Фисија на ураниум јадра. Верижна реакција. Опис на процесот

Поделба на јадрото - висока атом на разделување на два фрагменти од приближно еднаква тежина, проследено со ослободување на голема количина на енергија.

Откривањето на нуклеарна фисија почеток на нова ера - "атомски возраст". Потенцијалот на неговата можна употреба и балансот на ризик да имаат корист од неговата употреба, не само што даде повод за многу социолошки, политички, економски и научни достигнувања, но исто така сериозен проблем. Дури и од чисто научна гледна точка, процесот на нуклеарна фисија создаде голем број на загатки и компликации, како и комплетен теоретско објаснување за тоа е нешто од иднината.

Споделување - корисни

обврзувачки енергија (по Нуклеон) се разликуваат во различни јадра. Потешки имаат помал обврзувачки енергија отколку што се наоѓа во средината на периодниот систем.

Ова значи дека висока јадра во кои атомски број поголем од 100, поповолно поделени во две помали фрагменти, а со тоа ослободување на енергија, која се претвора во кинетичка енергија на фрагменти. Овој процес се нарекува поделба на атомското јадро.

Во согласност со кривата на стабилност, што покажува зависноста на бројот на протони од стабилни нуклиди за неутронска потешко јадро преферираат поголем број на неутрони (во споредба со бројот на протони) од полесни. Ова укажува на тоа дека во прилог на процесот на разделување ќе се испуштаат некои "резервни" неутрони. Покрај тоа, тие, исто така, ќе ги преземе некои од енергијата што се ослободува. Студија фисија на ураниум атоми покажа дека оваа генерира неутронски 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3n.

Атомски број (и атомски масени) на фрагментот не е еднаква на половина на атомски масени на родител. Разликата меѓу масите на атомите формирале како резултат на раскинувањето е обично околу 50. Сепак, причината за ова се уште не е целосно јасна.

Врзувањето енергии на U ^{238, 145} La Br и ⁹⁰ се 1803 година, 1198 и 763 MeV соодветно. Ова значи дека се ослободува енергија ураниум фисија еднакви 1198 + 158 = 763-1803 MeV произлегуваат од реакцијата.

спонтано фисија

спонтани процеси разделување се познати по својата природа, но тие се многу ретки. Просечната живот на овој процес е околу 10 ^17, и, на пример, просечната живот на алфа-распаѓање на радионуклидот е околу 10 ¹¹ ови.

Причината за ова е дека со цел да се одделат во два дела, јадрото мора прво да се подложат на деформација (водат) во елипсоидна форма, а потоа, пред крајниот расцеп во два фрагменти се формира "врат" во средината.

потенцијалната бариера

Во деформирани државата во сржта на две сили. Еден од нив - на зголемена површинска енергија (површинскиот напон на течни капки објаснува нејзината сферична форма), а од друга - на одбивност Кулон помеѓу фрагменти на фисија. Заедно тие создаваат потенцијал бариера.

Како и во случајот на алфа распаѓање да се случи спонтано фисија на ураниум атомски јадра, фрагменти мора да се надмине оваа пречка, со помош на квантната тунелирање. На бариера е околу 6 MeV, како и во случај на алфа-распаѓање, но веројатноста на тунелирање на α-честички е значително поголема од многу потешки производ разделување атом.

засилена деградација

Многу поверојатно е предизвикана фисија на ураниум јадра. Во овој случај, јадрото родител е озрачени со неутрони. Ако родителот ја апсорбира, а потоа тие се обврзани да се ослободи обврзувачки енергија во форма на vibrational енергија, која може да надмине 6 MeV за надминување на потенцијалните бариера.

Каде дополнителни неутронска енергија не е доволно да се надмине потенцијалната бариера, неутронска инцидентот мора да има минимум кинетичка енергија со цел да биде во состојба да предизвикаат поделба на атомот. Во случај на ²³⁸ U дополнителни неутронска обврзувачки енергија изнесува недостасува околу 1 MeV. Ова значи дека на фисија на ураниум јадра предизвикана само неутрони со кинетичка енергија поголема од 1 MeV. Од друга страна, пак, на ²³⁵ U изотоп има еден неспарен неутрони. Кога јадрото апсорбира дополнителни, ја формира со тоа неколку и дополнителни обврзувачки енергија е резултат на ова спарување. Ова е доволно за да се ослободи од количината на енергија потребна за надминување на потенцијалната бариера на јадрото и поделбата на изотопи се случи во судир со било кој неутрон.

