EraketaZientzia

Elektroiaren energia zenbatzea atomo batean. Neutroi-neutroien erreaktorean energia lortzeko metodoa

Artikulu honek energia kuantizazioari eta zer balio duen fenomeno horrek zientziari modernoak dakiokeen kontatzen du. Energia diskretuen aurkikuntzaren historia aurkezten da, eta atomoen kuantizazioaren aplikazio eremuak frogatzen dira.

Fisikaren amaiera

XIX. Mendearen amaieran, zientzialariek dilema bat egin zuten: garapen teknologikorako orduan, fisika lege posible guztiak deskribatu eta ikertu ziren. Ikasleek, natur zientzien gaitasun handia zutenak, irakasleek ez zuten aholkatu fisika hautatzeko. Uste zuten ez zela jada ospetsu bihurtu, soilik xehetasun txiki txikien azterketarako ohitura izaten zen. Hau adiagoa pertsona bat, ez da erosketa pertsona bat egokitzen. Hala ere, argazkigintza, aurkikuntza atsegina izan zen, hausnarketa sortu zuen. Ezegonkortasun sinpleekin hasi zen guztia. Lehenik eta behin, argia ez dela guztiz etengabea izan zen: baldintza jakin batzuen pean, hidrogenoa erretzeari esker, plaka fotogramako lerro batzuk utzi zituen leku bakar baten ordez. Esan zen gehiago helioaren espektroek hidrogenoaren espektroa baino gehiago zutela. Ondoren aurkitu zen izar batzuen jarraipena besteekiko desberdina dela. Eta jakin-mina hutsa ikertzaileek eskuz egindako esperientzia bat egin zuten, galderen erantzunaren bila. Ez zuten beren aurkikuntza aplikazioak merkaturatu.

Planck eta Quantum

Zorionez, guretzat, fisika aurrerapen hau matematika garatzea lagunduta zegoen. Zer gertatzen ari zen azalduta formulazio oso konplexuak dira. 1900. urtean, Max Planckek, gorputz beltzaren erradiazioaren teorian lanean, energiaren kuantifikazioa gertatu zen. Laburbilduz, adierazpen honen esanahia nahikoa da. Edozein oinarrizko partikulak estatu zehatz batzuetan bakarrik egon daitezke. Eredu zakarra ematen baduzu, estatu horietako aurkakoek 1, 3, 8, 13, 29, 138. zenbakiak erakuts ditzakete. Bestalde, ez dago erabilgarri dauden beste balio guztiak. Horren arrazoiak pixka bat aurrerago azalduko ditugu. Hala ere, aurkikuntza horren historiara murgiltzea merezi du zientzialari berak bere bizitza amaieraraino arte, energia kuantizatuz, esanahi fisiko larririk ez duen trikimailu matematiko egoki bat besterik ez dela.

Olatu eta masa

XX. Mendearen hasieran oinarrizko partikulen munduarekin lotutako aurkikuntzez betea zegoen. Baina misterio handiena honako paradoxa izan zen: kasu batzuetan, partikulak masa bat (eta, beharbada, bultzada bat) duten objektuak bezala jokatzen zuten, eta, kasu batzuetan, olatu bat bezalakoa da. Argudio luze eta teorizatu ondoren, ondorio sinestezina lortu behar zen: elektroiak, protoiak eta neutroiak aldi berean propietate hauek dituzte. Fenomeno hau corpuscular-wave dualismoa deritzo (duela bi miloi urte zientzialar errusiarren hitzaldian, partikulak korapilo bat deitzen zitzaion). Horrela, elektroia masa jakin bat da, maiztasun jakin baten uhin batean sartzen baita. Atomo baten nukleoaren inguruan biratzen duen elektroia, bata bestearen gaineko olatuen gainetik finkatzen du. Hortaz, uhin elektroiaren erdigunetik (zein uhinaren araberakoa den) urruneko distantziotan bakarrik, biratzen direnean, ez itzali elkarrengandik. Hau gertatzen denean, olatuen elektroi baten "burua" aplikatzen denean "buztana" aplikatzen denean, maxima maxima batekin bat dator, eta minima gutxienekin bat dator. Horrek azaltzen du atomoaren energia kuantizatzea, hau da, elektroi batek existitzen diren orbita zorrotzetan duen presentzia.

