Уран ядролардың бөлу. Тізбекті реакция. процесінің сипаттамасы

энергия көп мөлшерде азат кейін шамамен тең салмағы екі үзінділер, ішіне ауыр атомды ыдырату - өзегін бөлу.

жаңа дәуір ядролық бөлу басталғанға ашу - «атом жасы». оның ықтимал пайдалану әлеуеті мен оны пайдалану пайда алу үшін тәуекел теңгерімі, социологиялық, саяси, экономикалық және ғылыми жетістіктер көп пайда болуына, сонымен қатар күрделі мәселені берді ғана емес. Тіпті Көріністің таза ғылыми тұрғыдан, ядролық бөлініс процесі жұмбақтар және асқынулардың үлкен санын құрды, және ол үшін толық теориялық түсіндіру болашақтың ісі болып табылады.

Ортақ пайдалану - игілікті әсер тигізуі

(Нуклон бір) байланыс энергиясы түрлі ядролардың ерекшеленеді. Ауырлау периодтық ортасында орналасқан қарағанда төмен энергиясына ие.

Бұл ауыр ядролардың атом онда дегенді білдіреді қарағанда көп саны 100, жақсырақ осылайша үзінділер кинетикалық энергиясына айналады энергия бөліп шығарады, екі кіші бөлінеді. Бұл процесс бөлу деп аталады атом ядросы.

нейтронды ауырлау ядросының тұрақты нуклидов протондар санына тәуелділігін көрсетеді тұрақтылық қисық, сәйкес жеңіл қарағанда (протондар саны салыстырғанда) нейтрондар саны көп көреді. Бұл бөлу процесінде қосымша кейбір «қосалқы» нейтрондарды шығаратын болады деп болжайды. Сонымен қатар, олар сондай-ақ шығарды энергетика кейбір астам өтеді. U → ^{238 145 90} La + Br + 3n: уран атомдарының зерттеу бөлу бұл нейтронды 3-4 жасайды деп көрсетті.

фрагментті атом саны (және атом массасы) жарты тең емес атомдық массасы ата-ананың. бөлшектемей нәтижесінде пайда атомдарының массаларының арасындағы айырмашылық Алайда, әдетте шамамен 50., бұл себебі әлі анық емес.

тиісінше ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br және ⁹⁰ болып 1803, 1198 және 763 МэВ байланысу энергиясы. Бұл энергия реакция нәтижесінде алынған уран бөлу тең 1198 + 158 = 763-1803 МэВ босатылады дегенді білдіреді.

риясыз

өздігінен бөлшектемей процестер табиғатта белгілі, бірақ олар өте сирек болып табылады. Бұл процестің орташа өмір сүру ұзақтығы шамамен 10 ^17, және, мысалы, радионуклид альфа-ыдырауы орташа өмір сүру ұзақтығы шамамен 10 ¹¹ с.

Мұның себебі, екі бөлікке бөлу үшін, негізгі алғашқы екі фрагменттері дейін қорытынды расщеп, содан кейін эллипсоидальной нысаны деформациялық (созылу) өтуі, және керек ортасында «мойнын» қалыптастырады.

әлеуетті тосқауыл

екі күштердің өзегі деформацияланған күйінде. Солардың бірі - өсіп беттік энергиясы (сұйық тамшылардың үстіңгі жағының оның сфералық пішінді түсіндіреді), және басқа да - Сынықтар арасындағы кулондық отталкивание. Сонымен олар әлеуетті тосқауыл шығарады.

уран атом ядролардың өздігінен бөлу орын алуы альфа ыдырау жағдайындағыдай, фрагменттері кванттық туннелирования арқылы осы кедергілерді еңсеруге тиіс. Барьерлік альфа-ыдырауы жағдайында шамамен 6 МэВ, болып табылады, бірақ α-бөлшектердің жолын жоспарлауға ықтималдығы әлдеқайда ауыр өнім бөлшектемей атомы қарағанда айтарлықтай жоғары болады.

үдемелі деградациясы

Әлдеқайда ықтимал уран ядролардың бөлу индуцируется. Бұл жағдайда, ата-аналар ядросы нейтронды сәуле болып табылады. ол сіңіріп ата-анасының болса, онда олар әлеуетті тосқауыл жеңу үшін қажет 6 МэВ аспауы мүмкін тербелмелі энергия түрінде байланыс энергиясын босату байланады.

Қосымша нейтронды энергетикалық әлеуеті кедергілерді еңсеруге жеткілікті болмаған жағдайда, оқиға нейтронды атом бөлшектемей көндіру мүмкін болу үшін ең төменгі кинетикалық энергияға ие болуы керек. ²³⁸ жағдайда U қосымша нейтрондардың энергиясы шамамен 1 МэВ жоқ. Бұл уран ядролардың бөлу 1 МэВ-ден асатын кинетикалық энергиясы тек нейтрондарды индукцияланған дегенді білдіреді. Екінші жағынан, ²³⁵ U изотопымен бір непарного нейтрон бар. ядросы қосымша жұтады кезде, ол онымен бірнеше қалыптастырады және қосымша байланыс энергиясы осы жұптастырудан нәтижесі болып табылады. Бұл ядроның және кез келген нейтрон бар соқтығысу орын алған изотоптардың бөлімінің әлеуетті тосқауыл жеңу үшін қажет энергия мөлшерін босатуға жеткілікті болып табылады.

