Uranyum çekirdeklerinin Bölünme. Zincir reaksiyonu. işlemin açıklaması

yaklaşık olarak eşit ağırlıkta iki parça halinde bir ağır atom bölme, enerjinin büyük miktarda serbest bırakılması ve ardından - çekirdek bölünmesi.

yeni bir dönemin nükleer fizyon başlangıç keşif - "atom çağı". onun olası yararları ve risk dengesinin potansiyel kullanımı yararlanmak için, sadece, sosyolojik, politik, ekonomik ve bilimsel başarıları bir çok yol değil, aynı zamanda ciddi bir sorun verdi. Hatta görünümü tamamen bilimsel açıdan, nükleer fizyon süreci bulmaca ve komplikasyonlar çok sayıda oluşturulur ve bunun için tam bir teorik açıklama geleceğin bir şeydir.

Paylaşım - faydalıdır

(Nükleonun başına) bağlanma enerjisi farklı çekirdeklerde farklıdır. Ağır periyodik tablonun ortasında bulunan daha düşük bir bağlanma enerjiye sahiptir.

Bu ağır çekirdekler içinde atom anlamına gelir sayısı en az 100, avantajlı bir şekilde bu şekilde parçalarının kinetik enerjiye dönüştürülür ve serbest enerji, iki daha küçük parçalara ayrılmıştır. Bu süreç bölme denir atom çekirdeği.

ağır çekirdeği nötron daha büyük bir sayı tercih nötron stabil nüklidlerin protonların sayısı bağımlılığı gösterilmektedir stabilite eğrisi, uygun olarak daha hafif (proton sayısı ile karşılaştırıldığında). Bu bölme işleminde ek olarak bazı "yedek" nötron yayılan olacağını düşündürmektedir. Buna ek olarak, aynı zamanda serbest enerjinin bazı devralacak. U → ^{238 145 90,} La + Br + 3n: uranyum atomları ile ilgili çalışmalar, fizyon bu bir nötron 3-4 oluşturur göstermiştir.

fragmanının atom numarası (atom kütlesi) yarı eşit değildir atomik kütle ebeveynin. bölünme sonucu oluşan atomu kütleleri arasındaki fark yaklaşık 50 Bununla birlikte, bunun nedeni henüz tam olarak açık değildir genellikle.

²³⁸ U, ^145, La Br ve ⁹⁰ bağlama enerjileri, sırasıyla 1803, 1198 ve 763 MeV'lik vardır. Bu enerji 1198 + 158 = 763-1803 MeV reaksiyonundan kaynaklanan eşit uranyum fizyon salınması anlamına de gelir.

kendiliğinden fisyon

Spontan bölme işlemleri doğada bilinmektedir, ancak bunlar çok nadirdir. Bu işlem, ortalama süresi, örneğin, radyonüklidin alfa bozunması ortalama süresi 10 ile ^11, yaklaşık 10 ^{17, ve.}

Bunun nedeni, iki parçaya ayrılması için, çekirdek birinci elipsoidal şeklinde deformasyon (gerilme) geçmek zorundadır, ve daha sonra, iki parça halinde son bölünme önce ortada bir "boyun" oluşturmak olmasıdır.

potansiyel engeli

İki kuvvet özünde deforme durumda. Bunlardan biri - artan bir yüzey enerji (sıvı damlacıklarının yüzey gerilimi küre şeklini açıklar) ve diğer - fizyon fragmanları arasındaki Coulomb itme. Birlikte potansiyel engelini üretirler.

Uranyum atom çekirdeklerinin kendiliğinden fizyon oluşmasına alfa bozunması durumunda olduğu gibi, fragmanlar, kuantum tünel aracılığı ile bu engeli aşmak gerekir. Bariyer bozunmasının durumunda olduğu gibi, yaklaşık 6 MeV arası, ancak α-parçacıkların tünel olasılığı çok daha ağır ürün bölme atomu önemli ölçüde daha fazladır.

zorlamalı bozunma

Çok daha büyük olasılıkla uranyum çekirdeklerinin fizyon indüklenir. Bu durumda, ana çekirdeği nötron ile ışığa maruz bırakılır. Bir üst emer, o zaman muhtemel engeli aşmak için gerekli olan 6 MeV aşabilir titreşim enerjisi şeklinde bağlama enerjisi serbest bırakmak için bağlanmıştır.

Ek nötron enerjisi potansiyeli engeli aşmak için yeterli olmadığı durumlarda, olay nötron atomunun bölme oluşturbilirse amacıyla en az kinetik enerjiye sahip olmalıdır. ²³⁸ U ek nötron bağlama enerjisinin durumunda yaklaşık 1 MeV eksik. Bu uranyum çekirdeklerinin fizyon 1 MeV daha büyük bir kinetik enerji ile nötron neden olduğu anlamına gelir. Öte yandan, ²³⁵ U izotopu bir eşleşmemiş nötron vardır. Bir çekirdek ek emer, bu onunla bir çift oluşturan ve ilave bağlama enerjisi bu eşleştirme bir sonucudur. Bu çekirdeğin olası bariyer ve bir nötronun bir çarpışma meydana izotopların bölünmesi üstesinden gelmek için gerekli olan enerji miktarını serbest bırakmak için yeterlidir.

