Kvantēšanas enerģiju elektronu atoms. Paņēmiens ražot enerģiju reaktorā ar lēnu neitroniem

Šis raksts runā par to, ko enerģijas kvantēšanas un nozīme šīs parādības ir mūsdienu zinātnē. Tas parāda vēsturi atklāšanas nošķiršanas enerģijas, kā arī demonstrēja jomu kvantizēto atomiem.

Beigas fizikas

In the late deviņpadsmitajā gadsimtā, dilemma zinātnieki saskaras: toreizējos līmeņa tehnoloģijas, tika atklāti visi iespējamie fizikas likumi, aprakstīti un pētīta. Studenti, kuri ir bijuši augsti attīstīta spējas zinātnē, skolotājs nav ieteicams izvēlēties fizikā. Viņi ticēja, ka pagodināts tas vairs nav iespējams, tur bija tikai rutīnas darbs pētījumu mazo nelielas detaļas. Tas ir vairāk piemērots uzmanīgs cilvēks, ne apdāvināts. Tomēr aina, kas ir vairāk izklaidējošs bija atklājums deva iespēju apsvērt. Tas viss sākās ar vienkāršu pretrunas. Lai sāktu, izrādījās, ka gaisma nav gluži cieta: noteiktos apstākļos, dedzināšana ūdeņraža kreisi uz plates skaitu līniju, nevis tikai vienā vietā. Turklāt tika konstatēts, ka spektru ar hēlija bija vairāk līniju, nekā ūdeņraža spektru. Tad tas tika atklāts, ka taka viena zvaigzne ir atšķirīgs no citiem. Un tīra Zinātkāre spiestas pētnieki manuāli salikt vienu pieredzi pēc otra, meklējot atbildes uz jautājumiem. Par komerciālo izmantošanu saviem atklājumiem viņi nav domājuši par.

Planka un kvantu

Par laimi mums, šis sasniegums fizikā tika pievienots attīstību matemātiku. Sakarā ar paskaidrojumu par to, kas notiek iederas neticami sarežģītu formulu. 1900. Maks Plank, strādājot par teoriju starojuma absolūti melna ķermeņa, konstatēja, ka enerģija ir kvantizēto. Īsi pastāstiet mums par jēga šim apgalvojumam ir diezgan vienkārši. Jebkura elementārdaļiņu var būt tikai dažos īpašos apstākļos. Ja izraisīt aptuvenu modeli, skaitītājs var rādīt šādas valstis no 1., 3., 8., 13., 29., 138. visām citām vērtībām nav pieejami starp tām. Iemesli mēs atklāsim vēlāk. Tomēr, ja jūs nodoties stāstu par šo atklājumu, ir vērts atzīmēt, ka zinātnieks uzskatīja enerģijas kvantēšanas nolietotiem ir tikai ērts matemātisks triks, nav apveltīts ar smagu fizisku sajūtu.

Viļņu un svars

Par divdesmitā gadsimta sākumā bija pārpilna ar atklājumiem, kas saistīti ar pasaules elementārdaļiņu. Bet lielākais noslēpums ir šāds paradokss: dažos gadījumos daļiņas uzvedas līdzīgi priekšmeti ar masas (un tādējādi dinamiku), un daži - kā vilni. Pēc garas un pastāvīgi strīdi bija nonākusi pie secinājuma neticams: elektroniem, protoniem un neitroniem ir šīs īpašības vienlaicīgi. Šo parādību sauc par viļņu-daļiņu duālisms (kas runā krievu zinātnieku pirms divsimt gadiem ķermenītis sauc daļiņu). Tādējādi, elektronu ir noteikta masa, jo tā bija smeared ar viļņa noteiktu frekvenci. Electronic kas rotē ap atoma kodolā, bezgalīgi uzliek viļņi viens no otra. Līdz ar to tikai atsevišķos attālumā no centra (kas atkarīga no viļņa garuma), tad elektronu viļņu rotē, nav viena otru. Tas notiek, ja pie uzliekot par "galvu" ar elektronu viļņa par tās "aste" kāpumi sakrīt ar maksimumiem un minimums - minimums. Tas izskaidro kvantēšanas enerģijas atoma, tas ir, klātbūtne labi definēta orbītu, kurā elektronu var pastāvēt.

