एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा का परिमाणीकरण। धीमी गति से न्यूट्रॉन से एक रिएक्टर में ऊर्जा उत्पादन की एक विधि

यह लेख क्या ऊर्जा का परिमाणीकरण और इस घटना के महत्व को आधुनिक विज्ञान के लिए है के बारे में बात करती है। यह ऊर्जा का पृथक्ता की खोज के इतिहास से पता चलता है, और भी मात्रा निर्धारित परमाणुओं के दायरे का प्रदर्शन किया।

भौतिक विज्ञान का अंत

उन्नीसवीं सदी के अंत में, दुविधा वैज्ञानिकों द्वारा सामना करना पड़ा: प्रौद्योगिकी के तो मौजूदा स्तर, सभी भौतिक विज्ञान के संभव कानूनों, की खोज की वर्णित है और अध्ययन किया गया। जो छात्र विज्ञान में अत्यधिक विकसित क्षमताओं पड़ा है, शिक्षक भौतिकी चुनने के लिए नहीं की सलाह दी। उनका मानना था कि महिमा यह अब संभव नहीं है, केवल छोटे नाबालिग विवरण के अध्ययन के लिए एक नियमित काम नहीं था। यह अधिक उपयुक्त है सावधान आदमी, नहीं उपहार में दिया है। हालांकि, चित्र है कि अधिक मनोरंजक है खोज को प्रतिबिंबित करने के अवसर दे दिया था। यह सब एक सरल विसंगतियों के साथ शुरू कर दिया। शुरू करने के लिए, यह पता चला कि प्रकाश काफी ठोस नहीं है: कुछ शर्तों में, हाइड्रोजन के जलने सिर्फ एक स्थान के बजाय लाइनों की थाली नंबर पर छोड़ दिया है। इसके अलावा, यह पता चला था कि हीलियम के स्पेक्ट्रा हाइड्रोजन स्पेक्ट्रा की तुलना में अधिक लाइनों था। तब यह पाया गया कि एक स्टार के निशान दूसरों से अलग है। और शुद्ध जिज्ञासा मजबूर शोधकर्ताओं मैन्युअल सवालों के जवाब की तलाश में एक के बाद एक अनुभव डाल दिया। अपनी खोजों के व्यावसायिक उपयोग पर वे के बारे में सोचा नहीं किया है।

प्लैंक क्वांटम

हमारे लिए सौभाग्य से, भौतिकी में इस सफलता गणित के विकास के साथ किया गया था। क्या अविश्वसनीय रूप से जटिल सूत्र में फिट हो रहा है इसकी व्याख्या क्योंकि। 1900 में, माक्स प्लांक, बिल्कुल काले पदार्थ के विकिरण के सिद्धांत पर काम करते हुए पाया गया है कि ऊर्जा मात्रा निर्धारित है। संक्षेप में हमें बताएं इस बयान का अर्थ काफी सरल है के बारे में। किसी भी प्राथमिक कण केवल कुछ विशिष्ट परिस्थितियों में हो सकता है। तो किसी न किसी मॉडल का कारण है, काउंटर उन दोनों के बीच उपलब्ध नहीं हैं 1, 3, 8, 13, 29, 138 अन्य सभी मूल्यों के ऐसे राज्यों दिखा सकते हैं। इसके कारण हम बाद में पता चलता है। हालांकि, अगर आप इस खोज की कहानी में गोता लगाने, इसके लायक ध्यान देने योग्य बात वैज्ञानिक माना जाता है कि जीवन के अंत की ऊर्जा परिमाणीकरण केवल एक सुविधाजनक गणितीय चाल, एक गंभीर शारीरिक भावना के साथ संपन्न नहीं है।

