Cepitev jeder urana. Verižna reakcija. Opis procesa

Delitev jedro - težko atom razdelitev v dva fragmenta približno enake teže, ki mu sledi osvoboditev velike količine energije.

Odkritje jedrske fisije začetek nove dobe - "atomska starost". Potencial njegove možne uporabe in bilance tveganja, koristi od njegove uporabe, je bila povod za veliko socioloških, političnih, gospodarskih in znanstvenih dosežkov, ampak tudi resen problem, ne samo. Tudi iz čisto znanstvenega vidika, proces jedrska cepitev ustvaril številne uganke in zapletov ter popolna teoretična razlaga za to je stvar prihodnosti.

Delitev - koristno

vezavo z energijo (na nukleona) se razlikujejo v različnih jedrih. Težji imajo nižjo vezavno energijo, kot da se nahaja v sredini periodnega sistema.

To pomeni, da težka jedra, pri kateri atomsko število večje od 100, prednostno razdeljena na dve manjši fragmentov, s čimer se sprošča energijo, ki se pretvori v kinetično energijo fragmentov. Ta proces se imenuje delitev atomsko jedro.

V skladu s krivuljo stabilnost, ki prikazuje odvisnost števila protonov iz stabilnih radionuklidov za vzdržijo težje jedro raje večje število nevtronov (v primerjavi s številom protonov) kot vžigalnik. To kaže, da se bo poleg postopka za cepljenje oddaja nekaj "rezervnih" nevtrone. Poleg tega bodo tudi prevzeli nekaj energije sprosti. Študija cepitev uranovih atomov pokazale, da ta generira nevtronsko 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3N.

Atomsko število (in atomska masa) fragmenta ni enaka polovici z atomsko maso od staršev. Razlika med množice atomov nastajajo zaradi cepitve je navadno okoli 50. Vendar pa je razlog za to še ni povsem jasno.

Vezavne energij ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br in ⁹⁰ so 1803, 1198 in 763 MeV oz. To pomeni, da se energija sprosti urana cepitev enako 1198 + 158 = 763-1803 MeV ki izhaja iz reakcije.

spontana cepitev

spontane delitve procesi so znani v naravi, vendar so zelo redki. Povprečna življenjska doba tega procesa je približno 10 ^17, in, na primer, je povprečna življenjska doba alfa-razpada radionuklida je okoli 10 ^11.

Razlog za to je, da je za ločili v dva dela, mora jedro najprej opravi deformacijo (raztegljive) v elipsaste oblike, in nato, da pred končnim cepitvi v dveh fragmentov tvori "vrat" v sredini.

morebitne ovire

V deformirano v središču dveh sil. Eden od njih - povečana površinska energija (površinska napetost kapljic tekočine pojasnjuje svojo sferično obliko), in drugi - za Coulombov odboj med cepitvenih fragmentov. Skupaj jih proizvajajo potencialno oviro.

Kot v primeru razpada alfa, da pride do spontanega cepitev uranovih atomska jedra, mora fragmenti premagati to oviro s pomočjo kvantne predorov. Pregrada je približno 6 MeV, kot v primeru alfa razpada, medtem ko je verjetnost tuneliranje a-delcev bistveno večja od mnogo težje cepilno izdelek atomom.

prisiljeni degradacija

Veliko bolj verjetno je povzročil cepitev jeder urana. V tem primeru, je matična jedro obsevali z nevtroni. Če eden od staršev, da vpije, nato pa so zavezane, da javnost vezne energije v obliki vibracijske energije, ki lahko presega 6 MeV, ki so potrebni za premagovanje potencialno oviro.

Kje je dodatna nevtronov energije ni dovolj za odpravo morebitno oviro, mora incident nevtronov imajo minimalno kinetično energijo, da bi lahko inducira delitev atoma. V primeru ²³⁸ U dodatnih nevtronov zavezujoče energije manjka približno 1 MeV. To pomeni, da je cepitev jeder urana povzroča le nevtrone s kinetično energijo, večjo od 1 MeV. Po drugi strani pa je ²³⁵ U izotop ima en neparni nevtron. Ko jedro absorbira dodatna tvori z njim nekaj in dodatna zavezujoča energija je posledica tega seznanjanje. To je dovolj, da se sprosti količino energije, potrebne za premagovanje potencialno oviro jedra in delitev izotopov se zgodile v trčenju s katerim koli nevtrona.

razpad beta

Kljub temu, da so cepitve reakcija oddaja s tremi ali štirimi nevtroni, delci še vedno vsebuje več nevtronov kot njihovi stabilnih isobars. To pomeni, da so razkrajanja fragmenti na splošno nestabilen glede razpad beta.

