Балтрунас Владимир Ромуальдосович: другие произведения.

Инженерная модель атомного ядра

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Новинки на КНИГОМАН!


Peклaмa:


 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Управляемый термоядерный синтез - миф или реальность


  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

Строение атомного ядра и термоядерный синтез

(Наименование инвестиционного предложения)

(Место предполагаемой реализации проекта)

на 78 листах

Содержание

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  -- Введение
  
  
   Работая над трудом "Основы химии", Д. И. Менделеев открыл в феврале 1869 года один из фундаментальных законов природы - периодический закон химических элементов. Не давая представления о строении атома, периодический закон, тем не менее, вплотную подводит к этой проблеме.
   В дальнейшем было принято, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Единственное ядро, состоящее из одного протона - ядро атома водорода. В начале периодической таблицы Менделеева количество протонов примерно равно количеству нейтронов. Ближе к концу периодической таблицы соотношение составляет один протон на два нейтрона.
   Каждый элемент имеет свой положительный заряд, вокруг ядра на орбиталях вращаются электроны, число которых равно заряду ядра. Заряженные протоны в ядре отталкивают друг друга, а гравитационное взаимодействие существенно слабее и не в состоянии их удержать в ядре. Соответственно возникла проблема устойчивости ядра, и тогда придумали, что нуклоны (протоны и нейтроны) удерживаются в ядре сильным взаимодействием.
   Необходимость введения понятия сильных взаимодействий возникла в 1930-х годах, когда стало ясно, что ни явление гравитационного, ни явление электромагнитного взаимодействия не могли ответить на вопрос, что связывает нуклоны в ядрах в существующей теории ядра. В 1935 году японский физик Х. Юкава построил первую количественную теорию взаимодействия нуклонов, происходящего посредством обмена новыми частицами, которые сейчас известны как пи-мезоны (или пионы). Пионы были экспериментально открыты в 1947 году.
   Существующая теория атомного ядра не может объяснить выделение энергии при образовании более тяжелых ядер (термоядерный синтез), поскольку масса нейтрона больше в сумме масс протона и электрона. Открытие большого количества изотопов различных ядер также порождает много проблем с устойчивостью атомного ядра.
   Хотя слово атом в первоначальном значении обозначало частицу, которая не делится на меньшие части, согласно научным представлениям он состоит из более мелких частиц, называемых субатомными частицами. Атом состоит из электронов, протонов, все атомы, кроме водорода-1, содержат также нейтроны.
   Электрон является самой лёгкой из составляющих атом частиц с массой 9,11•10--31 кг, отрицательным зарядом и размером, слишком малым для измерения современными методами. Протоны обладают положительным зарядом и в 1836 раз тяжелее электрона (1,6726•10--27 кг).
  
  -- Взаимодействия в атоме
  
        -- Гравитационное взаимодействие
  
   В рамках классической физики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, согласно которому сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками с массами m1 и m2 пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
  
   F=G*m1*m2/(R*R)
  
   Здесь G - гравитационная постоянная, приблизительно равная 6?673*E-11 мЁ/(кг с«), R - расстояние между точками.
  
        -- Электромагнитное взаимодействие
  
   Заряженные частицы обладают не только зарядом но и при движении создают магнитное поле. Вращающиеся вокруг своей оси (спин) электрон и протон (это не точечные заряды) создают магнитное поле и по существу являются постоянными магнитами. Соответственно находясь рядом частицы начинают ориентироваться друг с другом - разноименные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются).
  
   Закон Кулона - это закон, описывающий силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами, согласно которому Кулоновская сила между двумя материальными точками с зарядами q1 и q2 пропорциональна обеим зарядам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:.
  
   F=k*q1*q2/(R*R)
  
   где k = c2·10-7 Гн/м = 8,9875517873681764·109 Н·м2/Кл2 (или Ф-1·м), при этом одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.
        -- Магнитное взаимодействие
  
   Магнитное поле -- силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды
   Магнитное поле -- силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля.
   Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).
   Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля.
   Фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной магнитной индукции и тесно с ней взаимосвязанной, практически равной ей по физическому значению) является векторный потенциал.
   Магнитное поле можно назвать особым проявлением материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Магнитные поля являются необходимым (в контексте специальной теории относительности) следствием существования электрических полей.
   С точки зрения квантовой теории поля магнитное взаимодействие -- как частный случай электромагнитного взаимодействия переносится фундаментальным безмассовым бозоном -- фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля), часто (например, во всех случаях статических полей) -- виртуальным.
   Магнитное поле создаётся движением заряженных частиц;
   Правило правой руки - если обхватить селеноид кистью правой руки, пальцами по направлению, то большой палец покажет направление магнитного поля внутри селеноида, и соответственно направление на север
   Визуализация линий магнитного поля в катушке при помощи железных опилок
    0x01 graphic
    0x01 graphic
   изменяющимся во времени электрическим полем (пример - трансформатор с переменным током);
   собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).
   Электрон
   Протон
    0x01 graphic
    0x01 graphic
   Электромагнитная индукция -- явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока -- изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.
   Одно из наиболее часто встречающихся в обычной жизни проявлений магнитного поля -- взаимодействие двух магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, противоположные притягиваются.
  
  -- Элементарные частицы
  
        -- Протон
   Протон - элементарная частица, относится к барионам
   Протон -  элементарная частица, относится к барионам, имеет спин 1/2, электрический заряд +1 (в единицах элементарного электрического заряда). В физике элементарных частиц рассматривается как нуклон с проекцией изоспина +1/2 (в ядерной физике принят противоположный знак проекции изоспина). Стабилен (нижнее ограничение на время жизни - 2,9·1029 лет независимо от канала распада, 1,6·1033 лет для распада в позитрон и нейтральный пион). 
   Антипротон  - античастица по отношению к протону. Масса и спин А. такие же, как у протона, барионное число B = -1 Электрический. заряд (и магнитный. момент) А. отрицателен и равен по абсолютной величине электрическому. заряду (магнитному. моменту) протона.

0x01 graphic

   А. был впервые обнаружен экспериментально в 1955 О. Чемберленом (О. Chamberlain), Э. Сегре (E. Segre), К. Вигандом (С. Wiegand) и T. Ипсилантисом (T. Ypsilantis) в Беркли (США) на ускорителе протонов с максимальной энергией 6,3 ГэВ.
   Антипротон должен аннигилировать с протоном. Экспериментальные исследования показывают, аннигиляция низкоэнергетических протонов и антипротонов идёт частично с образованием 4-5 пи-мезонов, т.е. анимирует только положительный и отрицательный заряд.
   Антиматерия
   Антивещество (антиматерия) образовавшаяся в результате большого взрыва находиться на месте нашей вселенной, но в другом интервале времени. Соответственно есть вероятность появления антипротонов из антивещества в нащей вселенной.
   Таблица протонов 
    
   Материя
   Антиматерия
   Элементарная частица
   Протон +
   Антипротон -
   Масса
   938.2719(98) МэВ
   938.2719(98) МэВ
   Классы
   фермион, адрон, барион, N-барион
   фермион, адрон, барион, N-барион
   Квантовые числа
   Электрический заряд
   +1
   -1
   Спин
   1/2
   1/2
   Изотопический спин
   1/2
   1/2
   Барионное число
   1
   -1
   Страннлсть
   0
   0
   Очарование
   0
   0
  
