Бит на енергијата на еден електрон во атомот. Метода за производство на енергија во реактор со бавно неутрони

Оваа статија зборува за она што квантизацијата на енергија и значењето на овој феномен е да модерната наука. Тоа ја покажува историјата на откривањето на discreteness на енергија, и, исто така, покажа обемот на quantized атоми.

Крајот на физиката

Кон крајот на деветнаесеттиот век, дилемата со кои се соочуваат од страна на научниците: тогашната ниво на технологија, беа откриени сите можни закони на физиката, опишани и изучува. Студентите кои имаат високо развиени способности во науката, наставникот не препорачува да се изберат физика. Тие верувале дека прослави тоа веќе не е можно, не беше само рутинска работа за проучување на мали ситни детали. Тоа е посоодветна внимателен човек, не се надарени. Сепак, сликата што е повеќе забавни беше откритието даде прилика да ја одрази. Се започна со едноставен недоследности. За да започнете, се покажа дека светлината не е сосема солидна: во одредени услови, на согорувањето на водород оставени на бројот плоча на линии, наместо само на едно место. Понатаму, тоа беше откриено дека спектарот на хелиум имаше повеќе линии од водород спектарот. Потоа се откри дека патеката на една ѕвезда е различен од другите. И чиста љубопитност принуден истражувачи рачно стави едно искуство по друг во потрага по одговори на прашањата. За комерцијална употреба на нивните откритија тие не ги замисли.

Планк и квантната

За среќа за нас, овој чекор напред во физиката беше придружуван од страна на развојот на математиката. Бидејќи објаснување за тоа што се случува да се вклопат во неверојатно комплексна формула. Во 1900 година, Макс Планк, работи на теоријата на зрачење на апсолутно црно тело, покажа дека енергијата е quantized. Накратко да ни кажете за значењето на оваа изјава е прилично едноставна. Секоја елементарна честичка може да биде само во одредени услови. Ако предизвика груба модел, контра може да се покаже како членки на 1, 3, 8, 13, 29, 138. Сите други вредности не се на располагање меѓу нив. Причините за тоа ние ќе се открие подоцна. Меѓутоа, ако се нурне во приказната на ова откритие, тоа е вреди да се напомене дека научникот смета за енергија квантизацијата на крајот на животот е само лесен математички трик, не е опремен со сериозна физичка смисла.

Бран и тежина

На почетокот на дваесеттиот век беше полн со откритија во врска со светот на елементарните честички. Но, најголемата мистерија е парадоксот: во некои случаи, на честички се однесуваат како објекти со маса (а со тоа и динамика), а некои - како бран. По долги и упорни спорови дошол до заклучок неверојатно: електроните, протоните и неутроните имаат овие својства истовремено. Овој феномен се нарекува двојноста бран-честички (во говорот на руските научници пред двесте години corpuscle наречен честички). Така, еден електрон е одредена маса, како што се извалка во еден бран на одредена фреквенција. Електронски која ротира околу атомското јадро, бескрајно наметнува брановите на еден на друг. Како резултат на тоа, само на одредени растојанија од центарот (кој зависи од брановата должина), бран ротира електрони, не се откажете едни со други. Ова се случува кога на наметнување на "главата" на електрони бран на својот "опашка" издигнувања совпаѓа со максимума и минимални - минимални. Ова го објаснува квантизацијата на енергијата на атомот, односно присуство на добро дефинирани орбити во која електрони може да постои.

Сферно nanokon во вакуум

Сепак, вистински системи се неверојатно комплексни. Почитување на логика што е опишано погоре, може да биде дополнително сфати електрони орбити систем во водород и хелиум. Сепак, од тогаш па натаму потреба прилично сложени пресметки. За да дознаете како да се разбере современите студентите учат квантизацијата енергијата на честички во потенцијалот и. За да започнете, изберете идеална форма на јама и единствен модел електрони. Да ги реши овие Schrödinger равенката се енергетски нивоа на кои електронот може да биде. По учењето да се погледне за зависности, воведување на повеќе варијабли: ширината и длабочината на добро, енергија и фреквенцијата на електронот ја губи својата одреденост, додавајќи комплексноста равенки. Понатаму форма јама се менува (на пример, станува квадрат или заби профил, на рабовите изгуби својата симетрија), се зема хипотетички елементарни честички со посакуваните карактеристики. И само тогаш научат да ги реши проблемите во кои се појавува на сончева енергија квантизацијата на вистинската атоми, па дури и повеќе комплексни системи.

