Spaltkettenreaktion und Kernreaktor. Voraussetzung für das Auftreten einer Kernreaktion

Nukleare Kettenreaktion- eine Folge einzelner Kernreaktionen, die jeweils durch ein Teilchen verursacht werden, das im vorherigen Schritt der Folge als Reaktionsprodukt aufgetreten ist. Ein Beispiel für eine Kette Kernreaktion ist eine Kettenreaktion der Kernspaltung schwerer Elemente, bei der der Großteil der Spaltereignisse durch Neutronen ausgelöst wird, die bei der Kernspaltung in der vorherigen Generation entstanden sind.

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Kernphysik. Kernreaktionen. Kettenreaktion der Kernspaltung. KKW

Kernkräfte Bindungsenergie der Teilchen im Kern Spaltung von Urankernen Kettenreaktion

Kernreaktionen

Untertitel

Energiefreisetzungsmechanismus

Mit der Umwandlung des Stoffes geht die Freisetzung einher freie Energie nur wenn der Stoff über eine Energiereserve verfügt. Letzteres bedeutet, dass sich Mikropartikel eines Stoffes in einem Zustand befinden, dessen Ruheenergie größer ist als in einem anderen möglichen Zustand, in den ein Übergang besteht. Ein spontaner Übergang wird immer durch eine Energiebarriere verhindert, zu deren Überwindung das Mikropartikel eine bestimmte Energiemenge von außen erhalten muss – Anregungsenergie. Die exoenergetische Reaktion besteht darin, dass bei der der Anregung folgenden Umwandlung mehr Energie freigesetzt wird, als zur Anregung des Prozesses erforderlich ist. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Energiebarriere zu überwinden: entweder durch die kinetische Energie kollidierender Teilchen oder durch die Bindungsenergie des sich verbindenden Teilchens.

Wenn wir das makroskopische Ausmaß der Energiefreisetzung im Auge behalten, dann die Energie, die zum Anregen von Reaktionen erforderlich ist kinetische Energie muss alle oder zunächst zumindest einen Teil der Materieteilchen enthalten. Dies ist nur erreichbar, indem die Temperatur des Mediums auf einen Wert erhöht wird, bei dem sich die Energie der thermischen Bewegung der Energieschwelle nähert, die den Prozessablauf begrenzt. Bei molekularen Umwandlungen, also chemischen Reaktionen, beträgt ein solcher Anstieg meist Hunderte von Kelvin, bei Kernreaktionen liegt er aufgrund der sehr unterschiedlichen Temperatur bei mindestens 10 7 K Hohe Höhe Coulomb-Barrieren kollidierender Kerne. Thermische Anregung Kernreaktionen wurden in der Praxis nur mit der Synthese der leichtesten Kerne durchgeführt, bei denen die Coulomb-Barrieren minimal sind (thermonukleare Fusion).

Die Anregung durch die Verbindung von Partikeln erfordert keine große kinetische Energie und hängt daher nicht von der Temperatur des Mediums ab, da sie aufgrund ungenutzter Bindungen erfolgt, die den Anziehungskräften der Partikel innewohnen. Aber um Reaktionen anzuregen, sind die Teilchen selbst notwendig. Und wenn wir wieder nicht einen separaten Reaktionsakt meinen, sondern die Energieerzeugung im makroskopischen Maßstab, dann ist dies nur möglich, wenn eine Kettenreaktion stattfindet. Letzteres tritt auf, wenn die Teilchen, die die Reaktion anregen, als Produkte einer exoenergetischen Reaktion wieder auftauchen.

Kettenreaktionen

Kettenreaktionen sind unter chemischen Reaktionen weit verbreitet, bei denen freie Atome oder Radikale die Rolle von Teilchen mit ungenutzten Bindungen übernehmen. Der Kettenreaktionsmechanismus bei Kernumwandlungen kann durch Neutronen bereitgestellt werden, die keine Coulomb-Barriere haben und bei der Absorption Kerne anregen. Das Auftauchen des notwendigen Partikels in der Umgebung löst eine Kette nacheinander aufeinanderfolgender Reaktionen aus, die so lange andauert, bis die Kette durch den Verlust des Reaktionsträgerpartikels abbricht. Es gibt zwei Hauptgründe für Verluste: die Absorption eines Partikels ohne die Emission eines sekundären Partikels und das Verlassen des Partikels über das Volumen der Substanz hinaus, die den Kettenprozess unterstützt. Tritt bei jedem Reaktionsvorgang nur ein Trägerteilchen auf, spricht man von einer Kettenreaktion unverzweigt. Eine unverzweigte Kettenreaktion kann nicht zu einer Energiefreisetzung im großen Maßstab führen.

Wenn in jedem Reaktionsvorgang oder in einigen Gliedern der Kette mehr als ein Teilchen auftritt, kommt es zu einer verzweigten Kettenreaktion, da eines der Sekundärteilchen die begonnene Kette fortsetzt, während die anderen neue Ketten entstehen lassen, die sich erneut verzweigen. Zwar konkurrieren Prozesse, die zu Kettenbrüchen führen, mit dem Verzweigungsprozess, und die daraus resultierende Situation führt zu limitierenden oder kritischen Phänomenen, die für verzweigte Kettenreaktionen spezifisch sind. Wenn die Anzahl der unterbrochenen Stromkreise größer ist als die Anzahl der neu auftretenden Stromkreise, dann selbsterhaltende Kettenreaktion(SCR) erweist sich als unmöglich. Selbst wenn es künstlich angeregt wird, indem man eine bestimmte Menge notwendiger Teilchen in das Medium einbringt, dann verblasst der begonnene Prozess schnell, da die Anzahl der Ketten in diesem Fall nur abnehmen kann. Wenn die Anzahl der neu gebildeten Ketten die Anzahl der Brüche übersteigt, breitet sich die Kettenreaktion schnell über das gesamte Volumen des Stoffes aus, wenn mindestens ein Ausgangspartikel auftritt.

Der Bereich der Materiezustände, in dem sich eine selbsterhaltende Kettenreaktion entwickelt, wird von dem Bereich getrennt, in dem eine Kettenreaktion im Allgemeinen unmöglich ist. kritischer Zustand. Der kritische Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Neuschaltungen mit der Anzahl der Unterbrechungen gleich ist.