   Электрон и протон могут образовывать нейтрон, который распадается вне атомного ядра.
        -- Электрон
   Электрон участвует в слабом взаимодействии, электромагнитных и гравитационных (общепринято, но не научно не доказано, вполне возможно, что электрон участвует только в электромагнитном взаимодействии) взаимодействиях. Он принадлежит к группе лептонов и является (вместе со своей античастицей, позитроном) легчайшим из заряженных лептонов. При столкновениях электронов и позитронов они аннигилируют с образованием фотона. Электрон-позитронная пара может родиться от гамма-кванта достаточной энергии вблизи ядра.
   Электроны принадлежат к первому поколению семейства лептонных частиц. Они имеют квантово-механические свойства как частицы, так и волны, поскольку могут сталкиваться с другими частицами и отражаться подобно свету. Каждый электрон имеет квантовое состояние, определяемое при измерении его параметров - энергии, спиновой ориентации и др. Являясь фермионами, любые два электрона не могут находиться одновременно в одном и том же квантовом состоянии; это свойство известно как принцип Паули.
   Движение свободных электронов обуславливает такие явления, как электрический ток в проводниках и вакууме, магнетизм и термо-ЭДС--эффект Зеебека,  явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Заряд движущегося электрона создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, в то же время внешнее магнитное поле отклоняет электрон от движения по прямой линии. Ускоряемый электрон может поглощать и излучать энергию излучения в виде фотонов. Из электронов состоят электронные оболочки атомов, где их число и положение определяет все химические свойства вещества. Основную массу атомов составляют протоны и нейтроны, входящие в состав ядра, тогда как на долю электронов приходится менее 0,06 % всей массы атома. Одной из основных сил, удерживающих электроны возле ядра, является электрическая сила Кулона от протонов ядра. При образовании молекул из атомов и возникновении химической связи происходит перераспределение электронов в пространстве между атомами.
   Электрон - стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица.. Из электронов состоят электронные оболочки атомов, где их число и положение определяет  все химические свойства веществ. 
   Заряд электрона неделим и равен:
   e0=1,602176565(35)·10E-19 Кл (или -4,80320427(13)·10E-10 ед. заряда в системе СГСЭ
   или e0=1,602176565(35)·E10-20 ед. в системе СГСМ).
   Эта величина служит единицей измерения электрического заряда других элементарных частиц (в отличие от заряда электрона, элементарный заряд обычно берётся с положительным знаком).
   Масса электрона равна me=9,10938291(40)·10E-31 кг.
   Согласно современным представлениям физики элементарных частиц, электрон является  фундаментальной частицей мироздания, неделим и бесструктурен (как минимум до расстояний 10E-17 см). 
   Спин электрона равен 0x01 graphic
 и, таким образом, электрон относится к фермионам.  Как и любая заряженная частица со спином, электрон обладает магнитным моментом, причем магнитный момент делится на нормальную часть и аномальный магнитный момент.
   0x01 graphic
   Он принадлежит к группе лептонов и является (вместе со своей античастицей, позитроном) легчайшим из заряженных лептонов. До открытия массы нейтрино, электрон считался наиболее лёгкой из массивных частиц,  его масса примерно в 1836 раз меньше массы протона. 
   Свободный электрон не может поглотить фотон, хотя и может рассеять его (см. эффект Комптона).
   Для простоты будем рассматривать электрон как черный ящик со следующими свойствами:
   • имеет массу;
   • имеет размеры;
   • имеет плотность;
   • имеет заряд -1 и участвует в кулоновском взаимодействии;
   • имеет спин 1/2;
   • отталкивается гравитацией - требуется подтверждение или опровержение;
   • может аннигилировать с позитроном с образованием фотона.
   Электрон и протон могут образовывать нейтрон, который распадается вне атомного ядра:
        -- Нейтрон
          -- Существующая теория
   Нейтрон -- общепринятым считается, что нейтрон нейтрально заряженная частица, стабильная в атомном ядре и распадающаяся вне атомного ядра Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов. Атомные ядра состоят из нейтронов и протонов.
   Основные характеристики:
Масса (примерно на 0,1378 % больше, чем масса протона; приведены рекомендованные значения CODATA 2010 года, в скобках указана погрешность величины в единицах последней значимой цифры, одно ста
ндартное отклонение):
  -- 939,565378(21) МэВ;
  -- 1,00866491600(43) а. е. м.;
  -- 1,674927351(74)•10--27 кг;
  -- 1838,6836601(16) массы электрона.
  -- Спин: 1/2 (фермион).
   Время жизни в свободном состоянии: 880.1 Ђ 1.1 секунды (период полураспада -- 611 секунд).
Магнитный момент: --1,91304272(45) ядерного магнетона.
Несмотря на нулевой электрический заряд, нейтрон не является истинно нейтральной частицей. Античастицей нейтрона является антинейтрон, который не совпадает с самим нейтроном.
          -- Строение и распад
   Поскольку нейтрон тяжелее протона, то он может распадаться в свободном состоянии. Единственным каналом распада, разрешённым законом сохранения энергии и законами сохранения электрического заряда, барионного и лептонного квантовых чисел, является бета-распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино (а также, возможно, гамма-квант). Поскольку этот распад идёт с образованием лептонов и изменением аромата кварков, то он обязан происходить только за счёт слабого взаимодействия.
   Однако, ввиду специфических свойств слабого взаимодействия, скорость этой реакции аномально мала из-за крайне малого энерговыделения (разности масс начальных и конечных частиц). Именно этим объясняется тот факт, что нейтрон является настоящим долгожителем среди элементарных частиц: его время жизни, приблизительно равное 15 минутам, примерно в миллиард раз больше времени жизни мюона -- следующей за нейтроном метастабильной частице по времени жизни.
   Кроме того, разница масс между протоном и нейтроном около 1,3 МэВ невелика по меркам ядерной физики. В результате, в ядрах нейтрон может находиться в более глубокой потенциальной яме, чем протон, и потому бета-распад нейтрона оказывается энергетически невыгодным. Это приводит к тому, что в ядрах нейтрон может быть стабильным. Более того, в нейтроно-дефицитных ядрах происходит распад (редукция) протона в нейтрон (с захватом орбитального электрона или вылетом позитрона).
   0x01 graphic
   Однако и для образования нейтрона необходимы три частицы: протон, электрон и электронное антинейтрино. Учитывая , что нужны условия для образования нейтрона и нахождение трех элементарных частиц в одном месте маловероятно, то в о вселенной было бы очень мало нейтронов.
   0x01 graphic
          -- Другие свойства нейтрона
   Изоспины нейтрона и протона одинаковы (1/2), но их проекции противоположны по знаку. Проекция изоспина нейтрона по соглашению в физике элементарных частиц принимается равной --1/2, в ядерной физике +1/2 (поскольку в большинстве ядер нейтронов больше, чем протонов, это соглашение позволяет избегать отрицательных суммарных проекций изоспина).
   Нейтрон -- единственная из имеющих массу покоя элементарных частиц, для которой непосредственно наблюдалось гравитационное взаимодействие -- искривление в поле земного тяготения траектории хорошо коллимированного пучка холодных нейтронов. Измеренное гравитационное ускорение нейтронов в пределах точности эксперимента совпадает с гравитационным ускорением макроскопических тел.
          -- Нейтрон в электромагнитной теории
  