Hutsean nanokonba esferikoa

Hala ere, sistema errealak oso konplexuak dira. Goian azaldu dugun logikaren arabera, oraindik ere hidrogeno eta helioaren elektroi-orbita sistema ulertzen da. Hala ere, kalkulu konplexuagoak behar dira. Ulertu nola ikas dezaketen jakiteko, ikasle modernoek potentzialki partikuletako energia kuantizazioa aztertzen ari dira. Hasieran, pit formaren ideal bat eta eredu eredu bakarra aukeratzen dira. Haientzat, Schrodinger ekuazioa ebaztea, elektroi baten energia-mailak aurkitzea. Askotariko adikzioak bilatzeko ikasten ostean, gero eta gehiago aldagaiak sartzen dira: ongiaren zabalera eta sakontasuna, energia eta maiztasunaren elektroiak ziurtasuna galduko lukete, ekuazioak konplexutasuna gehituz. Ondoren, zuloaren forma aldatzen da (adibidez, karratua edo dentikoa profilan bihurtzen da, ertzak simetria galtzen du), partikula elementu hipotetikoak emandako ezaugarriekin batera hartzen dira. Orduan, orduan, atomo errealen eta sistema konplexuagoen erradiazioaren energia kuantizatzeko orduan agertzen diren arazoak konponduko dituzte.

Impulse, momentu angeluarra

Hala eta guztiz ere, energia-maila, esate baterako, elektroi bat gehiago edo gutxiago ulergarria den kantitatea da. Guztiak, modu batean edo bestean, baina imajinatu berogailu zentraletako baterien energia handiagoa dela tenperatura altuagoan. Horrenbestez, energia kuantizazioa oraindik imajina daiteke. Fisikako kontzeptuak ere intuitiboki zailak dira ulertzeko. Makrocosmoan, abiadura abiadura eta masa produkzioa da (ez dugu ahaztu abiadura, momentu bezala, bektorearen kantitateak, hau da, norabidearen araberakoa). Argi dago argi eta garbi dagoela batez besteko harrizko harrizko poliki-poliki harremana uzten duela pertsona bat baldin badago, eta abiadura handian askatutako pellet txiki batek gorputzari eta gorputzari pertzepzioa zapalduko dio. Mikrokosmosan, pultsua partikularen eta ingurunearen arteko erlazioa bereizten duen kantitatea da, baita beste partikulekin batera mugitzen eta elkartzen ere. Bigarrenak zuzenean energiaren araberakoak dira. Horrela, argi dago partikularen energia eta momentua kuantifikatzea elkarrekin lotu behar direla. Gainera, fenomeno fisikoaren zatirik txikiena adierazten duen h konstanteak eta kantitateen bereiztasuna erakusten ditu nanoteknologiaren partikulen energia eta momentua. Baina kontzeptu intuitiboetatik urrunago dagoen kontzeptu bat ere bada: bultzada une. Gorputz biratzaileak aipatzen ditu, eta zein abiadura angularrak biratzen duen adierazten du. Gogoratu, abiadura angularrak une bakoitzeko biraketa kopurua adierazten du. Pultsuaren momentua gorputz biratzen duen substantziaren banaketaren metodoa ere ezagutarazteko gai da: masa bereko objektuak, biraketa ardatzaren inguruan edo periferiaren inguruan kontzentratuta, angelu-momentu desberdin bat izango dute. Irakurleak seguruenik asmatu bezala, atomoaren munduan momentu angeluarraren energia kuantizatzen da.

Quantum eta laser

Energia eta beste kantitate ezaren aurkikuntzaren eragina begi-bistakoa da. Munduaren azterketa zehatza posiblea da soilik kuantikoaren bidez. Gaia aztertzeko metodo modernoak, material desberdinak erabiltzea eta baita haien sortze zientziak ere - energiaren kuantizazioa zer den ulertzeko jarraipen naturala da. Laserren funtzionamenduaren eta erabileraren printzipioa ez da salbuespena. Oro har, laserrak oinarrizko hiru elementu ditu: lanerako euskarria, ponpa eta islatzaileak. Laneko gorputza modu horretan hauteman ohi da elektroi hauen bi maila nahiko itxiak dituelarik. Maila hauen irizpiderik garrantzitsuenak horien elektroien iraupena da. Hau da, zenbat elektroi egon daiteke egoera jakin batean egoera baxuago eta egonkorragoa lortzeko. Bi mailetatik, luzeagoa luzeagoa izan behar da. Orduan ponpaketa (sarritan - ohiko lanpara, batzuetan - infragorria duen lanpara) elektroiak energia nahikoa ematen du, energia guztia goiko mailan biltzen eta metatzen baita. Hau da maila alderantzizko biztanleriaren deritzo. Gainera, elektroi bat egoera egonkor eta egonkorragora igarotzen da fotoi baten emisioarekin, elektroi guztien banaketa eragiten duena. Prozesu honen berezitasunak ondoko fotonak ditu uhin bera eta koherenteak. Hala eta guztiz ere, lan-ertainak, normalean, nahiko handia da eta fluxuak sortzen dira norabide ezberdinetan zuzenduta. Ispilua ispiluaren eginkizuna noranzko batean zuzentzen diren fotoi-fluxu horiek baino ez dira iragazi. Ondorioz, irteeran uhin koherenteen uhin luzeko uhin estu bat irteeran lortzen da. Hasieran, gorputz solidoan posiblea zen. Lehenengo laserrak eraztun artifiziala zuen lan-euskarri gisa. Orain mota eta mota guztietako laserrak daude: likidoak, gasak eta baita erreakzio kimikoak ere. Irakurleak ikusten duen moduan, prozesu honen funtzio nagusia atomo batek xurgatzen eta igortzen du. Energia kuantizatzea teoria deskribatzeko oinarri bakarra da.