импулс интензитет

Сепак, нивото на енергија, на пример, еден електрон - е повеќе или помалку јасни вредност. Сите во еден или друг начин, но се чини дека колку е повисока енергија на централното греење на батеријата, повисока температурата во станот. Соодветно на тоа, квантизацијата на енергија се уште е можно да се замисли на умот. Исто така, постојат концепти во физиката кои го прават смисла интуитивно тешко. Импулсот е производ макро брзина на земјата (не заборавајте дека брзината и интензитет на двете - вектор големината, т.е. независно од насока). Тоа се должи на импулс, јасно е дека просечната вредност полека се вее камен остави само модринка, ако падне во еден човек, а не како мали куршум, пукале во висока брзина, крши низ телото. Во микро исто пулсот - ова е такво количество што го карактеризира односот на честички со околниот простор, како и нејзиниот имот се движите и да комуницирате со другите честички. Последново е директно зависна од енергија. Така, станува јасно дека квантизацијата на енергија и динамика на честички треба да бидат меѓусебно поврзани. Згора на тоа, постојано h, што укажува на најниска можна дел од физичка појава и покажува дискретни вредности вклучени во формулата и енергија и динамика на честички во nanoworld. Но, постои концепт уште далеку од интуитивна свест - интензитет. Таа се однесува на ротирачкото тела и значи што масовно и ротирачки аголна брзина. Потсетиме, аголната брзина укажува на големината на ротација по единица време. На аголниот момент е исто така можат да го пријавите метод за распределба на ротирачкото тело супстанција: објекти со иста маса, но центриран околу оската на ротација или на периферијата ќе имаат различни аголниот момент. Како што читателот веројатно веќе погодивте, во атомската светот е енергија квантизацијата на аголниот момент.

Квантна и ласер

Влијанието на отворањето на дискретни количества енергија и други очигледни. Деталната студија на светот е можно само благодарение на износот. Современи методи на проучување на материјали, со користење на различни материјали, па дури и науката да ги создаде - природно продолжување на разбирање она енергија квантизацијата. Принципот на работа и употреба на ласер - не е исклучок. Генерално, ласерски се состои од три основни елементи: течност, и огледало пумпа фарот. Течност е избран така што постојат два релативно блиску до нивото на електрони. Најважниот критериум за овие нивоа е живот на електрони на нив. Тоа е колку електронот е во состојба да преживее во одредена држава, пред да одат во пониска и стабилна позиција. На две нивоа треба да биде повеќе долгата горниот. Потоа транспорт (често - стандардна сијалица, понекогаш - инфраред) дава електроните имаат доволно енергија за сите од нив се собраа на повисоко ниво на енергија, како и акумулираната таму. Ова се нарекува нивоа инверзија население. Понатаму, некои еден електрон се движи кон пониска и стабилна држава со емисија на фотон, предизвикувајќи прекин на одредување на електрони. Функцијата на овој процес е дека сите фотони со што се добиваат имаат иста бранова должина и кохерентна. Сепак, работната течност обично е доволно голем, а тоа создава текови насочени во различни правци. Улогата на огледало на рефлекторот е да се филтрира само оние струи на фотони, кои имаат иста насока. Како резултат на тоа, на излез е тесен интензивна зрак на кохерентна бранови на иста бранова должина. На прв поглед, ова беше мисли е можно само во солидна. Првиот ласер беше boule како течност. Сега, има ласери на сите типови и видови - течности, гас, па дури и хемиски реакции. Како што читателот може да се види, главната улога во овој процес се игра од страна на апсорпција и емисија на светлина од страна на атомот. квантизацијата на енергија во овој случај е само основа за опишување на теоријата.

Светлина и електрони

Потсетиме дека на транзиција на еден електрон во еден атом од еден на друг орбита е придружена од страна на или емисија или апсорпција на енергија. Оваа енергија се јавува како фотонот на светлината, или фотон. Формално, фотонот е честички, туку и на другите жители на nanoworld е поинаква. Фотонот нема маса, но има интензитет. Тој тоа го покажа уште руски научник Лебедев во 1899 година, јасно покажувајќи притисокот на светлината. Фотон постои само во движење и неговата брзина е брзината на светлината. Ова е најбрзиот можен во нашиот универзум објект. Брзината на светлината (обично означени со мали латински "в") е околу триста илјади километри во секунда. На пример, големината на нашата галаксија (не многу голема за просторот стандарди) е околу сто илјади светлосни години. Соочени со ова прашање, фотонот му дава својата моќ целосно, како да се растворени во ова. енергијата на фотонот, кој е ослободен или апсорбираат во транзицијата на еден електрон од една орбита на друг зависи од растојанието помеѓу орбитите. Ако тоа е мал - се издвојува инфрацрвени зраци со мала енергија, ако голем - се ултравиолетово.

X-зраци и гама зраци

Електромагнетни спектар по ултравиолетови содржи рентген и гама зрачење. Обично тие се бранова должина, фреквенција и енергија се поклопуваат во прилично широк спектар. Тоа е, има Х-зраци фотон со бранова должина од 5 picometers и гама фотони на иста бранова должина со. Тие се разликуваат само во начинот на подготовка. Рентген се случува во присуство на многу брзо електрони, и гама зрачење се добива само во процесот на дезинтеграција и соединувањето на јадра. Х-зраци е поделена на благи (со помош на проѕирен белите дробови на човекот и коски) и тешко (обично е потребна само за индустриски или истражувачки цели). Ако многу силно забрзано електрони, а потоа нагло се забави нејзиниот надолу (на пример, испраќање на цврсти), тоа ќе зрачи Х-зраци фотони. Во судири на овие електрони со суштината на целната атоми, електрони се извлече од долниот школка. Електроните горниот школки заземат своето место, транзицијата, исто така емитуваат Х-зраци.

