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삼중수소 - 무엇입니까? 삼중수소 질량. 원자핵의 질량 결함. 커뮤니케이션 에너지

핵의 핵자는 핵력에 의해 묶여 있기 때문에 핵을 구성하는 양성자와 중성자로 분리하는 데 많은 에너지가 필요합니다. 자유 양성자와 중성자가 결합하여 핵을 형성하면 동일한 에너지가 방출됩니다. 이 에너지를 핵의 결합 에너지라고 합니다. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 에너지는 질량에 해당합니다. 따라서 핵의 질량은 구성 요소인 자유 양성자와 중성자의 질량의 합보다 작아야 합니다. 자유 양성자와 중성자의 나머지 질량의 합과 핵이 형성되는 중성자의 합과 핵의 질량의 차이를 핵의 질량이라고 합니다. 핵 질량 결함... 결합 에너지는 다음과 같습니다. 이자형 SV = 와 함께 2 × D 미디엄

NS 미디엄핵 질량의 결함입니다.

결합 에너지는 메가전자볼트(MeV)로 표시됩니다(MeV = 10 6 EV). 원자 질량 단위(amu)가 1.66 × 10 -27 kg이므로 해당 에너지는 다음과 같이 결정할 수 있습니다.

질량분석기를 이용하여 모든 동위원소의 질량을 측정하고 모든 핵에 대한 질량결함 및 결합에너지 값을 계산하여 핵반응 계산에 사용하였다. 일부 반응 핵 및 입자가 초기 핵 및 입자의 총 질량보다 작은 입자가 얻어지면 이러한 반응에서 에너지가 방출됩니다. 더 많으면 흡수되고 그러한 반응은 자발적으로 발생하지 않습니다.

라듐을 라돈으로 변환하는 핵 반응의 에너지 계산을 수행해 보겠습니다. ... 초기 핵의 결합 에너지는 1731.6 MeV이고, 형성된 핵의 총 결합 에너지는 1708.2 + 28.3 = 176.5 MeV로 초기 핵의 결합 에너지보다 4.9 MeV 높다. 결과적으로, 이 반응에서 4.9 MeV의 에너지가 방출되는데, 이는 주로 운동 에너지 g-입자.

큰 중요성 1개의 핵자당 결합 에너지를 갖는다. 클수록 코어가 강해집니다. 가장 강력한 중간 코어. 가벼운 핵은 결합 에너지를 충분히 사용하지 않습니다. 무거운 핵은 핵과 달리 핵의 모든 핵자 사이에서 작용하는 쿨롱 척력에 의해 약화됩니다. 여기서 중요한 결론이 나옵니다. 중간 핵이 형성될 때 에너지가 방출됩니다. 이것은 무거운 핵을 두 개의 중간 핵으로 나눌 때 가능합니다. 원자로또는 두 개의 더 가벼운 것에서 중간 핵의 합성에서. 이것은 태양과 별에서 일어나는 열핵 융합 반응입니다.

블록 25에 대한 작업

1. 토륨 동위 원소는 무엇으로 바뀌고 핵은 세 번 연속 붕괴됩니다.

해결책:

a-입자가 방출되면 핵전하가 2단위 감소하고 질량수는 4단위 감소하는데, 이는 a-입자가 3개 방출되면 핵전하가 2 × 3 = 6단위 감소한다는 것을 의미하며, 질량은 4 × 3 = 12 단위로 숫자를 표시한 다음 표에 따라 동위 원소를 얻습니다. 폴로늄 또는

2. 질소가 중성자와 충돌하면 두 개의 동위 원소가 형성되며 그 중 하나는 수소의 동위 원소입니다. 이 핵 반응 동안 원소가 형성됩니다.

V 이 경우미지의 동위원소 X가 생성되면서 핵반응이 일어난다.

핵 반응에서 핵자의 수와 전하가 보존되므로 아래 첨자와 위 첨자의 합은 일정합니다.

주기율표에 따르면 탄소가 얻어집니다.