Lodveida nanokon vakuumā

Taču reālas sistēmas ir neticami sarežģīti. Pakļaujas loģikas iepriekš aprakstīts turpmāk var izprast elektronu orbītu sistēmu ūdeņraža un hēlija. Taču no tā brīža vajadzības, nevis sarežģītus aprēķinus. Lai uzzinātu, kā izprast mūsdienu skolēni mācās kvantēšanas enerģiju daļiņu potenciālā labi. Lai sāktu, izvēlieties ideālo formu bedri un vienu elektronu modeli. Lai atrisinātu šo Šrēdingera vienādojumu ir enerģijas līmeņi, kuros elektrons var būt. Pēc mācību meklēt atkarībām, ieviešot vairākus mainīgos: platuma un dziļuma akas, enerģijas un biežums elektronu zaudē savu definiteness, pievienojot sarežģītības vienādojumus. Turklāt pit forma tiek mainīta (piemēram, tas kļūst kvadrātveida vai zobiem profila malas, nezaudē savu simetriju), tiek ņemts hipotētiskus elementārās daļiņas ar vēlamo īpašību. Un tikai tad iemācīties risināt problēmas, kas parādās uz starojuma avota enerģija kvantēšanas reālajām atomiem un pat sarežģītākām sistēmām.

Impulse impulss

Tomēr līmenis enerģijas, piemēram, elektronu - ir vairāk vai mazāk skaidrs vērtību. Viss, kas vienā vai citā veidā, bet šķiet, ka lielāks enerģijas centrālās apkures akumulatoru, jo augstāka temperatūra dzīvoklī. Tādējādi kvantēšanas enerģija joprojām ir iespējams iedomāties prātu. Ir arī koncepcijas fizikā, ka jēgas intuitīvi grūti. Impulss ir produkts, makro ātrums pret zemi (ne aizmirst, ka ātrums un impulsu gan - vektora lieluma, proti, neatkarīgi no virziena). Tas ir saistīts ar impulsa ir skaidrs, ka vidējā vērtība lēnām lidojot akmens vienkārši atstāt zilumi, ja jums nonākt cilvēks, tad kā mazu lodi, apkures lielā ātrumā, laužas caur ķermeni. Tajā mikro pašā pulss - tas ir šāds daudzums, kas raksturo attiecības ar daļiņu ar apkārtējo telpu, kā arī tās īpašuma orientēties, un mijiedarboties ar citām daļiņām. Pēdējais ir tieši atkarīga no enerģijas. Tādējādi kļūst skaidrs, ka kvantēšanas enerģiju un dinamiku daļiņu jāsaslēdz. Turklāt konstante h, kas norāda zemāko iespējamo daļu no fiziskās parādības un rāda diskrētās vērtības iekļauti formulā un enerģiju un dinamiku ar daļiņu nanoworld. Bet ir jēdziens vēl tālu no intuitīvo izpratnes - impulsu. Tas attiecas uz rotējošo iestādēm un tas nozīmē, kāda ir masu un rotējošu leņķisko ātrumu. Atsaukt, leņķiskais ātrums norāda, cik liela rotācijas laika vienībā. Leņķiskais moments ir arī iespēja ziņot piešķiršanas metodi rotējošo ķermeņa vielas: objekti ar tādu pašu masu, bet centrēta ap savu asi, rotācijas vai perifērijā būs atšķirīga leņķa apgriezienus. Kā lasītājs droši vien jau uzminējāt, atomu pasaulē ir enerģija kvantēšanas leņķiskā momenta.