Das Erreichen eines kritischen Zustands wird durch eine Reihe von Faktoren bestimmt. Die Spaltung eines schweren Kerns wird durch ein Neutron angeregt, und infolge des Spaltvorgangs entsteht mehr als ein Neutron (für 235 U beträgt beispielsweise die Anzahl der in einem Spaltvorgang erzeugten Neutronen durchschnittlich 2 bis 3). Folglich kann der Spaltungsprozess zu einer verzweigten Kettenreaktion führen, deren Träger Neutronen sind. Wenn die Rate der Neutronenverluste (Einfang ohne Spaltung, Entweichen aus dem Reaktionsvolumen usw.) die Rate der Neutronenvervielfachung so kompensiert, dass der effektive Neugenau gleich eins ist, dann läuft die Kettenreaktion in a ab stationärer Modus. Die Einführung einer negativen Rückkopplung zwischen dem effektiven Multiplikationsfaktor und der Energiefreisetzungsrate ermöglicht eine kontrollierte Kettenreaktion, die beispielsweise in der Kernenergie genutzt wird. Ist der Multiplikationsfaktor größer als eins, verläuft die Kettenreaktion exponentiell; Dabei kommt eine unkontrollierte Spaltkettenreaktion zum Einsatz

Nukleare Kettenreaktion

Nukleare Kettenreaktion- eine Folge einzelner Kernreaktionen, die jeweils durch ein Teilchen verursacht werden, das im vorherigen Schritt der Folge als Reaktionsprodukt aufgetreten ist. Ein Beispiel für eine nukleare Kettenreaktion ist eine Kettenreaktion der Kernspaltung schwerer Elemente, bei der der Großteil der Spaltereignisse durch Neutronen ausgelöst wird, die bei der Kernspaltung in der vorherigen Generation gewonnen wurden.

Energiefreisetzungsmechanismus

Die Umwandlung eines Stoffes geht nur dann mit der Freisetzung freier Energie einher, wenn der Stoff über eine Energiereserve verfügt. Letzteres bedeutet, dass sich Mikropartikel eines Stoffes in einem Zustand befinden, dessen Ruheenergie größer ist als in einem anderen möglichen Zustand, in den ein Übergang besteht. Ein spontaner Übergang wird immer durch eine Energiebarriere verhindert, zu deren Überwindung das Mikropartikel eine bestimmte Energiemenge von außen erhalten muss – Anregungsenergie. Die exoenergetische Reaktion besteht darin, dass bei der der Anregung folgenden Umwandlung mehr Energie freigesetzt wird, als zur Anregung des Prozesses erforderlich ist. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Energiebarriere zu überwinden: entweder durch die kinetische Energie kollidierender Teilchen oder durch die Bindungsenergie des sich verbindenden Teilchens.

Wenn wir das makroskopische Ausmaß der Energiefreisetzung berücksichtigen, müssen alle oder zunächst zumindest ein Teil der Partikel der Substanz über die kinetische Energie verfügen, die zur Anregung von Reaktionen erforderlich ist. Dies ist nur erreichbar, indem die Temperatur des Mediums auf einen Wert erhöht wird, bei dem sich die Energie der thermischen Bewegung der Energieschwelle nähert, die den Prozessablauf begrenzt. Bei molekularen Umwandlungen, also chemischen Reaktionen, beträgt ein solcher Anstieg meist Hunderte Kelvin, bei Kernreaktionen beträgt er aufgrund der sehr hohen Coulomb-Barrieren kollidierender Kerne jedoch mindestens 10 7 K. Die thermische Anregung von Kernreaktionen wird in der Praxis nur bei der Synthese der leichtesten Kerne durchgeführt, bei denen die Coulomb-Barrieren minimal sind (thermonukleare Fusion).

Die Anregung durch die Verbindung von Partikeln erfordert keine große kinetische Energie und hängt daher nicht von der Temperatur des Mediums ab, da sie aufgrund ungenutzter Bindungen erfolgt, die den Anziehungskräften der Partikel innewohnen. Aber um Reaktionen anzuregen, sind die Teilchen selbst notwendig. Und wenn wir wieder nicht einen separaten Reaktionsakt meinen, sondern die Energieerzeugung im makroskopischen Maßstab, dann ist dies nur möglich, wenn eine Kettenreaktion stattfindet. Letzteres tritt auf, wenn die Teilchen, die die Reaktion anregen, als Produkte einer exoenergetischen Reaktion wieder auftauchen.

Kettenreaktionen

Kettenreaktionen sind unter chemischen Reaktionen weit verbreitet, bei denen freie Atome oder Radikale die Rolle von Teilchen mit ungenutzten Bindungen übernehmen. Der Kettenreaktionsmechanismus bei Kernumwandlungen kann durch Neutronen bereitgestellt werden, die keine Coulomb-Barriere haben und bei der Absorption Kerne anregen. Das Auftauchen des notwendigen Partikels in der Umgebung löst eine Kette nacheinander aufeinanderfolgender Reaktionen aus, die so lange andauert, bis die Kette durch den Verlust des Reaktionsträgerpartikels abbricht. Es gibt zwei Hauptgründe für Verluste: die Absorption eines Partikels ohne die Emission eines sekundären Partikels und das Verlassen des Partikels über das Volumen der Substanz hinaus, die den Kettenprozess unterstützt. Tritt bei jedem Reaktionsvorgang nur ein Trägerteilchen auf, spricht man von einer Kettenreaktion unverzweigt. Eine unverzweigte Kettenreaktion kann nicht zu einer Energiefreisetzung im großen Maßstab führen.

Wenn in jedem Reaktionsvorgang oder in einigen Gliedern der Kette mehr als ein Teilchen auftritt, kommt es zu einer verzweigten Kettenreaktion, da eines der Sekundärteilchen die begonnene Kette fortsetzt, während die anderen neue Ketten entstehen lassen, die sich erneut verzweigen. Zwar konkurrieren Prozesse, die zu Kettenbrüchen führen, mit dem Verzweigungsprozess, und die daraus resultierende Situation führt zu limitierenden oder kritischen Phänomenen, die für verzweigte Kettenreaktionen spezifisch sind. Wenn die Anzahl der unterbrochenen Stromkreise größer ist als die Anzahl der neu auftretenden Stromkreise, dann selbsterhaltende Kettenreaktion(SCR) erweist sich als unmöglich. Selbst wenn es künstlich angeregt wird, indem man eine bestimmte Menge notwendiger Teilchen in das Medium einbringt, dann verblasst der begonnene Prozess schnell, da die Anzahl der Ketten in diesem Fall nur abnehmen kann. Wenn die Anzahl der neu gebildeten Ketten die Anzahl der Brüche übersteigt, breitet sich die Kettenreaktion schnell über das gesamte Volumen des Stoffes aus, wenn mindestens ein Ausgangspartikel auftritt.

