Fisie van uraan kerne. Kettingreaksie. Beskrywing van die proses

Verdeel die kern - 'n swaar atoom verdeel in twee fragmente van ongeveer gelyke gewig, gevolg deur bevryding van 'n groot bedrag van energie.

Die ontdekking van kernsplyting begin van 'n nuwe era - "atoom ouderdom". Die potensiaal van die moontlike gebruike en die balans van risiko om voordeel te trek uit die gebruik daarvan, het nie net aanleiding gee tot 'n baie sosiologiese, politieke, ekonomiese en wetenskaplike prestasies nie, maar ook 'n ernstige probleem. Selfs vanuit 'n suiwer wetenskaplike oogpunt, die kernsplyting proses het 'n groot aantal van legkaarte en komplikasies, en 'n volledige teoretiese verduideliking vir dit is 'n ding van die toekoms.

Deel - voordelig

bindingsenergie (per nukleoon) verskil in verskillende kerne. Swaarder 'n laer bindende energie as wat geleë in die middel van die periodieke tabel.

Dit beteken dat swaar kerne waarin die atoom getal groter as 100, voordelig verdeel in twee kleiner fragmente, en sodoende energie wat omgeskakel word na kinetiese energie van die fragmente vrystelling. Hierdie proses staan bekend verdeel atoomkern.

In ooreenstemming met die stabiliteit kurwe, wat die afhanklikheid van die aantal protone van stabiele nukliede vir neutron swaarder kern verkies om 'n groter aantal neutrone toon (in vergelyking met die aantal protone) as ligter. Dit dui daarop dat bykomend tot die verdeling proses sal vrygestel word 'n paar "spaar" neutrone. Daarbenewens sal hulle ook oor te neem 'n paar van die energie wat vrygestel word. Studie fisie van uraan atome het getoon dat hierdie genereer 'n neutron 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3n.

Die atoomgetal (en die atoommassa) van die fragment is nie gelyk aan die helfte van die atoommassa van die ouer. Die verskil tussen die massas van atome gevorm as gevolg van cleavage is gewoonlik sowat 50. Die rede hiervoor is nog nie heeltemal duidelik.

Die bindende kragte van ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br en ⁹⁰ is 1803, 1198 en 763 MeV onderskeidelik. Dit beteken dat energie vrygestel uraan fisie gelyke 1198 + 158 = 763-1803 MeV as gevolg van die reaksie.

spontane fisie

spontane verdeel prosesse is bekend in die natuur, maar hulle is baie skaars. Die gemiddelde leeftyd van hierdie proses is ongeveer 10 ^17, en, byvoorbeeld, die gemiddelde leeftyd van alfa-verval van die radionuklied is ongeveer 10 ^11.

Die rede hiervoor is dat dit in orde om te skei in twee dele, die kern moet eers vervorming (rek) in 'n ellipsoidale vorm ondergaan, en dan, voor finale cleavage in twee fragmente vorm 'n "nek" in die middel.

potensiaal versperring

In die misvormde staat by die kern van twee kragte. Een van hulle - die verhoogde oppervlak energie (oppervlakspanning van die vloeistof druppels verduidelik sy sferiese vorm), en die ander - die Coulomb afstoting tussen die fisie fragmente. Saam produseer hulle die potensiaal versperring.

Soos in die geval van alfaverval aan spontane fisie van uraan atoomkerne voorkom, moet die fragmente hierdie versperring deur middel van kwantum tunneling oorkom. Die versperring is ongeveer 6 MeV, soos in die geval van alfa-verval, maar die waarskynlikheid van tunneling van α-deeltjies is aansienlik groter as die veel swaarder produk verdeel atoom.

gedwing agteruitgang

Veel meer geneig is veroorsaak fisie van uraan kerne. In hierdie geval, is die ouer kern bestraal met neutrone. As 'n ouer dit absorbeer, dan is hulle verplig om die bindingsenergie vry te stel in die vorm van vibrasie-energie wat kan meer as 6 MeV wat nodig is om die potensiaal versperring te oorkom.

