Fission i bërthamave të uraniumit. Zinxhir reaksion. Përshkrimi i procesit

Ndarjen bërthamën - një ndarjen rëndë atom në dy fragmente të peshës perafert, e ndjekur nga çlirimin e një sasi të madhe e energjisë.

Zbulimi i atomike bërthamore fillimin e një epoke të re - "mosha atomike". Potenciali i përdor të saj të mundshme dhe të bilancit të rrezikut të përfitojnë nga përdorimi i tij, jo vetëm që dha të rritet në një shumë të arritjeve sociologjike, politike, ekonomike dhe shkencore, por edhe një problem serioz. Madje edhe nga një pikë thjesht shkencor të parë, procesi atomike bërthamore ka krijuar një numër të madh të puzzles dhe komplikime, dhe një shpjegim të plotë teorik për të është një gjë e së ardhmes.

Sharing - dobishme

energji lidhës (per nucleon) ndryshojnë në berthamat e ndryshme. Më të rënda kanë një energji të ulët detyruese sesa që gjendet në mes të tabelës periodike.

Kjo do të thotë se berthamat e rëndë në të cilën atomike numri më i madh se 100, advantageously ndarë në dy fragmente të vogla, duke liruar energji që është konvertuar në energji kinetike e fragmenteve. Ky proces quhet ndarjen bërthamë atomike.

Në përputhje me kurbë stabilitetit, e cila tregon varësinë e numrit të protoneve nga nuclides qëndrueshme për neutron bërthama rënda preferojnë një numër më të madh të neutroneve (në krahasim me numrin e protoneve) se sa të lehta. Kjo sugjeron se përveç procesit të ndarjes do të emetohet disa "rezervë" neutrone. Përveç kësaj, ata gjithashtu do të marrë përsipër një pjesë të energjisë së lëshuar. atomike Studimi i atomeve të uraniumit tregoi se kjo gjeneron një neutron 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3N.

Numri atomik (dhe në masë atomike) i fragmentit nuk është e barabartë me gjysmën e masës atomike e prindit. Dallimi në mes masave të atomeve të formuara si rezultat i copëtim është zakonisht rreth 50. Megjithatë, arsyeja për këtë ende nuk është plotësisht e qartë.

Energjitë detyrues i ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br dhe ⁹⁰ janë 1803, 1198 dhe 763 MeV respektivisht. Kjo do të thotë se energjia çlirohet atomike uraniumit barabartë 1198 + 158 = 763-1803 MeV rezulton nga reaksionit.

atomike spontan

procese spontane ndarjen janë të njohura në natyrë, por ata janë shumë të rralla. Që jetës mesatare e procesit është rreth 10 ^17, dhe, per shembull, jetës mesatar i alfa-prishja e radionuklide është rreth 10 ^11.

Arsyeja për këtë është se në mënyrë të veçantë në dy pjesë, thelbi i parë duhet t'i nënshtrohen deformim (shtrirje) në një formë ellipsoidal, dhe më pas, para se të copëtim përfundimtar në dy fragmente të formojnë një "qafë" në mes.

pengesë potenciale

Në shtetin deformuar në thelbin e dy forcave. Një prej tyre - rritur energji të sipërfaqes (tensioni sipërfaqësor i pikëza likuide shpjegon formën e saj sferike), dhe të tjera - shtytje Coulomb midis fragmenteve atomike. Së bashku ata prodhojnë pengesë potenciale.

Ashtu si në rastin e prishjes alfa të ndodhë atomike spontan të bërthamave atomike uraniumit, fragmente duhet të kapërcejnë këtë pengesë me anë të tunneling kuantike. Barriera është rreth 6 MeV, si në rastin e alfa-prishja, por probabiliteti i tunel të α-grimca është mjaft e madhe se sa rëndë atomin e ndarjes së produktit.

degradimi i detyruar

Shumë më shumë gjasa është i detyruar atomike e bërthamave uraniumit. Në këtë rast, bërthama prindi është i rrezatuar me neutrone. Nëse një prind ajo thith, atëherë ata janë të detyruar për lirimin e energjisë detyrueshme në formën e energjisë vibrational që mund të kalojë 6 MeV nevojshme për të kapërcyer pengesën e mundshme.

Ku energjia shtesë neutron nuk është e mjaftueshme për të kapërcyer pengesën potencial, neutron incident duhet të ketë një energji minimale kinetike në mënyrë që të jetë në gjendje për të nxitur ndarjen e atomit. Në rastin e ²³⁸ U neutron shtesë energjisë detyrueshme është zhdukur rreth 1 MeV. Kjo do të thotë se atomike e bërthamave të uraniumit detyruar vetëm neutrone me një energji kinetike më të madhe se 1 MeV. Nga ana tjetër, ²³⁵ U izotop ka një neutron unpaired. Kur një bërthamë absorbon shtesë, ajo formon me një çift dhe një energji shtesë e detyrueshme është një rezultat i kësaj çiftimit. Kjo është e mjaftueshme për lirimin sasinë e energjisë të nevojshme për të kapërcyer pengesën e mundshëm të bërthamës dhe ndarjen e izotopeve të ndodhura në një përplasje me ndonjë neutron.

prishja Beta

Pavarësisht nga fakti se reagimi atomike janë emetuar nga tre ose katër neutrone, fragmente ende përmbajnë më shumë neutrone sesa isobars tyre të qëndrueshme. Kjo do të thotë se fragmentet e ndarjes janë përgjithësisht të paqëndrueshme në lidhje me prishjen e beta.