따라서:

3. 핵 반응을 추가하려면:

우리는 미지의 입자가 1의 전하수와 1의 질량수를 가지고 있음을 확인했습니다. 이것은 수소의 동위원소를 의미합니다. 양성자, 즉 우리는 가지고 있습니다:

4. 1 amu에 해당하는 에너지를 찾으십시오. MeV로 표현하세요.

해결책:

E = mc 2

미디엄= 1amu = 1.66 × 10 -27kg

와 함께= 3 × 10 8m / 초

이자형= 1.66 × 10 -27 × (3 × 10 8) 2 = 14.94 × 10 -11J

1EV = 1.6 × 10 -19J

이것은 1amu를 의미합니다. 931 MeV에 해당합니다.

5. 양성자의 질량이 있는 경우 삼중수소 핵의 에너지를 계산하십시오. 엠피= 1.00814 amu, 중성자 질량 m n= 1.00898 및 삼중수소 원자의 질량 NS= 3.01700amu


주어진:

엠피= 1.00814amu

m n = 1,00898

A = 3.01700amu

__________________

전자 sv – ?


해결책:

삼중수소 핵: 양성자 1개와 중성자 2개로 구성되며, 그 총 질량은 다음과 같습니다. m p + 2m n = 1.00814 + 2 × 1.00898 = = 3.02610

질량 결함은 다음을 의미합니다.

NS 미디엄= 3.02610 - 3.01700amu = 0.00910amu

~부터 1아뮤 - 931 MeV; 그 다음에 전자 sv= 931 × D 미디엄또는

전자 sv= 931 × 0.00910(MeV) = 8.5MeV

답변: 8.5MeV


6. 에너지는 반응 중에 방출되거나 흡수됩니다.

각 핵의 결합 에너지를 계산하는 것이 가능했지만 특수 테이블을 사용할 수도 있습니다.

반응 전 핵과 입자의 총 질량: 39.2 + 28.3 = 67.5 MeV

반응 후: 64.7 + 0 = 64.7 MeV

이것은 다음과 같은 반응에서 에너지가 흡수된다는 것을 의미합니다. 67.5 - 64.7 = 2.8MeV

7. 반응 에너지를 결정하십시오.

반응 전: 2.2 + 2.2 = 4.4 MeV

반응 후: 8.5 MeV

방출된 에너지: 8.5 - 4.4 = 4.1MeV

8. 방사성 코발트 4g이 있습니다. 코발트의 반감기가 72일이면 216일 동안 몇 그램의 코발트가 붕괴됩니까?


주어진:

미디엄 0 = 4g

NS= 216일

NS= 72일

NS 미디엄 – ?


해결책:

물질의 질량은 원자의 수에 정비례하므로 다음과 같습니다. DN = N 0 - N;

수단:

수단: 그리고

답변: 3.5g


9. 8kg의 방사성 세슘이 있습니다. 반감기가 27년인 경우 135년 동안 방사성 붕괴 후 붕괴되지 않은 세슘의 질량을 결정하십시오.

최근까지 사람들은 원자가 전체이고 더 이상 나눌 수 없는 입자라고 믿었습니다. 나중에 그것이 핵과 그 주위를 도는 전자로 구성되어 있음이 분명해졌습니다. 동시에 중앙 부분은 다시 나눌 수 없고 통합된 것으로 간주되었습니다. 오늘날 우리는 그것이 양성자와 중성자로 구성되어 있다는 것을 알고 있습니다. 또한 후자의 수에 따라 동일한 물질이 여러 동위 원소를 가질 수 있습니다. 그렇다면 삼중수소는 물질인데 어떻게 얻고 어떻게 사용할까요?

삼중수소 - 무엇입니까?

수소는 자연에서 가장 단순한 물질입니다. 아래에서 더 자세히 논의될 가장 일반적인 형태에 대해 이야기하면 원자는 하나의 양성자와 하나의 전자로 구성됩니다. 그러나 속성을 다소 변경하는 "추가" 입자도 받아들일 수 있습니다. 따라서 삼중수소 핵은 양성자와 두 개의 중성자로 구성됩니다. 그리고 protium이라면, 그것이 가장 간단한 양식수소 - 이것은 이것의 "개선된" 버전에 관한 것입니다. 미미한 양.