   0x08 graphic
0x01 graphic
  -- Модели атома
  
   Атом -- электрически нейтральная частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств..
   Атом состоит из атомного ядра и электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом.
        -- Существующая модель атомного ядра
  
   Атомное ядро состоит из нуклонов -- положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Протон и нейтрон обладают собственным моментом количества движения (спином), равным 0x01 graphic
и связанным с ним магнитным моментом. Единственный стабильный атом, не содержащий нейтрон в ядре -- лёгкий водород (протий). Единственный нестабильный атом без нейтронов - Гелий-2.
   Атомное ядро, рассматриваемое как класс частиц с определённым числом протонов и нейтронов, принято называть нуклидом.
   В некоторых редких случаях могут образовываться короткоживущие экзотические атомы у которых вместо нуклона ядром служат иные частицы.
   Количество протонов в ядре называется его зарядовым числом ~Z -- это число равно порядковому номеру элемента, к которому относится атом, в таблице (Периодической системе элементов) Менделеева. Количество протонов в ядре определяет структуру электронной оболочки нейтрального атома и, таким образом, химические свойства соответствующего элемента. Количество нейтронов в ядре называется его изотопическим числом ~N. Ядра с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называются изотопами. Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов -- называются изотонами. Термины изотоп и изотон используются также применительно к атомам, содержащим указанные ядра, а также для характеристики нехимических разновидностей одного химического элемента. Полное количество нуклонов в ядре называется его массовым числом ~A (~A = N + Z) и приблизительно равно средней массе атома, указанной в таблице Менделеева. Нуклиды с одинаковым массовым числом, но разным протон-нейтронным составом принято называть изобарами.
   Как и любая квантовая система, ядра могут находиться в метастабильном возбуждённом состоянии, причём в отдельных случаях время жизни такого состояния исчисляется годами
        -- Квантово-механическая модель атома
  
   Современная модель атома является развитием планетарной модели Бора-Резерфорда. Согласно новой модели, ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов, окруженных отрицательно заряженными валентными электронами. Однако представления квантовой механики не позволяют считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям (неопределённость координаты электрона в атоме может быть сравнима с размерами самого атома).
   Химические свойства атомов определяются конфигурацией электронной оболочки и описываются квантовой механикой. Если атом находится в нейтральном состоянии, то количество электронов в нём равно количеству протонов. Основная масса атома сосредоточена в ядре, а массовая доля электронов в общей массе атома незначительна (несколько сотых процента массы ядра).
          -- Электроны в атоме
  
   При описании электронов в атоме в рамках квантовой механики обычно рассматривают распределение вероятности в 3n-мерном пространстве для системы n электронов.
   Электроны в атоме притягиваются к ядру, между электронами также действует кулоновское взаимодействие. Эти же силы удерживают электроны внутри потенциального барьера, окружающего ядро. Для того чтобы электрон смог преодолеть притяжение ядра, ему необходимо получить энергию от внешнего источника. Чем ближе электрон находится к ядру, тем больше энергии для этого необходимо.
   Электронам, как и другим частицам, свойственен корпускулярно-волновой дуализм. Иногда говорят, что электрон движется по орбитали, что неверно. Состояние электронов описывается волновой функцией, квадрат модуля которой характеризует плотность вероятности нахождения частиц в данной точке пространства в данный момент времени, или, в общем случае, оператором плотности. Существует дискретный набор атомных орбиталей, которым соответствуют стационарные чистые состояния электронов в атоме.
   Каждой орбитали соответствует свой уровень энергии. Электрон может перейти на уровень с большей энергией, поглотив фотон. При этом он окажется в новом квантовом состоянии с большей энергией. Аналогично, он может перейти на уровень с меньшей энергией, излучив фотон. Энергия фотона при этом будет равна разности энергий электрона на этих уровнях.
  
        -- Проблемы и недостатки классической модели строения атома
  
   Существующая модель атомного ядра имеет следующие допущения и соответственно проблемы:
   Атом нейтрально заряжен, ядро имеет положительный заряд, а электроны находятся вне ядра на круговых орбитах ( на первой два электрона, на второй шесть и т.д.). Соответственно электроны вращаются в одной плоскости, создают электромагнитное поле и т.д. Чем больше электронов, тем дальше валентные электроны находиться от ядра, соответственно тем меньше связь.
   Количество электронов на орбите атома равно количеству протонов в ядре. Но ядро положительно заряжено и оно притянет столько электронов, сколько сможет.
   Нейтрон не стабильная частица и устойчив только в ядре за счет сильного взаимодействия, которое удерживает нуклоны в ядре, не давая ему рассыпаться. До сих пор сильное взаимодействие ни кто не обнаружил, но поскольку другое не предлагалось, то и не опровергалось.
   И т.д., можно писать до бесконечности.
   Гораздо проще опираться на достоверные научные факты, чем выдвигать теории, не зимующие научного подтверждения.
   Почему электроны находятся на орбите, т.е. не в ядре, не проще ли предположить, что часть электроны находятся в ядре, за исключением валентных электронов.
   Если один электрон в ядре устанавливает связь между двумя протонами, а те в свою очередь также соединены с другими протонами через электроны, то заряд атома будет практически всегда близок к нулю.
   Поскольку электрон в ядре удерживается на низкой орбите двумя протонами (в отличие от атома водорода), то при вылете из атома протона с электроном на низкой орбите, неизбежно произойдет переход электрона на более низкий энергетический уровень с испусканием фотона.
   В этой версии нейтронов нет, а стабильность атомного ядра обеспечивается общеизвестными законами Кулона и Ньютона.
  
        -- Электромагнитная теория устойчивости атомного ядра
  
   Если из начальной теории убрать допущение, что заряд ядра равен номеру элемента в периодической таблице Менделеева, то проблема устойчивости атомного ядра решается без придуманного сильного взаимодействия. В этой теории все электроны, кроме валентных электронов, находятся внутри ядра, удерживая протоны.
   Учитывая, что масса нейтрона больше масс в сумме протона и электрона, приходим к выводу, что в легких ядрах вообще нет нейтронов.
   Рассмотрим ядро дейтерия, два протона находятся на расстоянии чуть меньше, чем радиус электрона. Поскольку сила Кулоновского взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния, то электрон притягивает два протона, при этом потенциальная энергия системы значительно меньше, чем, если бы эти частицы были бы в не ядра. Эта потенциальная энергия выделяется в виде фотонов.
   Устойчивость системе придает обстоятельство, что протон и электрон имеют спин, т.е. вращаются вокруг собственной оси и создают магнитное поля, при кулоновском притяжении частицы притягиваются, и внешние оболочки частиц начинаю контактировать друг с другом, в результате чего начинают вращаться в противоположные стороны, магнитное поле начинает отталкивать частицы друг друга.
  
