Kvantisointi elektronin energia atomi. Menetelmä tuottaa energiaa reaktorissa hitaasti neutronien

Tämä artikkeli kertoo, mitä kvantisointi energian ja merkitys tämä ilmiö on modernin tieteen. Se osoittaa historiaa löytö erillisyyden energiaa, ja myös osoitti piiriin kvantisoidun atomia.

Lopussa fysiikan

Myöhään yhdeksästoista vuosisata, ratkaistavana olevaa ongelmaa tutkijat: silloisen teknologian taso, kaikki mahdolliset fysiikan lakeja löydettiin, kuvattu ja tutkittu. Opiskelijat, jotka ovat olleet erittäin kehittynyt kykyjä tieteiden, opettaja neuvoi olla valitsematta fysiikkaa. He uskoivat, että kirkastanut ei ole enää mahdollista, oli vain rutiini työtä tutkimuksen pienten pieniä yksityiskohtia. Se sopii paremmin varovainen mies, ei lahjakas. Kuitenkin kuva, joka on enemmän viihdyttävä oli havainto antoi tilaisuus tarkastella. Kaikki alkoi yksinkertainen epäjohdonmukaisuuksia. Alkaa, kävi ilmi, että valo ei ole aivan kiinteänä aineena: tietyissä olosuhteissa, polttaminen vedyn jäljellä levylle rivien sijasta vain yksi täplä. Edelleen todettiin, että spektrit heliumin oli enemmän rivejä kuin vety spektrit. Sitten havaittiin, että polkua yksi tähti on erilainen kuin muut. Ja puhdas uteliaisuus pakotti tutkijoita käsin laittaa yksi kokemus toisensa jälkeen etsimään vastauksia kysymyksiin. Kaupalliseen käyttöön niiden löytöjä he ole ajatellut.

Planck ja kvantti

Onneksi meille tämä läpimurto fysiikan oli mukana matematiikan kehitykselle. Koska selvitys siitä, mitä on tapahtumassa mahtuvat uskomattoman monimutkaisen kaavan. Vuonna 1900 Maks Plank, työskentelee teorian säteilyn täysin mustan kappaleen, todettiin, että energia on kvantisoitu. Lyhyesti kertovat merkitys tämän lausunto on melko yksinkertainen. Mikä tahansa alkeishiukkasten voi olla vain tietyissä olosuhteissa. Jos aiheuttaa karkea malli, laskuri voi näyttää tällaisia tiloja on 1, 3, 8, 13, 29, 138. Kaikki muut arvot eivät ole käytettävissä niiden välillä. Syyt tähän me paljastaa myöhemmin. Jos kuitenkin sukeltaa tarina tämä löytö, on syytä huomata, että tiedemies katsoi energian kvantisointi loppuun on vain kätevä matemaattinen temppu on vailla vakavaa fyysisessä mielessä.

Aalto ja paino

Alussa kahdennenkymmenennen vuosisadan oli pullollaan löytöjä liittyvät maailmaan alkeishiukkasten. Mutta suurin mysteeri on seuraava paradoksi: joissakin tapauksissa hiukkaset käyttäytyvät kuin esineiden massan (ja siten vauhtia), ja jotkut - kuten aalto. Pitkien ja jatkuva riitoja oli tullut siihen tulokseen epätodennäköistä: elektronit, protonit ja neutronit on näitä ominaisuuksia samanaikaisesti. Tätä ilmiötä kutsutaan Aaltohiukkasdualismi (puheen venäläisten tiedemiesten Kaksisataa vuotta sitten corpuscle nimeltään hiukkanen). Siten, elektroni on tietty massa, koska se oli sotkee aalto tietyllä taajuudella. Elektroninen joka pyörii ympäri atomiytimen, äärettömän asetetaan aaltoja toisiaan. Näin ollen, ainoastaan tietyin välein keskustasta (jotka riippuvat aallonpituudesta), elektroni aalto pyörii, eivät kumoa toisiaan. Tämä tapahtuu, kun on asettaa "pää" elektronin aallon sen "hännän" huippuihin yhtyvät maksimit ja minimit - minimit. Tämä selittää kvantisointi energiaa atomin, joka on, että läsnä on hyvin määritelty kiertoradat, jossa elektronin voi esiintyä.