Beta bozunumu

fizyon Reaksiyon, üç ya da dört nötron tarafından oluşturulmuş olmasına rağmen, fragmanlar hala stabil izobarlar daha nötron içerir. Bu klevaj fragmanları beta bozunması ile ilgili olarak, genel olarak kararsız olduğu anlamına gelir.

Örneğin, uranyum ²³⁸ U çekirdeğinde bir bölümü vardır, A = 145 stabil izobarlar ¹⁴⁵ fragmanı lantan, La üç aşamada, sabit bir nüklid kadar elektron ve nötrinoyu yayan her zaman içine ¹⁴⁵ böler oluşturulduğu anlamına gelir neodim Nd vardır. A = 90 ⁹⁰ ile kararlı izobarlar zirkonyum Zr, beş kademeli zincir β-çürümeye çok bölünme fragmanının bromo Br ⁹⁰ ayırır.

Bu zincir β-bozunumu neredeyse uzakta elektron ve bir nötrinoya tüm gerçekleştirilir ilave enerji yayar.

Nükleer reaksiyonlar: uranyum fisyon

Bunlardan çok sayıda nötron radyasyondan direkt nüklit çekirdeğinin kararlılığı olası değildir sağlamak için. Burada nokta hiçbir Coulomb itme ve böylece yüzey enerjisi ebeveyne nedeniyle nötronu muhafaza etme eğiliminde olmasıdır. Bununla birlikte, bazen olur. Örneğin, birinci beta bozunması fisyon fragmanı Br ⁹⁰ yüzey enerjisi üstesinden gelmek için yeterli enerjiye sahip olan bir uyarılmış halde bulunan edilebilen bir kripton-90 üretir. Bu durumda, bir nötron radyasyon kripton-89 oluşturmak için doğrudan oluşabilir. kripton-89 üç aşamaya ayrılır, böylece bu izobarlar, henüz kararlı yttrium-89 girmeyeceğim gelmiştir beta-çürüme açısından hala kararsız.

Uranyum fisyon: Zincir Reaksiyonu

bölünme reaksiyonunda neşredilen nötronların sonra kendiliğinden meydana fizyon maruz kalır, diğer üst-çekirdeği ile emilebilir. en az 1 MeV (- 158 MeV'lik - uranyum çekirdeğin fizyonda serbest bırakılan enerji daha çok kinetik enerji yarılma fragmanlarının dönüştürülen) daha enerjileri ile ortaya çıkan uranyum-238 üç nötronlardan durumunda, bu yüzden, bu nüklidin bir başka bölme neden olamaz. Nadir izotop U ²³⁵ bu nötronlar önemli bir konsantrasyon ²³⁵ U çekirdekleri tarafından yakalanabilir, bu durumda bölme uyarılmadığı, altında, enerji eşiği olmadığı, ancak, aslında, ayrışmaya neden olabilir.

Bu ilke, zincir reaksiyonudur.

Nükleer reaksiyonlar Türleri

k olsun - Bu sayı aşamasında N üretilen nötron sayısına bağlıdır - 1. - N aşamasında üretilen nötron sayısına bölünmesiyle zincirinin adım n parçalanabilir malzeme numunesinde üretilen nötronlardan sayısı 1, iç kısım tarafından emilen indüklenen fizyon geçirebilmektedir.

• k <1 ise, zincirleme reaksiyon sadece buhar çıktı ve süreç çok hızlı bir şekilde duracaktır. Bu, doğal olarak ne olduğu uranyum cevherinden, ²³⁵ U ^{konsantrasyonu} nötron Bu izotop absorpsiyon ihtimali oldukça ihmal edilebilecek kadar küçük olduğu.

• k> 1, zincirleme reaksiyon parçalanabilir malzemenin tüm sürece büyümeye devam edecektir ederse kullanılmayacaktır (atom bombasını). Bu uranyum-235 yeterince yüksek bir konsantrasyonunu elde etmek için doğal cevher zenginleştirme elde edilir. kürenin yarıçapına bağlı olan nötron absorpsiyon olasılık, oynak örnek değeri k artar. Bu nedenle, u ağırlığı oluşabilir uranyum (zincir reaksiyonu) ve fisyon belirli bir critical mass aşmalıdır.

• k = 1, daha sonra kontrollü bir reaksiyon varsa. Bu kullanılan nükleer reaktörler. işlem (bu elemanlar, nötron yakalama kapasitesine sahip olan) nötronların en emmek kadmiyum veya bor uranyum çubuklar, arasında dağılım kontrol edilir. otomatik olarak k değeri bire eşit kalacak şekilde çubuk hareket ettirilmesiyle kontrol edilir uranyum çekirdekleri bölünmesi.