   0x08 graphic
0x01 graphic
   0x08 graphic
0x01 graphic
  
   0x08 graphic
0x01 graphic
   Таким образом, на расстоянии чуть меньше радиуса протона и электрона устанавливается равновесие, где сила кулоновского притяжения равна силе магнитного отталкивания.
   Именно так и выглядит нейтрон, который не является элементарной частицей.
  
  
   0x08 graphic
0x01 graphic
   Особенностью данной теории в том, что она опирается на общеизвестные законы физики и позволяет рассчитать компоновку ядер химических элементов и энергию связи, что не маловажно для расчетов для термоядерного синтеза.
  
        -- Энергия ионизации атомов
  
   Энергия ионизации -- энергии связи валентных электронов с ядром или, как её иногда называют, первый ионизационный потенциал, представляет собой наименьшую энергию, необходимую для удаления электрона от свободного атома в его низшем энергетическом (основном) состоянии на бесконечность.
   Энергия ионизации является одной из главных характеристик атома, от которой значительно зависят природа и прочность образуемых атомом химических связей.
   Для многоэлектронного атома существуют также понятия второго, третьего и т. д. ионизационных потенциалов, представляющих собой энергию удаления электрона от его свободных невозбуждённых катионов с зарядами +1, +2 и т. д. Эти ионизационные потенциалы, как правило, менее важны для характеристики химического элемента.
   На энергию ионизации атома наиболее существенное влияние оказывают следующие факторы:
   эффективный заряд ядра, являющийся функцией числа электронов и протонов в атоме;
   радиальное расстояние от ядра до максимума зарядовой плотности наружного, наиболее слабо связанного с атомом и покидающего его при ионизации, электрона;
   мера проникающей способности этого электрона;
   кулоновское отталкивание среди наружных (валентных) электронов.
   На энергию ионизации оказывают влияние также и менее значительные факторы, такие, как квантовомеханическое обменное взаимодействие, спиновая и зарядовая корреляция и др.
   Энергия ионизации напрямую связана с кулоновским притяжением электронов и характеризуется зарядом ядра, и соответственно кулоновским отталкиванием других ядер. Чем меньше кулоновское отталкивание ядер между собой, тем лучше условия для термоядерного синтеза.
   Энергия ионизации элементов измеряется в электронвольтах на 1 атом или в Джоуль на моль.
   0x01 graphic
   N
   Элемент
    
    
   N
   Элемент
    
    
   N
   Элемент
    
    
   1
   Водород
   H
   13,53
   35
   Бром
   Br
   11,8
   69
   Тулий
   Tm
   6,18
   2
   Гелий
   He
   24,47
   36
   Криптон
   Kr
   13,94
   70
   Иттербий
   Yb
   6,25
   3
   Литий
   Li
   5,39
   37
   Рубидий
   Kb
   4,18
   71
   Лютеций
   Lu
   5,43
   4
   Бериллий
   Be
   9,32
   38
   Стронций
   Sr
   5,69
   72
   Гафний
   Hf
   7,5
   5
   Бор
   B
   8,3
   39
   Итрий
   Y
   6,5
   73
   Тантал
   Ta
   7,89
   6
   Углерод
   C
   11,26
   40
   Цирконий
   Zr
   6
   74
   Вольфрам
   W
   7,98
   7
   Азот
   N
   14,53
   41
   Ниобий
   Nb
   6,88
   75
   Рений
   Re
   7,88
   8
   Кислород
   O
   13,61
   42
   Молибден
   Mo
   7,35
   76
   Осмий
   Os
   8,5
   9
   Фтор
   F
   17,42
   43
   Технеций
   Tc
   7,28
   77
   Иридий
   Ir
   9,1
   10
   Неон
   Ne
   21,56
   44
   Рутений
   Ru
   7,5
   78
   Платина
   Pt
   8,9
   11
   Натрий
   Na
   5,14
   45
   Родий
   Rh
   7,7
   79
   Золото
   Au
   9,19
   12
   Магний
   Mg
   7,64
   46
   Палладий
   Pd
   8,3
   80
   Ртуть
   Hg
   10,4
   13
   Алюминий
   Al
   5,98
   47
   Серебро
   Ag
   7,54
   81
   Таллий
   Tl
   6,08
   14
   Кремний
   Si
   8,15
   48
   Кадмий
   Cd
   8,95
   82
   Свинец
   Pb
   7,38
   15
   Фосфор
   P
   19,48
   49
   Индий
   In
   5,76
   83
   Висмут
   Bi
   7,25
   16
   Сера
   S
   10,36
   50
   Олово
   Sn
   7,37
   84
   Полоний
   Po
   8,43
   17
   Хлор
   Cl
   13,01
   51
   Сурьма
   Sb
   8,35
   85
   Астат
   At
   5,12
   18
   Аргон
   Ar
   15,75
   52
   Теллур
   Te
   9,01
   86
   Радон
   Ra
   5,4
   19
   Калий
   K
   4,34
   53
   Иод
   J
   10,45
   87
   Франций
   Fr
   3,98
   20
   Кальций
   Ca
   6,11
   54
   Ксенон
   Xe
   12,08
   88
   Радий
   Ra
   5,28
   21
   Скандий
   Sc
   6,57
   55
   Цезий
   Cs
   3,89
   89
   Актиний
   Ac
   5,12
   22
   Титан
   Ti
   6,81
   56
   Барий
   Ba
   5,21
   90
   Торий
   Th
   6,08
   23
   Ванадий
   V
   6,76
   57
   Лантан
   La
   5,5
   91
   Протоактиний
   Pa
   5,89
   24
   Хром
   Cr
   6,74
   58
   Церий
   Ce
   6,91
   92
   Уран
   U
   6,19
   25
   Марганец
   Mn
   7,4
   59
   Празеодим
   Pr
   5,76
   93
   Нептуний
   Np
   6,2
   26
   Железо
   Fe
   7,83
   60
   Неодим
   Nd
   6,31
   94
   Плутоний
   Pu
   6,06
   27
   Кобальт
   Co
   7,81
   61
   Прометий
   Pm
   5,55
   95
   Америций
   Am
   5,99
   28
   Никель
   Ni
   7,61
   62
   Самарий
   Sm
   6,55
   96
   Кюрий
   Cm
   6,09
   29
   Медь
   Cu
   7,69
   63
   Европий
   Eu
   5,66
   97
   Берклий
   Bk
   6,3
   30
   Цинк
   Zn
   9,35
   64
   Гадолиний
   Gd
   6,65
   98
   Калифорний
   Cf
   6,41
   31
   Галлий
   Ga
   5,97
   65
   Тербий
   Tb
   6,74
   99
   Эйнштейний
   Es
   6,52
   32
   Гераний
   Ge
   7,85
   66
   Диспрозий
   Dy
   6,82
   100
   Фермий
   Em
   10,7
   33
   Мышьяк
   As
   9,96
   67
   Гольмий
   Yb
   7,06
   101
   Менделевий
   Md
   6,74
   34
   Селен
   Se
   8,75
   68
   Эрбий
   Pt
   8,9
   102
   Нобелий
   No
   6,2
  
   Как видно, что с увеличением номера элемента в периодической таблице энергия ионизации уменьшается, в то время как если бы заряд ядра был равен номеру элемента в периодической таблице, должна была расти. Это позволяет использовать для термоядерного синтеза не только водород, но и более тяжелые ядра.
  