Pallomainen nanokon vakuumissa

Kuitenkin todellinen järjestelmät ovat erittäin monimutkaisia. Totellen edellä kuvattua logiikkaa voidaan ymmärtää elektronin kiertoradat järjestelmä vetyä ja heliumia. Kuitenkin, lähtien tarpeesta melko monimutkaisia laskutoimituksia. Opetella ymmärtämään modernin opiskelijat oppivat kvantisointi energia hiukkasen potentiaalin hyvin. Aloittaa valitsemalla ihanteellinen muodossa kuoppaan ja yhden elektronin malliin. Ratkaista nämä Schrödingerin yhtälön energian tasoa, joilla elektroni voi olla. Opittuaan etsiä riippuvuuksia, käyttöön entistä muuttujat: leveys ja syvyys hyvin, energia ja taajuus elektroni menettää definiteness, mikä monimutkaistaa yhtälöitä. Lisäksi kuoppa muoto on muuttunut (esim., Se on yleinen tai hammastettu profiili, reunat menettää sen symmetria), otetaan hypoteettinen alkeishiukkasten, joilla on halutut ominaisuudet. Ja vasta sitten oppia ratkaisemaan ongelmia, joissa näkyy säteilyenergian kvantisointi todellinen atomien ja vielä monimutkaisia järjestelmiä.

Impulse vauhtia

Kuitenkin, taso energiaa, esimerkiksi elektroni - on enemmän tai vähemmän selvä arvo. Kaikki, tavalla tai toisella, mutta näyttää siltä, että mitä korkeampi energia keskuslämmitys akku, mitä korkeampi lämpötila asunnossa. Niinpä kvantisoimista energia on edelleen mahdollista kuvitella mielen. Myös käsitteitä fysiikan järkevät intuitiivisesti vaikeaksi. Momentti on tuote makro nopeus maahan (ei pidä unohtaa, että nopeus ja liikemäärä sekä - vektori suuruus, eli suunnasta riippumatta). Se johtuu impulssi on selvää, että keskimääräinen arvo hitaasti lentävät kivi vain jättää mustelmia, jos putoat mies, niin kuin pieni luoti, ampui suurella nopeudella, murtaa ruumiin. Mikro sama pulssi - tämä on sellainen määrä, joka on ominaista suhdetta hiukkasen ympäröivän tilan, sekä sen ominaisuus liikkua ja olla vuorovaikutuksessa muiden hiukkasten. Jälkimmäinen on suoraan riippuvainen energian. Näin ollen, on selvää, että kvantisointi energian ja hiukkasen liikemäärä on toisiinsa. Lisäksi jatkuva h, joka osoittaa alimman mahdollisen osan fysikaalisen ilmiön ja esittää diskreettien arvojen sisällytetään kaavaan, ja energiaa ja vauhtia hiukkasten nanoworld. Mutta on käsite vieläkin kauempana intuitiivinen tietoisuus - vauhtia. Se viittaa pyörivien kappaleiden ja tarkoittaa sitä, mitä massan ja pyörivän kulmanopeus. Muistaa, kulmanopeuden osoittaa suuruutta kierto aikayksikköä kohti. Kulma vauhti pystyy myös raportoimaan allokointimenetelmä pyörivän kappaleen aine: esineet, joilla on sama massa, mutta keskitetty pyörimisakselin tai kehällä on eri kulma vauhtia. Kuten lukija varmaan jo arvata, atomi maailmassa on energiaa kvantisoinnin kulmaliikemäärän.

Quantum ja Laser

Vaikutus avaamisen erillisten energian ja muiden määrät ilmeinen. Yksityiskohtainen tutkimus maailma on mahdollista vain siksi kvantti. Nykyaikaisia tutkii materiaalin käyttöä eri materiaalien ja jopa tiede luoda niitä - luonnollinen jatke ymmärtää, mitä energian kvantisointi. Toimintaperiaate ja käytön laser - ei ole poikkeus. Yleisesti, laser koostuu kolmesta peruselementistä: työfluidin, ja pumpun heijastin peili. Työfluidi valitaan siten, että on olemassa kaksi suhteellisen lähellä tasoa, elektroneja. Tärkein kriteeri näiden tasojen on elinikäinen elektronien niitä. Eli kuinka paljon elektroni kykenee selviytymään tietyssä tilassa ennen mennä alempaan ja vakaa asema. Näiden tasojen pitäisi olla pitkäikäinen ylempi. Sitten pumppaus (usein - vakiohehkulamppuun, joskus - infrapuna) antaa elektronit ole tarpeeksi energiaa ne kaikki kokoontuivat ylätasanteella energian ja kertynyt sinne. Tätä kutsutaan populaatioinversio tasoilla. Lisäksi jotkut yksi elektroni siirtyy alempaan ja vakaassa tilassa kanssa fotonin, joka aiheuttaa häiriöitä alas elektroneja. Ominaisuus tässä prosessissa on, että kaikki fotonit näin saatu on sama aallonpituus ja yhtenäinen. Kuitenkin, työneste on tavallisesti riittävän suuri, ja se tuotti suuntautuvat virtaukset eri suuntiin. Rooli heijastinpeilistä on suodattaa pois vain ne virtoja fotonit, joilla on sama suunta. Seurauksena, lähtö on kapea voimakas säteen johdonmukainen aaltojen samalla aallonpituudella. Aluksi tämä oli ajatellut mahdollista vain vankka. Ensimmäinen laser oli petanque'a työnesteenä. Nyt on laserit ja kaikenlaisia tyyppejä - nesteet, kaasu-, ja jopa kemiallisia reaktioita. Kuten lukija voi nähdä, pääasiallinen rooli tässä prosessissa on imeytymistä ja valon säteily atomi. kvantisointi energiaa tässä tapauksessa on vain perusta kuvaavan teorian.

