Tuumareaktsioonide ja keemiliste reaktsioonide erinevus. Mis vahe on aatomipommil ja termotuumapommil? “Kid”: must huumor või onu Sami küünilisus

Uudiste kohaselt ähvardab Põhja-Korea katsetada vesinikupomm Vaikse ookeani kohal. President Trump kehtestab vastuseks uued sanktsioonid üksikisikutele, ettevõtetele ja pankadele, kes teevad riigiga äri.

"Ma arvan, et see võib olla enneolematul tasemel vesinikupommi katsetus, võib-olla Vaikse ookeani piirkonnas," ütles Põhja-Korea välisminister Ri Yong Ho sel nädalal New Yorgis ÜRO Peaassambleel toimunud kohtumisel. Rhee lisas, et "see sõltub meie juhist."

Aatomi- ja vesinikupomm: erinevused

Vesinik- või termotuumapommid on võimsamad kui aatomi- või lõhustumispommid. Vesinikupommide ja aatomipommide erinevused algavad aatomitasandilt.

Aatomipommid, nagu need, mida kasutati Jaapani linnade Nagasaki ja Hiroshima hävitamiseks Teise maailmasõja ajal, lõhestavad aatomituuma. Kui tuumas jagunevad neutronid või neutraalsed osakesed, sisenevad mõned naaberaatomite tuumadesse, lõhestades ka need. Tulemuseks on väga plahvatusohtlik ahelreaktsioon. Teadlaste liidu andmetel langesid Hiroshimale ja Nagasakile pommid saagisega 15 kilotonni ja 20 kilotonni.

Seevastu esimene termotuumarelva ehk vesinikupommi katsetus USA-s 1952. aasta novembris põhjustas umbes 10 000 kilotonni trotüüli plahvatuse. Termotuumasünteesipommid algavad sama lõhustumisreaktsiooniga, mis toidab aatomipomme, kuid enamikku aatomipommides leiduvast uraanist või plutooniumist tegelikult ei kasutata. Termotuumapommis tähendab lisaaste pommi suuremat plahvatusjõudu.

Esiteks surub tuleohtlik plahvatus kokku plutoonium-239 sfääri, materjali, mis seejärel lõhustub. Selle plutoonium-239 süvendi sees on gaasilise vesiniku kamber. Plutoonium-239 lõhustumisel tekkivad kõrged temperatuurid ja rõhud põhjustavad vesinikuaatomite kokkusulamise. See termotuumasünteesiprotsess vabastab neutronid, mis naasevad plutoonium-239-ks, lõhestades rohkem aatomeid ja suurendades lõhustumise ahelreaktsiooni.

Vaata videot: Aatomi- ja vesinikupommid, kumb on võimsam? Ja mis on nende erinevus?

Tuumakatsetused

Valitsused üle maailma kasutavad ülemaailmseid seiresüsteeme tuumakatsetuste tuvastamiseks osana jõupingutustest 1996. aasta üldise tuumakatsetuste keelustamise lepingu jõustamiseks. Sellel lepingul on 183 osapoolt, kuid see ei tööta, kuna peamised riigid, sealhulgas USA, ei ole seda ratifitseerinud.

Alates 1996. aastast on Pakistan, India ja Põhja-Korea korraldanud tuumakatsetusi. Lepinguga kehtestati aga seismiline seiresüsteem, mis suudab eristada tuumaplahvatust maavärinast. Rahvusvahelises seiresüsteemis on ka jaamad, mis tuvastavad infraheli – heli, mille sagedus on inimkõrva plahvatuste tuvastamiseks liiga madal. Kaheksakümmend radionukliidide seirejaama üle maailma mõõdavad sademeid, mis võib tõestada, et teiste seiresüsteemide tuvastatud plahvatus oli tegelikult tuumaenergia.

Küsimusele: Mille poolest erinevad tuumareaktsioonid keemilistest reaktsioonidest? antud autori poolt Joabzali Davlatov parim vastus on Keemilised reaktsioonid toimuvad molekulaarsel tasemel ja tuumareaktsioonid aatomi tasandil.

Vastus alates Lahingumuna[guru]
Keemilistes reaktsioonides muutuvad ühed ained teisteks, kuid osade aatomite muundumine teisteks ei toimu. Tuumareaktsioonide käigus muutuvad ühe keemilise elemendi aatomid teiseks.