वेव और वजन

बीसवीं सदी की शुरुआत प्राथमिक कणों की दुनिया से संबंधित खोजों के साथ प्रचलित था। लेकिन सबसे बड़ा रहस्य निम्नलिखित विरोधाभास है: कुछ मामलों में, कण द्रव्यमान (और इस प्रकार गति) के साथ वस्तुओं की तरह व्यवहार करते हैं, और कुछ - एक लहर की तरह। बाद लंबी और लगातार विवादों निष्कर्ष असंभव करने के लिए आया था: इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक साथ इन गुण होते हैं। इस घटना लहर कण द्वंद्व (रूस वैज्ञानिकों के भाषण दो सौ साल पहले कणिका बुलाया कण में) कहा जाता है। इस प्रकार, एक इलेक्ट्रॉन के रूप में यह एक निश्चित आवृत्ति की एक लहर में लिप्त थे, एक निश्चित द्रव्यमान है। इलेक्ट्रॉनिक जो परमाणु नाभिक के चारों ओर घूमता, असीम एक दूसरे पर लहरों लगाता है। नतीजतन, केवल केंद्र (जो तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करते हैं) से कुछ दूरी पर, इलेक्ट्रॉन लहर घूमता है, एक दूसरे को रद्द नहीं है। यह तब होता है जब अपने "पूंछ" के उच्चतम स्तर पर इलेक्ट्रॉन लहर के "सिर" थोप में अधिकतम और न्यूनतम के साथ मेल खाना - न्यूनतम। यह परमाणु के ऊर्जा का परिमाणीकरण बताते हैं, यह है कि, एक अच्छी तरह से परिभाषित कक्षाओं की उपस्थिति जिसमें इलेक्ट्रॉन मौजूद कर सकते हैं।

vacuo में गोलाकार nanokon

हालांकि, वास्तविक प्रणाली अविश्वसनीय रूप से जटिल हैं। तर्क हाइड्रोजन और हीलियम में वर्णित ऊपर आगे समझा जा सकता है इलेक्ट्रॉन कक्षाओं प्रणाली का पालन। हालांकि, तब से जटिल गणनाओं बल्कि जरूरत पर। जानने के लिए आधुनिक छात्रों संभावित अच्छी तरह से में कण के परिमाणीकरण ऊर्जा जानने समझने के लिए। शुरू करने के लिए, एक गड्ढे और एक एकल इलेक्ट्रॉन मॉडल के आदर्श रूप चुनें। इन श्रोडिंगर समीकरण को हल करने ऊर्जा का स्तर है, जिस पर एक इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं। निर्भरता के लिए देखने के लिए, अधिक चरों को शुरू करने में सीखने के बाद: चौड़ाई और अच्छी तरह से की गहराई, ऊर्जा और इलेक्ट्रॉन की आवृत्ति अपने निश्चितता खो देता है, जटिलता समीकरण जोड़ने। इसके अलावा गड्ढे आकार बदल जाता है (उदाहरण के लिए, यह वर्ग या दांतेदार प्रोफ़ाइल हो जाता है, किनारों इसकी समरूपता खोना), वांछित विशेषताओं के साथ काल्पनिक प्राथमिक कणों लिया जाता है। और उसके बाद ही, जिसमें वास्तविक परमाणुओं और भी अधिक जटिल प्रणालियों के विकिरण ऊर्जा परिमाणीकरण प्रकट होता है समस्याओं का समाधान करना सीखो।