Argia eta elektroia

Gogoratu elektroi baten trantsizioa orbita batetik bestera atomo bat energia emisio edo xurgapena dela. Energia hori argiaren edo fotoi kuantikoaren gisa agertzen da. Formalki, fotoi partikula bat da, baina nanoteknologiaren beste biztanleetatik bereizten da. Fotoi batek ez du masa, baina bultzada du. Hau Lebedev zientzialari errusiarra frogatu zuen 1899an, argiaren presioa argi eta garbi erakutsiz. Fotoi bat mugitzen da soilik eta bere abiadura argiaren abiaduraren berdina da. Hau da gure unibertsoan ahalik eta azkarrena den objektua. Argiaren abiadura (normalean "c" latindar txiki batek adierazten duena) hirurehun mila kilometro segundokoa da. Adibidez, gure galaxia tamaina (ez estandarren arabera) handiena ehun mila argi urte da. Sustantzia bati aurre eginez, fotoak bere energia guztiz ematen du, aldi berean disolbatu balitz bezala. Orbita arteko distantzia araberakoa da fotoi baten energia, hau da, orbita batetik bestera elektroi baten trantsizioan askatzen edo ixten duena. Energia txikiarekin erradiazio infragorriak askatzen badira, handiegia bada, ultramorea lortzen bada.

X izpiak eta gamma erradiazioak

Erradiazio ultramorearen ondoren eskala elektromagnetikoak X izpiak eta gamma izpiak ditu. Oro har, uhin luzera, maiztasuna eta energia batera sartzen dira. Hau da, X izpien fotoi bat du 5 picometrioren uhin-luzera eta gamma-fotoi bat, uhin-luzera bera duena. Bakarrik daude lortzen diren moduaren arabera. X izpiak elektroi oso azkar baten aurrean gertatzen dira eta gamma erradiazioa atomoen nukleoetan desintegrazio eta fusio prozesuetan bakarrik lortzen da. X izpiak biguna da (birikak eta giza hezurrak distira bidez laguntzen du) eta gogorra (normalean industriarako edo ikerketa helburuetarako soilik). Elektroi bizkorrago bizkortzen baduzu eta, ondoren, nabarmen moteldu (adibidez, gorputz sendoa zuzentzen baduzu), X izpien fotoak igortzen ditu. Elektroiak materia horrekin talka egiten dutenean, atomoen atomoetatik elektroiak beheko maskorretatik kanporatzen dira. Kasu honetan, goiko maskorren elektroiak lekua hartzen dute, X izpiak irradiatzen dituzten bitartean.

Gamma quanta beste kasuetan gertatzen da. Atomoen nukleoak elementu oinarrizko asko ditu, nahiz eta tamainu txikietan desberdinak diren. Horrek esan nahi du energia kuantizatzea dela. Nukleoaren trantsizioa estatu beheko egoeratik abiatuta, gamma quanta igortzen da. Nukleoaren desintegrazio edo fusioaren edozein erreakzio gertatzen da, gamma fotoak ere barne.