Kevyt ja elektroni

Muistuttaa, että siirtyminen elektronin atomi yhdestä kiertoradalla toiseen liittyy joko päästö tai energian absorption. Tämä energia näkyy fotoni valon, tai fotoneja. Muodollisesti fotoni on hiukkanen, mutta toisaalta asukkaat nanoworld on erilainen. Fotoni ei ole massaa, mutta on vauhtia. Hän osoittautui sitä vielä venäläinen tiedemies Lebedev vuonna 1899, mikä osoittaa selvästi paine valoa. Fotoni on olemassa vain liikkeen ja sen nopeus on valon nopeus. Tämä on nopein mahdollinen maailmankaikkeudessamme objekti. Valon nopeus (tyypillisesti merkitään pienellä Latinalaisen "c") on noin kolmesataa tuhatta km sekunnissa. Esimerkiksi koko galaksimme (ei kovin iso tila standardit) on noin satatuhatta valovuoden. Edessä asian, fotoni antaa sille voimansa kokonaan, ikään kuin liuennut tässä. Fotonin energia, joka vapautuu tai imeytyy siirtymistä elektronin yhdestä kiertoradalla toiseen riippuu etäisyydestä kiertoradan. Jos se on pieni - erottuu infrapunasäteilyä vähän energiaa, jos suuria - saada ultravioletti.

Röntgenkuvat ja gammasäteilyä

Sähkömagneettista korkeuden jälkeen UV käsittää röntgen ja gammasäteilyä. Yleensä ne ovat aallonpituus, taajuus ja energia ovat päällekkäin melko laajalla alueella. Että on, on X-ray fotoni, jonka aallonpituus on 5 picometers ja gammafotonin saman aallonpituuden. Ne eroavat vain valmistelemista. Roentgen tapahtuu, kun läsnä on erittäin nopea elektroneja, ja gamma-säteily saadaan ainoastaan prosesseissa hajoamisen ja yhtyminen tumien. Röntgenkuvat jaetaan lievä (avulla läpikuultava ihmisen keuhkot ja luut) ja kova (yleensä vain välttämätön teollista tai tutkimustarkoituksiin). Jos hyvin voimakkaasti kiihdytettyjen elektronien, ja sitten äkillisesti hidastaa sen (esim lähettämällä kiinteä), se säteilee röntgensäteilyfotonien. Törmäyksissä Näiden elektronien aineen kanssa kohde-atomia, elektroneja vedetään ulos alemman kuoren. Elektronit ylempi säiliöiden ottaa oman paikkansa, siirtyminen myös säteilevät röntgensäteet.

Gammasäteet tapahtua muissa tapauksissa. Ytimet atomien, vaikka ne koostuvat monista alkeishiukkaset, on myös tunnettu siitä, että pieni koko, ja siksi niillä on taipumus energian kvantisointi. Siirtyminen ytimet viritetään tilasta alempaan, oikea, ja mukana päästöjen gammasäteitä. Kokoon painumista reaktion tai ydin- fuusio tapahtuu, mukaan lukien syntymistä gamma fotonien.

