Rozszczepienia jąder uranu. Reakcja łańcuchowa. Opis procesu

Dzieląc rdzeń – ciężki atom podział na dwa fragmenty w przybliżeniu równej masie, a następnie uwolnienia dużych ilości energii.

Odkrycie rozszczepienia jądrowego początek nowej ery – „era atomowa”. Potencjał jego możliwych zastosowań i bilansu ryzyka do korzyści z jego zastosowania, nie tylko dał początek wielu socjologicznych, politycznych, gospodarczych i naukowych osiągnięć, ale także poważny problem. Nawet z punktu widzenia czysto naukowej, proces rozszczepienia jądrowego stworzył wiele zagadek i powikłań oraz kompletne teoretycznym wyjaśnieniem jest to sprawa przyszłości.

Sharing – korzystne

energię wiązania (na nukleon) różnią się w różnych jądrach. Cięższy mają niższą niż energia wiązania, które znajduje się w środku układu okresowego.

Oznacza to, że ciężkie jądra atomowego w których liczba jest większa niż 100, korzystnie podzielona na dwie mniejsze części, w ten sposób uwalniając energię, która jest przekształcana w energię kinetyczną fragmentów. Proces ten nazywany jest rozszczepienie jądra atomowego.

Zgodnie z krzywą trwałości, która przedstawia zależność liczby protonów ze stabilnych izotopów dla neutronów cięższe jądro preferują większej liczby neutronów (w stosunku do liczby protonów) niż lżejsze. To sugeruje, że oprócz procesu rozszczepiania będzie emitowany jakieś „części” neutrony. Ponadto, będą one również przejąć część energii uwolnionej. Badanie rozszczepienie atomów uranu wykazały, że wytwarza neutron 3-4: U → ^{238 145 90} AP + Br + 3n.

Liczbą atomową (i masy atomowej) fragmentu jest równa połowie masy atomowej rodzica. Różnica pomiędzy masami węgla powstających w wyniku rozszczepiania wynosi zazwyczaj około 50. Jednakże, z powodu tego nie jest jeszcze w pełni jasna.

Wiążące energii ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br i ⁹⁰ mają 1803, 1198 i 763 MeV, odpowiednio. Oznacza to, że energia jest uwalniana rozszczepiania uranu równą 1198 + 158 = 763-1803 MeV wynikające z reakcji.

spontaniczne rozszczepienie

samoistne procesy rozdzielające są znane w naturze, ale są one bardzo rzadkie. Średni okres tego procesu wynosi około ^{10: 17,} i, na przykład, średnia żywotność alfa rozpadu radionuklidu około 10 ^11.

Powodem tego jest to, że w celu rozdzielenia się na dwie części, z których pierwszy rdzeń musi ulegać deformacji (rozciąganie) w elipsoidalnego formy, a następnie, przed ostatecznym rozszczepienie na dwa fragmenty tworzą „szyi” w środku.

bariera potencjału

W stanie odkształconym w rdzeniu dwóch sił. Jednym z nich – zwiększenie energii powierzchniowej (napięcia powierzchni kropelek cieczy wyjaśnia jej kształt kulisty), a z drugiej – kulombowskie odpychanie pomiędzy rozszczepienia. Wspólnie wytwarzają potencjalną przeszkodę.

Podobnie jak w przypadku zaniku alfa do wystąpić spontaniczna rozszczepiania uranu jąder atomowych, fragmenty muszą pokonać tę przeszkodę poprzez tunelowania kwantowej. Bariera jest około 6 MeV, tak jak w przypadku a-rozkładu, ale prawdopodobieństwo tunelowania alfa cząstek jest znacznie większa niż cięższy atom rozszczepiania produktu.

zmuszony degradacja

Znacznie bardziej prawdopodobne jest indukowana rozszczepienia jąder uranu. W tym przypadku, pierścień macierzystego naświetlano neutronów. Jeżeli nadrzędny pochłania, a następnie są przyłączone do uwolnienia energii wiązania w postaci energii drgań, która może przekraczać 6 MeV potrzebne do pokonania bariery potencjału.

W przypadku, gdy dodatkowa energia neutronów nie wystarcza do pokonania bariery potencjału, neutron zdarzenie musi mieć minimum energii kinetycznej, tak aby móc wywołać rozszczepienie atomu. W przypadku ²³⁸ U dodatkowy neutron energii wiązania brakuje około 1 MeV. Oznacza to, że rozszczepienie jąder uranu indukowana tylko neutrony o energii kinetycznej większej niż 1 MeV. Z drugiej strony, ²³⁵ U izotop ma jeden niesparowany neutronu. Kiedy jądro pochłania dodatkowy, tworzy z nim parę i dodatkowa energia wiązania jest wynikiem tego parowania. To jest wystarczające, aby uwolnić ilość energii potrzebnej do pokonania bariery potencjału w jądrze i podział izotopów doszło do kolizji z dowolnym neutronu.

rozpad beta

Pomimo faktu, że reakcja rozszczepienia są emitowane przez trzy lub cztery neutronów fragmenty zawierać jeszcze więcej neutronów niż ich trwałe izobar. Oznacza to, że fragmenty cięcia są na ogół niestabilne w odniesieniu do rozpadu beta.