Vastus alates Zvagelski michael-michka[guru]
Tuumareaktsioon. - aatomituumade muundumisprotsess, mis toimub nende koostoimel elementaarosakeste, gammakiirte ja üksteisega, mis viib sageli kolossaalsete energiakoguste vabanemiseni. Tuumades toimuvaid spontaanseid (ilma langevate osakeste mõjutamiseta) protsesse – näiteks radioaktiivset lagunemist – tavaliselt tuumareaktsioonideks ei klassifitseerita. Kahe või enama osakese vahelise reaktsiooni läbiviimiseks on vaja, et interakteeruvad osakesed (tuumad) läheneksid üksteisele 10 kuni miinus 13 cm kaugusel, see tähendab tuumajõudude iseloomuliku toimeraadiuse kaugusel. Tuumareaktsioonid võivad toimuda nii energia vabanemisel kui ka neeldumisel. Esimest tüüpi, eksotermilised reaktsioonid on tuumaenergia aluseks ja on tähtede energiaallikaks. Reaktsioonid, mis hõlmavad energia neeldumist (endotermilised), saavad toimuda ainult siis, kui põrkuvate osakeste kineetiline energia (massikeskmes) on üle teatud väärtuse (reaktsioonilävi).

Keemiline reaktsioon. - ühe või mitme lähteaine (reaktiivi) muundamine aineteks (reaktsiooniproduktid), mis erinevad neist keemilise koostise või struktuuri poolest - keemilisteks ühenditeks. Erinevalt tuumareaktsioonidest ei muutu keemiliste reaktsioonide käigus aatomite koguarv reageerivas süsteemis, samuti keemiliste elementide isotoopkoostis.
Keemilised reaktsioonid tekivad reagentide spontaansel segamisel või füüsilisel kokkupuutel, kuumutamisel, katalüsaatorite osalusel (katalüüs), valguse (fotokeemilised reaktsioonid), elektrivoolu (elektroodiprotsessid), ioniseeriva kiirguse (kiirgus-keemilised reaktsioonid), mehaanilise toimega. (mehanokeemilised reaktsioonid), madalatemperatuurilises plasmas (plasmokeemilised reaktsioonid) jne. Osakeste (aatomite, molekulide) muundamine toimub tingimusel, et neil on piisavalt energiat, et ületada süsteemi alg- ja lõppseisundit eraldav potentsiaalse barjääri ( Aktiveerimisenergia).
Keemiliste reaktsioonidega kaasnevad alati füüsikalised mõjud: energia neeldumine ja vabanemine, näiteks soojusülekande näol, reaktiivide agregatsiooni oleku muutumine, reaktsioonisegu värvuse muutumine jne. Nende füüsikaliste mõjude põhjal hinnatakse sageli keemiliste reaktsioonide kulgu.

Loodus areneb dünaamiliselt, elus ja inertses aines toimuvad pidevad transformatsiooniprotsessid. Kõige olulisemad muutused on need, mis mõjutavad aine koostist. Kivimite teke, keemiline erosioon, planeedi sünd või imetajate hingamine on kõik jälgitavad protsessid, mis hõlmavad muutusi teistes ainetes. Vaatamata erinevustele on neil kõigil midagi ühist: muutused molekulaarsel tasandil.

1. Keemiliste reaktsioonide käigus ei kaota elemendid oma identiteeti. Need reaktsioonid hõlmavad ainult aatomite väliskesta elektrone, samas kui aatomite tuumad jäävad muutumatuks.
2. Elemendi reaktsioonivõime keemilisele reaktsioonile sõltub elemendi oksüdatsiooniastmest. Tavalistes keemilistes reaktsioonides käituvad Ra ja Ra 2+ täiesti erinevalt.
3. Elemendi erinevatel isotoopidel on peaaegu sama keemiline reaktsioonivõime.
4. Keemilise reaktsiooni kiirus sõltub suuresti temperatuurist ja rõhust.
5. Keemilise reaktsiooni saab tagasi pöörata.
6. Keemiliste reaktsioonidega kaasnevad suhteliselt väikesed energiamuutused.