Erreakzio Nuklearra

Pixka bat lehenago, nukleo atomikoek mundu kuantikoaren legeak ere betetzen dituzte. Baina naturan dauden substantziak daude, nukleo handiak direla eta ezegonkor bihurtzen direla. Osagai txikiagoak eta egonkorragoetan sartu ohi dira. Horiek, seguruenik asmatutako irakurleak, adibidez, plutonioa eta uranioa. Gure planeta protoplanetario disketatik eratu zenean, zenbait substantzia erradioaktibo izan zituen. Denborarekin, desintegratu egin ziren, beste elementu kimiko batzuetara bihurtuz. Hala eta guztiz ere, orain arte, uranioa ez den disolbatutako kopuru jakin batek behera egin du, eta zenbaki batek, adibidez, Lurraren adina epaitu dezake. Erradioaktibitate naturala duten elementu kimikoei dagokienez, erdi-bizitza bezalako ezaugarri bat dago. Hau da espezie honen gainerako atomoak erdira murriztuko diren aldia. Plutonioaren erdi-bizitza, adibidez, hogeita lau mila urte baino gehiagoan gertatzen da. Hala ere, erradioaktibitate naturalaz gain, erradioaktibitate behartua ere badago. Nukleo atomikoak bonbardatzen badituzu, alfa partikulak edo neutroi argiak bonbardatzen dituzte. Hiru erradiazio ionizatzaile mota bereizten dira: alfa partikulak, beta partikulak, gamma izpiak. Beta desintegrazioa unitate bakoitzeko karga nuklearraren aldaketari eragiten dio. Alpha partikulak bi positro hartzen dituzte nukleotik. Gamma erradiazioak ez du kargarik, eta ez du eremu elektromagnetik desbideratzen, baina sarkorren indar handiena du. Energia kuantizazioa desintegrazio nuklear guztietan gertatzen da.

Gerra eta bakea

Laserrak, X izpiak, solidoak eta izarrak aztertzea dira Quanta buruzko ezagutza aplikazio baketsuak. Hala eta guztiz ere, gure mundua mehatxu betea da, eta denek ahalegintzen dira beren burua babesteko. Zientziak helburu militarrak ditu. Energia kuantizatzea bezain fenomeno teorikoa besterik ez da munduan ikusten. Erradiazio ezezagunen zehaztapena, adibidez, arma nuklearren oinarria izan zen. Jakina, militar aplikazio gutxi batzuk besterik ez dira, ziur asko, irakurleak Hiroshima eta Nagasaki gogoratzen ditu. Gezurrezko botoi gorriaren sakatzeko beste arrazoi guztiak bakartiagoak ziren. Ingurumena kutsadura erradioaktiboa da beti ere. Esate baterako, plutonioaren erdi-desintegrazio erlatiboak elementu hau erortzen du, oso denbora luzean erabiltzeko ezegonkorra, ia aro geologikoan.

Ura eta hariak

Erreakzio nuklearren erabilera baketsura itzul gaitezen. Hau, jakina, fisio nuklearraren bidez elektrizitatearen ekoizpena da . Prozesu hau honelako itxura da:

Erreaktorearen zona aktiboan, neutroi libreak agertzen dira lehenik eta, ondoren, alfa edo beta desintegrazioan gertatzen den erradiazio elementu (normalean uranio isotopoa) gainditzen dute.

Erreakzio kontrolatu gabeko etapa batean ez izateko, erreaktorearen zona aktiboa deitzen zaio retarders. Oro har, hauek grafitozko hagaxkak dira, neutroiak oso ongi xurgatzen dituztenak. Bere luzera egokituz, erreakzio-tasa kontrolatu dezakezu.

Ondorioz, elementu bat beste bat bihurtzen da, eta energia kopuru sinestezina askatzen da. Energia hori ur gordina (deuterio molekulekin hidrogenoaren ordez) estaltzen duen urtegi batek xurgatzen du. Erreaktoreen nukleoarekin harremana izan denez, ur hori oso kutsatuta dago erradioaktibitate produktuen ondorioz. Gaur egun energia nuklearraren arazo nagusia da ura erabiltzea.

Lehenengo uraren zirkuitua bigarrena da, bigarrenean, hirugarrena. Hirugarren zirkuituaren ura jadanik segurua da eta elektrizitatea sortzen duen turbina bihurtzen da.

Energia askatzeko nukleo zuzenen eta azken erabiltzailearen arteko bitartekari kopuru handia izan arren (ez ahaztu hamar kilometroko hariak, potentzia galtzea ere ahaztu gabe), erreakzio horrek botere sinestezina ematen du. Esate baterako, zentral nuklearrek elektrizitatea hornitzen dute eremu osoarekin, industria-enpresa ugariekin.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 eu.birmiss.com. Theme powered by WordPress.