1934년 Rutherford, Oliphant 및 Hartek에 의해 수소 동위원소 삼중수소(이름은 "세 번째"를 뜻하는 그리스어에서 유래함)가 발견되었습니다. 그리고 사실, 그들은 아주 오랫동안 끈질기게 그를 찾으려고 노력했습니다. 1932년 중수소와 중수가 발견된 직후 과학자들은 일반 수소를 연구할 때 감도를 높여 이 동위 원소를 찾기 시작했습니다. 그러나 모든 것에도 불구하고 그들의 시도는 헛수고였습니다. 가장 농축 된 샘플에서도 단순히 존재해야 할 물질의 존재에 대한 힌트조차 얻을 수 없었습니다. 그러나 결국 검색은 여전히 ​​성공적이었습니다. Oliphant는 Rutherford 실험실의 도움으로 요소를 합성했습니다.

간단히 말해서, 삼중수소의 정의는 다음과 같습니다. 수소의 방사성 동위 원소로, 그 핵은 양성자와 두 개의 중성자로 구성되어 있습니다. 그래서 그에 대해 알려진 것은 무엇입니까?

수소 동위원소에 대해

주기율표의 첫 번째 원소는 동시에 우주에서 가장 흔합니다. 더욱이, 자연에서 그것은 세 가지 동위 원소인 protium, deuterium 또는 tritium 중 하나의 형태로 발생합니다. 첫 번째 핵은 하나의 양성자로 구성되어 그 이름을 얻었습니다. 그건 그렇고, 이것은 중성자가 부족한 유일한 안정적인 요소입니다. 일련의 수소 동위 원소 중 다음은 중수소입니다. 그 원자의 핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있으며, 그 이름은 "두 번째"를 뜻하는 그리스어에서 유래되었습니다.

실험실은 또한 질량수가 4에서 7까지인 더 무거운 수소 동위원소를 얻었습니다. 반감기는 몇 분의 1초로 제한됩니다.

속성

삼중수소의 원자 질량은 약 3.02 amu입니다. e.m. 스스로 물리적 특성이 물질은 일반 수소와 거의 구별할 수 없습니다. 정상 조건색, 맛, 냄새가 없는 가벼운 기체로 열전도율이 높습니다. 약 -250 섭씨 온도에서 가볍고 흐르는 무색 액체가됩니다. 주어진 집계 상태에 있는 범위는 다소 좁습니다. 녹는점은 약 섭씨 259도이며, 그 아래에서 수소는 눈과 같은 덩어리가 됩니다. 또한, 이 원소는 일부 금속에 상당히 용해됩니다.

그러나 속성에도 약간의 차이가 있습니다. 첫째, 세 번째 동위원소는 반응성이 낮고, 둘째, 삼중수소는 방사성이므로 불안정합니다. 만 12세 이상입니다. 방사선 분해 과정에서 전자와 반중성미자를 방출하여 헬륨의 세 번째 동위 원소로 변합니다.

전수

자연에서 삼중수소는 소량으로 발견되며 대부분 다음에서 형성됩니다. 상층우주 입자와 예를 들어 질소 원자의 충돌에서 대기. 그러나 산업적 방법리튬-6에 중성자를 조사하여 이 원소를 얻습니다.

삼중수소를 약 1kg의 부피로 합성하는 데는 약 3천만 달러가 든다.

용법

그래서, 우리는 트리튬이 무엇인지, 그리고 그 속성에 대해 조금 더 배웠습니다. 하지만 왜 필요한가? 아래에서 조금 알아보자. 일부 데이터에 따르면 삼중수소에 대한 세계 상업적 수요는 연간 약 500g이고 약 7kg은 군사적 필요에 사용됩니다.