бета распаѓање

И покрај фактот дека реакција на фисија се испуштаат од три или четири неутрони, фрагменти сеуште содржи повеќе неутрони од нивните стабилни isobars. Ова значи дека фрагменти раскинувањето обично се нестабилни во однос на бета распаѓање.

На пример, кога постои поделба на јадрото на ураниум ²³⁸ U, стабилна isobars со A = 145 ¹⁴⁵ е неодимиумски Nd, што значи дека лантан фрагмент Ла ¹⁴⁵ поделби во три фази, секој пат со зрачење електрони и неутрино до стабилна нуклид е формиран. Стабилна isobars со A = 90 ⁹⁰ е циркониум Zr, па расцепување фрагмент бромо Br ⁹⁰ се дели на пет фази на синџирот на β-распаѓање.

Овие синџир β распаѓање емитуваат дополнителна енергија која се занесуваат речиси сите на електрони и неутрино.

Нуклеарни реакции: фисија на ураниум

Директен нуклид од неутронска радијација со премногу голем број од нив да се осигура стабилноста на јадрото е малку веројатно. Тука поентата е дека не постои Кулон одбивност, и така енергијата на површината има тенденција да ги задржат на неутронската должи на родител. Сепак, понекогаш се случува. На пример, фисија фрагмент Br ⁹⁰ во првата бета распаѓање произведува криптон-90, кој може да се наоѓа во возбудена состојба со доволно енергија за надминување на енергетската површина. Во овој случај зрачење на неутронската може да се појави директно да се формира криптон-89. Ова isobars се уште е нестабилна во однос на бета распаѓање се уште не се во стабилна итриум-89, така што на криптон-89 е поделена во три фази.

Ураниум фисија: верижна реакција

Неутрони емитираат во реакција на расцепување може да се апсорбира од страна на другиот родител-јадро, кое потоа се подложува на само-предизвикана фисија. Во случај на ураниум-238 три неутрони, кои произлегуваат со енергии помалку од 1 MeV (енергијата ослободена во фисија на основни ураниум - 158 MeV - главно конвертира во фрагменти кинетичка енергија расцепување), така што не може да предизвика понатамошна поделба на овој нуклид. Меѓутоа, ако значајна концентрација на реткиот изотоп U ²³⁵ на овие слободни неутрони може да биде заробен од страна на јадрата на ²³⁵ U, таа всушност може да предизвика расцеп, бидејќи во овој случај не постои праг енергија под кое поделбата не е предизвикана.

Ова е принцип верижна реакција.

Видови на нуклеарни реакции

Нека k - број на неутрони произведени во примерок на фисионен материјал во чекор n од синџирот, поделен со бројот на неутрони произведени во фаза n - 1. Овој број ќе зависи од бројот на неутрони добиен во чекор n - 1, се апсорбира од страна на јадро, што може да се подложи индуцирана фисија.

• Ако k <1 на реакција синџирот е едноставно надвор од пареа и процесот ќе биде прекинат многу брзо. Тоа е она што се случува во природниот ураниум руда, во кои концентрацијата ^{на 235} U е толку мала што веројатноста за апсорпција на неутронска овој изотоп е исклучително занемарлива.

• Ако k> 1, реакција синџирот ќе продолжи да расте се додека сите на фисионен материјал нема да се користи (атомската бомба). Ова се постигнува со збогатување природни руда да се добие доволно висока концентрација на ураниум-235. За сферични вредноста не примерок k се зголемува со веројатноста на апсорпција на неутрони, која е зависна од радиусот на сфера. Затоа U тежина смее да надмине одреден критична маса за фисија на ураниум (верижна реакција) може да се случи.

• Ако k = 1, а потоа таму е контролирана реакција. Се користи во нуклеарни реактори. Процесот се контролира дистрибуција меѓу ураниум прачки на кадмиум или бор, кои апсорбираат повеќето од неутрони (овие елементи се способни за снимање на неутрони). Поделба на ураниум јадра што автоматски се контролира со движење на прачка, така што вредноста на k останува еднаков на една.