Der Bereich der Materiezustände, in dem sich eine selbsterhaltende Kettenreaktion entwickelt, wird von dem Bereich getrennt, in dem eine Kettenreaktion im Allgemeinen unmöglich ist. kritischer Zustand. Der kritische Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Neuschaltungen mit der Anzahl der Unterbrechungen gleich ist.

Das Erreichen eines kritischen Zustands wird durch eine Reihe von Faktoren bestimmt. Die Spaltung eines schweren Kerns wird durch ein Neutron angeregt, und infolge des Spaltvorgangs entsteht mehr als ein Neutron (für 235 U beträgt beispielsweise die Anzahl der in einem Spaltvorgang erzeugten Neutronen durchschnittlich 2,5). Folglich kann der Spaltungsprozess zu einer verzweigten Kettenreaktion führen, deren Träger Neutronen sind. Wenn die Rate der Neutronenverluste (Einfang ohne Spaltung, Entweichen aus dem Reaktionsvolumen usw.) die Rate der Neutronenvervielfachung so kompensiert, dass der effektive Neutronenvervielfachungsfaktor genau gleich eins ist, dann läuft die Kettenreaktion in a ab stationärer Modus. Die Einführung einer negativen Rückkopplung zwischen dem effektiven Multiplikationsfaktor und der Energiefreisetzungsrate ermöglicht eine kontrollierte Kettenreaktion, die beispielsweise in der Kernenergie eingesetzt wird. Ist der Multiplikationsfaktor größer als eins, verläuft die Kettenreaktion exponentiell; Die außer Kontrolle geratene Kettenreaktion wird in Atomwaffen eingesetzt.

siehe auch

• Kette chemische Reaktion

Literatur

• Klimov A. N. Kernphysik und Kernreaktoren.- M. Atomizdat, .
• Levin V. E. Kernphysik und Kernreaktoren/ 4. Aufl. - M.: Atomizdat, .
• Petunin V. P. Wärmeenergietechnik kerntechnischer Anlagen.- M.: Atomizdat, .

Wikimedia-Stiftung. 2010.

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Kernkettenreaktion“ ist:

Eine Kettenkernreaktion ist eine Abfolge von Kernreaktionen, die durch Teilchen (z. B. Neutronen) angeregt werden, die bei jedem Reaktionsereignis entstehen. Abhängig von der durchschnittlichen Anzahl der Reaktionen nach einer vorherigen ist weniger als, gleich oder... ... Begriffe zur Kernenergie

nukleare Kettenreaktion- Eine Folge von Kernreaktionen, die durch Teilchen (z. B. Neutronen) angeregt werden, die bei jedem Reaktionsereignis entstehen. Abhängig von der durchschnittlichen Anzahl der Reaktionen nach einer vorherigen Reaktion kleiner, gleich oder größer als eins... ...

nukleare Kettenreaktion- grandininė branduolinė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. nukleare Kettenreaktion vok. Kettenkernreaktion, f rus. nukleare Kettenreaktion, f pranc. Reaktion in der Nuklearkette, f; Kernreaktion in der Kette, f … Fizikos terminų žodynas

Die Spaltungsreaktion von Atomkernen schwerer Elemente unter dem Einfluss von Neutronen; bei jedem Akt des Schwarms erhöht sich die Anzahl der Neutronen, so dass ein sich selbst erhaltender Spaltungsprozess stattfinden kann. Zum Beispiel bei der Spaltung eines Kerns des Uranisotops 235U unter dem Einfluss von ... Großes enzyklopädisches polytechnisches Wörterbuch

Nukleare Kettenreaktion- die Reaktion der Spaltung von Atomkernen unter dem Einfluss von Neutronen, bei der bei jedem Akt mindestens ein Neutron emittiert wird, was die Aufrechterhaltung der Reaktion gewährleistet. Wird als Energiequelle für Atomladungen (explosive Atomwaffen) und verwendet Kernreaktoren… … Glossar militärischer Begriffe

Kettenreaktion der Kernspaltung mit Neutronen- - [A. S. Goldberg. Englisch-Russisches Energiewörterbuch. 2006] Themen: Energie im Allgemeinen EN divergente Reaktion... Leitfaden für technische Übersetzer

Selbsterhaltende nukleare Kettenreaktion- 7. Selbsterhaltende nukleare Kettenreaktion SCR Eine nukleare Kettenreaktion, die durch einen effektiven Multiplikationsfaktor größer oder gleich eins gekennzeichnet ist

Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem eine durchgeführte Reaktion Folgereaktionen derselben Art hervorruft.

Bei der Spaltung eines Urankerns können die entstehenden Neutronen die Spaltung anderer Urankerne bewirken, und die Zahl der Neutronen steigt lawinenartig an.

Das Verhältnis der Anzahl der bei einem Spaltungsereignis erzeugten Neutronen zur Anzahl solcher Neutronen im vorherigen Spaltungsereignis wird als Neutronenmultiplikationsfaktor k bezeichnet.

Wenn k kleiner als 1 ist, zerfällt die Reaktion, weil Die Zahl der absorbierten Neutronen ist größer als die Zahl der neu gebildeten.
Wenn k größer als 1 ist, kommt es fast augenblicklich zu einer Explosion.
Wenn k gleich 1 ist, kommt es zu einer kontrollierten stationären Kettenreaktion.

Die Kettenreaktion geht mit der Freisetzung einher große Menge Energie.

Zur Durchführung einer Kettenreaktion können keine Kerne verwendet werden, die unter dem Einfluss von Neutronen spalten.

Wird als Brennstoff für Kernreaktoren verwendet Chemisches Element Uran besteht natürlicherweise aus zwei Isotopen: Uran-235 und Uran-238.

In der Natur machen Uran-235-Isotope nur 0,7 % der gesamten Uranreserven aus, sie sind jedoch diejenigen, die für die Durchführung einer Kettenreaktion geeignet sind, weil Spaltung unter dem Einfluss langsamer Neutronen.

Uran-238-Kerne können sich nur unter dem Einfluss von Neutronen spalten hohe Energie (schnelle Neutronen). Nur 60 % der Neutronen, die bei der Spaltung des Uran-238-Kerns entstehen, haben diese Energie. Ungefähr nur 1 von 5 erzeugten Neutronen führt zur Kernspaltung.

Bedingungen für eine Kettenreaktion in Uran-235:

Die Mindestbrennstoffmenge (kritische Masse), die zur Durchführung einer kontrollierten Kettenreaktion in einem Kernreaktor erforderlich ist
- Die Geschwindigkeit von Neutronen sollte zur Spaltung von Urankernen führen
- Fehlen von Verunreinigungen, die Neutronen absorbieren

Kritische Masse:

Wenn die Uranmasse klein ist, fliegen Neutronen aus dem Uran heraus, ohne zu reagieren
- Bei großer Uranmasse ist aufgrund eines starken Anstiegs der Neutronenzahl eine Explosion möglich
- Entspricht die Masse der kritischen Masse, kommt es zu einer kontrollierten Kettenreaktion

Für Uran-235 beträgt die kritische Masse 50 kg (das ist beispielsweise eine Urankugel mit einem Durchmesser von 9 cm).

