Fisio de kernoj. Ĉeno reago. Priskribo de la procezo

Dividante la kernon - peza atomo forkiĝanta en du fragmentoj de proksimume egala pezo, sekvita de liberigo de granda kvanto de energio.

La malkovro de nuklea fisio komenco de nova epoko - "atoma aĝo". La potencialo de lia ebla uzoj kaj la ekvilibron de risko por profitigi de lia uzo, ne nur kaŭzis multajn sociologia, politika, ekonomia kaj scienca atingoj, sed ankaŭ grava problemo. Eĉ de simple nur scienca vidpunkto, la fisio procezo kreis grandan nombron de puzzles kaj komplikaĵoj kaj kompletan teorian eksplikon ĉar tio estas aĵo de la estonteco.

Sharing - utilaj

energio de ligo (po nukleono) malsamas en malsamaj kernoj. Pezaj havas pli malaltan deviga energio ol tiu lokita en la mezo de la perioda tabelo.

Tio signifas, ke pezaj nukleoj en kiu la atoma nombro pli granda ol 100, ventajosamente dividita en du pli malgrandaj fragmentoj, tiel liberiganta energio kiu estas konvertita en kineta energio de la fragmentoj. Tiu procezo estas nomita forkiĝanta atoma nukleo.

Konforme al la stabileco kurbon, kiu montras la dependecon de la nombro de protonoj de Stabila izotopo por neŭtronoj pli peza kerno preferas pli granda nombro de neŭtronoj (kompare kun la nombro de protonoj) ol fajrilo. Tio sugestas ke aldone al la forkiĝanta procezo estos elsendita iu "libera" neŭtronoj. Krome, ili ankaŭ transpreni iun de la energio liberigita. Studo fisio de atomoj montris ke tio generas neŭtrono 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3n.

La atomnumero (kaj la atoma maso) de la fragmento ne egalas al duono la atoma maso de la gepatroj. La diferenco inter la masoj de atomoj formis kiel rezulto de rompo estas kutime ĉirkaŭ 50. Tamen, la kialo de tio ne estas ankoraŭ tute klara.

La devigaj energiojn de ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br kaj ⁹⁰ estas 1803, 1198 kaj 763 MeV respektive. Tio signifas, ke la energio estas liberigita de uranio fisio egala 1198 + 158 = 763-1803 MeV rezultanta de la reago.

spontanea fisio

spontaneaj forkiĝanta procezoj estas konataj en naturo, sed ili estas tre maloftaj. La averaĝa vivdaŭro de ĉi tiu procezo estas proksimume 10 ^17, kaj, ekzemple, la meza vivdaŭro de alfa-kadukiĝo de la radionucléidos estas proksimume 10 ^11.

La kialo estas, ke por disigi en du partoj, la kernon devas sperti deformación (streĉado) en formo elipsoidal, kaj tiam, antaŭ fina rompo en du fragmentoj formi "kolo" en la mezo.

potencialo baro

En la deformitaj staton ĉe la kerno de du fortoj. Unu el ili - la pliigis surfaco energio (malprofunda streĉiĝo de likva gutoj klarigas ĝia sfera formo), kaj la alia - la Kulombo repuŝo inter la fisio fragmentoj. Kune ili produktas la potencialo baro.

Kiel en la kazo de malintegriĝo alfa okazi spontanee fisio de atomaj kernoj, la fragmentoj devas venki tiun baron per kvantuma tunelado. La baro estas proksimume 6 MeV, kiel en la kazo de alfa-kadukiĝo, sed la probablo de tunelado de α-partikloj estas konsiderinde pli granda ol la multe pli peza produkto forkiĝanta atomon.

devigita degenero

Multe pli verŝajne estas induktita fisio de kernoj. En ĉi tiu kazo, la gepatro kerno estas surradiita kun neŭtronoj. Se gepatro ĝi sorbas, ili estas devigitaj liberigi la energio de ligo en la formo de vibro energion kiu povas superi 6 MeV bezonis venki la potencialo baro.

Kie plian neŭtronon energio ne sufiĉas por venki la potencialo baro, la incidento neŭtronoj devas havi minimumon kineta energio por povi indukti la fendanta de la atomo. En la kazo de ²³⁸ U plian neŭtronon deviga energio mankas proksimume 1 MeV. Tio signifas ke la fisio de la kernoj induktita nur neŭtronoj kun kineta energio pli granda ol 1 MeV. Aliflanke, la ²³⁵ U izotopoj havas unu neparaj neŭtrono. Kiam kerno sorbas plian, ĝi formas kun ĝi paron kaj plia deviga energio estas rezulto de tiu parado. Tio estas sufiĉa por liberigi la kvanto de energio bezonata por venki la potencialo baro de la kerno kaj la divido de izotopoj okazis en kolizio kun iu neŭtrono.

beta dekadenco

Malgraŭ tio, ke la fisio reago estas elsenditaj de tri aŭ kvar neŭtronoj, fragmentoj ankoraŭ enhavas pli neŭtronoj ol iliaj stabilan izobaroj. Tio signifas ke la fendiĝon fragmentoj estas ĝenerale malstabila rilate al malintegriĝo beta.

