Fission ng yureyniyum nuclei. Chain reaksyon. Paglalarawan ng proseso

Paghati sa core - isang mabigat na atom paghahati sa dalawang mga fragment ng humigit-kumulang pantay na timbang, na sinusundan ng pagpapalaya ng isang malaking halaga ng enerhiya.

Ang pagtuklas ng nuclear fission simula ng isang bagong panahon - "atomic edad". Ang mga potensyal na ng kanyang mga posibleng mga gamit at ang balanse ng mga panganib upang makinabang mula sa paggamit nito, hindi lamang nagbigay ng maraming sociological, pampulitika, pang-ekonomiya at pang-agham na nakamit, ngunit din ng isang malubhang problema. Kahit mula sa isang pulos pang-agham na punto ng view, ang mga nuclear fission proseso ay lumikha ng isang malaking bilang ng mga puzzle at mga komplikasyon, at isang kumpletong panteorya paliwanag para sa ito ay isang bagay ng hinaharap.

Sharing - kapaki-pakinabang

nagbubuklod na enerhiya (bawat nucleon) ay naiiba sa iba't ibang mga nuclei. Mas mabibigat na magkaroon ng isang mababang-bisang enerhiya kaysa na matatagpuan sa gitna ng periodic table.

Ito ay nangangahulugan na mabigat na nuclei kung saan ang atomic number mas malaki kaysa sa 100, advantageously nahahati sa dalawang mas maliit na fragment, at dahil doon ilalabas ang enerhiya na ay convert sa kinetiko enerhiya ng mga fragment. Ang prosesong ito ay tinatawag na paghahati ng atomic nucleus.

Alinsunod sa katatagan curve, na nagpapakita ng pagtitiwala ng bilang ng mga protons mula sa stable nuclides para neutron mas mabibigat na nucleus mas gusto ng isang mas malaking bilang ng mga neutrons (kumpara sa bilang ng mga protons) kaysa sa mas magaan. Ito ay nagmumungkahi na sa karagdagan sa proseso ng paghahati ibinubuga ng ilang mga "ekstrang" neutrons. Bilang karagdagan, sila din sakupin ang ilan sa mga enerhiya pinakawalan. Pag-aaral ng fission ng yureyniyum atom ay nagpakita na ito ay bumubuo ng isang neutron 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3n.

Ang atomic number (at ang atomic mass) ng fragment ay hindi katumbas ng kalahati ng atomic mass ng magulang. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga masa ng mga atom nabuo bilang isang resulta ng cleavage ay karaniwang tungkol sa 50. Gayunman, ang mga dahilan para sa na ito ay hindi pa ganap na malinaw.

Ang mga umiiral na energies ng ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br at ⁹⁰ ay 1803, 1198 at 763 MeV ayon sa pagkakabanggit. Ito ay nangangahulugan na ang enerhiya ay inilabas uranium fission pantay na 1198 + 158 = 763-1803 MeV na nagreresulta mula sa mga reaksyon.

kusang fission

spontaneous paghahati ng mga proseso ay kilala sa likas na katangian, ngunit ang mga ito ay lubhang bibihirang. Ang average na buhay ng prosesong ito ay tungkol sa 10 ^17, at, halimbawa, ang average na buhay ng alpha-pagkabulok ng radionuclide ay tungkol sa 10 ^11.

Ang dahilan dito ay na upang paghiwalayin sa dalawang bahagi, ang core ay dapat munang sumailalim sa pagpapapangit (kahabaan) sa isang ellipsoidal form, at pagkatapos, bago ang pangwakas na cleavage sa dalawang mga fragment bumuo ng isang "leeg" sa gitna.

potensyal barrier

Sa deformed estado sa core ng dalawang pwersa. Ang isa sa kanila - ang mas mataas na enerhiya ibabaw (surface tension ng liquid droplets ay nagpapaliwanag nito spherical hugis), at ang iba pang mga - ang Coulomb pagkasuklam sa pagitan ng fission fragment. Sama-sama sila ay makabuo ng mga potensyal barrier.

Tulad ng sa kaso ng alpha pagkabulok na mangyari kusang fission ng yureyniyum atomic nuclei, ang mga fragment ay dapat pagtagumpayan ito hadlang sa pamamagitan ng quantum tunneling. Ang barrier ay tungkol sa 6 MeV, tulad ng sa kaso ng mga alpha-pagkabulok, ngunit ang posibilidad ng tunneling ng α-particle ay malaki mas malaki kaysa sa magkano ang mas mabibigat na produkto paghahati ng atom.

sapilitang marawal na kalagayan

Mas malamang ay sapilitan fission ng yureyniyum nuclei. Sa kasong ito, ang magulang nucleus ay irradiated sa neutrons. Kung ang isang magulang ito sumisipsip, at pagkatapos ay sila ay nakatali upang ilabas ang nagbubuklod na enerhiya sa anyo ng mga vibrational enerhiya na maaaring lumampas sa 6 MeV na kailangan upang pagtagumpayan ang mga potensyal barrier.