Tuumareaktsioonid

1. Tuumareaktsioonide käigus muutuvad aatomite tuumad ja seetõttu tekivad selle tulemusena uued elemendid.
2. Elemendi reaktsioonivõime tuumareaktsioonile ei sõltu praktiliselt elemendi oksüdatsiooniastmest. Näiteks Ra või Ra 2+ ioonid Ka C 2-s käituvad tuumareaktsioonides sarnaselt.
3. Tuumareaktsioonides käituvad isotoobid täiesti erinevalt. Näiteks U-235 lõhustub vaikselt ja lihtsalt, U-238 aga mitte.
4. Tuumareaktsiooni kiirus ei sõltu temperatuurist ja rõhust.
5. Tuumareaktsiooni ei saa tagasi võtta.
6. Tuumareaktsioonidega kaasnevad suured energiamuutused.

Erinevus keemilise ja tuumaenergia vahel

• Potentsiaalne energia, mida saab sidemete moodustumisel muundada muudeks vormideks, peamiselt soojuseks ja valguseks.
• Mida tugevam on side, seda suurem on muundatud keemiline energia.

• Tuumaenergiaga ei teki keemilisi sidemeid (mis on põhjustatud elektronide vastasmõjust)
• Saab muundada muudeks vormideks, kui aatomi tuumas toimub muutus.

Tuumamuutused toimuvad kõigis kolmes põhiprotsessis:

1. Tuuma lõhustumine
2. Kahe tuuma ühendamine uue tuuma moodustamiseks.
3. Suure energiaga elektromagnetkiirguse (gammakiirguse) eraldumine, luues samast tuumast stabiilsema versiooni.

Energia muundamise võrdlus

Keemilise plahvatuse käigus vabanenud (või muundatud) keemilise energia hulk on:

• 5 kJ iga grammi TNT kohta
• Tuumaenergia hulk vabastatud aatomipommis: 100 miljonit kJ iga grammi uraani või plutooniumi kohta

Üks peamisi erinevusi tuuma- ja keemiliste reaktsioonide vahel on seotud sellega, kuidas reaktsioon aatomis toimub. Kui tuumareaktsioon toimub aatomi tuumas, vastutavad aatomi elektronid toimuva keemilise reaktsiooni eest.

Keemilised reaktsioonid hõlmavad järgmist:

• Ülekanded
• Kaotused
• Kasu
• Elektronide jagamine

Aatomiteooria järgi seletatakse ainet ümberkorraldamisega uute molekulide saamiseks. Keemilises reaktsioonis osalevad ained ja nende moodustumise proportsioonid on väljendatud vastavates keemilistes võrrandites, mis on aluseks erinevat tüüpi keemiliste arvutuste tegemiseks.

Tuumareaktsioonid vastutavad tuuma lagunemise eest ja neil pole elektronidega mingit pistmist. Kui tuum laguneb, võib see neutronite või prootonite kadumise tõttu liikuda edasi teise aatomi juurde. Tuumareaktsioonis interakteeruvad prootonid ja neutronid tuumas. Keemilistes reaktsioonides reageerivad elektronid väljaspool tuuma.

Tuumareaktsiooni tulemust võib nimetada mis tahes lõhustumiseks või termotuumasünteesiks. Prootoni või neutroni toimel tekib uus element. Keemilise reaktsiooni tulemusena muutub aine elektronide toimel üheks või mitmeks aineks. Prootoni või neutroni toimel tekib uus element.

Kui võrrelda energiat, siis keemiline reaktsioon hõlmab vaid madalat energiamuutust, samas kui tuumareaktsioonil on väga suur energiamuutus. Tuumareaktsioonis on energia muutused suurusjärgus 10^8 kJ. See on keemilistes reaktsioonides 10–10^3 kJ/mol.

Kuigi mõned elemendid muudetakse tuumas teisteks, jääb aatomite arv kemikaalis muutumatuks. Tuumareaktsioonis reageerivad isotoobid erinevalt. Kuid keemilise reaktsiooni tulemusena reageerivad ka isotoobid.

Kuigi tuumareaktsioon ei sõltu keemilistest ühenditest, sõltub keemiline reaktsioon suuresti keemilistest ühenditest.

Kokkuvõte

Aatomi tuumas toimub tuumareaktsioon, keemiliste ühendite eest vastutavad aatomi elektronid.
1. Keemilised reaktsioonid hõlmavad elektronide ülekandmist, kadumist, võimendust ja jagamist ilma tuuma protsessi kaasamata. Tuumareaktsioonid hõlmavad tuuma lagunemist ja neil pole elektronidega mingit pistmist.
2. Tuumareaktsioonis reageerivad prootonid ja neutronid tuuma sees, keemilistes reaktsioonides elektronid väljaspool tuuma.
3. Energiate võrdlemisel kasutab keemiline reaktsioon ainult madalat energiamuutust, samas kui tuumareaktsioonil on väga suur energiamuutus.

