إلى الاستخدام السلمي للالتفاعلات النووية. هذا، بطبيعة الحال، يتحدث عن إنتاج الكهرباء عن طريق الانشطار النووي. هذه العملية تبدو مثل هذا:

جوهر المفاعل في البداية كما النيوترونات الحرة وبعد ذلك ضرب عنصر مشع (عادة نظير اليورانيوم)، الذي يخضع ألفا أو بيتا التسوس.

للم يجتز هذا التفاعل في خطوة غير المنضبط، ويتكون قلب المفاعل ما يسمى مخفف. وكقاعدة عامة، وهي مصنوعة من قضبان الجرافيت، والتي هي بشكل جيد للغاية امتصاص النيوترونات. عن طريق تعديل طولها، فمن الممكن لمراقبة سرعة التفاعل.

ونتيجة لذلك، يتم تحويل عنصر واحد إلى آخر، وكمية لا تصدق من الطاقة المنطلقة. يتم امتصاص هذه الطاقة من علبة مليئة يسمى الماء الثقيل (بدلا من جزيئات الهيدروجين الديوتيريوم). نتيجة لملامسة قلب المفاعل أن المياه ملوثة بشدة منتجات التحلل الإشعاعي. أن إعادة تدوير هذه المياه هي أكبر مشكلة للطاقة النووية في الوقت الراهن.

في دائرة المياه الأولى وصاحب المركز الثاني في الثاني - الثالث. الماء من الدائرة الثالثة هو بالفعل آمنة للاستخدام، وأنه يتحول التوربينات التي تنتج الكهرباء.

وعلى الرغم من هذا العدد الكبير من الوسطاء بين الطاقة المنطلقة مباشرة النوى والمستخدم النهائي (دعونا لا ننسى عشرات الكيلومترات من الأسلاك، والتي أيضا فقدان الطاقة)، وهذا رد فعل يعطي قوة لا تصدق. على سبيل المثال، يمكن لمحطة للطاقة النووية توريد الكهرباء إلى المنطقة بأكملها مع مجموعة متنوعة من الصناعات.