Fisije jezgara urana. Lančana reakcija. Opis procesa

Dijeljenjem core - teška atom cijepanje u dva fragmenta približno jednake težine, a zatim oslobađanje velike količine energije.

Otkriće nuklearne fisije početak nove ere - "atomskog doba". Potencijal svojih mogućih upotreba i balans rizik da imaju koristi od njegove upotrebe, ne samo doveo do mnogo socioloških, političkih, ekonomskih i naučnih dostignuća, ali i ozbiljan problem. Čak i sa čisto naučne tačke gledišta, proces nuklearne fisije stvorili veliki broj zagonetki i komplikacija, a potpuno teorijsko objašnjenje za to je stvar budućnosti.

Sharing - korisno

energije vezivanja (po nukleonu) se razlikuju u različitim jezgre. Teži imaju manji obavezujuće energije nego da se nalazi u sredini periodnog sistema.

To znači da je teška jezgra u kojoj je atomski broj veći od 100, pogodno podijeljen u dva manja fragmenta, oslobađajući energiju koja se pretvara u kinetičku energiju fragmenata. Ovaj proces se naziva cijepanje atomskog jezgra.

U skladu sa krive stabilnost, što pokazuje zavisnost broj protona iz stabilnih nuklida za neutrona teža jezgra preferiraju veći broj neutrona (u odnosu na broj protona) nego lakši. Ovo ukazuje na to da pored proces cijepanja će se emitovati neki "rezervni" neutrona. Osim toga, oni će preuzeti neke oslobođene energije. Studija cijepanju atoma urana su pokazali da je ovo generira neutron 3-4: U → ^{238 145 90} La + doručak + 3n.

Atomski broj (i atomske mase) fragmenta nije jednako polovini atomske mase roditelja. Razlika između mase atoma nastala kao rezultat rascjep je obično oko 50. Međutim, razlog za to je još uvijek nije u potpunosti jasno.

Vezivanje energije od ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br i ⁹⁰ su 1803, 1198 i 763 MeV respektivno. To znači da se energija se oslobađa fisije urana jednak 1198 + 158 = 763-1803 MeV proizlazi iz reakcije.

spontana fisija

spontani procesi cijepanja su poznati u prirodi, ali oni su vrlo rijetki. Prosječni vijek trajanja ovog procesa je oko 10 ^17, i, na primjer, prosječna vijek trajanja alfa-raspada radionuklida je oko 10 ¹¹ s.

Razlog za to je da je u cilju da se odvoji na dva dijela, jezgra mora prvo proći kroz deformacije (stretch) u elipsoidnog oblika, a onda, prije konačne dekoltea u dva fragmenta formiraju "vrat" u sredini.

potencijalna barijera

U deformisane stanje u srži dve sile. Jedan od njih - povećanje energetske površine (površinske napetosti tekućine kapljica objašnjava svoj sferični oblik), a drugi - Coulomb odbijanja između fragmenata fisije. Zajedno oni stvaraju potencijalne barijere.

Kao iu slučaju alfa propadanja da se dogodi spontani fisije jezgara urana atomske, fragmenti mora prevazići ovu barijeru putem kvantne tuneliranje. Barijera je oko 6 MeV, kao u slučaju alfa-propadanja, ali vjerovatnoća tuneliranje α-čestica je znatno veći nego što je mnogo teži cijepanje proizvod atom.

prisiljeni degradacije

Mnogo češće je inducirana fisije jezgara urana. U ovom slučaju, roditelj nukleus je ozračena neutronima. Ako roditelj upija, onda su dužni da oslobodi energije vezivanja u obliku vibracione energije koja može biti veća od 6 MeV potrebno da prevaziđe potencijalne barijere.

Gdje nije dovoljno da se prevaziđu potencijalne barijere dodatnih neutrona energije, incident neutrona mora imati najmanje kinetičke energije kako bi bili u stanju da izazivaju cijepanje atoma. U slučaju ²³⁸ U dodatnih neutrona obavezujući energije nedostaje oko 1 MeV. To znači da cijepanju jezgre urana izazvane samo neutroni sa kinetičke energije veća od 1 MeV. S druge strane, ²³⁵ U izotop ima jednu nesparenih neutrona. Kada jezgra upija dodatne, formira sa sobom par i dodatni obavezujuće energija je rezultat ovog uparivanja. To je dovoljno da se oslobodi količinu energije potrebne za prevazilaženje potencijalne barijere jezgra i podjela izotopa dogodila u sudaru sa bilo neutron.

beta decay

Unatoč činjenici da je fisije reakcija emituju tri ili četiri neutrona, fragmente ipak sadrže više neutrona nego njihovi stabilan Izobare. To znači da su fragmenti dekolte su uglavnom nestabilne u odnosu na beta propadanja.