Na przykład, jeśli nie jest częścią jądra uranu ²³⁸ U stabilne izobary z A = 145 ¹⁴⁵ neodymowy Nd, co oznacza, że lantanu fragment La ¹⁴⁵ dzieli się na trzy fazy, każdorazowo promieniujący elektron i neutrinem aż do uzyskania stabilnego izotopu jest utworzona. Stabilne izobary z A = 90 ⁹⁰ jest cyrkonu Zr tak odszczepienie fragmentu bromu Br ⁹⁰ dzieli się na pięć etapów łańcucha beta rozpadu.

Te β-rozpad łańcucha wydziela dodatkową energię, która jest odprowadzana prawie wszystkie elektronu i neutrinem.

Reakcje jądrowe: rozszczepienie uranu

Bezpośredni nuklidu od promieniowania neutronowego ze zbyt dużą liczbą nich, aby zapewnić stabilność jądra jest mało prawdopodobne. Tu chodzi o to, że nie ma Coulomba odpychanie, a więc energia powierzchniowa ma tendencję do zatrzymywania neutron z macierzystej. Niemniej jednak czasami zdarza. Na przykład, fragment rozszczepienie Br ⁹⁰ w pierwszym beta rozpadu powstaje krypton-90, które mogą znajdować się w stanie wzbudzonym z energią wystarczającą do przezwyciężenia energii powierzchniowej. W tym przypadku, promieniowanie neutronowe może nastąpić bezpośrednio w celu utworzenia krypton-89. To jest nadal niestabilna izobary względem rozpadu beta jeszcze nie przejść do stabilnego itr-89, tak że krypton-89 jest podzielona na trzy etapy.

Uranu rozszczepienie: Reakcja łańcuchowa

Neutrony emitowane w reakcji rozszczepienia może być absorbowana przez drugą macierzystego-jądra, które następnie ulega prowokowane rozszczepienia. W przypadku uranu 238 trzech neutronów, które wynikają z energii poniżej 1 MeV (energia uwolniona w rozszczepienia rdzenia uranu – 158 MeV – głównie przeprowadzany kinetycznych fragmentów rozkładu energii), a więc nie mogą one powodować dalszy podział tego izotopu. Jeśli jednak znaczące stężenie rzadkich izotopu ²³⁵ U Te neutrony mogą być przechwytywane przez jądra ²³⁵ U, może rzeczywiście powodować rozszczepienie, ponieważ w tym przypadku nie ma próg energii poniżej której podział nie jest wywołane.

Jest to zasada reakcja łańcuchowa.

Typy reakcji jądrowych

Niech K – liczba neutronów wytwarzanych w próbce materiału rozszczepialnego w etapie n łańcucha, podzielona przez liczbę neutronów wytwarzanych w etapie N – 1. Ta liczba będzie zależała od liczby neutronów wytwarzanych w kroku n – 1, są pochłaniane przez rdzeń, który może ulegać indukowanych rozszczepienia.

• Jeśli k <1 na, reakcja łańcuchowa jest po prostu z parą wodną, a proces zatrzyma się bardzo szybko. To co się dzieje w naturalnej rudy uranu, w którym ^{stężenie 235} U jest tak mała, że prawdopodobieństwo absorpcji neutronu tego izotopu jest bardzo znikoma.

• Jeśli k> 1, reakcja łańcuchowa będzie nadal rosnąć tak długo jak cały materiał rozszczepialny nie zostaną wykorzystane (bomby atomowej). Osiąga się to przez wzbogacanie naturalnej rudy w celu uzyskania dostatecznie wysokiej koncentracji uranu-235. Kulistych wartość próbki k, zwiększa się wraz z prawdopodobieństwo absorpcji neutronowego, który zależy od promienia kuli. Dlatego ciężar U musi przekraczać pewnej masy krytycznej do rozszczepiania uranu (reakcja łańcuchowa) mogą występować.

• W przypadku k = 1, to nie jest kontrolowana reakcja. Jest on stosowany w reaktorach jądrowych. Proces ten jest kontrolowany podział między prętami uranu, kadmu lub bor, które absorbują większość neutronów (te elementy są zdolne do wychwytywania neutronów). Dzielenie rdzeni uranowych jest automatycznie sterowane przez przesunięcie pręta tak, że wartość k pozostaje równa jeden.