Დაშლა ურანის ბირთვი. ჯაჭვური რეაქცია. პროცესის აღწერა

გამყოფი core - მძიმე atom გაყოფა ორ ფრაგმენტები დაახლოებით თანაბარი წონა, რასაც მოჰყვა განთავისუფლება დიდი რაოდენობით ენერგია.

აღმოჩენის ბირთვული დაშლა დაწყების ახალი ერა - "ატომური ასაკში". პოტენციალი მისი შესაძლო გამოყენებისათვის და ბალანსი რისკის ისარგებლონ მისი გამოყენება, არა მხოლოდ დასაბამი მისცა ბევრი სოციოლოგიური, პოლიტიკური, ეკონომიკური და სამეცნიერო მიღწევების, არამედ სერიოზული პრობლემაა. მაშინაც კი, წმინდა მეცნიერული თვალსაზრისით, ბირთვული დაშლა პროცესის შექმნა დიდი რაოდენობის გამოცანები და გართულებები და სრული თეორიული ახსნა ეს არის, რაც მომავალში.

გაზიარება - მომგებიანი

სავალდებულო ენერგეტიკის (თითო nucleon) განსხვავდება ბირთვი. მძიმე აქვს ქვედა სავალდებულო ენერგია, ვიდრე, რომ მდებარეობს შუა პერიოდული მაგიდა.

ეს ნიშნავს, რომ მძიმე ბირთვების, რომელიც ატომური რაოდენობა აღემატება 100, უპირატესად იყოფა ორ პატარა ფრაგმენტები, რითაც გათავისუფლების ენერგია, რომელიც გარდაიქმნება კინეტიკური ენერგიის ფრაგმენტები. ამ პროცესს ეწოდება გაყოფა ატომური ბირთვის.

შესაბამისად, სტაბილურობის მრუდი, რომელიც გვიჩვენებს დამოკიდებულებას რაოდენობის პროტონებისა სტაბილური nuclides for ნეიტრონული მძიმე ბირთვი ურჩევნია დიდი რაოდენობის ნეიტრონების (შედარებით რაოდენობის პროტონებისა), ვიდრე მსუბუქია. ეს ნიშნავს, რომ გარდა იმისა, რომ გაყოფის პროცესი გამოიფრქვევა ზოგიერთი "სათადარიგო" ნეიტრონს. გარდა ამისა, ისინი ასევე აღება გარკვეული ენერგია გაათავისუფლეს. სასწავლო დაშლა ურანის ატომის აჩვენა, რომ ეს ქმნის ნეიტრონული 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3N.

ატომური ნომერი (და ატომური მასა) ფრაგმენტი არ არის ტოლი ნახევარი ატომური მასა მშობელი. განსხვავება მასები ატომების ჩამოყალიბდა შედეგად გახლეჩის ჩვეულებრივ დაახლოებით 50. თუმცა, მიზეზი ეს არ არის მთლად ნათელი.

სავალდებულო მივმართოთ ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br და ⁹⁰ არიან 1803, 1198 და 763 MeV შესაბამისად. ეს ნიშნავს, რომ ენერგია თავისუფლდება ურანის დაშლა თანაბარი 1198 + 158 = 763-1803 MeV შედეგად რეაქცია.

სპონტანური დაშლა

სპონტანური გაყოფა პროცესები ცნობილი ბუნებაში, მაგრამ ისინი ძალიან იშვიათია. საშუალო სიცოცხლის ამ პროცესს დაახლოებით 10 ^17, და, მაგალითად, საშუალო სიცოცხლის alpha-გახრწნა რადიონუკლიდური დაახლოებით 10 ^11.

ამის მიზეზი ის არის, რომ იმისათვის, რომ გამოყოფოდა ორ ნაწილად, ძირითადი უნდა გაიაროს დეფორმაციის (მონაკვეთი) და ellipsoidal სახით, ხოლო შემდეგ, ადრე საბოლოო გახლეჩის ორ ფრაგმენტები შექმნან "კისრის" შუა.

პოტენციური ბარიერი

დეფორმირებული სახელმწიფო ძირითადი ორი ძალა. ერთ-ერთი მათგანი - გაზრდილი ზედაპირზე ენერგია (ზედაპირზე დაძაბულობის თხევადი წვეთები განმარტავს, მისი სფერული ფორმის), და მეორე - Coulomb მოსაგერიებლად შორის დაშლა ფრაგმენტები. ისინი ერთად წარმოების პოტენციური ბარიერი.

