Fission á úran kjarna. Keðjuverkun. Lýsing á ferlinu

Aðgerð að skilja Core - mikið atom að skiptast í sér tvð brot sem um það bil jafn þyngd, fylgt eftir frelsun á miklu magni af orku.

The uppgötvun af kjarnasamruna upphaf nýs tímabils - "lotukerfinu aldur". Hugsanleg hugsanlega notkun hennar og jafnvægi á áhættu að njóta góðs af notkun þess, ekki aðeins gaf tilefni til a einhver fjöldi af félagsfræðilegum, pólitískum, efnahagslegum og vísindalegum afrekum, en einnig alvarleg vandamál. Jafnvel frá eingöngu vísindalegu sjónarmiði, að kjarnaklofnun aðferð skapað fjölda þrautir og fylgikvillum, og heill fræðilega skýring fyrir það er a hlutur af the framtíð.

Sharing - jákvæð

binding orku (hverrar kjarneindar) eru mjög mismunandi í mismunandi kjarna. Þyngri hafa lægri bindandi orku en það er staðsett í miðju lotukerfinu.

Þetta þýðir að þungir kjarnar þar sem Atomic tölu hærri en 100, á hagkvæman hátt skipt í tvo smærri brot, þannig losar orka sem er umbreytt í hreyfiorku sem er þessum brotum. Þetta ferli er kallað kljúfa frumeindakjarni.

Í samræmi við boglínunni, sem sýnir háður fjölda róteinda úr stöðugum í kjarnategunda fyrir nifteind, sem vega meira kjarni kjósa nifteindir (miðað við fjölda róteinda) en þeir sem léttari. Þetta bendir til þess að til viðbótar við skerandi ferli verður losuð sumir "vara" nifteindir. Þar að auki, þeir munu einnig taka yfir hluta af orkunni út. Study fission af úran frumeinda sýndi að þessi býr til nifteind 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3n.

Sætistölu (og atómmassanum) tengistöðu hlutans er ekki jafngildir helmingi atómmassanum þess foreldris. Munurinn á milli helling af atómum myndast vegna klofnings er yfirleitt um 50. Hins vegar er ástæða fyrir þessu er ekki enn alveg ljóst.

Um bindiorku ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br og ⁹⁰ eru 1803, 1198 og 763 MeV í sömu röð. Þetta þýðir að orka losnar úran klofna jafnar 1198 + 158 = 763-1803 MeV sem leiðir af hvarfinu.

skyndileg fission

ósjálfráð splitting ferli eru þekkt í náttúrunni, en þeir eru mjög sjaldgæfir. Meðallíftími af þessu ferli er um það bil 10 ^17, og, til dæmis, að meðaltali líftíma alfa-rotnun á radionuclide um 10 ¹¹ s.

Ástæðan fyrir þessu er að í því skyni að aðskilja í tvo hluta, kjarninn verður fyrst að gangast undir aflögun (teygja) í sporbaugslaga formi, og þá, áður en endanleg cleavage í tvo búta mynda "háls" í miðju.

hugsanlega hindrun

Í vansköpuð ríki í kjarna krafta. Einn af þeim - að aukin yfirborðsorku (yfirborðsspenna fljótandi dropar skýrir kúlulaga lögun sinni), og hitt - að Coulomb fráhrindingin milli fission brotum. Saman þeir framleiða hugsanleg hindrun.

Eins og í um er að ræða Alfa- að eiga sér stað skyndileg fission á úran lotukerfinu kjarna, the brotanna að sigrast á þessari hindrun eftir leiðum skammtafræði göng. The hindrun er um 6 MeV, eins og í tilviki úr alfa-rotnun, en líkur á göng of a-agnir er töluvert meiri en miklu þyngri vöru skiptiskrefi atóm.

neyðist niðurbrot

Miklu líklegra er framkölluð fission á úran kjarna. Í þessu tilviki, foreldri kjarni er geislað með nifteindum. Ef foreldri það gleypir, þá eru þeir bundnir til að losa bindandi orku í formi titringi orku sem hægt er að fara yfir 6 MeV þarf að sigrast á hugsanlega hindrun.

Þar til viðbótar nifteind orka er ekki nóg til að sigrast á hugsanlega hindrun, atvikið nifteind hafa amk hreyfiorku til að vera fær um að framkalla skipta um atóm. Í tilviki ²³⁸ U viðbótar nifteind bindandi orku vantar um 1 MeV. Þetta þýðir að fission á úran kjarna völdum aðeins nifteindir og með hreyfiorku meiri en 1 MeV. Á hinn bóginn er ²³⁵ U samsæta er eitt stakt nifteind. Þegar kjarni gleypir viðbótar, myndar það með það í nokkra og til viðbótar bindandi orka er afleiðing af þessari pörun. Þetta er nóg til að gefa út magn af orku sem þarf til að sigrast á hugsanlega hindrun kjarnans og skiptingu samsætum átti sér stað í árekstri við hvaða nifteind.

beta rotnun

Þrátt fyrir þá staðreynd að fission viðbrögð eru losuð af þremur eða fjórum nifteindir, brot innihaldið enn fleiri nifteindir en stöðugar isobars þeirra. Þetta þýðir að hætti klofnun brot eru almennt óstöðugir með tilliti til beta rotnun.

