Dalijimasis urano branduolių. Grandininė reakcija. Aprašymas proceso

Dalijant šerdį - sunkiųjų atomą padalintas į du fragmentus apytikriai vienodo svorio, o po to išlaisvinimo didelio kiekio energijos.

Branduolių dalijimosi pradžios naujos eros atradimas - "atominis amžius". Jos galimo panaudojimo ir rizikos balanso potencialą naudos iš jo naudojimo, o ne tik sukėlė į sociologinių, politinių, ekonominių ir mokslinių pasiekimų daug, bet taip pat yra rimta problema. Net grynai moksliniu požiūriu, branduolinė dalijimosi procesui sukūrė daug dėlionių ir komplikacijų, ir visiškai teorinis paaiškinimas Tai yra ateities dalykas.

Dalijimasis - naudinga

ryšio energija (už nukleonu) skiriasi skirtingų branduolių. Sunkesni turėti mažesnį surišimo energijos nei, kad esantis periodinės lentelės viduryje.

Tai reiškia, kad sunkieji branduoliai, kurioje atominis skaičius didesnis nei 100 C, geriau nuo padalintas į dvi mažesnius fragmentus, ir taip išlaisvinti energiją, kuri yra paverčiama kinetine energija iš fragmentų. Šis procesas vadinamas padalijimas atominės branduolys.

Pagal stabilumo kreive, kuris rodo, kad protonų stabiliomis radionuklidų neutronų sunkesni branduolys nori didesnį skaičių neutronų skaičius priklausomybę (palyginti su protonų skaičius) nei lengvesni. Tai rodo, kad kartu su suskaidymo procese bus skleidžiamas keletą "atsarginių" neutronus. Be to, jie taip pat perims kai energijos išleistas. Tyrimas dalijimosi urano atomų parodė, kad tai generuoja neutronų 3-4: U → ^{238 145 90} TA + Br + 3N.

Atominis skaičius (ir atominės masės) fragmento yra ne lygus pusei atominės masės vieno iš tėvų. Skirtumas tarp atomų susidaro kaip skilimo rezultatas mases paprastai yra apie 50. Tačiau dėl šios priežasties dar nėra visiškai aišku.

Privalomas energijos ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br ir ⁹⁰ yra 1803, 1198 ir 763 MeV atitinkamai. Tai reiškia, kad energija yra išleistas urano dalijimosi vienodą 1198 + 158 = 763-1803 MeV gautas reakcijos.

spontaniškas dalijimasis

spontaniški trupinimo procesai yra žinoma pobūdžio, tačiau jie yra labai reti. Vidutinė gyvenimo šio proceso yra apie 10 ^17, ir, pavyzdžiui, vidutinis gyvenimo alfa-irimo radionuklido yra apie 10 ¹¹ -ai.

Dėl šios priežasties yra tai, kad, siekiant atskirti į dvi dalis, pagrindinė pirmiausia turi atlikti deformacijos (ruožas) į yra elipsoidinį forma, ir tada, prieš galutinį skilimo į dvi fragmentų suformuoti "kaklo" viduryje.

potencialios kliūtys

Į deformuoti narė, kuri dviejų jėgų šerdies. Vienas iš jų - didesnį paviršiaus energijos (paviršiaus įtemptis skystų lašelių paaiškina savo sferinę formą), o kitas - Kulonas Repulsja tarp skilimo fragmentų. Kartu jie gamina potencialų barjerą.

Kaip ir alfa irimo atveju, kad įvyktų spontaniškai dalijimosi urano atomo branduolių, fragmentai turi įveikti šį barjerą priemonėmis kvantinės tuneliavimo. Barjeras yra apie 6 MeV, kaip alfa-irimo atveju, bet tuneliavimas a-dalelių tikimybė yra žymiai didesnė negu daug stipriau produktas suskaidymo atomo.

priversti degradacija

Daug labiau tikėtina, yra sukeltas dalijimosi urano branduolių. Šiuo atveju, patronuojanti branduolys apšvitinti su neutronais. Jeigu vienas iš tėvų jis sugeria, tada jie privalo išleisti privalomą energiją vibracinės energijos forma, kuri gali viršyti 6 MeV, reikalingų įveikti galimą kliūtį.

Kur Papildoma neutronų energijos nepakanka įveikti potencialiai barjerą, incidentas neutronų turi turėti minimalų kinetinę energiją tam, kad būtų galima sukelti atomo skilimą. Per ²³⁸ U Papildoma neutronų privalomą energijos atveju nėra apie 1 MeV. Tai reiškia, kad urano branduolių skilimo sukeltas tik neutronus su kinetinės energijos didesnis nei 1 MeV. Kita vertus, ²³⁵ U izotopų turi vieną nesuporuotą neutronų. Kai branduolys sugeria papildoma, ji sudaro su juo pora ir papildomas ryšio energija yra šio ryšio porą rezultatas. Tai pakankamai išleisti energijos kiekį, reikalingą įveikti galimą barjerą branduolio ir izotopų įvyko susidūrus su bet Neutronas padalinys.

beta skilimas

Nepaisant to, kad dalijimosi reakcija yra skleidžiamos trijų ar keturių neutronų, fragmentai vis dar yra daugiau neutronų, nei jų stabilių isobars. Tai reiškia, kad skilimo fragmentai yra paprastai nestabili atžvilgiu beta irimo.