Kvantu un Laser

No atvēršanas diskrētu enerģijas un citu daudzumu acīmredzamas ietekmes. Detalizēts pētījums pasaulē ir tikai iespējama, pateicoties kvantu. Mūsdienu metodes pētot materiālu, izmantojot dažādus materiālus un pat zinātne, lai radītu viņiem - dabisku paplašinājumu saprast, kas enerģijas kvantēšanas. Darbības princips un Lāzera izmantošana - nav izņēmums. Vispār, lāzera sastāv no trim galvenajiem elementiem: darba šķidrumus, un sūknis atstarotājs spoguli. Darba šķidrums tiek izvēlēts tā, ka pastāv divas samērā tuvu līmenim elektroni. Svarīgākais kritērijs šajos līmeņos ir dzīves laikā elektroni uz tiem. Tas ir, cik daudz elektronu spēj izdzīvot kādā konkrētā valstī, pirms iet uz zemāku un stabilu pozīciju. No divos līmeņos vajadzētu būt ilgākam dzīvoja augšējo. Tad sūkņu (bieži - standarta spuldze, dažreiz - infrasarkano) dod elektroni ir pietiekami daudz enerģijas, lai visi no tiem pulcējās uz augšējā līmeņa enerģijas un tur uzkrāto. To sauc par populācijas inversija līmeņi. Turklāt, daži viens elektronu pārceļas uz mazāku un līdzsvara stāvoklī ar emisiju fotonu, kas izraisa traucējumus leju elektroni. Šī procesa iezīme ir tā, ka visi fotoni tādējādi tiek iegūti to pašu viļņa garums un saskaņota. Tomēr darba šķidrums parasti ir pietiekami liela, un tas rada plūsmas, kas vērstas dažādos virzienos. Par atstarotāja spogulis uzdevums ir izfiltrēt tikai tās straumes fotoniem, kas ir tajā pašā virzienā. Tā rezultātā, izejas ir šaurs intensīva gaismas saskanīgu viļņiem paša viļņa. Sākumā tas tika uzskatīts, iespējams tikai cietā. Pirmais lāzera bija Boule kā darba šķidrumu. Tagad ir lāzeri visu veidu un veidu - šķidrumi, gāzes un pat ķīmiskas reakcijas. Kā lasītājs var redzēt, galvenā loma šajā procesā spēlē absorbcijas un gaismas izstarošanai, ko atoma. kvantēšanas enerģijas šajā gadījumā ir tikai pamats apraksta teoriju.

Gaisma un elektronu

Atgādina, ka pāreja no elektronu atoma no vienas orbītas uz otru tiek pievienots vai nu ar emisiju vai enerģijas absorbciju. Šī enerģija parādās kā fotonu gaismas vai fotonu. Formāli, fotonu ir daļiņa, bet, no otras iemītniekiem nanoworld ir atšķirīgs. Fotonu nav masa, bet ir apgriezienus. Viņš pierādīja to vēl krievu zinātnieks Ļebedevs 1899. gadā, skaidri parādot spiedienu gaismas. Fotonu eksistē tikai kustību, un tā ātrums ir gaismas ātrums. Tas ir ātrākais iespējama Visuma objektu. Gaismas ātrums (parasti apzīmētas ar mazu latīņu "c") ir aptuveni trīs simti tūkstoši kilometru sekundē. Piemēram, izmērs mūsu galaktikas (nav ļoti liels kosmosa standartiem), ir aptuveni simts tūkstošiem gaismas gadu. Saskaroties ar jautājumu, fotonu dod viņam spēku pilnībā, it kā izšķīst šajā. Fotonu enerģija, kas tiek izlaists vai uzsūcas pārejas elektronu no vienas orbītas uz otru ir atkarīgs no attāluma starp orbītu. Ja tas ir mazs - izceļas infrasarkanos starus ar zemu enerģijas, ja liels - saņemt ultravioleto starojumu.

Rentgenstariem un gamma stari

Elektromagnētiskais diapazons pēc ultravioleto satur rentgena un gamma starojumu. Parasti tie ir viļņa garums, frekvence un enerģijas pārklājas visai plašā diapazonā. Tas nozīmē, ka tur ir X-ray fotonu ar viļņu garumu 5 picometers un gamma fotona tā paša viļņa garuma. Tie atšķiras tikai ceļu sagatavošanas. Rentgens notiek klātbūtnē ļoti ātri elektroniem, un gamma starojums tiek iegūti tikai procesos sairšanas un saaugšana šūnas kodolu. X-stari ir sadalīta vieglas (ar palīdzību caurspīdīgus cilvēku plaušas un kauliem) un smagi (parasti nepieciešama tikai rūpnieciskiem vai izpētes nolūkos). Ja ļoti stingri paātrināta elektroni, un tad pēkšņi palēnina tās (piemēram, nosūtot cietā), tas izstaro rentgenstaru fotoni. In sadursmes šo elektronu ar pēc būtības uz mērķa atomiem, elektroni tiek izvilkta no apakšējā apvalka. Elektroni augšējo čaulu veikt savu vietu, pāreja arī izstaro rentgenstarus.