  -- Изотопы
      -- Изотопы водорода
  
   Водород -- самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 88,6 % всех атомов (около 11,3 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов -- порядка 0,1 %). Таким образом, водород -- основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~ 6000 ®C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре. 
   Водород -- самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,4 раз. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха.
   Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов H2 на 1 объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре.
   Водород встречается в виде трёх изотопов, которые имеют индивидуальные названия:
   1H - протий (Н);
   2Н - дейтерий (D);
   3Н - тритий (T; радиоактивный).
    
   Температура
плавления,
K
   Температура
кипения,
K
   Тройная
точка,
K / kPa
   Критическая
точка,
K / kPa
   Плотность
   жидкий / газ,
   кг/мЁ
   H2
   13,96
   20,39
   13,96 / 7,3
   32,98 / 1,31
   70,811 / 1,316
   HD
   16,65
   22,13
   16,6 / 12,8
   35,91 / 1,48
   114,0 / 1,802
   HT
    
   22,92
   17,63 / 17,7
   37,13 / 1,57
   158,62 / 2,31
   D2
   18,65
   23,67
   18,73 / 17,1
   38,35 / 1,67
   162,50 / 2,23
   DT
    
   24.38
   19,71 / 19,4
   39,42 / 1,77
   211,54 / 2,694
   T2
   20,63
   25,04
   20,62 / 21,6
   40,44 / 1,85
   260,17 / 3,136
   Протий и дейтерий являются стабильными изотопами с массовыми числами 1 и 2, содержание их в природе соответственно составляет 99,9885 Ђ 0,0070 % и 0,0115 Ђ 0,0070 %[4]. Изотоп водорода 3Н (тритий) радиоактивен и его период полураспада составляет 12,32 лет[4] и содержание  трития в природе очень мало.
   Ядро дейтерия состоит из одного электрона и двух протонов. Стабильность ядра обеспечивается кулоновским притяжением между электроном и протонами и отталкиванием протонов между собой. Поскольку электрон представляет из себя сгусток отрицательно заряженной энергии, протоны могут проникать в электрон.
   Таблица изотопов водорода: 

Символ
нуклида

Z(p)

N(n)

Масса изотопа
(а. е. м.)

Период
полураспада
(T1/2)

Методы распада

Спин и чётность
ядра

  

Энергия возбуждения (кэВ)

  
  
  

1H

1

0

1,00782503207Ђ(10)

стабилен (>6,6в1033 лет)

 

1?2+

2H

1

1

2,0141017778Ђ(4)

стабилен

 

1+

3H

1

2

3,0160492777Ђ(25)

12,32Ђ(2) лет

?-

1?2+

4H

1

3

4,02781Ђ(11)

1,39Ђ(10)в10-22 с
[4,6Ђ(9) МэВ]

n

2-

5H

1

4

5,03531Ђ(11)

>9,1в10-22 с ?

n

(1?2+)

6H

1

5

6,04494Ђ(28)

2,90Ђ(70)в10-22 с
[1,6Ђ(4) МэВ]

3n, 4n

2-#

7H

1

6

7,05275Ђ(108)#

2,3Ђ(6)в10-23 с#
[20Ђ(5) МэВ]#

 

 

  
   Примечание: методы распада и спин в таблице дан по существующей теории ядра.
          -- Строение ядра дейтерия
  
   Дейтерий тяжёлый водород, обозначается символами D и 2H -- стабильный изотоп водорода с атомной массой, равной 2. Ядро (дейтрон) состоит из одного протона и одного нейтрона.
   Соединения изотопов водорода практически не различаются по химическим свойствам, но обладают довольно различными физическими свойствами (температура плавления, кипения, вес). Молекула D2, состоит из двух атомов дейтерия. Вещество имеет следующие физические свойства:
   Температура плавления --254,5 ®C
   Температура кипения --249,5 ®C
   Содержание дейтерия в природном водороде -- 0,0011-0,0016 ат.% [4].
   По своим химическим свойствам соединения дейтерия имеют определенные особенности. Так, например, углерод-дейтериевые связи оказываются более "прочными", чем углерод-протиевые, из-за чего химические реакции с участием атомов дейтерия идут в несколько раз медленнее. Этим, в частности, обусловлена токсичность тяжёлой воды (вода состава D2O называется тяжёлой водой из-за большой разницы в массе протия и дейтерия).
   Общие сведения
   Название, символ
   Дейтерий2H
   Альтернативные названия
   тяжёлый водород, D
   Нейтронов
   1
   Протонов
   1
   Свойства нуклида
   Атомная масса
   2,0141017778(4) а. е. м.
   Избыток массы
   13 135,7216(3) кэВ
   Удельная энергия связи (на нуклон)
   1 112,283(0) кэВ
   Изотопная распространённость
   0,0115(70) %
   Период полураспада
   стабильный
   Спин и чётность ядра
   1+
   Ядро дейтерия в соответствии с электромагнитной теорией (по классической теории  - ядро состоит из нейтрона и протона) состоит из двух протонов и одного электрона, дополнительную устойчивость ядру придает гравитационное взаимодействие. Масса протона больше массы электрона примерно в 1800 раз, поэтому в ядрах может наблюдаться избыток протонов, а избытка электронов быть не может, соответственно не может быть отрицательно заряженных ядер. Протоны и электрон имеют спин, отличный от нуля и соответственно вращаются вокруг своей оси, создавая магнитное поле. Электрон находиться между двумя протонами, при этом расстояние между электроном и протонами в два раза меньше, чем расстояние между протонами. Кулоновские силы обратно пропорциональны квадрату расстояния, соответственно кулон притянет два протона, так, что их оболочки начнут соприкасаться (вплоть до проникновения друг в друга). Но поскольку все частицы вращаются вокруг собственной оси (спин), они создают магнитное поле, и соответственно имеют полюса.
   Вариант N1, спин 1/2
   0x01 graphic
   Вариант N2, спин 3/2
  
   0x08 graphic
0x01 graphic
          -- Строение атома дейтерия
  
   Поскольку в ядре дейтерия нет места для второго электрона, то он находиться на внешней орбите, соответственно дейтерий одновалентен.
   0x01 graphic
 
   Масса элементарных частиц, из которых состоит ядро дейтерия: 

N

   Элементарные частицы

Единица измерения

Значение

1

   Количество протонов

шт.

2

2

   Масса протона

кг

1,67262178E-27

3

   Масса протонов

кг

3,34524355E-27

4

   Количество электронов

шт.

1

5

   Масса свободного электрона

кг

9,10938291E-31

6

   Масса электронов

кг

9,10938291E-31

7

   Масса электронов + протонов

кг

3,34615449E-27

   Дефицит массы в ядре дейтерия (энергия связи): 

N

   Наименование

Единица измерения

Значение

1

   Масса дейтерия

а.е.м.