Waar addisionele neutron energie is nie genoeg om die potensiaal versperring te oorkom, moet die voorval neutron 'n minimum kinetiese energie hê om in staat wees om die verdeling van die atoom te oorreed. In die geval van ²³⁸ U bykomende neutron bindende energie ontbreek ongeveer 1 MeV. Dit beteken dat die splyting van uraan kerne veroorsaak net neutrone met 'n kinetiese energie groter as 1 MeV. Aan die ander kant, die ²³⁵ U isotoop het een ongepaarde neutron. Wanneer 'n kern absorbeer bykomende, vorm dit met dit 'n paar en 'n bykomende binding energie is 'n gevolg van hierdie paring. Dit is voldoende om die hoeveelheid energie wat nodig is om die potensiaal versperring van die kern en die verdeling van isotope plaasgevind in 'n botsing met 'n neutron oorkom vry te stel.

betaverval

Ten spyte van die feit dat die fisie reaksie vrygestel deur drie of vier neutrone, fragmente bevat nog meer neutrone as hul stabiele isobare. Dit beteken dat die cleavage fragmente is oor die algemeen onstabiel ten opsigte van betaverval.

Byvoorbeeld, wanneer daar is 'n afdeling van die kern van uraan ²³⁸ U, stabiele isobare met A = 145 ¹⁴⁵ is neodymium Nd, wat beteken dat die fragment lantaan La ¹⁴⁵ split in drie fases, elke keer deur elektron en 'n neutrino uitstraal tot 'n stabiele nuklied gevorm word. Stabiele isobare met A = 90 ⁹⁰ is sirkonium Zr, so cleavage fragment Bromo Br ⁹⁰ split in vyf stadiums ketting β-verval.

Hierdie ketting β-verval uitstraal ekstra energie wat weg byna gedryf al die elektron en 'n neutrino.

Kernreaksies: fisie van uraan

Direkte nuklied van neutron bestraling met te groot aantal van hulle om te verseker dat die stabiliteit van die kern is onwaarskynlik. Hier is die punt is dat daar geen Coulomb afstoting, en so die oppervlak energie is geneig om die neutron as gevolg van die ouer te behou. Tog gebeur dit soms. Byvoorbeeld, splyting fragment Br ⁹⁰ in die eerste beta-verval produseer 'n kripton-90, wat kan geleë wees in 'n opgewekte toestand met genoeg energie om die oppervlak energie te bowe te kom. In hierdie geval kan die neutron bestraling direk voor 'n kripton-89 vorm. Dit isobare is nog steeds onstabiel ten opsigte van beta-verval het nog nie in die stal yttrium-89, sodat die kripton-89 is verdeel in drie fases.

Uranium fisie: Kettingreaksie

Neutrone uitgestraal in die cleavage reaksie geabsorbeer kan word deur die ander ouer-kern, wat dan ondergaan self-geïnduseerde fisie. In die geval van uraan-238 drie neutrone, wat uit ontstaan met energie minder as 1 MeV (die energie wat vrygestel word in die splyting van uraan kern - 158 MeV - meestal omskep in kinetiese energie cleavage fragmente), sodat hulle kan 'n verdere verdeling van hierdie nuklied veroorsaak nie. Maar, as 'n beduidende konsentrasie van die seldsame isotoop U ²³⁵ hierdie gratis neutrone kan vasgelê word deur die kerne van ²³⁵ U, dit kan eintlik veroorsaak cleavage, aangesien in hierdie geval is daar geen energie drumpel hieronder wat die verdeling nie geïnduseer.

Dit is die beginsel kettingreaksie.

Tipes kernreaksies

Laat k - aantal neutrone wat in 'n monster van die splijtstoffen in stap N van die ketting, gedeel deur die aantal neutrone wat in fase N - 1. Hierdie getal sal afhang van die aantal neutrone wat in stap N - 1, geabsorbeer word deur die kern, wat kan Induced fisie ondergaan.

• As k <1 op die kettingreaksie is eenvoudig uit stoom en die proses sal baie vinnig te stop. Dit is wat gebeur in die natuurlike uraan erts, waarin die konsentrasie ^{van 235} U is so klein dat die waarskynlikheid van absorpsie van 'n neutron hierdie isotoop is uiters gering.

• As k> 1, sal die kettingreaksie voortgaan om te groei solank as wat al die splijtstoffen sal nie gebruik word (die atoombom). Dit word bereik deur te verryk natuurlike erts om 'n voldoende hoë konsentrasie van uraan-235 te verkry. Vir sferiese monster waarde k verhoog met die waarskynlikheid van neutron opname, wat afhanklik is van die radius van die sfeer. Daarom moet U gewig 'n sekere kritieke massa te fisie van uraan (kettingreaksie) oorskry kan voorkom.

• As k = 1, dan is daar 'n beheerde reaksie. Dit word gebruik in kernreaktors. Die proses word beheer verspreiding onder uraan latte van kadmium of boor, wat die grootste deel van die neutrone te absorbeer (hierdie elemente is in staat om van die opneem van neutrone). Verdeel uraan cores dit outomaties beheer word deur die verskuiwing van die stok sodat die k waarde gelyk aan een bly.