Die erste kontrollierte Kettenreaktion - USA im Jahr 1942 (E. Fermi)
In der UdSSR - 1946 (I.V. Kurtschatow).

Faradaysches Gesetz der elektromagnetischen Induktion ist das Grundgesetz der Elektrodynamik und betrifft die Funktionsprinzipien von Transformatoren, Drosseln und vielen Arten von Elektromotoren

Und Generatoren. Das Gesetz besagt:

Faradays Gesetz als zwei verschiedene Phänomene[Bearbeiten | Wiki-Text bearbeiten]

Einige Physiker weisen darauf hin, dass das Faradaysche Gesetz zwei verschiedene Phänomene in einer Gleichung beschreibt: Motor-EMF, erzeugt durch die Einwirkung einer magnetischen Kraft auf einen sich bewegenden Draht, und Transformator EMF, erzeugt durch Einwirkung elektrischer Kraft aufgrund von Veränderungen Magnetfeld. James Clerk Maxwell machte in seiner Arbeit auf diese Tatsache aufmerksam Über physikalische Kraftlinien im Jahr 1861. In der zweiten Hälfte von Teil II dieser Arbeit gibt Maxwell für jedes dieser beiden Phänomene eine eigene physikalische Erklärung. In einigen modernen Lehrbüchern finden sich Hinweise auf diese beiden Aspekte der elektromagnetischen Induktion. Wie Richard Feynman schreibt:

Lorentzsches Gesetz[Bearbeiten | Wiki-Text bearbeiten]

Aufladung Q Im Leiter auf der linken Seite der Schleife erfährt die Lorentzkraft Q v× B k = −q v B(x C − w / 2) J   (j,k- Einheitsvektoren in Richtungen j Und z; cm. Vektorprodukt Vektoren), die EMK (Arbeit pro Ladungseinheit) verursachen. v ℓ B(x C − w / 2)über die gesamte Länge der linken Seite der Schleife. An rechte Seite Eine schleifenähnliche Argumentation zeigt, dass die EMK gleich ist v ℓ B(x C + w / 2). Zwei einander gegenüberliegende EMKs drücken die positive Ladung zum unteren Ende der Schleife. Falls das Feld B Wenn die Kraft entlang der x-Achse zunimmt, ist die Kraft auf der rechten Seite größer und der Strom fließt im Uhrzeigersinn. Anwendung der Regel rechte Hand, wir bekommen das Feld B, erzeugt durch den Strom, ist dem angelegten Feld entgegengesetzt. Die den Strom verursachende EMK muss entgegen dem Uhrzeigersinn ansteigen (im Gegensatz zum Strom). Wenn wir die EMK entgegen dem Uhrzeigersinn entlang der Schleife addieren, finden wir:

Faradaysches Gesetz[Bearbeiten | Wiki-Text bearbeiten]

Ein intuitiv attraktiver, aber fehlerhafter Ansatz zur Verwendung der Flussregel drückt den Fluss durch einen Kreislauf als Φ B = aus Bwℓ, wo w- Breite der beweglichen Schleife. Dieser Ausdruck ist zeitunabhängig, daher folgt fälschlicherweise, dass keine EMK erzeugt wird. Der Fehler in dieser Aussage besteht darin, dass sie nicht den gesamten Stromweg durch den geschlossenen Regelkreis berücksichtigt.

Für richtige Verwendung Aufgrund der Strömungsregeln müssen wir den gesamten Strompfad berücksichtigen, einschließlich des Pfads durch die Ränder am oberen und unteren Rand. Wir können einen beliebigen geschlossenen Pfad durch die Ränder und die rotierende Schleife wählen und mithilfe des Strömungsgesetzes die EMK entlang dieses Pfads ermitteln. Jeder Pfad, der ein an eine rotierende Schleife angrenzendes Segment enthält, berücksichtigt die relative Bewegung der Teile der Kette.

Betrachten Sie als Beispiel einen Pfad, der im oberen Teil der Kette in Drehrichtung der oberen Scheibe und im unteren Teil der Kette in der entgegengesetzten Richtung zur unteren Scheibe verläuft (in Abb. durch Pfeile dargestellt). . 4). Wenn in diesem Fall die rotierende Schleife um einen Winkel θ von der Kollektorschleife abweicht, kann sie als Teil eines Zylinders mit einer Fläche betrachtet werden A = Rℓθ. Dieser Bereich steht senkrecht zum Feld B, und sein Beitrag zum Fluss ist gleich:

wobei das Vorzeichen negativ ist, da gemäß der Rechten-Hand-Regel das Feld B , erzeugt durch eine Schleife mit Strom, entgegengesetzt zur Richtung des angelegten Feldes B". Da dies nur der zeitabhängige Teil des Flusses ist, beträgt die EMK nach dem Flussgesetz:

gemäß der Formel des Lorentzschen Gesetzes.

Betrachten Sie nun einen anderen Weg, bei dem wir uns dafür entscheiden, entlang der Ränder der Scheiben durch gegenüberliegende Segmente zu gehen. In diesem Fall wird der zugehörige Thread angezeigt verringern mit zunehmendem θ, aber nach der rechten Regel die aktuelle Schleife fügt hinzu angehängtes Feld B, daher wird die EMF für diesen Pfad genau den gleichen Wert haben wie für den ersten Pfad. Jeder gemischte Rückweg führt zum gleichen Ergebnis für den EMK-Wert, es spielt also keine Rolle, welchen Weg Sie wählen.

Eine thermonukleare Reaktion ist eine Art Kernreaktion, bei der sich leichte Atomkerne aufgrund der kinetischen Energie ihrer thermischen Bewegung zu schwereren verbinden. Ursprung des Begriffs[Bearbeiten | Wiki-Text bearbeiten]

Damit eine Kernreaktion stattfinden kann, müssen die ursprünglichen Atomkerne die sogenannte „Coulomb-Barriere“ überwinden – die Kraft der elektrostatischen Abstoßung zwischen ihnen. Dazu müssen sie über eine hohe kinetische Energie verfügen. Nach der kinetischen Theorie kann die kinetische Energie bewegter Mikropartikel einer Substanz (Atome, Moleküle oder Ionen) als Temperatur dargestellt werden und daher kann durch Erhitzen der Substanz eine Kernreaktion erreicht werden. Es ist dieser Zusammenhang zwischen dem Erhitzen einer Substanz und einer Kernreaktion, der im Begriff „thermonukleare Reaktion“ zum Ausdruck kommt.