आवेग गति

हालांकि, ऊर्जा का स्तर, उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन - कम या ज्यादा स्पष्ट मूल्य है। सभी, एक ही रास्ता या किसी अन्य रूप में, लेकिन ऐसा लगता है उच्च केंद्रीय हीटिंग बैटरी की ऊर्जा, उच्च अपार्टमेंट में तापमान है। तदनुसार, ऊर्जा के परिमाणीकरण अभी भी मन की कल्पना करना संभव है। वहाँ भी भौतिक विज्ञान में अवधारणाओं कि भावना intuitively मुश्किल बना रहे हैं। गति भूमि पर उत्पाद मैक्रो गति है (नहीं भूल जाते हैं कि गति और दोनों की गति - वेक्टर परिमाण, अर्थात दिशा से स्वतंत्र)। यह यह स्पष्ट है कि औसत मूल्य धीरे पत्थर उड़ान सिर्फ अगर तुम एक आदमी में गिर जाते हैं एक खरोंच छोड़ देते हैं, आवेग के कारण है, तो उच्च गति से निकाल दिया एक छोटे से गोली, के रूप में, शरीर के माध्यम से टूट जाता है। सूक्ष्म एक ही नाड़ी में - इस तरह के एक मात्रा कि आसपास के स्थान के साथ कण के संबंध है, साथ ही अपनी संपत्ति नेविगेट की विशेषता है और अन्य कणों के साथ बातचीत है। बाद सीधे ऊर्जा पर निर्भर है। इस प्रकार, यह स्पष्ट हो जाता है कि ऊर्जा और कण की गति के परिमाणीकरण परस्पर किया जाना है। इसके अलावा, लगातार ज, जो भौतिक घटना की न्यूनतम संभव भाग इंगित करता है और पता चलता असतत मूल्यों सूत्र और nanoworld में कणों की ऊर्जा और गति में शामिल थे। गति - लेकिन वहाँ एक अवधारणा भी अधिक दूर से सहज जागरूकता है। यह घूर्णन शरीर को संदर्भित करता है और क्या एक जन और एक घूर्णन कोणीय वेग का मतलब है। याद है, कोणीय वेग प्रति इकाई समय रोटेशन की भयावहता को दर्शाता है। कोणीय गति भी घूर्णन शरीर पदार्थ के आवंटन विधि रिपोर्ट करने में सक्षम है: एक ही जन के साथ वस्तुओं लेकिन रोटेशन की धुरी के बारे में या परिधि विभिन्न कोणीय गति होगा पर केन्द्रित। के रूप में पाठक शायद पहले से ही अनुमान लगाया, परमाणु दुनिया में कोणीय गति के ऊर्जा परिमाणीकरण है।

क्वांटम और लेजर

असतत ऊर्जा और अन्य मात्रा स्पष्ट के उद्घाटन के प्रभाव। दुनिया की एक विस्तृत अध्ययन क्वांटम करने के लिए ही संभव धन्यवाद है। सामग्री का अध्ययन करने के आधुनिक तरीकों, विभिन्न सामग्रियों और यहाँ तक कि विज्ञान के उपयोग उन्हें बनाने के लिए - समझ क्या ऊर्जा परिमाणीकरण का एक स्वाभाविक विस्तार। आपरेशन के सिद्धांत और लेजर का उपयोग - कोई अपवाद नहीं है। तरल पदार्थ, और एक पंप परावर्तक दर्पण: आम तौर पर, लेजर तीन मूल तत्व के होते हैं। तरल पदार्थ चुना जाता है तो यह है कि वहाँ दो अपेक्षाकृत इलेक्ट्रॉनों के लिए स्तर के पास मौजूद हैं। इन स्तरों के लिए सबसे महत्वपूर्ण कसौटी उन पर इलेक्ट्रॉनों की जीवन भर है। यही कारण है कि कितना इलेक्ट्रॉन से पहले एक विशेष स्थिति में जीवित रहने के लिए एक कम और स्थिर स्थिति में जाने में सक्षम है। दो स्तरों के और अधिक लंबे समय से रहते थे ऊपरी होना चाहिए। फिर पंप (अक्सर - एक मानक बल्ब, कभी कभी - अवरक्त) इलेक्ट्रॉनों उन सभी को ऊर्जा के ऊपरी स्तर पर एकत्र हुए और वहाँ जमा के लिए पर्याप्त ऊर्जा देता है। यह जनसंख्या ह्रास स्तरों कहा जाता है। इसके अलावा, एक फोटान का उत्सर्जन के साथ एक कम और स्थिर राज्य के लिए कुछ एक इलेक्ट्रॉन चलता है, नीचे इलेक्ट्रॉनों का व्यवधान पैदा। इस प्रक्रिया के विशेषता यह है कि सभी फोटॉनों इस प्रकार प्राप्त कर रहे हैं एक ही तरंग दैर्ध्य और सुसंगत है। हालांकि, तरल पदार्थ पर्याप्त आमतौर पर बड़ी है, और यह अलग अलग दिशाओं में निर्देशित प्रवाह उत्पन्न। परावर्तक दर्पण की भूमिका केवल फोटॉनों की उन धाराओं, जो एक ही दिशा है को फ़िल्टर करना है। नतीजतन, उत्पादन एक ही तरंग दैर्ध्य के सुसंगत तरंगों का एक संकीर्ण तीव्र किरण है। सबसे पहले, यह केवल एक ठोस में संभव माना गया था। पहले लेजर तरल पदार्थ के रूप में बाउल था। यहां तक कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं गैस तरल पदार्थ, और - अब, वहाँ सभी प्रकार और प्रकार की पराबैंगनीकिरण हैं। के रूप में पाठक देख सकते हैं, इस प्रक्रिया में मुख्य भूमिका अवशोषण और प्रकाश का उत्सर्जन परमाणु द्वारा द्वारा खेला जाता है। इस मामले में ऊर्जा का परिमाणीकरण केवल सिद्धांत वर्णन करने के लिए आधार है।