Pavyzdžiui, kai yra iš urano ²³⁸ U branduolio padalinys, stabilios isobars su A = 145 ¹⁴⁵ yra neodimio Nd, tai reiškia, kad fragmentas lantano La ¹⁴⁵ sašķīdīšot trimis etapais, kiekvieną kartą, kai pagal aktyvieji elektroną ir Neutrino iki stabilios nuklidui yra suformuotas. Stabilios isobars su A = 90 ⁹⁰ yra cirkonio Zr, todėl skaldymas fragmentas bromo Br ⁹⁰ sašķīdīšot penki etapai grandinės beta-irimo.

Šie grandinės β-skilimo išmeta papildomą energijos, kuri yra išvarė beveik visi elektronų ir neutrino.

Branduolinės reakcijos: dalijimasis urano

Tiesioginis nuklidų iš neutronų spinduliuotės per daug iš jų, siekiant užtikrinti iš branduolio stabilumas yra mažai tikėtinas. Čia yra ta, kad nėra Kulono stūma, todėl paviršius energijos linkęs išlaikyti neutronų dėl tėvų. Nepaisant to, kartais atsitinka. Pavyzdžiui, dalijimosi fragmentas Br ⁹⁰ pirmoje beta-irimo gamina kriptoną-90, kuris gali būti tokioje sužadinimo būsenos pakankamai energijos įveikti paviršiaus energiją. Tokiu atveju gali atsirasti neutronų spinduliuotė tiesiogiai suformuoti kriptonas-89. Šis isobars vis dar nestabili, susijusių su beta-skilimas dar eiti į stabilią itrio-89, taip, kad kriptonas-89 yra padalintas į tris etapus.

Urano dalijimosi: grandininė reakcija

išmetami į skilimo reakcijos neutronus gali būti absorbuojamas kitos patronuojančios-branduolio, kuris po to paties sukeltą dalijimosi. Į urano-238 trijų neutronų, kurie atsiranda iš su energijos mažiau nei 1 MeV (Energijos išleistas urano branduolys dalijimosi - 158 MeV - daugiausia buvo konvertuotos į kinetinės energijos skilimo fragmentų) atveju, todėl jie negali sukelti tolesnį pasidalijimą šio radionuklido. Tačiau, jei didelė koncentracija retas izotopas U ²³⁵ šių nemokamų neutronai gali būti perimta iki ²³⁵ U branduolių, jis gali iš tikrųjų sukelia skilimo, nes šiuo atveju nėra energijos riba, žemiau kurios padalinys yra ne sukeltas.

Tai yra principas grandininė reakcija.

Tipai branduolinių reakcijų

Leisti k - neutronų skaičius, pagamintų iš daliosios medžiagos pakopoje n grandinės mėginio, padalintas iš neutronų, pagamintų etape n skaičius - 1. Šis skaičius priklausys nuo neutronų stadijoje gauto n skaičius - 1, sugeria šerdies, kuri gali atlikti sukeltas dalijimosi.

• Jei K <1 įjungtas, grandininė reakcija yra tiesiog iš garo ir procesas sustos labai greitai. Tai, kas vyksta natūralus urano rūda, ^{kurioje 235} U koncentracija yra toks mažas, kad absorbcijos neutronas tai izotopų tikimybė yra labai nedidelė.

• Jei k> 1, grandininę reakciją ir toliau augti tol, kol visas skiliųjų medžiagų nebus naudojamas (atominę bombą). Tai pasiekiama praturtinti gamtos rūda gauti pakankamai didelės koncentracijos urano-235. Sferinės Pavyzdžio vertės k didėja su neutronų absorbcijos tikimybė, kuris yra priklausomas nuo su sferos spinduliu. Todėl U svoris turi viršyti tam tikrą critical mass į dalijimosi urano (grandininė reakcija) gali atsirasti.

• Jei k = 1, tada yra kontroliuojama reakcija. Jis naudojamas branduoliniuose reaktoriuose. Procesas yra kontroliuojamas paskirstymą tarp urano strypų kadmio arba boro, kurie absorbuoja dauguma neutronų (šie elementai yra galima užfiksuoti neutronus). Dalijant urano šerdys jis automatiškai kontroliuojamas juda lazdele taip, kad k vertė lieka lygus vienetui.