Til dæmis, þegar það er deild þar fyrir kjarna úr úran ²³⁸ U, stöðugar isobars með A = 145 ¹⁴⁵ er Neodymium Nd, sem þýðir að búturinn lanthanum La ¹⁴⁵ skiptist í þrjú þrep í hvert sinn sem leiða rafeindatogandi og fiseind þar til stöðugu kjarnategundarinnar er mynduð. Stöðugt isobars með A = 90 ⁹⁰ er sirkon Zr, svo cleavage bútur bróm Br ⁹⁰ kljúfa í fimm stig keðja P-rotnun.

Þessar keðjur β-rotnun losa auka orku sem fer í burtu næstum alla rafeindarinnar og fiseind.

Kjarnahvörf: fission á úran

Bein kjarnategundarinnar úr nifteind geislun með of miklum fjölda þeirra til að tryggja stöðugleika kjarnans er ólíklegt. Hér er málið að það er ekkert Coulomb fráhrindingin, og svo yfirborð orku hefur tilhneigingu til að halda nifteind vegna foreldris. Engu að síður, það gerist stundum. Til dæmis, fission bútur Br ⁹⁰ í fyrsta beta-rotnun framleiðir krypton-90, sem kunna að vera staðsett í orkuríks ástand með orku sem nægir til að sigrast á yfirborðsorku. Í þessu tilviki er nifteind geislun getur komið beint að mynda krypton-89. Þessi isobars er enn óstöðugt með tilliti til beta-hrörnun hefur ekki enn farið í stöðugri yttríns-89, þannig að krypton-89 er skipt í þrjú stig.

Úran fission: Chain Reaction

Nifteindir losuð í klofningsstaðinn hvarf getur frásogast í hinu foreldri-kjarnans, sem síðan umbrotnar sjálf-völdum fission. Í tilviki úran-238 þriggja nifteinda, sem koma fram með orku minna en 1 MeV (orkan út í fission á úran kjarna - 158 MeV - aðallega breytt í hreyfiorku Cleavage brotum), svo að þeir geta ekki valdið frekari skiptingu þessa kjarnategundarinnar. Hins vegar, ef veruleg styrkur sjaldgæfur samsætu U ²³⁵ þessir frjáls nifteindir geta verið tekin af kjarna ²³⁵ U, það getur í raun valdið klofnun, þar sem í þessu tilfelli er engin orka þröskuldur fyrir neðan þar sem skipting er ekki af völdum.

Þetta er reglan keðjuverkun.

Tegundir kjarnahvörfum

Látum k - mörgum nifteindum sem framleitt er í sýni af þeirri fissile efni í skrefi n af keðjunni, deilt með fjölda nifteindir sem er framleidd er í þrepi n - 1. Þessi fjöldi mun ráðast á fjölda nifteinda sem framleidd eru í skrefi n - 1, eru tekin upp af kjarna, sem getur gengist undir af völdum fission.

• Ef k <1 á, er keðjuverkun er einfaldlega út af gufu og ferlið mun hætta mjög fljótt. Þetta er það sem gerist í náttúrunni úran málmgrýti, þar sem ^{styrkur 235} U er svo lítið að líkurnar á upptöku af nifteind þetta samsæta er mjög hverfandi.

• Ef K> 1, keðjuverkun mun halda áfram að vaxa eins lengi og allar fissile efni verður ekki notuð (á kjarnorkusprengju). Þetta er gert með því að auðga náttúrulega málmgrýti til að fá fram nægilegrar þéttni úran-235. Fyrir kúlulaga úrtaksgildi k eykst með líkur á nifteind frásog, sem er háð radíus kúlunnar. Því U þyngd skal vera ákveðna burði til fission á úran (keðjuverkun) getur komið fram.

• Ef k = 1, þá er það með stýrðri viðbrögð. Það er notað í kjarnaofnum. Ferlið er stjórnað dreifingu milli úran stöngum kadmíumflæði eða bór, sem gleypa mest af nifteindir (þessir þættir eru fær um að handtaka nifteindir). Skipta úran algerlega það er sjálfkrafa stjórnað með því að færa stöngina þannig að K gildi er jafnt einum.