Na primer, ko je delitev jedra urana ²³⁸ U, stabilni isobars z = 145 ¹⁴⁵ je neodima Nd, kar pomeni, da je delec lantana La ¹⁴⁵ razdeli na tri faze, vsakič ga sevalnih elektron in nevtrino do stabilne radionuklida tvorjen. Stabilni isobars Z = 90 ⁹⁰ je cirkonij Zr, tako cepitev fragmenta bromo Br ⁹⁰ razdeli na pet stopenj verige beta-razpada.

Te verige β-razpadne oddajajo dodatno energijo, ki je odnesel skoraj vse elektrona in nevtrino.

Jedrske reakcije: cepitev urana

Neposredno nuklid iz nevtronskega sevanja s prevelikim številom njih, da se zagotovi stabilnost jedra, je malo verjetno. Tu dejstvo je, da ni Coulomb odboj, zato je površinska energija skuša ohraniti nevtron zaradi staršev. Kljub temu, da se včasih zgodi. Na primer, cepitev fragmenta Br ⁹⁰ prvega beta-razpada daje kriptonsko-90, ki se lahko nahajajo v vzbujeno stanje dovolj energije za premagovanje površinske energije. V tem primeru lahko pride do nevtronsko sevanje neposredno tvorijo kriptona-89. Ta isobars je še vedno nestabilen v zvezi z beta-razpada še ni šel v stabilno itrij-89, tako da je kripton-89 razdeljen na tri faze.

Uran cepitev: Verižna reakcija

Nevtronov oddajajo reakcija cepljenja se lahko absorbira druge matične-jedra, ki je potem podvržen Samoinduktivan cepitev. V primeru urana-238 tri nevtroni, ki izhajajo iz z energijami manj kot 1 MeV (katerih energija sprosti v cepitve jedra urana - 158 MeV - večinoma pretvorijo v kinetično energijo razpada fragmentov), tako da ne more povzročiti nadaljnjo delitev tega radionuklida. Vendar, če se znatno koncentracijo redkih izotopa U ²³⁵ ti prosti nevtroni lahko ujeli jeder ²³⁵ U, da lahko dejansko povzroči dekolte, saj v tem primeru ne obstaja energija prag, pod katerim se delitev ne povzroča.

To načelo verižna reakcija.

Vrste jedrskih reakcijah

Naj k - število nevtronov proizvedenih v vzorcu z cepljivih snovi v koraku n verige, deljeno s številom nevtronov, proizvedenega v fazi n - 1. bo to število je odvisno od števila nevtronov, proizvedenih v stopnji n - 1, se absorbira v jedru, ki je lahko opravijo inducirane cepitev.

• Če k <1 o je verižna reakcija je zgolj iz pare in postopek se zelo hitro ustavi. To je tisto, kar se zgodi v naravnem urana, v katerih je ^{koncentracija 235} U tako majhna, da je verjetnost absorpcije nevtronov tega izotopa zelo zanemarljiva.

• Če je k> 1, se bo verižna reakcija še naprej rasla, dokler vse cepljivih snovi ne bomo uporabljali (atomska bomba). To se doseže z obogati naravne rude, da dobimo dovolj visoko koncentracijo urana-235. Sferičnih vrednostjo vzorca kv poveča z verjetnostjo absorpcije nevtronov, ki je odvisna od polmera krogle. Zato mora U masa presega določeno kritično maso do cepitve urana (verižne reakcije) lahko pride.

• Če je k = 1, potem je nadzorovana reakcija. To se uporablja v jedrskih reaktorjih. Postopek je pod nadzorom porazdelitve urana palice kadmija ali bor, ki absorbirajo večino nevtronov (ti elementi so sposobni zajemanje nevtronov). Delitev jeder urana se s premikanjem droga, tako da se k vrednosti ostaja enaka enem avtomatsko krmiljeno.