미국에너지연구소에 따르면 환경, 1955년부터 1996년까지 미국에서 2.2센트의 초중수소가 생산되었습니다. 그리고 2003년에 이 요소의 총 재고량은 약 18kg이었습니다. 그들은 무엇을 위해 사용됩니까?

첫째, 삼중수소는 아시다시피 아직 일부 국가에서 보유하고 있는 핵무기의 전투 능력을 유지하는 데 필요합니다. 둘째, 열핵 발전 공학은 그것 없이는 할 수 없습니다. 트리튬은 또한 일부에서 사용됩니다. 과학적 연구, 예를 들어 지질학에서 자연수는 그 도움으로 날짜가 지정됩니다. 또 다른 용도는 시계 백라이트에 전원을 공급하는 것입니다. 또한, 예를 들어 자율 센서에 전원을 공급하는 초저전력 방사성 동위원소 발생기를 만드는 실험이 현재 진행 중입니다. 이 경우 그들의 서비스 수명은 약 20년이 될 것으로 예상됩니다. 그러한 발전기의 비용은 약 천 달러가 될 것입니다.

같이 오리지널 기념품열쇠고리도 있습니다 소량내부의 삼중수소. 그들은 빛을 발하고 특히 내부 내용에 대해 알고 있다면 상당히 이국적으로 보입니다.

위험

삼중수소는 방사성 물질로 그 특성과 용도를 설명합니다. 반감기는 약 12년이고 헬륨-3은 반중성미자와 전자를 방출하여 형성됩니다. 이 반응 동안 18.59kW의 에너지가 방출되고 베타 입자가 공기 중에 분포됩니다. 예를 들어 시계의 백라이트에 방사성 동위원소를 사용하는 것이 일반인에게는 이상하게 보일 수 있습니다. 위험할 수 있기 때문입니다. 그렇죠? 사실, 삼중수소는 붕괴 과정에서 베타 입자가 최대 6mm까지 퍼지고 가장 단순한 장애물을 극복할 수 없기 때문에 인간의 건강을 거의 위협하지 않습니다. 그러나 이것이 작업이 절대적으로 안전하다는 것을 의미하지는 않습니다. 음식, 공기 또는 피부를 통한 흡수는 문제를 일으킬 수 있습니다. 대부분의 경우 쉽고 빠르게 지워지지만 항상 그런 것은 아닙니다. 그래서, 삼중수소 - 방사선 위험 측면에서 무엇입니까?

보호 조치

하지만 에너지 부족삼중수소의 붕괴는 방사선이 심각하게 퍼지는 것을 방지하므로 베타 입자가 피부까지 침투하지 못하므로 건강을 소홀히하지 마십시오. 이 동위 원소로 작업 할 때 물론 방사선 방호복을 사용할 수는 없지만 다음과 같은 기본 규칙을 사용할 수 있습니다. 닫힌 옷및 수술용 장갑을 준수해야 합니다. 삼중수소는 섭취 시 주요 위험 요소이므로 이를 가능하게 하는 활동을 억제하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 걱정할 것이 없습니다.

그럼에도 불구하고 그가 있다면 큰 수인체 조직에 침투하여 노출 기간, ​​선량 및 규칙성에 따라 급성 또는 만성 방사선 질환으로 발전할 수 있습니다. 어떤 경우에는이 질병이 성공적으로 치료되지만 광범위한 병변으로 치명적인 결과가 가능합니다.

어떤 경우에도 정상체절대적으로 미미하고 거의 영향을 미치지 않지만 삼중수소의 흔적이 있습니다.글쎄, 빛나는 손을 가진 시계 애호가에게는 여전히 안전한 것으로 간주되지만 그 수준은 몇 배 더 높습니다.

슈퍼 중수

일반 수소와 마찬가지로 삼중수소는 새로운 물질을 형성할 수 있습니다. 특히, 이른바 초중(superheavy) 물 분자에 포함된다. 이 물질의 성질은 사람마다 보통의 H 2 O와 크게 다르지 않습니다.삼중수소도 신진대사에 참여할 수 있음에도 불구하고 독성이 다소 높고 10일 이내에 배설되며, 그 기간 동안 조직은 상당한 양의 흡수를 받을 수 있습니다. 높은 온도조사. 그리고 이 물질 자체는 덜 위험하지만 체내에 있는 기간 때문에 더 위험합니다.