Et sellele küsimusele täpselt vastata, peate tõsiselt süvenema sellisesse inimteadmiste harusse nagu tuumafüüsika – ja mõistma tuuma-/termotuumareaktsioone.

Isotoobid

Üldise keemia käigust mäletame, et meid ümbritsev aine koosneb erinevat tüüpi aatomitest ja nende "sorteerimine" määrab täpselt, kuidas nad keemilistes reaktsioonides käituvad. Füüsika lisab, et see juhtub aatomituuma peenstruktuuri tõttu: tuuma sees on prootonid ja neutronid, mis seda moodustavad - ja elektronid "tormavad" pidevalt "orbiitidel". Prootonid annavad tuumale positiivse laengu ja elektronid negatiivse laengu, kompenseerides seda, mistõttu on aatom tavaliselt elektriliselt neutraalne.

Keemilisest vaatenurgast taandub neutronite "funktsioon" sama "tüüpi" tuumade ühtluse "lahjendamisele" veidi erineva massiga tuumadega, kuna ainult tuuma laeng mõjutab keemilisi omadusi (läbi elektronide arv, mille tõttu aatom võib moodustada keemilisi sidemeid teiste aatomitega). Füüsika seisukohalt osalevad neutronid (nagu prootonid) aatomituumade säilimises tänu erilistele ja väga võimsatele tuumajõududele – vastasel juhul lendaks aatomituum sarnase laenguga prootonite Coulombi tõrjumise tõttu hetkega laiali. Just neutronid võimaldavad isotoopide olemasolu: tuumad, millel on identsed laengud (see tähendab identsed keemilised omadused), kuid erineva massiga.

Oluline on see, et prootonitest/neutronitest on tuumade loomine suvaliselt võimatu: seal on nende "maagilised" kombinatsioonid (tegelikult pole siin maagiat, füüsikud on just leppinud kokku nimetama energeetiliselt eriti soodsaid neutronite/prootonite ansambleid). sel viisil), mis on uskumatult stabiilsed, kuid "nendest lahkudes võite saada radioaktiivseid tuumasid, mis "lahtuvad" ise (mida kaugemal nad on "maagilistest" kombinatsioonidest, seda tõenäolisem on, et nad aja jooksul lagunevad. ).

Nukleosüntees

Veidi kõrgemalt selgus, et teatud reeglite järgi on võimalik “konstrueerida” aatomituumi, luues prootonitest/neutronitest järjest raskemaid. Peensus seisneb selles, et see protsess on energeetiliselt soodne (st kulgeb energia vabanemisega) ainult teatud piirini, pärast mida on vaja kulutada rohkem energiat, et luua üha raskemaid tuumasid, kui nende sünteesi käigus vabaneb, ja nad ise muutuvad väga ebastabiilseks. Looduses toimub see protsess (nukleosüntees) tähtedes, kus koletu rõhk ja temperatuur "tihendavad" tuumad nii tihedalt, et osa neist ühineb, moodustades raskemaid ja vabastades energiat, mille tõttu täht särab.

Tavapärane "efektiivsuse piir" läbib raua tuumade sünteesi: raskemate tuumade süntees on energiakulukas ja raud lõpuks "tapab" tähe ning raskemad tuumad tekivad kas mikrokogustes prootonite/neutronite kinnipüüdmise tõttu, või massiliselt tähe surma ajal katastroofilise supernoova plahvatuse kujul, kui kiirgusvood saavutavad tõeliselt koletu väärtuse (plahvatuse hetkel kiirgab tüüpiline supernoova sama palju valgusenergiat kui meie Päike üle umbes miljardi aasta selle eksisteerimisest!)

Tuuma-/termotuumareaktsioonid

Nüüd saame anda vajalikud määratlused:

Termotuumareaktsioon (tuntud ka kui fusioonreaktsioon või inglise keeles tuumasünteesi) on tuumareaktsiooni tüüp, mille käigus kergemad aatomituumad sulanduvad oma kineetilise liikumise energia (soojus) tõttu raskemateks tuumadeks.