Coulomb-Barriere[Bearbeiten | Wiki-Text bearbeiten]

Atomkerne haben eine positive elektrische Ladung. Bei großen Entfernungen können ihre Ladungen durch Elektronen abgeschirmt werden. Damit die Kernfusion jedoch stattfinden kann, müssen sie sich einander auf einen Abstand annähern, bei dem die starke Wechselwirkung wirksam ist. Dieser Abstand liegt in der Größenordnung der Kerne selbst und ist um ein Vielfaches kleiner als die Größe eines Atoms. In solchen Abständen können die Elektronenhüllen der Atome (auch wenn sie erhalten blieben) die Ladungen der Kerne nicht mehr abschirmen, sodass sie eine starke elektrostatische Abstoßung erfahren. Die Kraft dieser Abstoßung ist gemäß dem Coulombschen Gesetz umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Ladungen. Bei Abständen in der Größenordnung der Kerngröße beginnt die Stärke der starken Wechselwirkung, die dazu neigt, sie zu binden, schnell anzusteigen und wird größer als die Stärke der Coulomb-Abstoßung.

Um reagieren zu können, müssen Kerne also eine potentielle Barriere überwinden. Für die Deuterium-Tritium-Reaktion beträgt der Wert dieser Barriere beispielsweise etwa 0,1 MeV. Zum Vergleich: Die Ionisierungsenergie von Wasserstoff beträgt 13 eV. Daher ist die an der thermonuklearen Reaktion beteiligte Substanz ein fast vollständig ionisiertes Plasma.

Die 0,1 MeV entsprechende Temperatur beträgt ungefähr 10 9 K, es gibt jedoch zwei Effekte, die die für eine Fusionsreaktion erforderliche Temperatur senken:

· Erstens charakterisiert die Temperatur nur die mittlere kinetische Energie; es gibt Teilchen mit niedrigerer und höherer Energie. Tatsächlich sind an einer thermonuklearen Reaktion eine kleine Anzahl von Kernen beteiligt, deren Energie weit über dem Durchschnitt liegt (der sogenannte „Schwanz der Maxwellschen Verteilung“).

· Zweitens haben Kerne aufgrund von Quanteneffekten nicht unbedingt eine Energie, die die Coulomb-Barriere überschreitet. Wenn ihre Energie etwas unter der Barriere liegt, können sie hohe Wahrscheinlichkeit Tunnel hindurch. [ Quelle nicht angegeben 339 Tage]

Thermonukleare Reaktionen[Bearbeiten | Wiki-Text bearbeiten]

Einige der wichtigsten exothermen thermonuklearen Reaktionen mit großen Wirkungsquerschnitten:

Myonenkatalyse[Bearbeiten | Wiki-Text bearbeiten]

Hauptartikel: Myonenkatalyse

Die thermonukleare Reaktion kann durch das Einbringen negativ geladener Myonen in das Reaktionsplasma erheblich erleichtert werden.

Myonen µ − bilden in Wechselwirkung mit thermonuklearem Brennstoff Mesomoleküle, bei denen der Abstand zwischen den Kernen der Brennstoffatome etwas kleiner ist, was ihre Annäherung erleichtert und darüber hinaus die Wahrscheinlichkeit des Tunnelns von Kernen durch die Coulomb-Barriere erhöht.

Anzahl der Synthesereaktionen Xc, initiiert durch ein Myon, wird durch den Wert des Myon-Sticking-Koeffizienten begrenzt. Experimentell konnten Werte von X c ~ 100 erhalten werden, d.h. ein Myon ist in der Lage, Energie ~ 100 × X MeV freizusetzen, wobei X ist Energieausgang katalysierte Reaktion.

Während die freigesetzte Energiemenge geringer ist als Energiekosten für die Produktion des Myons selbst (5-10 GeV). Somit ist die Myonenkatalyse immer noch ein energetisch ungünstiger Prozess. Mit ist eine kommerziell nutzbare Energieerzeugung mittels Myonenkatalyse möglich Xc ~ 10 4 .

Bewerbung[Bearbeiten | Wiki-Text bearbeiten]

Die Nutzung der thermonuklearen Reaktion als praktisch unerschöpfliche Energiequelle ist vor allem mit der Aussicht auf die Beherrschung der Technologie der kontrollierten Energiegewinnung verbunden thermonukleare Fusion(UTS). Derzeit erlauben die wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen den Einsatz von CTS im industriellen Maßstab nicht.

Gleichzeitig hat die unkontrollierte thermonukleare Reaktion auch in militärischen Angelegenheiten Anwendung gefunden. Der erste thermonukleare Sprengsatz wurde im November 1952 in den USA getestet, und bereits im August 1953 wurde in der Sowjetunion ein thermonuklearer Sprengsatz in Form einer Fliegerbombe getestet. Die Kraft eines thermonuklearen Sprengkörpers (im Gegensatz zu einem atomaren) ist nur durch die Menge des zu seiner Herstellung verwendeten Materials begrenzt, was die Herstellung von Sprengkörpern nahezu jeder Kraft ermöglicht.

TICKET 27 Frage 1

Selbstinduktionsphänomen

Wir haben bereits untersucht, dass in der Nähe eines stromdurchflossenen Leiters ein Magnetfeld entsteht. Wir haben auch untersucht, dass ein magnetisches Wechselfeld einen Strom erzeugt (das Phänomen der elektromagnetischen Induktion). Lassen Sie uns überlegen Stromkreis. Wenn sich die Stromstärke in diesem Stromkreis ändert, ändert sich das Magnetfeld, wodurch ein zusätzlicher Strom entsteht induzierter Strom. Dieses Phänomen nennt man Selbstinduktion, und der in diesem Fall entstehende Strom heißt Selbstinduktionsstrom.

Das Phänomen der Selbstinduktion ist das Auftreten einer EMF in einem leitenden Stromkreis, die durch eine Änderung der Stromstärke im Stromkreis selbst entsteht.

Die Induktivität des Stromkreises hängt von seiner Form und Größe sowie von den magnetischen Eigenschaften ab Umfeld und hängt nicht von der Stromstärke im Stromkreis ab.