Saan karagdagang neutron enerhiya ay hindi sapat upang pagtagumpayan ang mga potensyal na hadlang, ang insidente neutron ay dapat magkaroon ng isang minimum na kinetiko enerhiya upang ma upang ibuyo ang paghahati ng atom. Sa kaso ng ²³⁸ U karagdagang neutron umiiral na enerhiya ay nawawala tungkol sa 1 MeV. Nangangahulugan ito na ang fission ng yureyniyum nuclei sapilitan lamang ng mga neutron sa isang kinetiko enerhiya mas malaki kaysa sa 1 MeV. Sa kabilang banda, ang ²³⁵ U isotope ay may isang unpaired neutron. Kapag ang isang nucleus sumisipsip ng karagdagang, ito ay bumubuo sa mga ito ng ilang at isang karagdagang nagbubuklod na enerhiya ay isang resulta ng pagpares na ito. Ito ay sapat na upang ilabas ang dami ng enerhiya na kinakailangan upang pagtagumpayan ang mga potensyal barrier ng nucleus at ang dibisyon ng isotopes naganap sa isang banggaan sa anumang neutron.

beta pagkabulok

Sa kabila ng katotohanan na ang fission reaction ay emitted sa pamamagitan ng tatlo o apat na neutrons, fragment pa rin maglaman ng higit neutrons kaysa sa kanilang matatag na isobars. Nangangahulugan ito na ang cleavage fragment sa pangkalahatan ay hindi matatag na may paggalang sa beta pagkabulok.

Halimbawa, kapag may ay isang dibisyon ng ang nucleus ng uranium ²³⁸ U, matatag isobars sa A = 145 ¹⁴⁵ ay neodymium Nd, na nangangahulugan na ang mga fragment lanthanum La ¹⁴⁵ splits sa tatlong yugto, ang bawat oras sa pamamagitan ng radiate elektron at ang isang neutrino hanggang sa isang matatag nuclide ay nabuo. Matatag isobars na may A = 90 ⁹⁰ ay zirconium Zr, para cleavage fragment bromo Br ⁹⁰ splits sa limang yugto chain β-pagkabulok.

Ang mga chain β-pagkabulok naglalabas ng dagdag na enerhiya na kung saan ay isinasagawa ang layo sa halos lahat ng mga elektron at ang isang neutrino.

Nuclear reaksyon: fission ng yureyniyum

Direct nuclide mula neutron radiation na may masyadong malaking bilang ng mga ito upang matiyak ang katatagan ng ang nucleus ay malamang na hindi. Narito ang punto ay na walang Coulomb pagkasuklam, at sa gayon ang ibabaw ng enerhiya ay may gawi na panatilihin ang mga neutron dahil sa ang magulang. Gayunpaman, minsan nangyayari. Halimbawa, fission fragment Br ⁹⁰ sa unang beta pagkabulok gumagawa ng isang krypton-90, na kung saan ay maaaring matatagpuan sa isang nabigla estado na may sapat na enerhiya upang pagtagumpayan ang ibabaw enerhiya. Sa kasong ito ang neutron radiation ay maaaring mangyari nang direkta upang bumuo ng isang krypton-89. Ito isobars pa rin ang hindi matatag na may paggalang sa beta pagkabulok ay hindi pa pumunta sa stable yttrium-89, upang ang krypton-89 ay nahahati sa tatlong yugto.

Uranium fission: Chain Reaction

Neutrons ipinapalabas sa cleavage reaksyon ay maaaring hinihigop ng iba pang mga magulang-nucleus, na pagkatapos ay sumasailalim sa self-sapilitan fission. Sa kaso ng uranium-238 tatlong neutrons, na kung saan lumabas dahil out sa energies mas mababa sa 1 MeV (ang enerhiya na inilabas sa ang fission ng yureyniyum core - 158 MeV - karamihan ay convert sa kinetiko enerhiya cleavage fragment), kaya hindi sila maaaring maging sanhi ng isang karagdagang dibisyon ng nuclide ito. Subalit, kung ang isang makabuluhang konsentrasyon ng mga bihirang isotope U ²³⁵ mga libreng neutrons ay maaaring makuha sa pamamagitan ng mga nuclei ng ²³⁵ U, ito ay maaaring aktwal na maging sanhi ng cleavage, dahil sa kasong ito walang enerhiya threshold sa ibaba kung saan ang mga dibisyon ay hindi sapilitan.

Ito ang prinsipyo kadena reaksyon.

Mga uri ng Nuclear Reaksyon

Hayaan k - bilang ng neutrons ginawa sa isang sample ng mga fissile materyal sa hakbang n ng chain, na hinati sa bilang ng neutrons ginawa sa stage n - 1. Ang bilang na ito ay depende sa bilang ng neutrons ginawa sa hakbang n - 1, ay hinihigop ng ang core, na kung saan maaaring sumailalim sapilitan fission.

• Kung k <1 on, chain reaction ay para lang sa labas ng singaw at ang proseso ay titigil nang masyadong mabilis. Ito ay kung ano ang mangyayari sa natural yureyniyum mineral, kung saan ang konsentrasyon ^{ng 235} U ay kaya maliit na ang posibilidad ng pagsipsip ng isang neutron ito isotope ay lubos na bale-wala.

• Kung k> 1, ang chain reaction ay patuloy na palaguin hangga't ang lahat ng mga fissile materyal na hindi gagamitin (ang atomic bomba). Ito ay nakamit sa pamamagitan ng enriching natural na mineral upang makakuha ng sapat na mataas na konsentrasyon ng uranium-235. Para sa spherical sample halaga k pagtaas sa ang posibilidad ng neutron pagsipsip, na kung saan ay nakasalalay sa ang radius ng globo. Samakatuwid U timbang ay dapat lumampas sa isang tiyak na kritikal na masa sa fission ng yureyniyum (chain reaction) mangyari.

• Kung k = 1, pagkatapos ay mayroong isang kinokontrol na reaksyon. Ginagamit ito sa nuclear reactors. Ang proseso ay kinokontrol pamamahagi sa gitna uranium rods ng cadmium o boron, na kung saan pinaka-absorb ng neutrons (mga sangkap na ito ay may kakayahang kunin ang neutrons). Paghati uranium core ng ito ay awtomatikong kinokontrol sa pamamagitan ng paggalaw ng pamalo upang ang mga k halaga ay nananatiling katumbas ng isa.