Фисија језгара урана. Ланац реакција. Опис процеса

Дељењем језгро - тешки атом цепање у два фрагмента од приближно једнаке тежине, затим ослобађањем велике количине енергије.

Откриће нуклеарна фисија почетак нове ере - "атомска доба". Потенцијал од могућих употреба и биланс ризика да имају користи од његове употребе, не само довели до много социолошких, политичких, економских и научних достигнућа, али и озбиљан проблем. Чак и из чисто научне тачке гледишта, процес нуклеарна фисија створио велики број слагалица и компликација, а комплетан теоретско објашњење за то је ствар будућности.

Дељење - корисно

везивање енергије (пер нуцлеон) разликују у различитим једрима. Тежи имају нижи обавезујућу енергије него што се налази у средини периодног система.

То значи да тешки језгра у којој атомски број већи од 100, првенствено поделе на две мање фрагменте, ослобађајући енергију која се претвара у кинетичку енергију фрагмената. Овај процес се зове цепање језгра атома.

У складу са криве стабилности, која показује зависност броја протона из стабилних радионуклида за неутрон тежа језгра желе већи број неутрона (у поређењу са бројем протона) него упаљач. Ово сугерише да поред процеса подјеле ће се емитовати неке "резервне" неутрона. Поред тога, они ће преузети неке од енергије која се ослободи. Студи фиссион атома урана показала да ово генерише неутрон 3-4: У → ^{238 145 90} Ла + Бр + 3н.

Атомски број (и атомска маса) фрагмента није једнака половини атомске масе родитеља. Разлика између масе атома насталих као последица цепања је обично око 50. Међутим, разлог за то још увек није сасвим јасно.

Енергије везујући ²³⁸ У, ¹⁴⁵ Ла Бр и ⁹⁰ су 1803, 1198 и 763 МеВ респективно. Ово значи да се енергија ослобађа фисију уранијума једнак 1198 + 158 = 763-1803 МеВ резултат реакције.

спонтани распад

спонтаних сплиттинг процеси су познати у природи, али су веома ријетки. Просечан животни век овог процеса је око 10 ^{17, и,} на пример, просечан век алфа-распада радионуклида је око 10 ^11.

Разлог за то је да би се одвојио на два дела, језгро мора прво да прође деформацију (стретцх) у некој елипсоидног форми, а затим пре коначног цепања на два фрагмента формирају "врат" у средини.

потенцијал баријера

У деформисане стању у средишту две силе. Један од њих - повећана површинска енергија (површински напон течних капљица објашњава свој сферни облик), а друге - Цоуломб репулсион између фисионих фрагмената. Заједно они производе потенцијалну баријеру.

Као иу случају алфа пропадања деси спонтани распад урана атомска језгра, фрагменти мора превазићи ову баријеру путем тунел ефекат. Баријера је око 6 МеВ, као у случају алфа-распада, али вероватноћа тунелирању а-честица знатно већа од много теже атома производа подјеле.

приморан деградација

Много чешће се индукује фисије језгра урана. У овом случају, родитељ језгро озрачена уз неутрона. Ако родитељ упија, онда су дужни да ослободе везивање енергију у виду вибрације енергије која може бити дужи од 6 МеВ потребне да превазиђе потенцијалне баријере.

Где додатни неутрона енергија није довољно да се превазиђу потенцијалне баријере, инцидент неутрона мора да има минимум кинетичке енергије како би могли да подстакну на раздвајање атома. У случају ²³⁸ У везујућег енергије додатно неутронске недостаје око 1 МеВ. То значи да је фисија језгара урана индукована само неутрони са кинетичке енергије од 1 МеВ. С друге стране, ²³⁵ У изотоп има једну неупарене неутрон. Када језгро апсорбује додатно, формира са собом пар и додатни везивање енергије је резултат тог упаривање. То је довољно да се ослободи количину енергије која је потребна да се превазиђе потенцијалну баријеру језгра и поделу изотопа су се десиле у случају судара са било којим неутрон.

бета распад

Упркос чињеници да фисија реакција се емитује три или четири неутрона, фрагменти и даље садрже више неутрона од својих стабилних милилиона Исобар. То значи да су цепања фрагменти су обично нестабилне у односу на бета распада.

На пример, када постоји подела језгра уранијума ²³⁸ У, стабилне милилиона Исобар а = 145 ¹⁴⁵ је неодимијум Нд, што значи да фрагмент лантан Ла ¹⁴⁵ цепа у три фазе, сваки пут по радиатинг електрон и неутрино до стабилног нуклида формира. Стабилне милилиона Исобар са А = 90 ⁹⁰ је цирконијум Зр, тако цепање фрагмент бромо Бр ⁹⁰ цепа у пет фаза ланца бета-распада.

Ови ланац β-децаи емитују додатну енергију која се понесе готово све електрона и неутрина.

Нуклеарне реакције: фисија уранијума

Дирецт нуклида фром неутронског зрачења са сувише великим бројем њих би је вероватно стабилност језгра. Овде је поента да не постоји Кулон одбојност, па је површинска енергија тежи да задржи неутрон због родитеља. Ипак, понекад се деси. На пример, фиссион фрагмент Бр ⁹⁰ у првој бета-распада производи Криптоном 90, који може бити лоциран у побуђеном стању довољно енергије превазилажења површинске енергије. У овом случају неутронског зрачења може доћи директно формирају Криптоном 89. Ова милилиона Исобар је још увек нестабилна у односу на бета-распада још није иде у стабилну итријум-89, тако да је криптон-89 је подељена у три фазе.

Уранијум фисија: Ланчана реакција

Неутрони емитују у цепања реакцији може бити апсорбована од стране другог родитеља-нуклеус, који онда подлеже само индукована фисију. У случају уранијума-238 три неутрона, који се јављају са енергијама мање од 1 МеВ (ослобођена енергија у фисије језгра уранијума - 158 МеВ - углавном конвертоване у кинетичку енергију цепања фрагмената), тако да не могу изазвати даљу поделу ове нуклида. Међутим, ако је значајна концентрација ретких изотопа У ²³⁵ ови слободни неутрони могу заробили једрима ²³⁵ У, то може заправо изазивају деколте, јер у овом случају нема енергије праг испод кога је подела није изазвана.

То је принцип ланчане реакције.

Врсте нуклеарне реакције

Нека је К - број неутрона произведених у узорку фисијског материјала у кораку н ланца, подељен са бројем неутрона произведених у фази н - 1. Овај број ће зависити од броја неутрона произведених у кораку н - 1, апсорбује језгру, која могу да се подвргну induced фисију.

• Ако је к <1 на, ланац реакција је једноставно ван паре и тај процес ће врло брзо престати. То је оно што се дешава у природном руде уранијума, у којима је ^{концентрација 235} У је толико мала да је вероватноћа апсорпције неутрон Овај изотоп је веома занемарљив.

• Ако је к> 1, ланац реакција ће наставити да расте све док сав фисијског материјала неће се користити (атомску бомбу). Ово се постиже обогати природне руду да би се добило довољно високу концентрацију уран-235. За сферне сампле вредности к расте са вероватноћом од апсорпције неутронске, која зависи од радијуса сфере. Зато У тежина мора прећи одређену критичну масу до фисије урана (ланчане реакције) може доћи.

• Ако је к = 1, онда постоји контролисан реакција. Користи се у нуклеарним реакторима. Процес је контролисан дистрибуцију међу шипке урана кадмијум или бора, који апсорбују већина неутрона (ови елементи су омогућава снимање неутрона). Подела језгра урана је аутоматски контролише померањем шипку тако да К вредност остаје једнак јединици.