Tuuma lõhustumise reaktsioon (tuntud ka kui lagunemisreaktsioon või inglise keeles tuuma lõhustumine) on tuumareaktsiooni tüüp, kus aatomituumad lagunevad spontaanselt või “väljas olevate” osakeste mõjul fragmentideks (tavaliselt kaheks või kolmeks kergemaks osakeseks või tuumaks).

Põhimõtteliselt vabaneb energia mõlemat tüüpi reaktsioonides: esimesel juhul protsessi otsese energeetilise kasu tõttu ja teisel juhul energia, mis kulus tähe "surma" ajal aatomite tekkimisele. vabaneb rauast raskem.

Põhiline erinevus tuuma- ja termotuumapommide vahel

Tuuma(aatomi)pommiks nimetatakse tavaliselt lõhkeseadeldist, kus põhiosa plahvatuse käigus eralduvast energiast eraldub tuuma lõhustumisreaktsiooni tõttu ja vesinik(termotuuma)pommiks nimetatakse seda, kus põhiosa energiast toodetakse. termotuumasünteesi reaktsiooni kaudu. Aatomipomm on tuumapommi sünonüüm, vesinikupomm on termotuumapommi sünonüüm.

Meedias võib sageli kuulda valjuhäälseid sõnu tuumarelvade kohta, kuid väga harva täpsustatakse konkreetse lõhkelaengu hävitavat võimet, seetõttu kasutatakse reeglina mitme megatonnise võimsusega termotuumalõhkepeasid ning Hiroshimale ja Nagasakile visatud aatomipomme. Teise maailmasõja lõpus on samasse nimekirja kantud, mille võimsus oli vaid 15–20 kilotonni ehk tuhat korda väiksem. Mis on selle kolossaalse lõhe taga tuumarelvade hävitamisvõimes?

Selle taga on erinev tehnoloogia ja laadimispõhimõte. Kui vananenud “aatomipommid”, nagu Jaapanile heidetud, töötavad puhtal raskmetallide tuumade lõhustumisel, siis termotuumalaengud on “pomm pommis”, mille suurima efekti tekitab heeliumi süntees ja lagunemine. raskete elementide tuumad on ainult selle sünteesi detonaator.

Natuke füüsikat: raskmetallid on enamasti kas suure isotoobi 235 sisaldusega uraan või plutoonium 239. Need on radioaktiivsed ja nende tuumad ei ole stabiilsed. Kui selliste materjalide kontsentratsioon ühes kohas suureneb järsult teatud künniseni, tekib isemajandav ahelreaktsioon, kui ebastabiilsed tuumad, mis purunevad tükkideks, kutsuvad esile naabertuumade samasuguse lagunemise koos oma fragmentidega. See lagunemine vabastab energiat. Palju energiat. Nii toimivad nii aatomipommide lõhkelaengud kui ka tuumajaamade tuumareaktorid.

Termotuumareaktsiooni ehk termotuumaplahvatuse osas on võtmekoht antud hoopis teisele protsessile, nimelt heeliumi sünteesile. Kõrgel temperatuuril ja rõhul juhtub, et vesiniku tuumade kokkupõrkel kleepuvad need kokku, tekitades raskema elemendi – heeliumi. Samal ajal vabaneb ka tohutul hulgal energiat, mida tõendab meie Päike, kus see süntees pidevalt toimub. Millised on termotuumareaktsiooni eelised:

Esiteks ei ole plahvatuse võimalikul võimsusel piiranguid, sest see sõltub ainult materjali hulgast, millest süntees läbi viiakse (enamasti kasutatakse sellise materjalina liitiumdeuteriidi).

Teiseks puuduvad radioaktiivsed lagunemissaadused, see tähendab just neid raskete elementide tuumade fragmente, mis vähendab oluliselt radioaktiivset saastumist.

Noh, kolmandaks, lõhkematerjali tootmisel pole kolossaalseid raskusi, nagu uraani ja plutooniumi puhul.

Siiski on puudus: sellise sünteesi alustamiseks on vaja tohutuid temperatuure ja uskumatut rõhku. Selle rõhu ja kuumuse tekitamiseks on vaja detoneerivat laengut, mis töötab raskete elementide tavalise lagunemise põhimõttel.

Kokkuvõtteks tahaksin öelda, et plahvatusohtliku tuumalaengu loomine ühe või teise riigi poolt tähendab enamasti väikese võimsusega "aatomipommi", mitte tõeliselt kohutavat termotuuma, mis suudab suure metropoli näost pühkida. maast.