شکافت هسته اورانیوم است. واکنش زنجیره ای. شرح فرآیند

تقسیم هسته - یک تقسیم اتم سنگین را به دو قطعه از وزن تقریبا برابر، و به دنبال آزادسازی یک مقدار زیادی از انرژی است.

کشف شکافت هسته ای آغاز یک دوره جدید - "عصر اتم". پتانسیل استفاده از امکان آن و توازن ریسک به از استفاده از آن بهره مند شوند، نه تنها منجر به بسیاری از دستاوردهای جامعه شناختی، سیاسی، اقتصادی و علمی، بلکه یک مشکل جدی است. حتی از نقطه نظر صرفا علمی، فرایند شکافت هسته ای ایجاد تعداد زیادی از پازل ها و عوارض، و توضیح نظری کامل برای آن چیزی که از آینده است.

به اشتراک گذاری - مفید

اتصال انرژی (به ازای هر هسته) در هسته های مختلف متفاوت است. سنگین تر دارای انرژی اتصال کمتر از واقع در وسط جدول تناوبی.

این به این معنی است که هستههای سنگین که در آن اتمی عدد بزرگتر از 100، سودمندانه به دو قطعات کوچکتر تقسیم، در نتیجه آزاد انرژی است که به انرژی جنبشی از قطعات تبدیل شده است. این فرآیند تقسیم به نام هسته اتمی است.

با توجه به منحنی ثبات، که نشان می دهد وابستگی در تعداد پروتون ها از هسته پایدار برای نوترون هسته سنگین تر را ترجیح می دهند تعداد زیادی از نوترون (در مقایسه با تعداد پروتون ها) از سبک تر است. این نشان می دهد که علاوه بر فرآیند تقسیم خواهد شد ساطع بعضی نوترون "یدکی". علاوه بر این، آنها را نیز بیش از برخی از انرژی آزاد شده است. شکافت مطالعه اتم های اورانیوم نشان داد که این کار باعث ایجاد یک نوترون 3-4: U → ^{238 145 90} لا + BR + 3N.

عدد اتمی (و جرم اتمی) از قطعه است به نصف برابر نیست جرم اتمی از پدر و مادر. تفاوت بین جرم اتم تشکیل عنوان یک نتیجه از رخ است که معمولا در مورد 50. با این حال، دلیل این است که هنوز کاملا روشن نیست.

انرژی اتصال ²³⁸ U، ¹⁴⁵ لا Br و ⁹⁰ در فاصله 1803، 1198 و 763 مگا الکترون ولت است. این به این معنی است که انرژی آزاد می باشد شکافت هسته اتم اورانیوم برابر 1198 + 158 = 763-1803 مگا الکترون ولت ناشی از واکنش.

شکافت خود به خود

فرآیندهای تقسیم خود به خودی در طبیعت شناخته شده است، اما آنها بسیار نادر است. متوسط عمر این فرآیند حدود 10 ^17، و، برای مثال، متوسط عمر آلفا اثر فروپاشی نوکلئید پرتوزای حدود 10 ^11.

دلیل این کار این است که به منظور جدا به دو قسمت، اولین هسته باید تحت تغییر شکل (کشش) در یک فرم بیضی، و سپس، قبل از رخ نهایی را به دو قطعه تشکیل یک "گردن" در وسط.

مانع بالقوه

در حالت تغییر شکل در هسته دو نیروی. یکی از آنها - انرژی افزایش سطح (کشش سطحی قطرات مایع شکل کروی آن توضیح می دهد)، و از سوی دیگر - دافعه کولنی بین تکه های شکافت است. با هم آنها را تولید سد پتانسیل.

همانطور که در مورد فروپاشی آلفای به رخ می شکافت خود به خود از اورانیوم اتمی هسته، قطعات باید این مانع با استفاده از تونل زنی کوانتومی غلبه بر. مانع حدود 6 مگا الکترون ولت است، به عنوان در مورد واپاشی آلفای، اما احتمال تونل زنی از α-ذرات است، بطور قابل توجهی بزرگتر از اتم تقسیم محصول بسیار سنگین تر است.

تخریب مجبور

خیلی بیشتر احتمال دارد این است که شکافت هسته اورانیوم ناشی از. در این مورد، هسته پدر و مادر با نوترون. اگر پدر و مادر آن را جذب کند، و سپس آنها متعهد به انتشار انرژی پیوند در قالب انرژی ارتعاشی است که می تواند 6 مگا الکترون ولت مورد نیاز برای غلبه بر موانع بالقوه تجاوز.

که در آن انرژی نوترون اضافی است به اندازه کافی برای غلبه بر موانع بالقوه، نوترون حادثه باید یک انرژی جنبشی حداقل در باید قادر به القاء شکاف اتم. در مورد ²³⁸ U نوترون اضافی انرژی اتصال از دست رفته است در حدود 1 مگا الکترون ولت. این به این معنی است که از شکافت هستههای اورانیوم تنها نوترون با انرژی جنبشی بیشتر از 1 مگا الکترون ولت ناشی از. از سوی دیگر، ²³⁵ U ایزوتوپ یک نوترون جفت نشده دارد. هنگامی که یک هسته اضافی را جذب کند، آن را با آن به شکل یک زن و شوهر و انرژی اتصال اضافی در نتیجه این جفت شدن است. این به انتشار مقدار انرژی مورد نیاز برای غلبه بر موانع بالقوه هسته و تقسیم ایزوتوپ رخ داده در برخورد با هر نوترون کافی است.