Gamma stari būt citos gadījumos. Par atomiem kodoli, pat ja tie sastāv no daudziem elementārdaļiņas, raksturo arī maza izmēra, un tāpēc viņi mēdz enerģijas kvantēšanas. Par kodolu Pāreja satraukti stāvokli uz zemāku, pa labi, un kopā ar emisijas gamma stariem. Jebkura sabrukums reakcijas vai kodolsintēze notiek, ieskaitot rašanos gamma fotonu.

kodolreakcija

Nedaudz augstāk minējām, ka atomu kodoli ir arī pakļauti likumiem kvantu pasaulē. Bet ir dabā sastopamas vielas šādi lieli kodoli, tie kļūst nestabila. Viņi mēdz sadalīt mazākos un precīzākus sastāvdaļas. Tie, kā lasītājs jau nojaušat, ir, piemēram, plutoniju un urānu. Kad mūsu planētas veidojas no protoplanetārā diska, bija zināma radioaktīvām vielām. Tā viņi bojāto laika gaitā pārveidota citiem ķīmiskiem elementiem. Tomēr ir saglabājušies vairāki nondecayed urāna, un tā apmērs var spriest, piemēram, vecumu zemes. Attiecībā uz ķīmisko elementu, kas ir dabisko radioaktivitāti, ir tāda īpašība kā pusi dzīves laikā. Tas ir laika periods, par kuru būs uz pusi mazāks atlikušais atomiem šāda veida numuru. Pussabrukšanas plutonija, piemēram, ir divdesmit četri tūkstoši gadu. Tomēr papildus dabisko radioaktivitātes, tur arī ir spiests. Ja bombardēt smago alfa-daļiņu vai neitronu gaismas atomu kodolu, tie kreka. Šajā gadījumā ir trīs veidu jonizējošā starojuma iedarbību: alfa daļiņas, beta daļiņu, gamma stariem. Beta samazinājuma kodolu noved pie izmaiņām maksas vienību. Alfa daļiņas veikt kodola divas positrons. Gamma starojums nav maksas un elektromagnētiskā lauka netiek novirzīti, bet ir augstākais iekļūst jaudu. kvantēšanas enerģijas notiek visos gadījumos, kodolu.

Karš un miers

Lāzeri, rentgenstariem, pētījums cietvielu un zvaigznes - visi mierīgie pieteikumi zināšanu par kvantu. Taču mūsu pasaule ir pilna ar draudiem, un ikviens vēlas, lai aizsargātu sevi. Zinātne kalpo militāriem mērķiem too. Uz pat sargu likt pasaulei tīri teorētisku fenomenu kā enerģijas kvantēšanas. Dažas diskrētais jebkurš starojums, piemēram, kļuva par pamatu kodolieročiem. Protams, tās lietojumu uzkrātie kaujas vienību - iespējams lasītājs atcerēsies Hirosimas un Nagasaki. Visi citi iemesli, nospiediet sarkano pogu lolotais tas bija vairāk vai mazāk mierīgi. Kā tas vienmēr ir jautājums par radioaktīvo piesārņojumu vidē. Piemēram, pusperiods plutonija iepriekš norādītās padara ainavu, kurā šis elements kļūst nelietojami uz ļoti ilgu laiku, gandrīz ģeoloģiskā laikmeta.

Ūdens un vadi

Ļaujiet mums atgriezties pie mierīgas izmantošanas kodolreakciju. Tas, protams, runājot par elektroenerģijas ražošanu, izmantojot kodoldalīšanās. Šis process izskatās šādi:

No reaktora sākotnēji par brīvu neitroniem un pēc tam kodols tie hit radioaktīvo elementu (parasti urāna izotopu), kurš tiek pakļauts alfa vai beta bojāšanos.

Lai šī reakcija nav pagājis solī nekontrolētu, reaktors serde satur tā saucamo palēninātāju. Kā likums, tas ir izgatavots no grafīta stieņiem, kas ir ļoti labi absorbē neitronus. Pielāgojot to garumu, tas ir iespējams uzraudzīt reakcijas ātrumu.

Tā rezultātā, viens elements tiek pārveidota citā, neticami enerģijas daudzumu atbrīvots. Šī enerģija tiek absorbēts tvertnes piepildīta ar tā saukto smagā ūdens (nevis ūdeņradis deitērija molekulām). Tā rezultātā saskaras ar reaktora ka ūdens stipri piesārņoto produktu radioaktīvā sabrukšanas. Tas pārstrādi šis ūdens ir lielākā problēma atomenerģijas brīdī.

Pirmajā ūdens ķēde ir novietots otrais otrajā - trešdaļā. No trešās ķēdes ūdens ir jau droši izmantot, un ka izrādās turbīnas, kas ražo elektrību.

Neskatoties uz tik lielu skaitu starpnieki starp atbrīvotā enerģija tieši serdeņu un gala lietotājam (neaizmirsīsim par desmitiem kilometru vadu, kas arī jaudas zudums), šī reakcija dod neticami jaudu. Piemēram, atomelektrostacija var piegādāt elektroenerģiju visai zonā ar dažādiem nozarēs.