Selbstinduzierte EMK bestimmt durch die Formel:

Das Phänomen der Selbstinduktion ähnelt dem Phänomen der Trägheit. So wie es in der Mechanik unmöglich ist, einen sich bewegenden Körper sofort anzuhalten, kann ein Strom aufgrund des Phänomens der Selbstinduktion nicht sofort einen bestimmten Wert annehmen. Wenn in einem Stromkreis, der aus zwei identischen Lampen besteht, die parallel an eine Stromquelle angeschlossen sind, eine Spule in Reihe mit der zweiten Lampe geschaltet ist, dann leuchtet beim Schließen des Stromkreises die erste Lampe fast sofort und die zweite mit einer spürbaren Verzögerung.

Wenn der Stromkreis geöffnet wird, nimmt die Stromstärke schnell ab und die resultierende Selbstinduktions-EMK verhindert die Abnahme des magnetischen Flusses. In diesem Fall ist der induzierte Strom genauso gerichtet wie der ursprüngliche. Die selbstinduzierte EMK kann um ein Vielfaches größer sein als die externe EMK. Deshalb Glühbirne sehr oft brennen sie aus, wenn das Licht ausgeschaltet wird.

Magnetfeldenergie

Magnetische Feldenergie eines stromdurchflossenen Stromkreises:

Radioaktive Strahlung ist die Strahlung, die ein Isotop beim Zerfall freisetzt. Es gibt drei Arten: Alphastrahlen (Fluss von Helium-Atomkernen), Betastrahlen (Elektronenfluss) und Gammastrahlen (elektromagnetische Strahlung). Für den Menschen ist Gammastrahlung am gefährlichsten.

Die Dosis der absorbierten Strahlung entspricht dem Verhältnis der vom Körper aufgenommenen Energie zur Körpermasse. Die Absorptionsdosis wird mit dem Buchstaben D bezeichnet und in Graustufen gemessen.

In der Praxis ist die Maßeinheit auch Röntgen (R), gleich 2,58 mal 10 hoch minus 4 Coulomb, dividiert durch Kilogramm.

Absorbierte Strahlung kann sich im Laufe der Zeit ansammeln und ihre Dosis nimmt zu, je länger die Bestrahlung dauert.

Die Dosisleistung wird durch das Verhältnis der Dosis der absorbierten Strahlung zur Bestrahlungszeit bestimmt. Sie wird mit dem Buchstaben N bezeichnet und in Grautönen pro Sekunde gemessen.

Für den Menschen beträgt die tödliche Dosis der absorbierten Strahlung 6 Gy. Die maximal zulässige Strahlendosis für den Menschen beträgt 0,05 Gy pro Jahr.

TICKET 28 Frage 1

Ein Elementarteilchen ist ein Sammelbegriff, der sich auf Mikroobjekte im subnuklearen Maßstab bezieht, die nicht in ihre Bestandteile zerlegt werden können.

Es ist zu beachten, dass einige Elementarteilchen ( Elektron, Neutrino, Quarks usw.) auf dieser Moment gelten als strukturlos und gelten als primär fundamentale Teilchen . Andere Elementarteilchen (sog zusammengesetzte Partikel, einschließlich der Teilchen, aus denen der Kern besteht Atom - Protonen Und Neutronen) haben einen Komplex Interne Struktur, aber dennoch laut moderne Ideen, es ist aufgrund des Effekts unmöglich, sie in Teile zu trennen Gefangenschaft.

Insgesamt mit Antiteilchen Mehr als 350 Elementarteilchen wurden entdeckt. Davon sind Photon, Elektron und Myon, Neutrino, Elektron, Proton und ihre Antiteilchen stabil. Die verbleibenden Elementarteilchen zerfallen spontan in einer Zeit von etwa 1000 Sekunden (für ein freies Neutron) bis zu einem vernachlässigbaren Bruchteil einer Sekunde (von 10 −24 bis 10 −22, z Resonanzen).

Bei elektromagnetischen Schwingungen treten periodische Änderungen der elektrischen Ladung, des Stroms und der Spannung auf. Elektromagnetische Schwingungen werden unterteilt in frei, verblassen, gezwungen und Selbstschwingungen.

Als freie Schwingungen werden Schwingungen bezeichnet, die in einem System (Kondensator und Spule) auftreten, nachdem es aus der Gleichgewichtslage entfernt wurde (wenn dem Kondensator eine Ladung verliehen wird). Etwas präziser, Freie elektromagnetische Schwingungen treten auf, wenn ein Kondensator über eine Induktivität entladen wird. Gezwungen Als Schwingungen werden Schwingungen in einem Stromkreis unter dem Einfluss einer äußeren, sich periodisch ändernden elektromotorischen Kraft bezeichnet.

Das einfachste System, in dem freie elektromagnetische Schwingungen beobachtet werden, ist Schwingkreis. Es besteht aus einer Induktivität und einem Kondensator. Dieser Vorgang wird immer wieder wiederholt. wird entstehen elektromagnetische Schwingungen aufgrund der Energieumwandlung elektrisches Feld Kondensator.

· Der von der Batterie geladene Kondensator erreicht zu Beginn die maximale Ladung. Seine Energie Wir maximal sein wird (Abb. a).

· Wenn der Kondensator mit einer Spule kurzgeschlossen ist, beginnt er zu diesem Zeitpunkt zu entladen (Abb. b). Im Stromkreis tritt Strom auf. Wenn sich der Kondensator entlädt, erhöht sich der Strom im Stromkreis und in der Spule. Aufgrund des Phänomens der Selbstinduktion geschieht dies nicht sofort. Spulenenergie W m wird maximal (Abb. c).

· Der Induktionsstrom fließt in die gleiche Richtung. Elektrische Aufladungen sammeln sich wieder am Kondensator an. Der Kondensator wird wieder aufgeladen, d.h. Die zuvor positiv geladene Kondensatorplatte wird negativ aufgeladen. Die Energie des Kondensators wird maximal. Der Strom in dieser Richtung stoppt und der Vorgang wiederholt sich in der entgegengesetzten Richtung (Abb. d). Dieser Vorgang wird immer wieder wiederholt. wird entstehen elektromagnetische Schwingungen aufgrund der Umwandlung der Energie des elektrischen Feldes des Kondensators in die Energie des Magnetfeldes der Stromspule und umgekehrt. Liegen keine Verluste vor (Widerstand R = 0), dann ändern sich Stromstärke, Ladung und Spannung im Laufe der Zeit nach einem harmonischen Gesetz. Schwingungen, die nach dem Kosinus- oder Sinusgesetz auftreten, werden als harmonisch bezeichnet. Gleichung der harmonischen Ladungsschwingung: .