2,014101778

2

   Атомная единица массы

кг

1,66053886E-27

3

   Масса дейтерия

кг

3,34449E-27

4

   Дефицит массы

кг

1,66022024E-30

5

   Скорость света

 м / с

2,99792458E+08

6

   Энергия связи дейтерия

дж

1,49213154E-13

    Изменение кулоновского потенциала в ядре дейтерия
   Изменение кулоновского потенциала при приближении протонов из бесконечности к электрону на расстояние равное классическому радиусу (допущение - точечные заряды, в реальности плотность заряда обратно пропорционально квадрату расстояния от центра: 
    
   Классический радиус электрона
    

2,81793800E-15

    
    
    
    

N

   Наименование

Единица измерения

Значение

1

   Заряд протона

Кл

1,60218920E-19

2

   Коэффициент k

Н·м2/Кл2

8,98755179E+09

3

   Сила без учета расстояния квадрата расстояния

н

2,30711374E-28

4

   Радиус электрона

м

2,81793800E-15

5

   Потенциальная энергия между протонами

дж

8,18724096E-14

6

   Потенциальная энергия между протоном и электроном

дж

1,63744819E-13

7

   Суммарное изменеие потенциалов

дж

2,45617229E-13

   Приведенные расчеты существенно упрощены и их в состоянии выполнить любой старшеклассник.
          -- Строение ядра трития
   Ядро трития состоит из трех протонов и двух электронов.
   0x08 graphic
0x01 graphic
        -- Изотопы гелия
  
   имвол
нуклида
   Z(p)
   N(n)
   Масса изотопа
(а. е. м.)
   Избыток массы
(кэВ)
   Период
полураспада
(T1/2)
   Спин и чётность
(J ?) ядра
   Распространённость
изотопа в природе
(%)
   3He
   2
   1
   3,0160293191(26)
   14931,2148(24)
   Стабильный
   1/2+
   0,000137(3)
   4He
   2
   2
   4,00260325415(6)
   2424,91565(6)
   Стабильный
   0+
   99,999863(3)
   5He
   2
   3
   5,012220(50)
   11390(50)
   700(30)·10-24 с
   3/2-
    
   6He
   2
   4
   6,0188891(8)
   17595,1(8)
   806,7(15) мс
   0+
    
   7He
   2
   5
   7,028021(18)
   26101(17)
   2,9(5)·10-21 с
   (3/2)-
    
   8He
   2
   6
   8,02248736(10)
   31598(7)
   119,0(15) мс
   0+
    
   9He
   2
   7
   9,043950(30)
   40939(29)
   7(4)·10-21 с
   1/2( -#)
    
   10He
   2
   8
   10,052400(80)
   48810(70)
   2,7(18)·10-21 с
   0+
    
   Примечание: методы распада и спин в таблице дан по существующей теории ядра.
  
          -- Строение ядра изотопа гелия-3
  
   Ядро гелия-3 состоит из трех протонов и электрона.
   0x08 graphic
0x01 graphic
          -- Строение ядра изотопа гелия-4
  
   Ядро гелия-4 состоит из четырех протонов и двух электронов.
   0x08 graphic
0x01 graphic
  
  
  
  -- Термоядерный синтез
  
   Термоядерный синтез -- разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые ядра.
   Различают два вида термоядерного синтеза: холодный и горячий. Горячий термоядерный синтез.
        -- Горячий термоядерный синтез
  
   Горячий термоядерный синтез -- ядерные реакции синтеза в химических (атомно-молекулярных) системах при значительном нагрева рабочего вещества. Известные ядерные реакции синтеза (звезды) -- термоядерные реакции -- проходят в плазме при температурах в миллионы кельвинов.
   0x01 graphic
        -- Холодный термоядерный синтез
  
   Холодный ядерный синтез - осуществление ядерной реакции  без значительного нагрева, выделение энергии в миллионы раз выше, чем при обычном горении.
   Термоядерные реакции на Солнце идут при температуре в 10 миллионов градусов по Цельсию при сильном гравитационном давлении, которое вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза гелия из водорода.
   В зарубежной литературе это явление известно также под названиями:
  -- низкоэнергетические ядерные реакции (LENR, low-energy nuclear reactions);
  -- химически ассистируемые (индуцируемые) ядерные реакции (CANR).
   Множество сообщений об удачном осуществлении эксперимента впоследствии оказывались либо "газетными утками", либо результатом некорректно поставленных экспериментов.
   Однако термоядерные реакции происходят на Земле и без высоких температур:
  -- водород превращается в дейтерий;
  -- тритий превращается в гелий.
   Исследования рано или поздно приведут к управляемой цепной термоядерной реакции, Неуправляемую термоядерную реакцию уже освоили - термоядерная бомба.
    Холодный термоядернвй синтез может происходить за счет кулоновского притяжения двух протонов. Поскольку протоны удалены вдвое дальше, чем расстояние между электроном и протоном.
   0x01 graphic
    
   0x01 graphic
   0x01 graphic
  
        -- Термоядерные реакции
         (1)
         D
         +
         T
         ?
          
         4He
         (3.5 MeV)
         +
          
         n
         (14.1 MeV)
          
         (2а)
         D
         +
         D
         ?
          
         T
         (1.01 MeV)
         +
          
         p
         (3.02 MeV)
          
          
          
          
         (55 %)
         (2б)
          
          
          
         ?
          
         3He
         (0.82 MeV)
         +
          
         n
         (2.45 MeV)
          
          
          
          
         (45%)
         (3)
         D
         +
         3He
         ?
          
         4He
         (3.9 MeV)
         +
          
         p
         (14.7 MeV)
        
        
        
        
        
         (4)
         T
         +
         T
         ?
          
         4He
          
         +
        
         n
         + 11.3 MeV
        
        
        
        
        
         (5)
         3He
         +
         3He
         ?
          
         4He
          
         +
        
         p
          
        
        
        
        
        
         (6а)
         3He
         +
         T
         ?
          
         4He
          
         +
          
         p
          
         +
         n
         + 12.1 MeV
          
         (51 %)
         (6б)
          
          
          
         ?
          
         4He
         (4.8 MeV)
         +
          
         D
         (9.5 MeV)
          
          
          
          
         (43 %)
         (6в)
          
          
          
         ?
          
         4He
         (0.5 MeV)
         +
          
         n
         (1.9 MeV)
         +
         p
         (11.9 MeV)
          
         (6 %)
         (7)
         D
         +
         6Li
         ?
        
         4He[2]
         + 22.4 MeV -
        
        
        
        
        
        
        
        
        
         (8)
         p
         +
         6Li
         ?
          
         4He
         (1.7 MeV)
         +
          
         3He
         (2.3 MeV)-
        
        
        
        
        
         (9)
         3He
         +
         6Li
         ?
        
         4He
          
         +
          
         p
         + 16.9 MeV
        
        
        
        
        
         (10)
         p
         +
         11B
         ?
        