ydinreaktio

Hieman edellä mainittiin, että atomiytimen sovelletaan myös lakien Kvanttimaailmassa. Mutta on luonnossa esiintyvät aineet kuten suuret sydämet, ne muuttuvat epävakaiksi. Niillä on taipumus hajota pienempiin ja laadukkaat osat. Nämä, kuten lukija on ehkä arvata, ovat esimerkiksi, plutoniumin ja uraani. Kun maapallon muodostettu protoplanetary levy, oli tietty määrä radioaktiivisia aineita. Koska ne rappeutunut ajan, muuttuu muita kemiallisia osia. Vielä säilynyt useita nondecayed uraania, ja sen määrä voidaan arvioida, esimerkiksi maapallon iästä. Kemiallisia osia, joilla on luonnollisen radioaktiivisuuden, on sellainen ominaisuus kuin puoli-elämän ajan. Tämä on aika, jonka jäljellä olevien atomien tällaisia puolittuu. Puoliintumisaika plutoniumia, esimerkiksi, on kaksikymmentäneljä tuhatta vuotta. Kuitenkin, lisäksi luonnon radioaktiivisuuden, siellä on myös pakko. Jos pommittaa raskas alfa-hiukkanen tai neutroni valo atomien ytimet, ne murtaa. Tässä tapauksessa on olemassa kolmenlaisia ionisoivan säteilyn: alfa-hiukkasia, beeta-hiukkasia, gammasäteitä. Beetahajoaminen ydinten johtaa muutokseen vastaava yksikkö. Alfahiukkaset ottaa tumaan kaksi positroneista. Gamma-säteilyllä on maksuton ja sähkömagneettinen kenttä ei taivu, vaan on suurin levinneisyys. kvantisointi energia esiintyy kaikissa tapauksissa, tumaan.

Sota ja rauha

Laserit, röntgenkuvat, tutkimus kiintoaineiden ja tähdet - kaikki rauhanomaiset sovellukset tietoa Quanta. Kuitenkin maailma on täynnä uhkia, ja jokainen haluaa suojella itseään. Tiede palvelee sotilaallisiin tarkoituksiin myös. Tasaisella vartija laittaa maailman puhtaasti teoreettinen ilmiö energian kvantisointi. Tiettyjä erillisiä tahansa säteilyä, esimerkiksi, on muodostettu perusteella ydinaseiden. Tietenkin sen sovellukset kertynyt merijalkaväen - todennäköisesti lukija muistaa Hiroshiman ja Nagasakin. Kaikki muut syyt, paina punaista nappia vaalia oli enemmän tai vähemmän rauhallinen. Koska se on aina kysymys radioaktiivisen ympäristön saastumista. Esimerkiksi puoli-elämän plutoniumin edellä mainittiin tekee maiseman, jossa tämä elementti saa käyttökelvotonta hyvin pitkän aikaa, melkein geologiset epookki.

Vesi ja johdot

Palatkaamme rauhanomaista käyttöä ydinreaktiot. Tämä tietenkin puhumme sähköntuotanto avulla ydinfission. Tämä prosessi näyttää tältä:

Ydin reaktorin aluksi vapaiden neutronien ja sitten ne osuvat radioaktiivinen alkuaine (tyypillisesti uraani isotooppi), joka läpikäy alfa- tai beeta rappeutuminen.

Tämän reaktio ei ole kulunut vaiheessa hallitsematon, reaktorin ydin käsittää ns hidastimia. Pääsääntöisesti, se on tehty grafiitista sauvoja, jotka ovat erittäin hyvin absorboivat neutroneja. Säätämällä niiden pituus, on mahdollista seurata reaktionopeuden.

Tämän seurauksena yksi elementti muuttuu toiseen, uskomattoman määrän energiaa vapautuu. Tämä energia absorboituu kanisterin täynnä ns raskas vesi (vedyn sijasta deuteriumia molekyylit). Seurauksena kosketuksesta reaktorisydämen että vesi voimakkaasti saastuneet tuotteet radioaktiivisen hajoamisen. Että kierrätys tämä vesi on suurin ongelma ydinvoiman tällä hetkellä.

Ensimmäisessä vesi piiri on sijoitettu toiseksi toinen-kolmas. Veden kolmannen piiri on jo turvallinen käyttää, ja että se muuttuu turbiinin, joka tuottaa sähköä.

Huolimatta niin suuri määrä välittäjien välinen energia vapautuu suoraan Sydänten ja loppukäyttäjän (älkäämme unohtaa kymmeniä kilometrejä johdinta, joka myös häviöteho), tämä reaktio antaa uskomattoman voiman. Esimerkiksi ydinvoimala tuottaa sähköä koko alueella eri teollisuudenaloilla.