როგორც იმ შემთხვევაში, alpha decay მოხდეს სპონტანური დაშლა ურანის ატომური ბირთვების, ფრაგმენტები უნდა გადავლახოთ ბარიერი ქვანტურ გვირაბით. ბარიერი დაახლოებით 6 MeV, როგორც იმ შემთხვევაში, ალფა-decay, მაგრამ ალბათობა გვირაბის of α ნაწილაკების უფრო დიდია, ვიდრე ბევრად უფრო მძიმე პროდუქტი გაყოფა atom.

იძულებული დეგრადაცია

უფრო სავარაუდოა, გამოწვეული დაშლა ურანის ბირთვი. ამ შემთხვევაში, მშობელი ბირთვი არის დასხივებული ნეიტრონს. თუ მშობელი შთანთქავს, მაშინ ისინი ვალდებული გათავისუფლების სავალდებულო ენერგეტიკული სახით ვიბრაციული ენერგიის, რომელიც შეიძლება აღემატებოდეს 6 MeV საჭირო იმისათვის, რომ გადავლახოთ პოტენციური ბარიერი.

სადაც დამატებითი ნეიტრონული ენერგია არ არის საკმარისი იმისათვის, რომ გადავლახოთ პოტენციური ბარიერი, ინციდენტი ნეიტრონული უნდა ჰქონდეს მინიმუმ კინეტიკური ენერგია, რათა შეძლებს გამოიწვიოს გაყოფის atom. იმ შემთხვევაში, თუ ²³⁸ U დამატებითი ნეიტრონული სავალდებულო ენერგეტიკის აკლია დაახლოებით 1 MeV. ეს ნიშნავს, რომ დაშლა ურანის ბირთვების გამოწვეული მხოლოდ ნეიტრონები ერთად კინეტიკური ენერგია აღემატება 1 MeV. მეორეს მხრივ, ²³⁵ U იზოტოპური აქვს ერთი unpaired ნეიტრონული. როცა ბირთვის შთანთქავს დამატებითი, იგი აყალიბებს მას რამდენიმე და დამატებითი სავალდებულო ენერგია არის შედეგი ამ pairing. ეს არის საკმარისი იმისათვის, რომ გაათავისუფლოს თანხა ენერგეტიკის საჭირო იმისათვის, რომ გადავლახოთ პოტენციური ბარიერი ბირთვი და სამმართველოს იზოტოპების მოხდა შეჯახება ნებისმიერი ნეიტრონული.

beta decay

მიუხედავად იმისა, რომ ატომური რეაქცია არიან ემიტირებული სამი ან ოთხი ნეიტრონების, ფრაგმენტები მაინც შეიცავს უფრო ნეიტრონების, ვიდრე მათი სტაბილური isobars. ეს ნიშნავს, რომ გახლეჩის ფრაგმენტები ზოგადად არასტაბილური მიმართ beta decay.

მაგალითად, როდესაც არსებობს სამმართველოს ბირთვი ურანის ²³⁸ U, სტაბილური isobars ერთად A = 145 ¹⁴⁵ არის ნეოდიმი Nd, რაც იმას ნიშნავს, რომ ფრაგმენტი lanthanum La ¹⁴⁵ ყოფს შევიდა სამ ეტაპად, ყოველ ჯერზე გამომსხივებელი electron და neutrino სანამ სტაბილური nuclide იქმნება. სტაბილური isobars ერთად A = 90 ⁹⁰ ცირკონიუმი Zr, ასე რომ გახლეჩის ფრაგმენტი bromo Br ⁹⁰ ყოფს შევიდა ხუთ ეტაპად ჯაჭვის β-decay.

ეს ჯაჭვი β-decay გადასცემს დამატებითი ენერგია, რომელიც გაიტაცა თითქმის ყველა ელექტრონის და ნეიტრინო.