절대 누구라도 화학적 인특정 세트의 양성자와 중성자로 구성됩니다. 그들은 입자 내부에 결합 에너지의 존재로 인해 함께 유지됩니다. 원자핵.

핵 중력의 특징은 비교적 짧은 거리(약 10-13cm)에서 매우 높은 힘을 발휘한다는 것입니다. 입자 사이의 거리가 멀어지면 원자 내부의 인력도 약해집니다.

핵 내부의 결합 에너지에 대한 추론

원자핵에서 양성자와 중성자를 차례로 분리하여 원자핵의 결합 에너지가 작용하지 않는 거리에 배치하는 방법이 있다고 상상한다면 이것은 매우 어려운 작업일 것입니다. 원자핵에서 그 성분을 추출하려면 원자 내부의 힘을 극복해야 합니다. 이러한 노력은 원자를 포함된 핵자로 쪼개는 데 사용될 것입니다. 따라서 원자핵의 에너지는 그것을 구성하는 입자의 에너지보다 작다고 판단할 수 있다.

원자 내부 입자의 질량은 원자의 질량과 같습니까?

이미 1919년에 연구자들은 원자핵의 질량을 측정하는 방법을 배웠습니다. 대부분의 경우 질량 분석기라고 하는 특수 기술 장치를 사용하여 "측정"됩니다. 이러한 장치의 작동 원리는 질량이 다른 입자의 운동 특성을 비교하는 것입니다. 더욱이, 그러한 입자는 동일한 전하를 갖는다. 계산에 따르면 다른 지표질량은 다른 궤적을 따라 움직입니다.

현대 과학자들은 모든 핵의 질량과 구성 요소인 양성자와 중성자를 매우 정확하게 알아냈습니다. 특정 핵의 질량을 그 안에 포함된 입자의 질량의 합과 비교하면 각 경우에 핵의 질량이 개별 양성자와 중성자의 질량보다 클 것이라는 것이 밝혀졌습니다. 이 차이는 모든 화학 물질에 대해 약 1%입니다. 따라서 원자핵의 결합 에너지는 나머지 에너지의 1%라는 결론을 내릴 수 있습니다.

핵내 힘의 속성

핵 내부에 있는 중성자는 쿨롱 힘에 의해 서로 반발합니다. 그러나 동시에 원자는 분해되지 않습니다. 이것은 원자의 입자 사이에 인력이 존재함으로써 촉진됩니다. 전기 이외의 성질을 가진 그러한 힘을 핵이라고 합니다. 그리고 중성자와 양성자의 상호작용을 강한 상호작용이라고 합니다.

간단히 말해서, 핵력의 특성은 다음과 같이 요약됩니다.

  • 그것은 전하 독립성입니다.
  • 짧은 거리에서만 행동;
  • 특정 수의 핵자만 서로 가깝게 유지하는 것으로 이해되는 포화도.

에너지 보존 법칙에 따르면 핵 입자가 결합하는 순간 에너지는 방사선의 형태로 방출됩니다.

원자핵의 결합 에너지: 공식

언급된 계산에는 일반적으로 허용되는 공식이 사용됩니다.

전자 sv= (Z m p + (A-Z) m n -M그래요) · C²

여기 아래 전자 sv핵의 결합 에너지가 이해됩니다. ~와 함께- 빛의 속도; 지- 양성자의 수; (A-Z)는 중성자의 수입니다. 엠피양성자의 질량을 나타냅니다. NS m n중성자 질량이다. 미원자핵의 질량을 나타낸다.

