Skaldīšana urāna kodolu. Ķēdes reakcija. Apraksts procesa

Dalot kodols - smago atomu sadalīšana diviem fragmentiem aptuveni vienāda svara, kam seko atbrīvošanas lielu daudzumu enerģijas.

Atklājums kodoldalīšanās sākt jaunu ēru - "atomu vecums". No tā iespējamo lietojumu un riska līdzsvaru potenciāls gūt labumu no tās izmantošanas, ne tikai radīja daudz socioloģisko, politisko, ekonomisko un zinātnes sasniegumiem, bet arī nopietnu problēmu. Pat no tīri zinātniskā viedokļa, tad kodola skaldīšanas process radīja lielu skaitu mīklas un sarežģījumiem, un pilnīgs teorētisks skaidrojums par to ir lieta par nākotni.

Sharing - izdevīga

saistošs enerģiju (par nukloni) atšķiras dažādos kodolos. Smagākas ir zemāks saistošu enerģijas nekā, kas atrodas vidū periodiskās tabulas.

Tas nozīmē, ka smagā kodolus, kur atomu skaits ir lielāks par 100, ieteicamāk sadalīta divās mazākos fragmentos, tādējādi atbrīvojot enerģiju, kas pārvērš kinētisko enerģiju fragmentiem. Šis process tiek saukts sašķelšana atomu kodols.

Saskaņā ar stabilitātes līkni, kas parāda atkarību skaita protonu stabilām ieplūdes par neitronu smagākas kodols dod lielāku skaitu neitroni (salīdzinājumā ar protonu skaits) nekā šķiltavas. Tas liecina, ka papildus sadalīšanas process tiks izstarota dažas "rezerves" neitroniem. Bez tam, viņi arī pārņems daļu no atbrīvotā enerģija. Study dalīšanās urāna atomiem parādīja, ka tas rada neitronu 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3n.

Atomu skaits (un atommasa) fragmenta nav vienāds ar pusi atomu masas no vecākiem. Atšķirība starp masām atomiem veidojas kā rezultātā šķelšanās parasti ir aptuveni 50. Tomēr iemesls tas vēl nav pilnīgi skaidrs.

The saistošu enerģijas of ²³⁸ U, ^145. La Br un ⁹⁰ ir 1803, 1198 un 763 MeV attiecīgi. Tas nozīmē, ka enerģija ir atbrīvota urāna dalīšanos vienlīdzīgu 1198 + 158 = 763-1803 MeV izriet no reakcijas.

spontāns skaldīšana

spontānas sadalīšanas procesi ir pazīstami dabā, bet tie ir ļoti reti. Vidējais kalpošanas laiks šajā procesā ir aptuveni 10 ^17, un, piemēram, vidējais kalpošanas alfa-sabrukšanas radionuklīda ir apmēram 10 ^11.

Iemesls tam ir tas, ka, lai nošķirtu divās daļās, kodols vispirms jāveic deformāciju (stretch), kas olveidīgs formā, un tad, pirms galīgās šķelšanu divās fragmentos veido "kakla" vidū.

potenciālais šķērslis

Jo deformēta stāvoklī pamatā no diviem spēkiem. Viena no tām - palielināta virsmas enerģija (virsmas spraigums šķidro pilienu paskaidro savu sfēriska forma), un no otras puses - Coulomb atgrūšana starp šķeļot fragmentiem. Kopā tie rada potenciālo barjeru.

Tāpat kā gadījumā alfa sabrukšanas līdz rasties spontāni skaldīšanas urāna atomu kodolu, fragmenti ir pārvarēt šo barjeru, izmantojot kvantu tuneļu. Barjera ir aptuveni 6 MeV, kā attiecībā uz alfa-samazinājuma, bet varbūtība tuneļu no alfa-daļiņu ir ievērojami lielāks par daudz smagāku produkts šķelšanas atomu.

piespiedu degradāciju

Daudz ticamāk tiek izraisīta skaldīšanas urāna kodolu. Šajā gadījumā vecāki kodols ir apstaroti ar neitroniem. Ja vecāki to absorbē, tad tie ir saistoši, lai atbrīvotu saistošu enerģiju veidā vibrāciju enerģiju, kas var pārsniegt 6 MeV, kas nepieciešami, lai pārvarētu iespējamo barjeru.

Ja papildus neitronu enerģija nav pietiekami, lai pārvarētu iespējamo barjeru, incidents neitronu jābūt vismaz kinētisko enerģiju, lai spētu izraisīt sadalīšana atoma. Attiecībā uz ²³⁸ U papildu neitronu saistošā enerģijas trūkst aptuveni 1 MeV. Tas nozīmē, ka skaldīšana urāna kodolu izraisīta tikai neitronus ar kinētisko enerģiju, kas pārsniedz 1 MeV. No otras puses, ²³⁵ U izotops ir viens nepāra neitronu. Kad kodols absorbē papildu, tā veido ar to pāris, un papildus saistošu enerģija ir rezultāts šajā pārī. Tas ir pietiekami, lai atbrīvotu enerģijas daudzumu, kas nepieciešama, lai pārvarētu iespējamo barjeru kodola un sadalījumu izotopu notikušas sadursmes ar jebkuru neitronu.