فروپاشی بتا

با وجود این واقعیت است که واکنش شکافت توسط سه یا چهار نوترون ساطع، قطعات هنوز هم حاوی نوترون بیش از isobars پایدار خود را. این به این معنی که تکه های برش به طور کلی با توجه به فروپاشی بتا بی ثبات هستند.

برای مثال، وقتی یک بخش از هسته اورانیوم ²³⁸ U وجود دارد، isobars پایدار با A = 145 ¹⁴⁵ نئودیمیم لیزر Nd، که بدان معنی است که لانتانیم قطعه لا ¹⁴⁵ انشعابات را به سه مرحله، در هر زمان با تابش الکترون و یک نوترینو تا زمانی که یک ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است. isobars پایدار با A = 90 ⁹⁰ Zr در زیرکونیوم، بنابراین رخ برومو قطعه برزیلی ⁹⁰ انشعابات به پنج مرحله زنجیره β-پوسیدگی است.

این β-پوسیدگی زنجیره انرژی اضافی که دور تقریبا انجام تمام الکترون و یک نوترینو منتشر می کنند.

واکنش های هسته ای: شکافت اورانیوم

هسته مستقیم از تابش نوترون با تعداد بیش از حد بزرگ از آنها برای اطمینان از ثبات هسته بعید است. در اینجا نقطه است که هیچ دافعه کولن وجود دارد، و بنابراین انرژی سطح تمایل به حفظ نوترون به دلیل پدر و مادر. با این حال، گاهی اوقات اتفاق می افتد. به عنوان مثال، شکافت قطعه برزیلی ⁹⁰ در اولین بتا پوسیدگی تولید کریپتون 90، که ممکن است در حالت برانگیخته با انرژی کافی برای غلبه بر انرژی سطح واقع شده است. در این مورد تابش نوترون ممکن است به طور مستقیم رخ می دهد به شکل یک کریپتون 89. این isobars هنوز با توجه به بتا پوسیدگی هنوز به ایتریم 89 پایدار نیست ناپایدار، به طوری که کریپتون 89 به سه مرحله تقسیم شده است.

اورانیوم شکافت: واکنش های زنجیره ای

نوترون ساطع در واکنش شکستن را می توان با دیگر پدر و مادر هسته، که پس از آن تحت شکافت در خود فرد جذب می شود. در مورد اورانیوم 238 سه نوترون بوجود می آیند که با انرژی کمتر از 1 مگا الکترون ولت (انرژی در شکافت هسته اورانیوم منتشر شد - 158 مگا الکترون ولت - که عمدتا به قطعات برش انرژی جنبشی تبدیل)، به طوری که آنها می توانید یک بخش بیشتر از این هسته ایجاد نمی کند. با این حال اگر غلظت قابل توجهی از ایزوتوپ نادر U ²³⁵ این نوترون های آزاد را می توان با هسته ²³⁵ U اسیر شده است، آن را می توانید در واقع باعث رخ، چون در این مورد هیچ آستانه انرژی زیر که تقسیم شده است ناشی از وجود ندارد.

این واکنش زنجیره ای اصل است.

انواع واکنش های هسته ای

بگذارید K - تعداد نوترون تولید شده در یک نمونه از مواد شکافت پذیر در مرحله n از زنجیره ای، تقسیم شده توسط تعدادی از نوترون های تولید شده در مرحله N - 1. این تعداد را بر روی تعدادی از نوترون های تولید شده در مرحله n بستگی دارد - 1، توسط هسته، جذب می شود که می توانید شکافت القا شده انجام دهند.

• اگر k <1 در، واکنش زنجیره ای است که به سادگی از بخار و روند بسیار به سرعت متوقف خواهد شد. این چیزی است که اتفاق می افتد در طبیعی سنگ معدن اورانیوم، که در آن ^{غلظت 235} U آنقدر کوچک است که احتمال جذب یک نوترون این ایزوتوپ بسیار ناچیز است.

• اگر k> 1، واکنش زنجیره ای ادامه خواهد داد به رشد تا زمانی که همه مواد شکافت پذیر استفاده نخواهد شد (بمب اتمی). این است که با غنی سازی سنگ معدن طبیعی برای به دست آوردن غلظت بالا و کافی از اورانیوم 235 به دست آورد. برای کروی ارزش نمونه k با احتمال جذب نوترون، وابسته به شعاع کره است که افزایش می یابد. بنابراین وزن U باید یک جرم بحرانی خاص به شکافت اورانیوم (واکنش زنجیره ای) تجاوز تواند رخ دهد.

• اگر k = 1، پس از آن یک واکنش کنترل وجود دارد. این است که در راکتورهای هسته ای. این فرایند توزیع میان میله های اورانیوم کادمیوم یا بور، که بسیاری از نوترون جذب کنترل (این عناصر قادر به گرفتن نوترون هستند). تقسیم هسته اورانیوم آن را به طور خودکار با حرکت میله به طوری که مقدار k برابر با یک باقی می ماند کنترل می شود.