ბირთვული რეაქციები: დაშლა ურანის

პირდაპირი nuclide ეხლა ნეიტრონული გამოსხივების ძალიან დიდი რაოდენობით მათ, რათა უზრუნველყოს სტაბილურობა ბირთვი ნაკლებად სავარაუდოა. აქ საქმე იმაშია, რომ არ არსებობს Coulomb მოსაგერიებლად, და ასე ზედაპირზე ენერგია ტენდენცია შეინარჩუნოს ნეიტრონული გამო მშობელი. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგჯერ ხდება. მაგალითად, დაშლა ფრაგმენტი Br ⁹⁰ პირველი ბეტა decay აწარმოებს krypton-90, რომელიც შეიძლება მდებარეობს აღფრთოვანებული სახელმწიფოს საკმარისი ენერგია იმისათვის, რომ გადავლახოთ ზედაპირზე ენერგია. ამ შემთხვევაში ნეიტრონების რადიაციული შეიძლება მოხდეს უშუალოდ ქმნიან krypton-89. ეს isobars კვლავ არასტაბილური მიმართ ბეტა decay ჯერ არ წასვლას სტაბილური იტრიუმი 89, ასე რომ krypton-89 დაყოფილია სამ ეტაპად.

ურანის დაშლა: Chain Reaction

ნეიტრონების ემიტირებული გახლეჩის რეაქცია შეიძლება შეიწოვება მიერ სხვა მშობელი-ბირთვი, რომელიც შემდეგ გადის თვითმმართველობის გამოწვეული დაშლა. იმ შემთხვევაში, თუ ურანის -238 სამი neutrons, რომელიც წარმოიქმნება out ერთად მივმართოთ ნაკლები 1 MeV (ენერგეტიკის გამოვიდა დაშლა ურანის core - 158 MeV - ძირითადად გარდაიქმნება კინეტიკური ენერგია გახლეჩის ფრაგმენტები), ასე რომ, არ შეიძლება გამოიწვიოს შემდგომი განყოფილებას nuclide. თუმცა, თუ მნიშვნელოვანი კონცენტრაცია იშვიათი იზოტოპების U ²³⁵ ამ უფასო ნეიტრონების შეიძლება დაკავებული ბირთვების ²³⁵ U, მას შეუძლია რეალურად გამოიწვიოს cleavage, ვინაიდან ამ შემთხვევაში არ არსებობს ენერგეტიკული ბარიერი, რომლის ქვემოთაც სამმართველოს არ არის გამოწვეული.

ეს არის პრინციპი ჯაჭვური რეაქცია.

სახის ბირთვული რეაქციები

მოდით k - ნეიტრონების რაოდენობა წარმოებული ნიმუში fissile მასალა ნაბიჯი n ჯაჭვი, იყოფა ნეიტრონების რაოდენობა წარმოებული ეტაპზე N - 1. ეს რიცხვი იქნება დამოკიდებული ნეიტრონების რაოდენობა წარმოებული ნაბიჯი n - 1, შეიწოვება Core, რომელიც შეუძლია გაიაროს ინდუცირებული დაშლა.

• თუ k <1, ჯაჭვური რეაქცია უბრალოდ აქედან ორთქლი და პროცესი შეწყდება ძალიან სწრაფად. ეს არის ის, რაც ხდება ბუნებრივი ურანის საბადო, რომელშიც ^{კონცენტრაცია 235} U იმდენად მცირე, რომ ალბათობა შთანთქმის ნეიტრონული ამ იზოტოპის ძალიან უმნიშვნელო.

• თუ k> 1, ჯაჭვური რეაქცია გააგრძელებს ზრდას, რადგან ყველა fissile მასალა არ იქნება გამოყენებული (ატომური ბომბი). ეს მიიღწევა გამდიდრების ბუნებრივი საბადო მოპოვება საკმაოდ მაღალი კონცენტრაცია ურანი-235. იყიდება სფერული ნიმუში მნიშვნელობა k იზრდება ალბათობა ნეიტრონების შთანთქმის, რომელიც არის დამოკიდებული რადიუსი სფეროში. ამიტომ U წონა უნდა აღემატებოდეს გარკვეული კრიტიკული მასის დაშლა ურანის (ჯაჭვური რეაქცია) შეიძლება მოხდეს.

• თუ k = 1, მაშინ არ არის კონტროლირებადი რეაქცია. იგი გამოიყენება ბირთვული რეაქტორები. პროცესი კონტროლდება განაწილება ურანის ღეროების კადმიუმი და ბორის, რომელიც აღიქვას ყველაზე ნეიტრონების (ამ ელემენტების შეუძლია აღების ნეიტრონების). გამყოფი ურანის ბირთვით იგი ავტომატურად მიერ კონტროლირებად მოძრავი rod ისე, რომ k მნიშვნელობა რჩება ტოლია.