Lõhustumine uraani tuumade. Ahelreaktsiooni. Protsessi kirjeldus

Vahesein tuum - raske aatomi lõikamise kaheks fragmendiks ligikaudu võrdse kaaluga, millele järgnes vabanemise suurel hulgal energiat.

Avastus tuumalõhustumise algust uue ajastu - "aatomi vanus". Potentsiaali kasutusvõimaluste ja tasakaalu ohtu kasu selle kasutamist, mitte ainult tekitas palju sotsioloogilisi, poliitilisi, majanduslikke ja teaduslikke saavutusi, vaid ka tõsine probleem. Isegi puhtalt teaduslikust vaatepunktist tuumalõhustusreaktori protsessi loodud suur hulk mõistatusi ja komplikatsioone ja täielik teoreetiline selgitus on see asi tulevikus.

Jagamine - kasulik

seoseenergia (per Nucleon) erinevad eri tuumades. Raskemad on madalam seondumisenergiat kui asub keset perioodilise tabeli.

See tähendab, et raskete tuumade milles aatomite arv üle 100, eelistatult jagatuna kaheks väiksemaks fragmendid, vabastades seeläbi energiat, mis muundatakse kineetiline energia fragmendid. Seda protsessi nimetatakse lõikamise aatomi tuuma.

Kooskõlas stabiilsuse kõver, mis näitab sõltuvust prootonite arv alates Stabiilne isotoop neutronite raskemad tuumas eelistavad suurema arvu neutroneid (võrreldes prootonite arv) kui kergemad. See näitab, et lisaks lõikamise protsess väljutab mõned "vaba" neutronid. Lisaks on nad ka üle võtta mõned vabanevat energiat. Uuring lõhustumise uraani aatomid näitas, et see tekitab neutronite 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3n.

Aatomnumbrile (ja aatommassist) fragmendi ei ole võrdne poolega aatommassist lähtemetaboliitidest. Erinevus masside aatomit tulemusena moodustatud äralõikamiskiirus on tavaliselt umbes 50. Kuid selle põhjus ei ole veel päris selge.

Sideme energia ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br ja ⁹⁰ on 1803, 1198 ja 763 MeV võrra. See tähendab, et energia vabaneb uraani lõhustumise võrdne 1198 + 158 = 763-1803 MeV reaktsioonist saadud.

spontaanne lõhustumine

spontaanne lõikamise teatakse looduses, kuid nad on väga haruldased. Keskmine eluiga selles protsessis on umbes 10 ^{17 ja} näiteks keskmine eluiga alfa-lagunemisel radionukliidi on umbes 10 ^11.

Selle põhjuseks on see, et selleks, et eraldada kaheks osaks, tuum peab kõigepealt deformeeru (stretch) lahust ellipsoidpeegeldiga kujul ja seejärel, enne lõplikku lõhustamine kaheks fragmendiks moodustada "kaela" keskelt.

tõkke

Deformeerunud keskmes kaks jõudu. Üks neist - suurenenud pinnaenergia (pindpinevus vedeliku tilku selgitab selle kerakujulised) ja teine - Coulomb'i tõukumise vahel kildtuumad. Koos nad tekitavad tõkke.

Nagu puhul alfalagunemine esine Spontaanne lõhustumine uraani aatomituumadega fragmendid peab ületama selle barjääri abil Tunneliefekt. Barjäär on umbes 6 MeV, nagu see on alfa-lagunemisel, kuid tõenäosus tunneldamiseks α-osakesed on tunduvalt suurem kui palju raskemad toote lõikamise aatom.

sunnitud lagunemise

Palju tõenäolisem on põhjustatud lõhustumine uraani tuumade. Sel juhul vanema tuumas kiiritatakse neutronit. Kui vanem ta neelab, siis nad on kohustatud vabastama seoseenergia kujul võnkesagedust, mis võib ületada 6 MeV lahendamiseks on vaja tõkke.

Kui täiendav neutron energia ei piisa, et ületada tõkke, vahejuhtum neutron peab olema vähemalt kineetiline energia, et oleks võimalik indutseerida lõikamise aatomi. Juhul ²³⁸ U täiendavaid neutron seondumisenergiat puudu umbes 1 MeV. See tähendab, et lõhustumine uraani tuumade indutseeritud ainult neutronite kineetiline energia on suurem kui 1 MeV. Teiselt poolt, ²³⁵ U isotoop on üks paardumata neutron. Kui tuum neelab täiendava moodustab see koos sellega paar ning täiendavat siduvat energia on selle tulemusena sidumist. Sellest piisab, et vabastada kuluva energia vältida võimalikku barjääri tuumas ja jagunemist isotoope esines kokkupõrkel tahes neutron.