प्रकाश और इलेक्ट्रॉन

याद है कि एक से दूसरे कक्षा से एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के संक्रमण या तो एक उत्सर्जन या ऊर्जा के अवशोषण के साथ है। यह ऊर्जा प्रकाश, या फोटोन के एक फोटोन के रूप में प्रकट होता है। औपचारिक रूप से, फोटोन एक कण है, लेकिन nanoworld के अन्य निवासियों पर अलग है। फोटोन कोई बड़े पैमाने पर है, लेकिन गति है। उन्होंने कहा कि 1899 में रूसी वैज्ञानिक लेबेडेव अभी तक यह साबित हो, स्पष्ट रूप से प्रकाश के दबाव का प्रदर्शन है। फोटोन केवल आंदोलन में मौजूद है और इसकी गति प्रकाश की गति है। यह हमारे ब्रह्मांड वस्तु में सबसे तेजी से संभव है। प्रकाश की गति (आमतौर पर एक छोटे से लैटिन "सी" द्वारा इंगित) प्रति सेकंड तीन सौ हजार किलोमीटर है। उदाहरण के लिए, (बहुत अंतरिक्ष मानकों पर बड़ा नहीं) हमारी आकाशगंगा के आकार के बारे में एक लाख प्रकाश वर्ष है। बात के मद्देनजर फोटॉन उसे अपनी शक्ति का पूरी तरह से है, जैसे कि इस में भंग कर देता है। फोटोन ऊर्जा है, जो एक कक्षा से दूसरे में जारी या एक इलेक्ट्रॉन के संक्रमण में लीन है कक्षाओं के बीच की दूरी पर निर्भर करता है। यदि यह छोटा है - कम ऊर्जा के साथ अवरक्त किरणों को खड़ा है, बड़े अगर - पराबैंगनी मिलता है।