Beta sabrukšana

Neskatoties uz to, ka dalīšanās reakcija tiek emitē trīs vai četras neitroniem, gabali joprojām satur vairāk neitronus nekā to stabilas Izobāri. Tas nozīmē, ka šķelšanās fragmenti parasti ir nestabili attiecībā uz beta sabrukšanas.

Piemēram, ja ir sadalīšanu kodolā urāna ²³⁸ U, stabilas Izobāri ar A = 145 ¹⁴⁵ ir neodīma Nd, kas nozīmē, ka fragments lantāna La ¹⁴⁵ sadalās trijos posmos, katru reizi pa izstarojot elektrons un neitrīno kamēr tiek sasniegts stabils ieplūdes veidojas. Stabilas Izobāri ar A = 90 ⁹⁰ ir cirkonija Zr, tāpēc šķelšana fragments broma Br ⁹⁰ sadalās pieci posmi ķēdes beta-samazinājuma.

Šīs ķēdes β-sabrukšanas izdala papildus enerģiju, kas aiznes gandrīz visu elektronu un neitrīno.

Kodolreakcijas: skaldīšana urāna

Tiešā ieplūdes no neitronu starojumu ar pārāk lielu skaitu no tiem, lai nodrošinātu stabilitāti un kodola ir maz ticama. Te ir tas, ka nav Kulona atgrūšanās, un tā virsmas enerģija ir tendence saglabāt neitronu dēļ vecākiem. Tomēr, tā dažreiz notiek. Piemēram, skaldīšana fragments Br ⁹⁰ pirmajā beta-sabrukšanas rada kriptona-90, kas var atrasties kādā ierosinātā stāvoklī ar pietiekamu enerģiju, lai pārvarētu virsmas enerģiju. Šādā gadījumā var rasties neitronu starojums tieši veidotu kriptonu-89. Šī Izobāri joprojām ir nestabils attiecībā uz beta sabrukšanas vēl nav iet uz stabilu itriju-89, tā, ka kriptons-89 ir sadalīts trīs posmos.

Uranium dalīšanās: ķēdes reakciju

Neitroniem emitēts šķelšanas reakcijas var absorbēt otra mātes-kodolu, kas pēc tam tiek veikta sevi izraisīta dalīšanos. Attiecībā uz urāna-238 trīs neitroniem, kas rodas no ar enerģiju mazāk nekā 1 MeV (Energy izlaists šķeļot urāna kodolu - 158 MeV - galvenokārt pārvērš kinētisko enerģiju šķelšanās fragmentiem), tāpēc tās nevar izraisīt tālāku sadalījumu šajā ieplūdes. Tomēr, ja ievērojama koncentrācija reto izotopu U ²³⁵ šos bezmaksas neitroniem var uztvert ar kodoliem ²³⁵ U, tas var faktiski izraisīt šķelšanos, jo šajā gadījumā nav enerģijas līmeni, zem kura sadalīšana nav izraisīta.

Tas ir princips ķēdes reakcija.

Veidi kodolreakciju

Ļaujiet k - neitronu skaitu ražoto paraugu skaldmateriāla solī n ķēdes, dalīts ar neitronu skaitu ražoti posmā n - 1. Šis skaits būs atkarīgs no neitronu skaitu ražoti soli n - 1, uzsūcas kodols, kas var iziet izraisīta dalīšanos.

• Ja k <1 ieslēgts, ķēdes reakcija ir vienkārši no tvaika un process ļoti ātri tiks pārtraukta. Tas ir tas, kas notiek dabiskā urāna rūdas, kurā ^{koncentrācija 235} U ir tik mazs, ka varbūtība absorbcijas neitronu tas izotopu ir ļoti niecīgs.

• Ja k> 1, ķēdes reakcija turpinās pieaugt, kamēr visi skaldmateriāla netiks izmantota (atombumbu). Tas tiek sasniegts, bagātinot dabas rūdas, lai iegūtu pietiekami augstu koncentrāciju urāna-235. Par sfērisku parauga vērtība k palielinās varbūtību neitronu uzsūkšanos, kas ir atkarīgs no lodes rādiusu. Tāpēc U svars nedrīkst pārsniegt noteiktu kritisko masu, lai skaldīšanas urāna (ķēdes reakcija) var rasties.

• Ja k = 1, tad ir kontrolēta reakcija. To izmanto kodolreaktoriem. Process tiek kontrolēts sadalījumu urāna stieņi kadmija vai bora, kas absorbē lielāko daļu neitroni (šie elementi spēj uztvert neitroni). Dalot urāna kodolus tas tiek automātiski kontrolē pārvietojot stieni tā, lai k vērtība, kas ir vienāds ar vienu.