Beetakiirgus

Hoolimata asjaolust, et lõhustumise reaktsiooni eraldub kolm või neli neutronite fragmendid sisaldavad veel rohkem neutroneid kui nende stabiilse isobars. See tähendab, et lõhustumise fragmendid on üldiselt ebastabiilse suhtes Beetakiirgus.

Näiteks, kui seal on jaotus tuumas uraani ²³⁸ U, stabiilne isobars A = 145 ¹⁴⁵ on neodüüm Nd, mis tähendab, et fragment lantaan La ¹⁴⁵ lõheneb kolmeks etapiks, iga kord kiirates elektroni ja neutriino kuni Stabiilne isotoop on moodustatud. Stabiilne isobars A = 90 ⁹⁰ on tsirkooniumi Zr, nii lõhustumisfragmenti bromo Br ⁹⁰ jaguneb viiest etapist ahela β-lagunemine.

Need ahela β-lagunemise paisata lisaenergiat, mis viiakse ära peaaegu kogu elektroni ja neutriino.

Tuuma reaktsioonid: lõhustumine uraani

Otsene isotoobi alates Neutronkiirguse liiga suur hulk neid, et tagada stabiilsust tuumas on ebatõenäoline. Siin on, et ei ole Coulomb vastumeelsust, ja nii pinna energia kipub jääma neutron tänu lapsevanem. Siiski mõnikord juhtub. Näiteks lõhustumise fragment Br ⁹⁰ esimeses beeta-lagunemise toodab krüptooni-90, mis võib paikneda ergastatud olekus piisavalt energiat, et ületada pinnaenergia. Sel juhul neutronkiirgus võib otse moodustamaks krüptooni-89. See isobars on endiselt ebastabiilne seoses beeta-lagunemise ei ole veel minema stabiilne ütrium-89, nii et krüptoon-89 on jagatud kolme etappi.

Uraani lõhustumise: ahelreaktsiooni

Neutronit kiiratakse lõhustamisreaktsiooni saaks imbuda teise vanemaga-tuumas mis läbib seejärel isepõhjustatud lõhustumise. Juhul uraan-238 kolme neutronite mis tekivad läbi energiate alla 1 MeV (energia vabaneb lõhustumise uraani tuum - 158 MeV - enamasti muundada kineetilist energiat lõhustamine fragmendid), nii et nad ei saaks tekitada edasise jagamise käesoleva nukliidile. Siiski, kui märkimisväärne kontsentratsioon haruldaste isotoobi U ²³⁵ neist vaba neutronit võimalik koguda tuumades ²³⁵ U, siis võib tegelikult põhjustada lõhustumise kuna sel juhul ei ole energiat piiri, millest allpool jagunemist ei indutseeritud.

Sel põhimõttel ahelreaktsiooni.

Tüübid tuumareaktsiooni

Olgu k - neutronite arv toodetud proovis lõhustuva materjali etapis n Ahela arvuga neutronite toodetud etapil n - 1. Seda arvu sõltub neutronite arv toodetud etapis n - 1, imenduvad tuum, mis võib läbi teha induced lõhustumise.

• Kui k <1, ahelreaktsiooni on lihtsalt välja auru ja protsessi peatub väga kiiresti. Nii juhtub looduslikus Uraanimaagi, milles ^{kontsentratsioon 235} U on nii väike, et tõenäosus imendumist neutron käesoleva isotoop on äärmiselt tühine.

• Kui k> 1, ahelreaktsiooni jätkab kasvamist niikaua kõik lõhustuva materjali ei kasutata (tuumapomm). See saavutatakse rikastav maagist Piisavalt kõrge kontsentratsiooniga uraan-235. Sfäärilise prooviväärtuse k suureneb tõenäosus neutronite neeldumise, mis on sõltuv sfääri raadius. Seetõttu U kaal peab ületama teatud kriitiline mass lõhustumine uraani (ahelreaktsiooni) võiks toimuda.

• Kui k = 1, siis on kontrollitud reaktsioon. Seda kasutatakse tuumareaktorites. Protsessi juhitakse jaotus uraani latid kaadmiumi või boori, mis neelavad kõige neutronite (need elemendid on võimeline talletama neutronite). Vahesein uraani südamikud see automaatselt kontrollitud liigutades varrast nii, et k väärtus jääb võrdne ühega.