एक्स-रे और गामा किरणों

पराबैंगनी के बाद विद्युत चुम्बकीय रेंज एक रॉन्टगन और गामा विकिरण शामिल हैं। आम तौर पर वे तरंगदैर्ध्य, आवृत्ति और ऊर्जा एक काफी विस्तृत श्रृंखला में ओवरलैप कर रहे हैं कर रहे हैं। यही कारण है कि 5 picometers के तरंग दैर्ध्य और एक ही तरंग दैर्ध्य के गामा फोटोन के साथ एक एक्स-रे फोटॉन है, है। वे केवल तैयारी के रास्ते में भिन्न होते हैं। रॉन्टगन बहुत तेजी से इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति में होता है, और गामा विकिरण केवल विघटन और नाभिक के संघीकरण की प्रक्रियाओं में प्राप्त की है। एक्स-रे और कड़ी (आमतौर पर केवल औद्योगिक या अनुसंधान प्रयोजनों के लिए आवश्यक) (पारदर्शी मानव के फेफड़े और हड्डियों की मदद से) हल्के में बांटा गया है। बहुत दृढ़ता से त्वरित इलेक्ट्रॉनों हैं, और फिर अचानक नीचे अपनी धीमी गति से (उदाहरण के लिए, एक ठोस भेजने), यह एक्स-रे फोटॉनों विकीर्ण करेगा। लक्ष्य परमाणुओं के पदार्थ के साथ इन इलेक्ट्रॉनों की टक्कर में, इलेक्ट्रॉनों कम खोल से बाहर निकाला जाता है। इलेक्ट्रॉनों ऊपरी गोले अपनी जगह लेने के लिए, संक्रमण भी एक्स-रे उत्सर्जन।

गामा किरणें अन्य मामलों में होते हैं। परमाणुओं के नाभिक, भले ही वे कई प्राथमिक कणों से मिलकर बनता है, यह भी छोटे आकार की विशेषता है, और इसलिए, वे ऊर्जा परिमाणीकरण करते हैं। नाभिक के संक्रमण के लिए एक कम है, है ना, और गामा किरणों के उत्सर्जन के साथ उत्साहित राज्य। प्रतिक्रिया या नाभिकीय संलयन की किसी भी पतन होता है, गामा फोटॉनों के उद्भव भी शामिल है।

परमाणु प्रतिक्रिया

थोड़ा ऊपर है, हम उल्लेख किया है कि परमाणु नाभिक भी क्वांटम दुनिया के कानूनों के अधीन हैं। लेकिन वहाँ प्राकृतिक रूप से पाए पदार्थ इतनी बड़ी कोर रहे हैं, वे अस्थिर हो। वे छोटे और अधिक मजबूत घटकों में टूट जाते हैं। ये, के रूप में पाठक अनुमान लगा लिया गया है, कर रहे हैं, उदाहरण के लिए, प्लूटोनियम और यूरेनियम के लिए। हमारे ग्रह एक सूक्ष्म-ग्रहीय चकरी से बनाई है, वहाँ रेडियोधर्मी पदार्थ की एक निश्चित राशि थी। के बाद से वे समय के साथ सड़ा हुआ, अन्य रासायनिक तत्वों के रूप में तब्दील। फिर भी nondecayed यूरेनियम के एक नंबर करने के लिए बच गया है, और इसके राशि उदाहरण के लिए, आंका जा सकता है, पृथ्वी की उम्र। रासायनिक तत्व है जो है के लिए प्राकृतिक रेडियोधर्मिता, वहाँ एक आधा जीवन समय के रूप में इस तरह के एक विशेषता है। इस बार जिस अवधि के लिए इस तरह के परमाणुओं के शेष संख्या आधी हो जाएगी। प्लूटोनियम का आधा जीवन, उदाहरण के लिए, वहाँ एक चौबीस हजार वर्ष है। हालांकि, प्राकृतिक रेडियोधर्मिता के अलावा, वहाँ भी मजबूर किया जाता है। अगर भारी अल्फा कण या न्यूट्रॉन प्रकाश परमाणु नाभिक बौछार, वे दरार। अल्फा कण, बीटा कणों, गामा किरणों: इस मामले में आयनीकरण करने वाले विकिरण के तीन प्रकार होते हैं। नाभिक के बीटा क्षय प्रभारी इकाई में एक परिवर्तन की ओर जाता है। अल्फा कण नाभिक दो positrons ले। गामा विकिरण कोई शुल्क नहीं है और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र सीधे रास्ते नहीं है, लेकिन उच्चतम मर्मज्ञ शक्ति है। ऊर्जा के परिमाणीकरण, सभी मामलों में होता है नाभिक।

