ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Тверской  Государственный Технический Университет

(ГОУВПО  “ТГТУ”)

Кафедра Биотехнологии и химии 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа

                                                   Вариант №14 
 
 
 
 

         Выполнил: студент 1 курса

     заочного  отделения

     ИДПО

     группы УП-139

     Нестеров А.А.

     Принял: Манаенков О.Н. 
 
 
 

                                         Вышний Волочек 2010

14. Достижения современного  естествознания: атомные  технологии.

Атомное оружие.

Атомное оружие – самое мощное оружие на сегодняшний  день, находящееся на вооружении пяти стран-сверхдежав: России, США, Великобритании, Франции и Китая. Существует также ряд государств, которые ведут более-менее успешные разработки атомного оружия, однако их исследования или не закончены, или эти страны не обладают необходимыми средствами доставки оружия к цели, что делает его бессмысленным. Индия, Пакистан, Северная Корея, Ирак, Иран имеют разработки ядерного оружия на разных уровнях, ФРГ, Израиль, ЮАР и Япония теоретически обладают необходимыми мощностями для создания ядерного оружия в сравнительно короткие сроки.

Трудно переоценить  роль ядерного оружия. С одной стороны, это мощное средство устрашения, с другой – самый эффективный инструмент укрепления мира и предотвращения военного конфликтами между державами, которые обладают этим оружием. С момента первого применения атомной бомбы в Хиросиме прошло 52 года. Мировое сообщество близко подошло к осознанию того, что ядерная война неминуемо приведет к глобальной экологической катастрофе, которая сделает дальнейшее существование человечества невозможным. В течение многих лет создавались правовые механизмы, призванные разрядить напряженность и ослабить противостояние между ядерными державами. Так например, было подписано множество договоров о сокращении ядерного потенциала держав, была подписана Конвенция о Нераспространении Ядерного Оружия, по которой страны-обладателя обязались не передавать технологии производства этого оружия другим странам, а страны, не имеющие ядерного оружия, обязались не предпринимать шагов для его разработки; наконец, совсем недавно сверхдержавы договорились о полном запрещении ядерных испытаний. Очевидно, что ядерное оружие является важнейшим инструментом, который стал регулирующим символом целой эпохи в истории международных отношений и в истории человечества.

Атомные бомбы, тротиловый эквивалент которых равен 1- 50 тыс. т, относят к классу тактических атомных бомб и предназначают для решения оперативно-тактических задач. К тактическому оружию относят также артиллерийские снаряды с атомным зарядом мощность 10 – 15 тыс. т. и атомные заряды (мощностью около 5 – 20 тыс. т) для зенитных управляемых снарядов и снарядов, используемых для вооружения истребителей. Атомные и водородные бомбы мощностью свыше 50 тыс. т относят к классу стратегического оружия.

Нужно отметить, что подобная классификация атомного оружия является лишь условной, поскольку в действительности последствие применения тактического атомного оружия могут быть не меньшими, чем те, которые испытало на себе население Хиросимы и Нагасаки, а даже большими.

Сейчас очевидно, что взрыв только одной водородной бомбы способен вызвать такие тяжелые последствия на огромных территориях, каких не несли с собой десятки тысяч снарядов и бомб, применявшихся в прошлых мировых войнах. А нескольких водородных бомб вполне достаточно, чтобы превратить в зону пустыни огромные территории.

Ядерное оружие подразделяется на 2 основных типа: атомное  и водородное (термоядерное). В атомном  оружии выделение энергии происходит за счет реакции деления ядер атомов тяжелых элементов урана или  плутония. В водородном оружии энергия  выделяется в результате образования (или синтеза) ядер атомов гелия из атомов водорода.

Атомные электростанции

Получение ядерной  энергии в больших количествах  впервые было достигнуто в цепной реакции деления ядер урана. Когда  изотоп уран-235 поглощает нейтрон, ядро урана распадается на две части и при этом вылетают два – три нейтрона. Если из числа нейтронов, образующихся после каждого акта деления, в следующем участвует в среднем более одного нейтрона, то процесс экспоненциально нарастает, приводя к неуправляемой цепной реакции.

Для преобразования ядерной энергии в электрическую  этот процесс необходимо замедлить  и сделать управляемым; тогда  его можно использовать для получения  тепла, которое затем превращается в электричество. Ядерный реактор  – это своего рода “печка”. Вероятность деления ядра урана-235 велика, если последний движется сравнительно медленно (со скоростью около 2 км/c). Для замедления нейтронов в ядерный реактор помещают специальные материалы, называемые замедлителями.

Ядерные реакторы: классификация.

Ядерные реакторы можно классифицировать по типу применяемых в них замедлителей: реакторы на графите, на воде и на тяжелой воде. Тяжелой называется вода, в которой обычный водород заменен его тяжелым изотопом – дейтерием. Тяжелая вода поглощает значительно больше электронов, чем обычная.