Ein Stromkreis, in dem kein Energieverlust auftritt, ist ein idealer Schwingkreis. Periode elektromagnetischer Schwingungen in einem idealen Schwingkreis hängt von der Induktivität der Spule und der Kapazität des Kondensators ab und ergibt sich gemäß Thomsons Formel Dabei ist L die Induktivität der Spule, C die Kapazität des Kondensators und T die Periode der elektrischen Schwingungen.
In einem realen Schwingkreis treten freie elektromagnetische Schwingungen auf Fading aufgrund von Energieverlust beim Erhitzen der Drähte. Für praktische Anwendung Es ist wichtig, ungedämpfte elektromagnetische Schwingungen zu erhalten, und dazu ist es notwendig, den Schwingkreis mit Strom aufzufüllen, um Energieverluste aus dem ungedämpften Schwingungsgenerator, der ein Beispiel für ein selbstschwingendes System ist, auszugleichen.

Ticket 29, Frage 1

Antiteilchen – ein Zwillingsteilchen eines anderen Elementarteilchen , das Gleiche haben Masse und das gleiche drehen, unterscheidet sich davon in den Vorzeichen aller anderen Interaktionsmerkmale (Gebühren wie z.B elektrisch Und Farbe Ladungen, Baryon und Lepton Quantenzahlen).

Die Definition dessen, was in einem Teilchen-Antiteilchen-Paar als „Teilchen“ zu bezeichnen ist, ist weitgehend willkürlich. Wann jedoch gegebene Wahl„Teilchen“ sein Antiteilchen ist eindeutig bestimmt. Die Erhaltung der Baryonenzahl bei schwachen Wechselwirkungsprozessen ermöglicht es, das „Teilchen“ in jedem Baryon-Antibaryon-Paar aus der Kette der Baryonenzerfälle zu bestimmen. Die Wahl eines Elektrons als „Teilchen“ im Elektron-Positron-Paar legt fest (aufgrund der Erhaltung der Leptonenzahl in Prozessen). schwache Interaktion) Bestimmung des Zustands eines „Teilchens“ in einem Elektron-Neutrino-Antineutrino-Paar. Übergänge zwischen Leptonen verschiedene Generationen(Typ ) wurden nicht beobachtet, daher kann die Definition eines „Teilchens“ in jeder Generation von Leptonen im Allgemeinen unabhängig erfolgen. Normalerweise werden „Teilchen“ in Analogie zu einem Elektron als negativ geladen bezeichnet Leptonen, die unter Beibehaltung der Leptonenzahl die entsprechende bestimmt Neutrino Und Antineutrino. Für Bosonen Der Begriff „Teilchen“ kann per Definition festgelegt werden, z. B. Überladung.

Dabei entstehen auch die Partikel, die sie verursachen, als Produkte dieser Reaktionen. Bei dieser Reaktion handelt es sich um die Spaltung von Uran und einigen Transuranelementen (z. B. 23 9 Pu) unter dem Einfluss von Neutronen. Es wurde erstmals 1942 von E. Fermi durchgeführt. Nach der Entdeckung Kernspaltung W. Zinn, L. Szilard und G. N. Flerov zeigten dies bei der Spaltung eines Urankerns U Es wird mehr als ein Neutron emittiert: N + U → A + B + v. Hier A Und IN— Spaltfragmente mit Massenzahlen A von 90 bis 150, v— Anzahl sekundärer Neutronen.

Neutronenmultiplikationsfaktor. Damit eine Kettenreaktion stattfinden kann, ist es notwendig, dass die durchschnittliche Anzahl freigesetzter Neutronen in einer bestimmten Uranmasse mit der Zeit nicht abnimmt Neutronenmultiplikationsfaktor k war größer oder gleich eins.

Der Neutronenmultiplikationsfaktor ist das Verhältnis der Neutronenzahl einer Generation zur Neutronenzahl der vorherigen Generation. Unter Generationswechsel versteht man die Kernspaltung, bei der Neutronen der alten Generation absorbiert und neue Neutronen entstehen.

Wenn k ≥ 1, dann nimmt die Zahl der Neutronen mit der Zeit zu oder bleibt konstant und es kommt zu einer Kettenreaktion. Bei k > 1 die Zahl der Neutronen nimmt ab und eine Kettenreaktion ist unmöglich.

Aus mehreren Gründen sind von allen in der Natur vorkommenden Kernen nur Isotopenkerne für die Durchführung einer nuklearen Kettenreaktion geeignet. Der Multiplikationsfaktor wird bestimmt durch: 1) den Einfang langsamer Neutronen durch Kerne, die anschließende Spaltung und den Einfang schneller Neutronen durch Kerne sowie die anschließende Spaltung; 2) Einfangen von Neutronen ohne Spaltung durch Urankerne; 3) Einfangen von Neutronen durch Spaltprodukte, Moderator und Strukturelemente der Anlage; 4) die Emission von Neutronen aus der spaltbaren Substanz nach außen.

Nur der erste Prozess geht mit einer Zunahme der Neutronenzahl einher. Für eine stationäre Reaktion k muss gleich 1 sein. Bereits bei k = 1,01 Es kommt fast augenblicklich zu einer Explosion.

Plutoniumbildung. Durch den Einfang eines Neutrons durch ein Uranisotop entsteht ein radioaktives Isotop mit einer Halbwertszeit von 23 Minuten. Während des Zerfalls erscheint das erste transura-neue Element Neptunium:

.

β-radioaktives Neptunium (mit einer Halbwertszeit von etwa zwei Tagen), das ein Elektron emittiert, verwandelt sich in das folgende Transuranelement - Plutonium:

Plutonium hat eine Halbwertszeit von 24.000 Jahren und ist die wichtigste Eigenschaft ist die Fähigkeit, unter dem Einfluss langsamer Neutronen ähnlich wie ein Isotop zu spalten. Mit Hilfe von Plutonium kann eine Kettenreaktion unter Freisetzung großer Energiemengen durchgeführt werden.

Die Kettenreaktion geht mit der Freisetzung enormer Energie einher; Bei der Spaltung jedes Kerns werden 200 MeV freigesetzt. Bei der Spaltung von 1 Urankern wird die gleiche Energie freigesetzt wie bei der Verbrennung von 3 Kohle oder 2,5 Tonnen Öl.

Eine Kettenreaktion ist eine sich selbst erhaltende chemische Reaktion, bei der zunächst auftretende Produkte an der Bildung neuer Produkte beteiligt sind. Kettenreaktionen treten normalerweise auf hohe Geschwindigkeit und haben oft den Charakter einer Explosion.

Kettenreaktionen durchlaufen drei Hauptstadien: Ursprung (Initiierung), Entwicklung und Kettenabbruch.

Reis. 9.13. Energieprofil der Reaktion (Abhängigkeitsdiagramm). potenzielle Energie aus der Reaktionskoordinate) und zeigt ein Minimum, das der Bildung eines Reaktionszwischenprodukts entspricht.