         4He
         + 8.7 MeV
        
        
        
        
        
        
        
        
        
        
        
        
            -- Управляемый термоядерный синтез
        
         Управляемый термоядерный синтез (УТС) -- синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий(2H) и тритий (3H), а в более отдалённой перспективе гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).
         Самая легко осуществимая реакция -- дейтерий + тритий:
         2H + 3H = 4He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ (мегаэлектронвольт).
         Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты дешевы. Недостаток -- выход нежелательной нейтронной радиации.
         Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона:
         0x01 graphic
        
        
        -- Применение теории
        
            -- Вулкан -- природный термоядерный реактор, но ему нужен водород
         Вулканы -- геологические образования на поверхности земной коры или коры другой планеты, где магма выходит на поверхность, образуя лаву, вулканические газы, камни (вулканические бомбы) и пирокластические потоки.
         Слово "вулкан" происходит от имени древнеримского бога огня Вулкана.
         Наука, изучающая вулканы, -- вулканология, геоморфология.
         0x01 graphic
        
              -- Вулканы классифицируются:
        -- по форме -- щитовидные, стратовулканы, шлаковые конусы, купольные,
        -- по активности -- действующие, спящие, потухшие
        -- по местонахождению -- наземные, подводные, подледниковые и др.
            -- Формы активности вулканов:
       Вулканы делятся в зависимости от степени вулканической активности на действующие, спящие, потухшие и дремлющие. Действующим вулканом принято считать вулкан, извергавшийся в исторический период времени или в голоцене. Понятие "активный" достаточно неточное, так как вулкан, имеющий действующие фумаролы, некоторые учёные относят к активным, а некоторые -- к потухшим. Спящими считаются недействующие вулканы, на которых возможны извержения, а потухшими -- на которых они маловероятны.
            -- Классификация вулканов по форме
       Форма вулкана зависит от состава извергаемой им лавы:
       Щитовидные вулканы, или "щитовые вулканы". Образуются в результате многократных выбросов жидкой лавы. Эта форма характерна для вулканов, извергающих базальтовую лаву низкой вязкости: она длительное время вытекает как из центрального жерла, так и из боковых кратеров вулкана. Лава равномерно растекается на многие километры; постепенно из этих наслоений формируется широкий "щит" с пологими краями. Пример -- вулкан Мауна-Лоа на Гавайях, где лава стекает прямо в океан; его высота от подножия на дне океана составляет примерно десять километров (при этом подводное основание вулкана имеет[3] длину 120 км и ширину 50 км).
       Шлаковые конусы. При извержении таких вулканов крупные фрагменты пористых шлаков нагромождаются вокруг кратера слоями в форме конуса, а мелкие фрагменты формируют у подножия покатые склоны; с каждым извержением вулкан становится всё выше. Это -- самый распространённый тип вулканов на суше. В высоту они -- не больше нескольких сотен метров. Пример -- вулкан Плоский Толбачик на Камчатке, который взорвался в декабре 2012 года.
       Стратовулканы, или "слоистые вулканы". Периодически извергают лаву (вязкую и густую, быстро застывающую) и пирокластическое вещество -- смесь горячего газа, пепла и раскалённых камней; в результате отложения на их конусе (остром, с вогнутыми склонами) чередуются. Лава таких вулканов вытекает также из трещин, застывая на склонах в виде ребристых коридоров, которые служат опорой вулкана. Примеры -- Этна, Везувий, Фудзияма.
       Купольные вулканы. Образуются, когда вязкая гранитная магма, поднимаясь из недр вулкана, не может стечь по склонам и застывает вверху, образуя купол. Она закупоривает его жерло, как пробка, которую со временем вышибают накопившиеся под куполом газы. Такой купол формируется сейчас над кратером вулкана Сент-Хеленс на северо-западе США, образовавшегося при извержении 1980 г.
       Сложные (смешанные, составные) вулканы.
            -- Типы извержения вулканов
       Извержения вулканов относятся к геологическим чрезвычайным ситуациям, которые могут привести к стихийным бедствиям. Процесс извержения может длиться от нескольких часов до многих лет. Среди различных классификаций выделяются общие типы извержений:
       Гавайский тип извержений характеризуется выбросами очень жидкой, высокоподвижной базальтовой лавы, формирующей огромные плоские щитовые вулканы. Пирокластический материал практически отсутствует, часто образуются лавовые озера, которые, фонтанируя на высоту в сотни метров, выбрасывают жидкие куски лавы типа "лепешек", создающие валы и конусы разбрызгивания. Лавовые потоки небольшой мощности растекаются на десятки километров.
       Стромболианский тип (от вулкана Стромболи на Липарских островах к северу от Сицилии) извержений связан с более вязкой основной лавой, которая выбрасывается разными по силе взрывами из жерла, образуя сравнительно короткие и более мощные потоки. При взрывах формируются шлаковые конусы и шлейфы крученых вулканических бомб. Вулкан Стромболи регулярно выбрасывает в воздух "заряд" бомб и кусков раскаленного шлака.
       Плинианский тип (вулканический, везувианский) извержений получил свое название по имени римского ученого Плиния Старшего, погибшего при извержении Везувия в 79 г. н. э., уничтожившего три больших города - Геркуланум, Стабию и Помпеи. Характерной особенностью извержений этого типа являются мощные, нередко внезапные взрывы, сопровождающиеся выбросами огромного количества тефры, образующей пепловые и пемзовые потоки. Именно под высокотемпературной тефрой были погребены Помпеи и Стабия, а Геркуланум завален грязекаменными потоками - лахарами. В результате мощных взрывов близоповерхностная магматическая камера опустела, вершинная часть Везувия обрушилась и образовалась кальдера, в которой через сто лет вырос новый вулканический конус - современный Везувий. Плинианские извержения весьма опасны и происходят внезапно, часто без всякой предварительной подготовки. К этому же типу относится грандиозный взрыв в 1883 г. вулкана Кракатау в Зондском проливе между о-вами Суматра и Ява, звук, от которого был слышен на расстоянии до 5000 км, а вулканический пепел достиг почти стокилометровой высоты. Извержение сопровождалось возникновением огромных (25-40 м) волн в океане - цунами, в которых в прибрежных районах погибло около 40 000 человек. На месте группы островов Кракатау образовалась гигантская кальдера.
       Пелейский тип извержений характеризуется образованием грандиозных раскаленных лавин или палящих туч, а также ростом экструзивных куполов чрезвычайно вязкой лавы. Свое название этот тип получил от вулкана Мон-Пеле на острове Мартиника в группе Малых Антильских островов, где 8 мая 1902 г. взрывом была уничтожена вершина дремавшего до этого вулкана и вырвавшаяся из жерла тяжелая раскаленная туча гигантских размеров в мгновение ока уничтожила город Сен-Пьер с 40 000 жителей. Палящая туча состояла из взвеси в горячем воздухе раскаленных обломков пепла, пемзы, кристаллов, вулканических пород. Обладая высокой плотностью, эта масса, как лавина, с огромной скоростью устремилась вниз по склону вулкана. После извержения из жерла начала выдвигаться экструзивная "игла" вязкой магмы, которая, достигнув высоты в. 300 м, скоро разрушилась.
       Газовый тип извержений, при котором выбрасываются в воздух лишь обломки уже твердых, более древних пород, обусловлен либо магматическими газами, либо связан с перегретыми грунтовыми водами. В последнем случае извержения называются фреатическими.
       Грязевой вулкан -- геологическое образование, представляющее собой отверстие или углубление на поверхности земли (сальза) либо конусообразное возвышение с кратером (грязевая сопка), макалуба, из которого постоянно или периодически на поверхность Земли извергаются грязевые массы и газы (сероводород), часто сопровождаемые водой и нефтью.
            -- Источник вулканической энергии
       0x01 graphic
       Для вулканической активности требуется огромное количество энергии, но закон сохранения энергии ни кто не отменял. Единственным источником энергии вулкана может быть термоядерный синтез, внутри вулкана могут быть температуры, значительно превышающие 2 000 градусов и давления в десятки тысяч атмосфер - идеальные условия для термоядерного синтеза.
       При извержении вулкана на поверхность под большим давлением выбрасывается жидкая лава,  представленная наиболее распространенным на Земле типом -- базальтовым. Их название указывает на то, что впоследствии они превращались в черную и тяжелую горную породу -- базальт. Базальтовые лавы наполовину состоят из диоксида кремния (кварца), наполовину -- из оксида алюминия, железа, магния и других металлов. Именно металлы обеспечивают высокую температуру расплава -- более 1 200®C.
       0x01 graphic
    Помимо жидкой лавы выбрасывается сероводород, именно наличие серы подтверждает начало термоядерного синтеза.
       Вулканы расположены на побережье или на месте столкновения тектонических плит, для начала термоядерного синтеза нужен водород, который содержится в воде и различных соединениях. Нет ни чего, более запутанного, чем представления о термоядерном синтезе - для термоядерной реакции обязательно нужно преодолевать кулоновский барьер, заряд ядра равен номеру элемента в периодической таблице Менделеева, вокруг ядра на неизвестных орбиталях вращаются электроны и т.д. Для того чтобы кулоновское отталкивание не разорвало ядро придумали сильное взаимодействие. Все гораздо проще - заряд ядра равен количеству валентных электронов (когда-то и Солнце вращалось вокруг Земли).
       Соответственно идут основные термоядерные реакции:
      -- Превращение изотопа водорода H1- протий (Н) в  H2- дейтерий (D) и 3H - тритий (радиоактивен) (T);
      -- H2дейтерий (D) и 3H - тритий) (T) превращаются в He4, при этом образуется нейтрон, участвующий в последующих термоядерных реакциях;
       0x01 graphic
      -- Кислород превращается в начале в литий, а потом в магний;
      -- Кремний превращается в фосфор, а потом в серу;
       0x01 graphic
            -- Йеллоустонский вулкан
       0x01 graphic
       Самый большой в мире, проявляет активность. Этот супер-гигант извергается каждые 600 тысяч лет, и каждый раз перекраивает карту континента. Размеры вулкана, конечно, поражают воображение. Четыре тысячи квадратных километров - это в 20 раз больше Вашингтона со всеми его пригородами. Территория всей столицы США - это всего лишь малая часть так называемой "кальдеры" вулкана, то есть кратера. И под ним - огромный пузырь, наполненный раскалённой магмой. Глубиной - как 15 Останкинских телебашен.
       В последнее время супер-вулкан всё чаще напоминает о себе. Температура воды в гейзерных озёрах сейчас превышает норму, приподнялась почва. Но главное - с начала этого года произошло уже шесть десятков подземных толчков. С каждым разом колебания всё сильнее.
       0x01 graphic
    Специалисты полагают, что вулкан может уничтожить жизнь в радиусе одной тысячи километров, а вся территория Северной Америки окажется под 15-сантиметровым слоем пепла. Затем последует глобальное изменение климата. Вулканологи считают, что Йеллоустон должен извергаться примерно раз в 600 тысяч лет. С момента последнего пробуждения прошло уже 640 тысяч.
       Однако картина может сильно измениться, поскольку в близлежащих районах идет добыча сланцевого газа и для гидропрорыва подается вода под большим давлением.
            -- Ледниковые периоды
       Периоды похолодания климата, сопровождающиеся формированием континентальных ледниковых покровов, являются повторяющимися событиями в истории Земли. Интервалы холодного климата, в течение которых образуются обширные материковые ледниковые покровы и отложения длительностью в сотни миллионов лет, именуются ледниковыми эрами; в ледниковых эрах выделяются ледниковые периоды длительностью в десятки миллионов лет, которые, в свою очередь, состоят из ледниковых эпох -- оледенений (гляциалов), чередующихся с межледниковьями (интергляциалами).
       В истории Земли выделяются следующие ледниковые эры:
       Раннепротерозойская -- 2,5--2 млрд лет назад
       Позднепротерозойская -- 900--630 млн лет назад (см. Криогений)
       Палеозойская -- 460--230 млн лет назад
       Кайнозойская -- 65 млн лет назад -- настоящее время
       На сегодняшний день ледниковый период кончился, соответственно нет многокилометровой толщи льда, создававший огромный приток воды (и водорода). Если извержение будет, то оно будет существенно меньше, чем было при ледниковом периоде. Можно существенно снизить вулканическую активность, ограничив попадание воды в вулкан.
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
       Лист
      