युद्ध और शांति

लेजर, एक्स-रे, ठोस का एक अध्ययन और सितारों - क्वांटा के बारे में ज्ञान के सभी शांतिपूर्ण अनुप्रयोगों। हालांकि, हमारी दुनिया खतरों से भरा है, और हर कोई उनकी स्वयं की रक्षा करना चाहता है। विज्ञान सैन्य उद्देश्यों के लिए भी कार्य करता है। यहां तक कि एक गार्ड पर दुनिया विशुद्ध रूप से ऊर्जा परिमाणीकरण के रूप में सैद्धांतिक घटना डाल दिया। कुछ असतत किसी भी विकिरण, उदाहरण के लिए, परमाणु हथियारों का आधार बनाया। बेशक, इसके अनुप्रयोगों उपार्जित मुकाबला इकाइयों - संभावना पाठक हिरोशिमा और नागासाकी याद रखेंगे। अन्य सभी कारणों से, लाल बटन पोषित यह कम या ज्यादा शांतिपूर्ण था दबाएँ। यह हमेशा पर्यावरण के रेडियोधर्मी संदूषण का सवाल यह है कि के रूप में। उदाहरण के लिए, ऊपर संकेत प्लूटोनियम का आधा जीवन परिदृश्य में जो इस तत्व एक बहुत लंबे समय के लिए उपयोग के लिए अयोग्य हो जाता है, लगभग भूवैज्ञानिक युग बनाता है।

जल और तारों

हमें परमाणु प्रतिक्रियाओं के शांतिपूर्ण उपयोग करने के लिए वापस करते हैं। यह जाहिर है, भी तरह से बिजली के उत्पादन के बारे में बात परमाणु विखंडन के। यह प्रक्रिया इस प्रकार है:

रिएक्टर शुरू में मुक्त न्यूट्रॉन के रूप में और उसके बाद के मूल वे एक रेडियोधर्मी तत्व (आमतौर पर यूरेनियम आइसोटोप) है, जो किसी अल्फ़ा या बीटा क्षय की प्रक्रिया से गुजरते मारा।

इस प्रतिक्रिया कदम अनियंत्रित में पास नहीं किया है करने के लिए, रिएक्टर कोर एक तथाकथित retarders शामिल हैं। एक नियम के रूप में, यह ग्रेफाइट छड़, जो कर रहे हैं बहुत अच्छी तरह से न्यूट्रॉन को अवशोषित से बना है। उनकी लंबाई को समायोजित करके, यह प्रतिक्रिया की दर पर नजर रखने के लिए संभव है।

नतीजतन, एक तत्व, जारी की ऊर्जा की अविश्वसनीय राशि दूसरे में तब्दील हो जाता है। यह ऊर्जा कनस्तर (हाइड्रोजन ड्यूटेरियम अणुओं के बजाय) तथाकथित भारी पानी से भरा द्वारा अवशोषित कर लेता है। रिएक्टर कोर कि पानी भारी उत्पादों दूषित के साथ संपर्क के परिणामस्वरूप रेडियोधर्मी क्षय की। यही कारण है कि इस पानी रीसाइक्लिंग सबसे बड़ी समस्या यह है कि परमाणु ऊर्जा के क्षण में।

तीसरा - पहले पानी सर्किट में में दूसरा दूसरा रखा गया है। तीसरा सर्किट के पानी पहले से ही उपयोग करने के लिए सुरक्षित है, और यह टरबाइन, जो बिजली का उत्पादन चला है कि।

सीधे जारी की कोर ऊर्जा और अंत उपयोगकर्ता के बीच मध्यस्थ की इतनी बड़ी संख्या के बावजूद (चलो तारों की किलोमीटर की दूरी पर है, जो भी बिजली नुकसान के दर्जनों के बारे में भूल नहीं), इस प्रतिक्रिया अविश्वसनीय शक्ति देता है। उदाहरण के लिए, एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र विभिन्न प्रकार के उद्योगों के साथ पूरे क्षेत्र के लिए बिजली की आपूर्ति कर सकते हैं।