Initiationsphase. In diesem Stadium kommt es zur Bildung von Zwischenprodukten (Zwischenprodukten). Zwischenprodukte können Atome, Ionen oder neutrale Moleküle sein. Die Initiierung kann durch Licht, Kernstrahlung, thermische Energie, Anionen oder Katalysatoren erfolgen.

Entwicklungsstufe. In diesem Stadium reagieren Zwischenprodukte mit den ursprünglichen Reaktanten unter Bildung neuer Zwischenprodukte und Endprodukte. Die Entwicklungsphase bei Kettenreaktionen wiederholt sich viele Male, was zur Bildung führt große Zahl End- und Zwischenprodukte.

Leistungsunterbrechungsstufe. In dieser Phase erfolgt der Endverbrauch der Zwischenprodukte bzw. deren Zerstörung. Dadurch kommt die Reaktion zum Stillstand. Die Kettenreaktion kann spontan oder unter dem Einfluss spezieller Substanzen – Inhibitoren – abbrechen.

Kettenreaktionen spielen in vielen Bereichen der Chemie eine wichtige Rolle, insbesondere in der Photochemie, Verbrennungschemie, Kernspaltung und Kernfusionsreaktionen (siehe Kapitel 1), in organische Chemie(siehe Kapitel 17-20).

Photochemie

Dieser Zweig der Chemie umfasst chemische Prozesse, die mit der Wirkung von Licht auf Materie verbunden sind. Ein Beispiel für einen photochemischen Prozess ist die Photosynthese.

Viele Kettenreaktionen werden durch Licht ausgelöst. Das auslösende Teilchen ist in diesem Fall ein Photon, das Energie besitzt (siehe Abschnitt 1.2). Klassisches Beispiel- Reaktion zwischen Wasserstoff und Chlor in Gegenwart von Licht

Diese Reaktion verläuft explosionsartig. Es umfasst die folgenden drei Phasen.

Einleitung. In dieser Phase gibt es eine Pause kovalente Bindung in einem Chlormolekül, was zur Bildung von zwei Atomen mit jeweils einem ungepaarten Elektron führt:

Eine Reaktion dieser Art ist die Homolyse oder hämolytische Spaltung (siehe Abschnitt 17.3). Es ist auch ein Beispiel für Photolyse. Der Begriff Photolyse bedeutet photochemische Zersetzung. Die beiden gebildeten Chloratome sind Zwischenprodukte. Sie sind Radikale. Ein Radikal ist ein Atom (oder eine Gruppe von Atomen), das mindestens ein ungepaartes Elektron besitzt. Es ist zu beachten, dass die Initiierungsphase zwar die langsamste Phase der Kettenreaktion ist, jedoch nicht die Geschwindigkeit der gesamten Kettenreaktion bestimmt.

Entwicklungsstufe. In diesem Stadium reagieren Chloratome mit Wasserstoffmolekülen und bilden das Endprodukt – Chlorwasserstoff sowie Wasserstoffradikale. Wasserstoffradikale reagieren mit Chlormolekülen; Dadurch entstehen neue Produktanteile und neue Chlorradikale:

Diese beiden Reaktionen, die zusammen die Entwicklungsstufe ausmachen, werden millionenfach wiederholt.

Leistungsunterbrechungsstufe. Dadurch kommt die Kettenreaktion endgültig zum Stillstand

Reaktionen wie z

Um die Energie aufzunehmen, die bei diesen Kettenabbruchreaktionen freigesetzt wird, ist die Beteiligung eines dritten Körpers an ihnen erforderlich. Bei diesem dritten Körper handelt es sich üblicherweise um die Wände des Gefäßes, in dem die Reaktion durchgeführt wird.

Quantenausbeute

Die Absorption eines Lichtphotons durch ein Chlormolekül in der oben beschriebenen Kettenreaktion kann zur Bildung von Millionen von Chlorwasserstoffmolekülen führen. Das Verhältnis der Anzahl der Produktmoleküle zur Anzahl der die Reaktion auslösenden Lichtquanten (Photonen) wird als Quantenausbeute bezeichnet. Die Quantenausbeute photochemischer Reaktionen kann zwischen einer und mehreren Millionen liegen. Eine hohe Quantenausbeute weist auf die Kettennatur der ablaufenden Reaktion hin.

Pulsphotolyse

Dies ist der Name der Technik, mit der Radikale in einer Konzentration gewonnen werden, die hoch genug ist, um sie nachzuweisen. In Abb. Abbildung 9.14 zeigt ein vereinfachtes Diagramm des für die Blitzphotolyse verwendeten Aufbaus. Das Reaktionsgemisch ist betroffen

Reis. 9.14. Gepulste Photolyse.

mit einem kräftigen Lichtblitz von einem Special Impulsquelle. Eine solche Quelle ermöglicht die Erzeugung von Lichtblitzen mit einer Energie von bis zu 105 J und einer Dauer in der Größenordnung von s oder weniger. Moderne Techniken Bei der gepulsten Photolyse werden gepulste Laser mit einer Blitzdauer in der Größenordnung einer Nanosekunde (10-9 s) verwendet. Die durch einen solchen Lichtblitz ablaufende Reaktion kann durch die Aufnahme einer Folge optischer Absorptionsspektren des Reaktionsgemisches verfolgt werden. Auf den ersten Blitz folgt eine Reihe von Blitzen aus einer gepulsten Quelle mit geringer Leistung. Diese Blitze folgen in Abständen in der Größenordnung von Millisekunden oder Mikrosekunden aufeinander und ermöglichen die Aufnahme der Absorptionsspektren des Reaktionsgemisches in solchen Zeitintervallen.

Verbrennung

Die Reaktion mit Sauerstoff unter Freisetzung von Wärmeenergie und Licht wird als Verbrennung bezeichnet. Die Verbrennung erfolgt normalerweise als komplexe Abfolge radikalischer Reaktionen.

Nehmen wir als Beispiel die Wasserstoffverbrennung. Unter bestimmten Bedingungen läuft diese Reaktion explosionsartig ab. In Abb. Abbildung 9.15 zeigt experimentelle Daten für die Reaktion einer stöchiometrischen Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff in einem Pyrex-Reaktor. Der schattierte Bereich des Diagramms entspricht dem explosiven Bereich dieser Reaktion. Für die Wasserstoffverbrennungsreaktion hat dieser Abschnitt des Diagramms die Form einer explosiven Halbinsel. Der Explosionsbereich wird durch die Grenzen der Explosion begrenzt.

Reis. 9.15. Bedingungen für das explosionsartige Auftreten der Wasserstoffverbrennungsreaktion: