Ymholltiad o niwclei wraniwm. adwaith cadwyn. Disgrifiad o'r broses

Rhannu craidd - sef hollti atom trwm yn ddau darnau o bwysau tua gyfartal, ac yna rhyddhau llawer iawn o ynni.

Mae darganfod ymholltiad niwclear gychwyn cyfnod newydd - "oes atomig". Mae potensial ei ddefnydd posibl ac mae'r cydbwysedd risg i elwa ar ei ddefnydd, nid yn unig a arweiniodd at lawer o lwyddiannau cymdeithasegol, gwleidyddol, economaidd a gwyddonol, ond mae hefyd yn broblem ddifrifol. Hyd yn oed o bwynt gwyddonol o farn yn unig, mae'r broses ymholltiad niwclear creu nifer fawr o bosau a chymhlethdodau, ac eglurhad damcaniaethol gyflawn ar gyfer ei fod yn rhywbeth sy'n perthyn i'r dyfodol.

Rhannu - fuddiol

rhwymo ynni (fesul niwcleon) yn wahanol mewn gwahanol niwclysau. cael egni rhwymo yn is na'r hyn a leolir yng nghanol y tabl cyfnodol trymach.

Mae hyn yn golygu bod niwclysau trwm y mae'r atomig nifer fwy na 100, wedi'i rannu yn ddau fanteisiol ddarnau llai, gan ryddhau egni sy'n cael ei drawsnewid i mewn i egni cinetig y darnau. Gelwir y broses hon hollti niwclews atomig.

Yn unol â'r sefydlogrwydd gromlin, sy'n dangos dibyniaeth y nifer o brotonau o niwclidau actifedd sefydlog ar gyfer niwtron well gan niwclews trymach nifer fwy o niwtronau (o gymharu â nifer y protonau) nag ysgafnach. Mae hyn yn awgrymu y bydd yn ychwanegol at y broses hollti yn cael ei allyrru rhai "dros ben" niwtronau. Yn ogystal, byddant hefyd yn cymryd dros rai o'r egni a ryddheir. Astudiaeth ymholltiad atomau wraniwm yn dangos bod hyn yn cynhyrchu niwtron 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3n.

Nid yw'r rhif atomig (a màs atomig) o'r darn yn hafal i hanner y màs atomig y rhiant. Y gwahaniaeth rhwng y llu o atomau a ffurfiwyd o ganlyniad i ymrannu fel arfer tua 50. Fodd bynnag, nid oedd y rheswm am hyn yn gwbl glir eto.

Mae egni rhwymo o ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Br a ⁹⁰ yn 1803, 1198 a 763 MeV yn y drefn honno. Mae hyn yn golygu bod egni yn cael ei ryddhau ymholltiad wraniwm gyfartal 1198 + 158 = 763-1803 MeV deillio o'r adwaith.

ymholltiad digymell

prosesau hollti digymell yn hysbys o ran natur, ond maent yn brin iawn. Mae hyd oes cyfartalog y broses hon yw tua 10 ^17, ac, er enghraifft, oes cyfartalog o alpha-bydredd o'r radioniwclid yw tua 10 ^11.

Y rheswm am hyn yw bod er i wahanu yn ddwy ran, rhaid i'r craidd yn cael anffurfio (ymestyn) ar ffurf ellipsoidal yn gyntaf, ac yna, cyn cleavage derfynol yn ddau ddarnau yn ffurfio "gwddf" yn y canol.

rhwystr posibl

Yn y cyflwr deformed yng nghraidd dau grymoedd. Mae un ohonynt - yr egni cynyddol wyneb (tyndra arwyneb y defnynnau hylif yn egluro ei siâp sfferig), a'r llall - mae'r gwrthyriad Coulomb rhwng y darnau ymholltiad. Gyda'i gilydd maent yn cynhyrchu y rhwystr posibl.

Fel yn achos pydredd alpha o ddigwydd ymholltiad digymell o niwclysau atomig wraniwm, rhaid i'r darnau oresgyn y rhwystr hwn trwy dwnelu cwantwm. Y rhwystr yw tua 6 MeV, fel yn achos alffa-bydredd, ond y tebygolrwydd o twnelu o α-ronynnau yn sylweddol fwy na'r atom hollti cynnyrch llawer trymach.

diraddio gorfodi

Llawer mwy tebygol ei ysgogi ymholltiad niwclysau wraniwm. Yn yr achos hwn, y rhiant niwclews wedi'i arbelydru'n gyda niwtronau. Os yw rhiant mae'n amsugno, yna maent yn rhwym i ryddhau'r egni clymu ar ffurf egni dirgrynol a all fod yn fwy na 6 MeV sydd eu hangen i oresgyn y rhwystr posibl.

Lle nad yw ynni niwtron ychwanegol yn ddigon i oresgyn y rhwystr posibl, mae'n rhaid i'r niwtron digwyddiad yn cael egni cinetig isafswm er mwyn gallu i gymell y hollti yr atom. Yn achos ²³⁸ U niwtronau ychwanegol ynni rhwymol ar goll tua 1 MeV. Mae hyn yn golygu bod y ymholltiad niwclysau wraniwm yn unig niwtronau achosir gyda egni cinetig sy'n fwy na 1 MeV. Ar y llaw arall, mae'r ²³⁵ U isotop un niwtron heb eu paru. Pan fydd cnewyllyn amsugno ychwanegol, mae'n ffurfio ag ef gwpl ac egni rhwymol ychwanegol yn ganlyniad paru hwn. Mae hyn yn ddigon i ryddhau swm yr ynni sydd ei angen i oresgyn y rhwystr posibl y niwclews a'r is-adran o isotopau digwydd mewn gwrthdrawiad ag unrhyw niwtron.

pydredd beta

Er gwaethaf y ffaith bod yr adwaith ymholltiad yn cael ei allyrru gan dri neu bedwar niwtronau, darnau yn dal i gynnwys mwy o niwtronau na'u isobars sefydlog. Mae hyn yn golygu bod y darnau holltiad yn gyffredinol ansefydlog o ran dadfeiliad beta.

Er enghraifft, pan fo is-adran o gnewyllyn wraniwm ²³⁸ U, isobars sefydlog gyda A = 145 ¹⁴⁵ yn neodymiwm Nd, sy'n golygu bod y Lanthanwm darn La ¹⁴⁵ rhaniadau yn dri cham, bob amser drwy belydru electron a niwtrino hyd nes y nuclide sefydlog yn cael ei ffurfio. isobars sefydlog gyda A = 90 ⁹⁰ yn Zr zirconium, felly cleavage bromo darn Br ⁹⁰ rhaniadau yn bum cam cadwyn β-pydredd.

Mae'r β-pydredd gadwyn allyrru egni ychwanegol sy'n cael ei gludo ymaith bron pob un o'r electron a'r niwtrino.

adweithiau niwclear: ymholltiad wraniwm

nuclide Uniongyrchol rhag ymbelydredd niwtron gyda nifer rhy fawr ohonynt i sicrhau sefydlogrwydd y niwclews yn annhebygol. Yma, y pwynt yw nad oes gwrthyrru Coulomb, ac felly mae'r egni wyneb yn tueddu i gadw'r niwtron ddyledus i'r rhiant. Serch hynny, mae'n digwydd weithiau. Er enghraifft, darn ymhollti Br ⁹⁰ yn y beta-dadfeiliad cyntaf yn cynhyrchu crypton-90, a all gael ei lleoli mewn cyflwr cynhyrfol gyda digon o egni i oresgyn y ynni wyneb. Yn yr achos hwn gall yr ymbelydredd niwtron yn digwydd yn uniongyrchol i ffurfio crypton-89. Mae hyn yn dal i fod isobars ansefydlog o ran beta-dadfeiliad nad ydynt eto wedi mynd i mewn i'r stabl Ytriwm-89, fel bod y crypton-89 wedi ei rhannu'n dri cham.

Wraniwm ymholltiad: Adwaith Gadwyn

Gall niwtronau a ollyngir yn yr adwaith holltiad yn cael ei amsugno gan y rhiant-gnewyllyn arall, sydd wedyn yn undergoes ymholltiad hunan-achosir. Yn achos wraniwm-238 tri niwtronau, sy'n codi allan gyda egnïon llai nag 1 MeV (yr egni ei ryddhau yn y ymholltiad craidd wraniwm - 158 MeV - trosi yn bennaf yn ddarnau holltiad egni cinetig), fel na allant achosi rhaniad pellach o nuclide hwn. Fodd bynnag, os gall crynodiad sylweddol o'r isotop prin U ²³⁵ niwtronau rhydd hyn gael eu dal gan y niwclysau o ²³⁵ U, mae'n mewn gwirionedd gall achosi cleavage, gan fod yn yr achos hwn nid oes unrhyw drothwy ynni is na yr is-adran yn cael achosir.

Mae hyn yn y adwaith cadwyn egwyddor.

Mathau o Adweithiau Niwclear

Gadewch k - nifer y niwtronau a gynhyrchir mewn sampl o'r deunydd fissile n cam o'r gadwyn mewn, wedi'i rannu â nifer y niwtronau a gynhyrchir yng nghyfnod n - 1. Bydd y rhif hwn yn dibynnu ar y nifer o niwtronau a gynhyrchir yn gam n - 1, yn cael eu hamsugno gan y craidd, sy'n gall cael ymholltiad Salwch Gwneud.

• Os k <1 ar, mae'r adwaith cadwyn yn syml allan o stêm a bydd y broses i ben yn gyflym iawn. Mae hyn yn beth sy'n digwydd yn naturiol mwyn wraniwm, lle mae'r crynodiad ^{o 235} U mor fach bod y tebygolrwydd o amsugno niwtron isotop hwn yn hynod o ddibwys.

• Os k> 1, bydd yr adwaith cadwyn yn parhau i dyfu ar yr amod bod yr holl ddeunydd fissile Ni fydd yn cael ei ddefnyddio (y bom atomig). Cyflawnir hyn drwy gyfoethogi fwyn naturiol i gael crynodiad digon uchel o wraniwm-235. Am sfferig gwerth sampl k cynyddu gyda tebygolrwydd o amsugno niwtron, sy'n dibynnu ar y radiws y sffêr. Felly mae'n rhaid U pwysau yn fwy na màs critigol penodol i ymholltiad wraniwm (adwaith cadwyn) Gallai ddigwydd.

• Os k = 1, yna mae adwaith rheoledig. Mae'n cael ei ddefnyddio mewn adweithyddion niwclear. Mae'r broses yn cael ei reoli ddosbarthu ymhlith gwiail wraniwm o cadmiwm neu boron, sy'n amsugno y rhan fwyaf o'r niwtronau (elfennau hyn yn gallu dal niwtronau). Rhannu creiddiau wraniwm mae'n cael ei reoli yn awtomatig drwy symud y rhoden fel bod y gwerth k parhau i fod yn hafal i un.