Для поддержания  цепной реакции необходимо определенное количество делящегося вещества. Если в реакторе теряется в результате поглощения или испускания больше нейтронов, чем возникает, то реакция не будет  самоподдерживающейся. Если же, наоборот, нейтронов возникает больше, чем теряется, то реакция становится самоподдерживающейся и нарастающей. Минимальное количество вещества, обеспечивающее самоподдерживающееся протекание реакции, называется критической массой . Для нормальной работы ядерного реактора поток нейтронов должен поддерживаться постоянным на требуемом уровне. Режим работы реактора регулируют, вдвигая и выдвигая стержни из поглощающего материала.

Борьба  ученых за мирный атом

Во второй половине XX века человечество столкнулось с опасностью радиационного загрязнения окружающей природной среды, которая поставила под угрозу существование всего живого на Земле. О последствиях радиоактивного загрязнения международная общественность хорошо информирована. Описания трагических последствий атомных взрывов в Японии, выступления против испытаний ядерного оружия широко известны. Принятие международно-правовых мер против испытаний ядерного оружия встречает активную поддержку. 
Основным актом, решающим задачу предотвращения радиоактивного загрязнения среды является Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой, который был подписан 5 августа 1963 г. в Москве и в котором в настоящее время участвует более 10 государств. Московский Договор оказал благоприятное воздействие на состояние радиоактивного фона Земли, радиоактивность нашей планеты снизилась. Однако после серии взрывов в атмосфере, проведенных в 1969—1970 гг. Францией и КНР содержание стронция-90 в атмосфере вновь поднялось на 20 процентов. Дают о себе знать и подземные ядерные взрывы, которые еще не запрещены. Явления, сопутствующие взрывам атомных и водородных бомб, влияют на погоду, являются причиной изменения направления ветров, внезапных ливней, бурь и паводков. По мнению ученых, ядерные взрывы изменяют напряженность электрического поля атмосферы и могут стать серьезной причиной климатических нарушений, в частности неожиданных похолоданий в районах, где обычно низкие температуры не наблюдались. Доказано, что ядерные взрывы на поверхности Земли и в атмосфере не только отрицательно отражаются на здоровье ныне живущих людей, но и угрожают последующим поколениям. Все эти обстоятельства диктуют необходимость дальнейшей последовательной борьбы за полное запрещение ядерных испытаний, а также принятие необходимых мер защиты окружающей среды от загрязнения в результате мирного использования атомной и ядерной энергии.

Проблема предотвращения и устранения радиоактивного загрязнения  природной среды проявилась в  новых драматических чертах после  аварии на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. Авария подтолкнула и правовую сферу ядерной безопасности, вызвав к жизни, помимо прочего, большой комплекс новых международных экологических правоотношений. 
В частности 26 сентября 1986 г. в Вене были приняты Конвенция об оперативном оповещении о ядерной аварии и Конвенция о помощи в случае ядерной аварии или радиационной аварийной ситуации. Участники конвенций взяли на себя обязательства строго следить за состоянием ядерных объектов, а в случае возникновения ядерных аварий или аварийных ситуаций, наряду с принятием защитных мер, немедленно оповещать другие договаривающиеся стороны. Они обязались также оказывать разнообразную техническую, социальную и иную помощь (оперативно и в долгосрочном контексте) тем государствам и народам, которые оказались жертвами ядерной аварии или аварийной ситуации. Было принято и осуществляется множество программ, связанных с реализацией международных экологических правоотношений в этой области развития атомной энергетики и обеспечения радиационной безопасности. 
 
 
 
 
 

34. Многообразие мира галактик. Содержание и значение закона Хаббла

Мир галактик столь  же разнообразен, как и мир звезд. Долгое время туманные пятнышки, наблюдаемые  в телескопы, считали туманностями, относящимися к Галактике (воспринимаемой как вся Вселенная). Это — огромные вращающиеся системы звезд, разнообразные по внешнему виду и физическим характеристикам, размером 1 — 100 кпк. В них находится от 10⁷ до 10¹² звезд. Небольшие галактики часто являются спутниками больших галактик. Невооруженным глазом можно увидеть ближайшие к нам галактики — Магеллановы Облака (в Южном полушарии) и туманность Андромеды (в Северном полушарии), они входят в Местную группу галактик (рис. 9.10). Остальные галактики видны только в телескоп как пятнышки. Классификация галактик в каталогах — М с номером. Так, М31 — туманность Андромеды. В каталоге, составленном в СССР в 60-е гг. XX в., более 30 000 галактик.

Деление галактик на спиральные, эллиптические и неправильные, основанное на внешнем виде, было введено в 1925 г. американским астрономом Э.Хабблом, изучившим более тысячи галактик (рис. 9.11). Его классификация отражает и существенные физические различия между галактиками.