Гама зраци случи и во други случаи. Јадрата на атомите, и покрај тоа што се состои од многу елементарни честички, исто така се карактеризира со мали димензии, и според тоа, тие имаат тенденција да се енергија квантизацијата. Транзицијата на јадра возбудена состојба на пониско, десно, а во придружба на емисијата на гама зраци. Секое падот на реакција или нуклеарна фузија се одвива, вклучувајќи го и појавата на гама фотони.

нуклеарна реакција

Малку погоре, се споменува дека атомски јадра, исто така, се предмет на законите на квантната светот. Но, постојат природно-случуваат супстанции како големи јадра, тие стануваат нестабилни. Тие имаат тенденција да се срушат во помали и поцврсти компоненти. Овие, како што читателот најверојатно го претпоставам, се, на пример, плутониум и ураниум. Кога нашата планета формирана од protoplanetary диск, има одредена количина на радиоактивни материи. Бидејќи тие се распадна во текот на времето, се трансформираат во други хемиски елементи. Сепак, за да ја преживеале голем број на nondecayed ураниум, и износот може да се процени, на пример, на возраст од земјата. На хемиски елементи кои имаат природен радиоактивност, не постои таква карактеристика како време на полуживот. Ова е временскиот период за кој ќе биде преполовен преостанатиот број на атоми од овој вид. Полуживот на плутониум, на пример, има дваесет и четири илјади години. Меѓутоа, во прилог на природната радиоактивност, таму е исто така принудени. Ако бомбардирам висока алфа-честички или неутрони светлина атомски јадра, тие попуштат. Во овој случај постојат три вида на јонизирачко зрачење: алфа честички, бета честички, гама зраци. Бета распаѓањето на јадра доведува до промена во единицата на полнење. Алфа честичките се јадрото на две позитрони. Гама зрачење нема обвинение и не се оттргнат на електромагнетно поле, но има најголем продорен моќ. квантизацијата на енергија се појавува во сите случаи, јадрото.

Војна и мир

Ласери, X-зраци, една студија на цврсти материи и ѕвезди - сите мирни апликации на знаење за кванти. Сепак, нашиот свет е полн со закани, и секој сака да се заштитат себеси. Наука служи воени цели премногу. Дури и со стража го стави во светот чисто теоретски феномен како енергија квантизацијата. Одредени дискретни било зрачење, на пример, биле основа на нуклеарно оружје. Се разбира, неговите апликации настанала борбени единици - најверојатно, читателот ќе се сеќавам на Хирошима и Нагасаки. Сите други причини, притиснете на црвеното копче негува тоа беше повеќе или помалку мирна. Како што е секогаш прашање на радиоактивната контаминација на животната средина. На пример, полуживотот на плутониум што е наведено погоре го пределот во кој овој елемент добива непогодни за употреба за многу долго време, речиси геолошка епоха.

Вода и жици

Да се вратиме на мирно користење на нуклеарната реакција. Ова, се разбира, зборувам за производство на електрична енергија со помош на нуклеарна фисија. Овој процес изгледа вака:

На јадрото на реакторот првично како слободна неутрони, а потоа тие хит радиоактивен елемент (обично ураниум изотоп), кој се подложува на алфа или бета распаѓање.

За оваа реакција не помина во чекор неконтролирано, јадрото на реакторот се состои од т.н. retarders. Како по правило, тоа е направен од графит прачки, кои се многу добро се апсорбира неутрони. Со прилагодување на должината на тоа, можно е да го следи брзината на реакцијата.

Како резултат на тоа, еден елемент се трансформира во друг, неверојатна количина на енергија ослободени. Оваа енергија се апсорбира од страна на канистер исполнет со т.н. тешка вода (наместо на водород деутериум молекули). Како резултат на контакт со јадрото на реакторот дека водата силно контаминирани производи од радиоактивното распаѓање. Тоа рециклирање оваа вода е најголемиот проблем на нуклеарната енергија во моментот.

Во првото коло на вода се става на второ место во вториот - на третото место. Водата од третиот коло веќе е безбедно да се користи, и тоа се врти турбина, која произведува електрична енергија.

И покрај толку голем број на посредници меѓу ослободени директно јадра енергија и на крајниот корисник (да не заборавиме за десетици километри на жици, кои, исто така, губење на моќ), оваа реакција дава неверојатна моќ. На пример, една нуклеарна централа може да снабдување со електрична енергија на целата област со различни индустрии.