      
      
      
      
      
       18

    Изм

    Лист

    N докум.

    Подпись

    Дата

      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      

    Изм.

    Лист

    N докум.

    Подпись

    Дата

       Разраб.
      
      
      

    Стадия

    Лист

    Листов

       Пров.
       в
      
      
      

    ТП

    2

    78

      
      
      
      
      
       Н.контр.
      
      
      
      
      
       Утв.
      
      
      
      
      
      
      
      

    Перв. примен.

      

    Справ. N

      
      

    Подп. и дата

      
      

    Инв.N дубл.

      

    Взам.инв.N

      

    Подп. и дата

      

    Инв.N подл.

      
      
      
      
      

 Ваша оценка:

РЕКЛАМА: популярное на Lit-Era.com  
  А.Кувайкова "Дикая жемчужина Асканита" (Приключенческое фэнтези) | | Я.Логвин "Сокол и Чиж" (Современный любовный роман) | | О.Герр "Жмурки с любовью" (Любовные романы) | | А.Джейн "Мой идеальный смерч" (Любовные романы) | | М.Ваниль "Доминант 80 лвл. Обнажи свою душу" (Романтическая проза) | | М.Воронцова "Виски для пиарщицы" (Современный любовный роман) | | Д.Сугралинов "Level Up 2. Герой" (ЛитРПГ) | | Т.Мирная "Колесо Сварога" (Любовное фэнтези) | | К.Вереск "Кошка для босса" (Женский роман) | | В.Рута "Идеальный ген - 3" (Эротическая фантастика) | |
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
И.Арьяр "Академия Тьмы и Теней.Советница Его Темнейшества" С.Бакшеев "На линии огня" Г.Гончарова "Тайяна.Влюбиться в небо" Р.Шторм "Академия магических близнецов" В.Кучеренко "Синергия" Н.Нэльте "Слепая совесть" Т.Сотер "Факультет боевой магии.Сложные отношения"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"