Спиральные  галактики состоят из двух подсистем — дисковой и сферической. Сферическая часть напоминает эллиптическую галактику, дисковая — сжата и содержит много межзвездной пыли, газа и молодых звезд. Более молодые и яркие звезды сгруппированы в спиральные рукава. Оказалось, что почти половина галактик имеют спиральную форму. В центре таких галактик — красивое и яркое ядро, большое и тесное скопление звезд. Из ядра выходят закручивающиеся вокруг него ветви, состоящие из молодых звезд и облаков нейтрального газа. Таковы галактики Млечный Путь и туманность Андромеды. Эллиптические галактики несколько похожи на них, но с меньшими рукавами. Среди наиболее ярких галактик они составляют 25 %; считают, что они состоят из более старых звезд (возраста Солнца или старее), так как имеют красноватый оттенок. Они почти не содержат межзвездного газа, и там не формируются новые звезды. Вращение в них происходит с небольшими скоростями (менее 100 км/с), а равновесие поддерживается за счет хаотических передвижений звезд по радиально вытянутым орбитам. Такую галактику наблюдают в созвездии Девы, она имеет почти шаровидную форму и весьма активна. В ядре эллиптической радиогалактики Кентавра А удалось обнаружить на расстоянии в 10⁶ св. лет отдельные детали размером в 100 св. лет, отражающие бурную активность. Неправильные галактики имеют небольшую массу и размер, в них много межзвездного газа. Заметны как очаги звездообразования какие-то клочки. Примером таких галактик являются наиболее близкие к Земле две небольшие галактики Магелланова Облака, которые даже называют спутниками Млечного Пути. До Большого Облака около 200 тыс. св. лет, до Малого — всего 170 тыс. св. лет. В Большом Облаке в 1987 г. наблюдалась вспышка Сверхновой звезды, а при помощи обсерватории «Квант» орбитального комплекса «Мир» в 1999 г. было зарегистрировано жесткое рентгеновское излучение. Наблюдения с помощью «Кванта» и другого российского рентгеновского телескопа «Гранат» позволили подтвердить гипотезу о том, что в центре нашей Галактики — черная дыра, масса которой в миллионы раз больше солнечной.

Отдельные звезды в галактиках стали различать только в 30-е гг. В 1923 г. Хаббл с помощью 2,5-метрового рефлектора открыл в спиральной туманности созвездия Андромеды несколько перемен ных звезд (т.е. с меняющимся блеском) и цефеиду. По периоду колебаний блеска цефеиды он определил ее звездную величину и расстояние до нее — 900 тыс. св. лет. Туманность М31 находится вне нашей Галактики. Поправка на поглощение излучения межзвездным газом увеличила это расстояние до 2,2 млн св. лет, что превышает более чем в 20 раз размеры нашей Галактики. Хаббл подсчитал число галактик до 20-й звездной величины на 1283 участках неба. Он нашел, что на один квадратный градус на небесной сфере приходится в среднем 130 галактик. Небесная сфера содержит 41 253 квадратных градуса, поэтому общее число галактик до 20-й звездной величины составляет 5,4 млн (звезды до 20-й величины можно наблюдать в 2,5-метровый телескоп Хаббла).

  Галактики распределены почти равномерно по всем направлениям, хотя образуют скопления  и группы. Тесным является скопление  из 40 тысяч галактик в созвездии Волосы Вероники (Северное полушарие), находящееся на расстоянии около 400 млн св. лет и занимающее почти 12°. Иногда группы столь тесные, что галактики как бы проникают друг в друга. Так, в нашу Галактику частично заходит галактика Малое Магелланово Облако. Радиусы больших скоплений (около тысячи галактик) составляют до 1 — 4 Мпк или даже 10 Мпк. Такое скопление наблюдается в созвездии Девы, находящемся на расстоянии 15 Мпк от нас — оно и есть центр Местного сверхскопления галактик, куда входит и Местная группа галактик. Размеры таких скоплений растут в связи с общим расширением Вселенной.

  Лучевые скорости галактик первым определил Слайфер (1912), используя эффект Доплера. К 1925 г. он измерил скорости 41 галактики, из них 36 удалялись от нас со скоростями до 1000 км/с, и лишь несколько приближались. Хаббл измерил расстояния до галактик по цефеидам и ярким звездам и установил (1929), что скорости «разбегания» галактик растут пропорционально расстоянию до них. Закон Хаббла: V= Hr, где H— постоянная, получившая название постоянной Хаббла (см. рис. 3.8).

  Сначала Хаббл считал, что Н = 500 км/(с • Мпк). В настоящее время H считают от 50 до 100 км/(с Мпк). С помощью красного смещения Хаббла оценивали расстояние до галактик и до края видимой Вселенной — Метагалактики. Поскольку увеличение красного смещения сопровождается уменьшением яркости галактики, то заключили, что закон V= Hr действительно отражает расширение Метагалактики. При Н = 50 кмДс-Мпк) и =0,3 получается = 19,6 ( ) млрд св. лет.