다양한 물질의 핵 내부 에너지

동일한 공식이 핵의 결합 에너지를 결정하는 데 사용됩니다. 이전에 표시된 대로 공식에 의해 계산된 결합 에너지는 1% 이하입니다. 총 에너지원자 또는 나머지 에너지. 그러나 자세히 살펴보면 이 수치는 물질에서 물질로 갈 때 매우 심하게 변동한다는 것이 밝혀졌습니다. 정확한 값을 결정하려고하면 소위 빛 핵에 대해 특히 다를 것입니다.

예를 들어 수소 원자 내부의 결합 에너지는 양성자가 하나만 있기 때문에 0이고 헬륨 핵의 결합 에너지는 0.74%입니다. 삼중수소라고 하는 물질의 핵의 경우 이 숫자는 0.27%와 같습니다. 산소는 0.85%입니다. 약 60개의 핵자가 있는 핵에서 원자 내 결합 에너지는 약 0.92%입니다. 질량이 더 큰 원자핵의 경우 이 숫자는 점차적으로 0.78%로 감소합니다.

헬륨, 삼중수소, 산소 또는 기타 물질의 핵 결합 에너지를 결정하기 위해 동일한 공식이 사용됩니다.

양성자와 중성자의 종류

이러한 차이의 주요 원인을 설명할 수 있습니다. 과학자들은 핵 안에 포함된 모든 핵자가 표면과 내부의 두 가지 범주로 구분된다는 것을 발견했습니다. 내부 핵자는 사방이 다른 양성자와 중성자로 둘러싸여 있는 핵자입니다. 표면적인 것들은 내부에서만 그들에 둘러싸여 있습니다.

원자핵의 결합 에너지는 내부 핵자에서 더 두드러지는 힘입니다. 그런데 비슷한 것이 다양한 액체의 표면 장력에서 발생합니다.

몇 개의 핵자가 핵에 들어갈 수 있습니까?

내부 핵의 수는 소위 가벼운 핵에서 특히 작은 것으로 밝혀졌습니다. 그리고 가장 가벼운 범주에 속하는 핵자에서는 거의 모든 핵자가 표면으로 간주됩니다. 원자핵의 결합 에너지는 양성자와 중성자의 수에 따라 증가해야 하는 양이라고 믿어집니다. 그러나 이러한 성장도 무한정 계속될 수는 없습니다. ~에 일정 금액핵자 - 그리고 이것은 50에서 60 사이입니다 - 또 다른 힘이 작용합니다 - 전기 반발. 핵 내부에 결합 에너지의 존재 여부와 관계없이 발생합니다.

원자핵의 결합 에너지 다양한 물질과학자들이 핵 에너지를 방출하는 데 사용합니다.

많은 과학자들은 항상 다음과 같은 질문에 관심이 있었습니다. 가벼운 핵이 무거운 핵으로 합쳐질 때 에너지는 어디에서 오는가? 실제로, 이 상황핵분열과 유사하다. 가벼운 핵이 융합되는 과정에서 무거운 핵이 쪼개지는 것처럼 항상 더 강한 유형의 핵이 형성됩니다. 가벼운 핵에서 모든 핵자를 "얻으려면" 적은 양결합할 때 방출되는 것이 아니라 에너지입니다. 그 반대도 사실이다. 실제로 단위 질량당 핵융합 에너지는 특정 핵분열 에너지보다 클 수 있습니다.

핵분열 과정을 연구한 과학자들

이 과정은 1938년 과학자 Hahn과 Strassmann에 의해 발견되었습니다. 베를린 화학 대학의 벽 안에서 연구자들은 우라늄이 다른 중성자와 충돌하는 과정에서 주기율표의 중앙에서 더 가벼운 원소로 변한다는 것을 발견했습니다.

이 지식 분야의 발전에 중요한 공헌을 한 사람은 한이 한때 방사능을 함께 연구하자고 제안한 리사 마이트너(Lisa Meitner)였습니다. Gahn은 Meitner가 지하실에서 연구를 수행하고 절대 오르지 않는다는 조건에서만 일할 수 있도록 허용했습니다. 고층그것은 차별의 사실이었다. 그러나 이것이 그녀가 원자핵 연구에서 상당한 성공을 거두는 것을 막지는 못했습니다.