Бета ыдырауы

бөлу реакция үш немесе төрт нейтрон шығаратын фактісі қарамастан, фрагменттері әлі олардың тұрақты изобар артық нейтрондарды бар. Бұл бөлшектемей фрагменттері бета ыдырау қатысты, әдетте, тұрақсыз екенін білдіреді.

уран ядросының ²³⁸ U бөлімшесі болған кезде, мысалы, = 145 ¹⁴⁵ А тұрақты изобар үш кезеңге фрагменті лантан La ¹⁴⁵ жарылатын, тұрақты нуклидті қалыптасады дейін электрон және нейтрино радиациялық әрбір уақыт дегенді білдіреді неодим Nd, болып табылады. = 90 ⁹⁰ А Тұрақты изобар цирконий Zr, сондықтан бөлшектемей фрагменті бром Br β-ыдырауы бес сатысы тізбегіне ⁹⁰ жіктелу болып табылады.

Бұл тізбек β-ыдырау алыс барлық дерлік электрон және нейтрино асырылады қосымша энергиясын шығаратын.

Ядролық реакциялар: уран бөлу

ядроның тұрақтылығын қамтамасыз ету, олардың тым үлкен санымен нейтрондық сәулелену тікелей нуклидті екіталай. Мұнда нүкте жоқ кулондық серпімділік бар екенін, және сондықтан беттік энергиясы, ата-анасының арқасында нейтронды ұстап қалуға ұмтылады. Дегенмен, ол кейде болмайды. Мысалы, бірінші бета-ыдырауы бөлу фрагменті Br ⁹⁰ криптон-90, беттік энергиясын еңсеру үшін жеткілікті энергия бар қозғалған жағдайда орналасқан болуы мүмкін шығарады. Бұл жағдайда нейтронды сәулелену криптон-89 қалыптастыру тікелей пайда болуы мүмкін. Бұл изобар криптон-89 үш кезеңге бөлінеді, сондықтан әлі, тұрақты иттрий 89 кіріп жоқ болды әлі бета-ыдырау қатысты тұрақсыз болып табылады.

Уран бөлу: тізбекті реакция

бөлшектемей реакция шығаратын нейтрондар, содан кейін өзін-өзі индукцияланған бөлшектемей ұшырайды басқа ата-ана-ядросы, сіңіп кетуі мүмкін. , Сондықтан олар осы нуклида одан әрі бөлу тудыруы мүмкін емес кем 1 МэВ (- - 158 МэВ негізінен кинетикалық энергиясы бөлшектемей үзінділер айналады уран ядросы бөлу жылы шығарылған энергия) қарағанда энергия жүзеге туындайтын уран-238 үш нейтрондардың, жағдайда. Осы бос нейтрондардың ²³⁵ У ядролардың тұтқынға болады сирек изотопы U ²³⁵ айтарлықтай шоғырлануы, егер бұл жағдайда бөлу индукцияланған емес, ол төменде ешқандай энергетикалық шегі бар, өйткені Дегенмен, ол шын мәнінде, бөлшектемей тудыруы мүмкін.

Бұл принцип тізбекті реакция болып табылады.

Ядролық реакция түрлері

кезеңде өндірілген нейтрондардың санына бөлінеді тізбегінің қадам N бөлінетін материалдың үлгісінде өндірілген нейтрондардың саны, N - - 1. Бұл сан қадамда N өндірілген нейтрондардың санына байланысты болады - К болсын 1, өзегі жұтып, онда индукцияланған бөлшектемей өтуі мүмкін.

• 1 235 U ^{концентрациясы} нейтронды сіңіру ықтималдығы осы изотоптық өте шамалы, сондықтан аз онда.

• K> 1 болса, тізбекті реакция ретінде ұзақ тұтандырушы материалдарға барлық пайдаланылатын болады емес ретінде өсе жалғастырады (атом бомбасын). Бұл уран-235 жеткілікті жоғары концентрациясын алу үшін табиғи байыту арқылы қол жеткізіледі. саланы радиусы тәуелді нейтронды сіңіру ықтималдығы бар сфералық үлгісі мән K артып. Сондықтан U салмағы уран (тізбекті реакция) бөлу үшін белгілі бір сыни бұқаралық орын алуы мүмкін аспауы керек.

K = 1 • Егер, онда бақыланатын реакция бар. Ол пайдаланылады ядролық реакторлар. процесс нейтрондардың (осы элементтер нейтрондарды жаулап қабілетті) ең жұтып кадмий немесе бордың уран өзектер, арасында бөлу бақыланады. ол автоматты түрде K мәні бірге тең болып қалады, сондықтан таяғын жылжыту арқылы бақыланады уран ядролардың бөлу.