Ekzemple, kiam estas divido de la kerno de uranio ²³⁸ U, stabilan izobaroj kun A = 145 ¹⁴⁵ estas neodimo Nd, kio signifas ke la fragmento lantano La ¹⁴⁵ disigoj en tri stadioj, ĉiu momento de radiante elektrono kaj neŭtrino ĝis stalo núclido estas formita. Stabila izobaroj kun A = 90 ⁹⁰ estas zirkonio ZR, tiel fendiĝon fragmento bromo Br ⁹⁰ disigoj en kvin stadioj ĉeno β-kadukiĝo.

Tiuj ĉeno β-dekadenco elsendas ekstra energio kiu forpelis preskaŭ ĉiujn de la elektrono kaj neŭtrino.

Nuklea reagoj: fisio de

Rekta núclido de neŭtrono radiado kun tro granda nombro el ili por certigi la stabilecon de la kerno estas neverŝajna. Ĉi tie la punkto estas ke ne estas Kulombo repuŝo, do la surfaco energio emas reteni la neŭtrono pro la gepatroj. Tamen, ĝi kelkfoje okazas. Ekzemple, fisio fragmento Br ⁹⁰ en la unua beta-dekadenco produktas kriptono-90, kiuj povas esti lokita en stato ekscitita kun sufiĉa energio por venki la surfaco energio. En ĉi tiu kazo la neŭtrono radiado povas okazi rekte al formi kriptono-89. Ĉi izobaroj ankoraŭ malstabila kun respekto al beta-dekadenco ankoraŭ ne iras en la stalo itrio-89, tiel ke la kriptono-89 estas dividita en tri stadioj.

Uranio fisio: Chain Reaction

Neŭtronoj elsendita en la fendiĝon reago eblas sorbita de la alia gepatro-kerno, kiu tiam spertas mem-induktita fisio. En la kazo de la 238 tri neŭtronoj, kiu ekesti kun energioj malpli ol 1 MeV (la energio liberigita en la fisio de la kerno - 158 MeV - plejparte konvertita en kineta energio fendiĝon fragmentoj), do ili ne povas kaŭzi plian divido de ĉi núclido. Tamen, se signifa koncentriĝo de la malofta izotopo U ²³⁵ tiuj liberaj neŭtronoj eblas kaptita de la kernoj de ²³⁵ U, povas fakte kaŭzi fendiĝon, ĉar en ĉi tiu kazo ne estas energio sojlo sub kiu la divido ne estas induktita.

Tiu estas la principo ĉeno reago.

Tipoj de Nuklea Reagoj

Lasu k - nombro da neŭtronoj produktitaj en specimeno de la fisio materialo en paŝo n de la ĉeno, dividita per la nombro da neŭtronoj produktitaj en stadio n - 1. Tiu nombro dependos de la nombro de neŭtronoj produktitaj en paŝo n - 1, estas sorbitaj de la kerno, kiu povas sperti induktitaj fisio.

• Se k <1 sur, la ĉeno reago estas simple el vaporo kaj la procezo haltos tre rapide. Jen kio okazas en la natura uranio erco, en kiu la koncentriĝo ^{de 235} U estas tiel malgranda, ke la probablo de absorción de neŭtrono tiu izotopo estas ege bagatela.

• Se k> 1, la ĉeno reago daŭre kreskos dum la tuta de la fisio materialo ne estos uzata (la atoma bombo). Tio estas atingita per riĉigante natura erco akiri sufiĉe altan koncentriĝon de la 235. Por sfera specimeno valoro k pliigas kun la probablo de neŭtrono sorbado, kiu dependas de la radiuso de la sfero. Sekve U pezo devas superi certa kritika maso al fisio de (ĉeno reago) povis okazi.

• Se k = 1, tiam estas kontrolita reago. Ĝi estas uzata en nukleaj reaktoroj. La procezo estas kontrolita disdonado inter uranio stangoj de kadmio aŭ boro, kiu sorbas la plimulton de la neŭtronoj (tiuj elementoj kapablas kapti neŭtronojn). Dividante uranio kernoj estas aŭtomate kontrolita per movado de la vergo tiel ke la k valoro restas egala al unu.