Për shembull, kur ka një ndarje të bërthamës së uraniumit ²³⁸ U, isobars qëndrueshme me një = 145 ¹⁴⁵ është neodymium Nd, që do të thotë se fragment lanthanum La ¹⁴⁵ ndan në tri faza, çdo herë nga radiating elektron dhe një neutrino deri në një nukleideve qëndrueshme është formuar. isobars qëndrueshme me A = 90 ⁹⁰ është Zr zirkoni, kështu copëtim fragment Bromo Br ⁹⁰ ndahet në pesë faza zinxhir ß-prishje.

Këto β-prishjen zinxhir lëshojnë energji shtesë e cila është kryer larg pothuajse të gjithë elektron dhe një neutrino.

Reagimet bërthamore: atomike e uraniumit

nukleideve drejtpërdrejtë nga rrezatimi neutron me numër shumë të madh të tyre për të siguruar stabilitetin e bërthamës nuk ka gjasa. Këtu çështja është se nuk ka shtytje Kulombit, dhe kështu energjia sipërfaqja tenton të mbajë neutron për shkak të prindit. Megjithatë, ajo ndonjëherë ndodh. Për shembull, atomike fragment Br ⁹⁰ në e parë beta-prishjen e prodhon një Krypton-90, e cila mund të jetë e vendosur në një gjendje të qef me energji të mjaftueshme për të kapërcyer energjinë sipërfaqe. Në këtë rast rrezatimi neutron mund të ndodhë direkt për të formuar një Krypton-89. Kjo isobars është ende e paqëndrueshme në lidhje me beta-prishjes ende nuk ka shkuar në të qëndrueshëm të itrium-89, në mënyrë që kripton-89 është i ndarë në tri faza.

Uraniumi atomike: Chain Reaction

Neutronet emetuar në reagimin copëtuese mund të absorbohet nga tjetër mëmë-bërthamë, të cilat pastaj nënshtrohet atomike vetë-induktuar. Në rastin e uraniumit-238 tre neutrone, të cilat dalin jashtë me energjitë më pak se 1 MeV (Energjia e lëshuar në atomike e bërthamës uraniumit - 158 MeV - kryesisht konvertuar në fragmente kinetike copëtim të energjisë), kështu që ata nuk mund të shkaktojnë një ndarje të mëtejshme të këtij nukleideve. Megjithatë, nëse një përqendrim të rëndësishëm të izotopit të rrallë U ²³⁵ këto neutroneve të lirë mund të jetë kapur nga berthamat e ²³⁵ U, ajo mund të vërtetë të shkaktojë copëtim, pasi në këtë rast nuk ka asnjë prag të energjisë nën të cilin ndarja nuk është i detyruar.

Ky është reaksion zinxhir parim.

Llojet e reaksioneve bërthamore

Le k - numrin e neutroneve të prodhuara në një mostër të materialit të zbërthyeshëm në hap n e zinxhirit, pjesëtuar me numrin e neutroneve të prodhuara në fazën n - 1. Ky numër do të varet nga numri i neutroneve të prodhuara në hapin n - 1, janë të absorbohet nga thelbi, i cili mund t'i nënshtrohen atomike detyruar.

• Nëse k <1 në, reaksioni zinxhir është thjesht nga me avull dhe procesi do të ndalet shumë shpejt. Kjo është ajo që ndodh në natyror mineral uraniumi, në të cilën përqendrimi ^{i 235} U është aq i vogël se mundësia e thithjen e një neutron këtij izotopi është jashtëzakonisht i papërfillshëm.

• Nëse k> 1, reaksioni zinxhir do të vazhdojë të rritet për aq kohë sa të gjithë materialit të zbërthyeshëm nuk do të përdoret (bombën atomike). Kjo arrihet duke pasuruar ore natyrshme për të marrë një përqendrim mjaft të lartë të uraniumit-235. Për sferike të vlerës mostër k rritet me mundësinë e përthithjes neutron, i cili është i varur nga rrezja e sferës. Prandaj pesha U duhet të kalojë një masë të caktuar kritik ndaj atomike e uraniumit (reaksion zinxhir) mund të ndodhë.

• Nëse k = 1, atëherë ka një reagim të kontrolluar. Ajo është përdorur në reaktorë bërthamorë. Procesi është i kontrolluar shpërndarja midis shufrave të uraniumit të kadmiumit ose bor, të cilat thithin shumicën e neutroneve (këto elemente janë të aftë për kapjen neutrone). Ndarja e cores uraniumit Ajo është e kontrolluar automatikisht duke lëvizur shufra në mënyrë që vlera e k mbetet i barabartë me një të tillë.