Na primjer, kada postoji podjela jezgra urana ²³⁸ U, stabilna Izobare sa A = 145 ¹⁴⁵ je neodimij ND, što znači da je fragment lantan La ¹⁴⁵ dijeli na tri faze, svaki put po zrači elektron i neutrino do stabilnog nuklida se formira. Stabilno Izobare sa A = 90 ⁹⁰ je cirkonijuma Zr, pa dekolte fragment bromo Br ⁹⁰ špagu u pet faza lanac β-propadanja.

Ove lanac β-propadanja emituju dodatnu energiju koja se raznosi gotovo sve elektrona i neutrina.

Nuklearne reakcije: fisija urana

Direktno nuklida od neutronskog zračenja sa suviše veliki broj njih kako bi se osigurala stabilnost jedro je malo vjerovatno. Evo stvar je u tome da ne postoji Coulomb odbijanja, pa je energija površina teži da zadrži neutrona zbog roditelja. Ipak, to se ponekad događa. Na primjer, fisije fragment Br ⁹⁰ u prvoj beta-propadanje proizvodi kripton-90, koji se može nalaziti u pobuđenom stanju s dovoljno energije za prevazilaženje energije površinu. U tom slučaju može doći do direktno neutronskog zračenja za formiranje kripton-89. Ovo Izobare je još uvijek nestabilna u odnosu na beta-propadanje još ne ide u štalu itrijum-89, tako da je kripton-89 je podijeljena u tri faze.

Urana fisija: Chain Reaction

Neutroni emituje u dekolteu reakcija može se apsorbira u drugi roditelj-nukleus, koji zatim prolazi kroz samoizazvanom fisije. U slučaju urana-238 tri neutrona, koji nastaju sa energijama manje od 1 MeV (energija oslobađa u cijepanju jezgre urana - 158 MeV - uglavnom pretvara u kinetičku fragmenti energije dekolte), tako da ne mogu izazvati daljnje podjele ove nuklida. Međutim, ako je značajna koncentracija od rijetkih izotopa U ²³⁵ ove besplatne neutroni mogu biti zarobljeni od strane jezgra ²³⁵ U, to zapravo može uzrokovati dekolte, jer u ovom slučaju ne postoji energetski prag ispod kojeg se ne izazvane podjele.

To je princip lančanu reakciju.

Vrste nuklearne reakcije

Neka k - broj neutrona proizvedenih u uzorku fisionih materijala u koraku n lanca, podijeljena brojem neutrona proizvedenih u fazi n - 1. Ovaj broj će ovisiti o broju neutrona proizvedenih u koraku n - 1, apsorbiraju jezgru, koji da se podvrgne izazvane fisije.

• Ako je k <1 na, lančanu reakciju jednostavno iz pare i proces će se zaustaviti vrlo brzo. To je ono što se događa u prirodnom rude urana, u kojoj je koncentracija ^{od 235} U je toliko mala da je verovatnoća apsorpcije neutron ovog izotop je izuzetno zanemariv.

• Ako je k> 1, lančanu reakciju i dalje će rasti sve dok je fisionih materijala neće koristiti (atomska bomba). To se postiže obogaćuje prirodne rude da se dobije dovoljno visoku koncentraciju urana-235. Sfernih vrijednost uzorka k raste sa vjerojatnost apsorpcije neutrona, što zavisi od radijus sfere. Stoga U težina smije prelaziti određenu kritičnu masu da fisije urana (lančane reakcije) mogu pojaviti.

• Ako je k = 1, onda je pod kontrolom reakcija. Se koristi u nuklearnim reaktorima. Proces je pod kontrolom distribucije među šipke urana kadmija ili bora, koji apsorbiraju većina neutrona (ovi elementi su sposobni za hvatanje neutrona). Podjela jezgra urana je automatski pod kontrolom pomicanjem štap tako da je vrijednost k ostaje jednaka jedan.