Nima uchun yadro parchalanishi energiya chiqaradi. parchalanish energiyasi

Uran yadrolarining boʻlinishi 1938-yilda nemis olimlari O.Gan va F.Strassman tomonidan kashf etilgan. Ular uran yadrolarini neytronlar bilan bombardimon qilganda davriy tizimning oʻrta qismining elementlari: bariy, kripton va boshqalar hosil boʻlishini aniqlashga muvaffaq boʻldilar.Avstriyalik fizik L.Meytner va. Ingliz fizigi O. Frish. Ular bu elementlarning paydo bo'lishini neytronni tutib olgan uran yadrolarining taxminan teng ikkita qismga bo'linishi bilan izohladilar. Bu hodisa yadro parchalanishi deb ataladi va hosil bo'lgan yadrolar bo'linish bo'laklari deb ataladi.

Shuningdek qarang

  1. Vasilev, A. Uranning boʻlinishi: Klaprotdan Gangacha, Kvant. - 2001. - No 4. - S. 20-21.30.

Yadroning tushish modeli

Ushbu bo'linish reaktsiyasini yadroning tushish modeli asosida tushuntirish mumkin. Bu modelda yadro elektr zaryadlangan siqilmaydigan suyuqlik tomchisi sifatida qaraladi. Yadroning barcha nuklonlari o'rtasida ta'sir qiluvchi yadro kuchlariga qo'shimcha ravishda, protonlar qo'shimcha elektrostatik repulsiyani boshdan kechiradilar, buning natijasida ular yadroning chetida joylashgan. Qo'zg'atmagan holatda elektrostatik itarilish kuchlari kompensatsiya qilinadi, shuning uchun yadro sferik shaklga ega (1a-rasm).

Neytron yadrosi \(~^(235)_(92)U\) tomonidan tutilgandan so'ng \(~(^(236)_(92)U)^*\) oraliq yadro hosil bo'ladi. hayajonlangan holatda. Bunda neytron energiyasi barcha nuklonlar orasida teng taqsimlanadi va oraliq yadroning o'zi deformatsiyalanadi va tebranishni boshlaydi. Agar qo'zg'alish kichik bo'lsa, u holda yadro (1-rasm, b), chiqarish orqali o'zini ortiqcha energiyadan ozod qiladi. γ -kvant yoki neytron, barqaror holatga qaytadi. Agar qo'zg'alish energiyasi etarlicha yuqori bo'lsa, u holda tebranishlar paytida yadroning deformatsiyasi shunchalik katta bo'lishi mumkinki, unda bo'linadigan suyuqlik tomchisining ikki qismi orasidagi siqilishga o'xshash konstriksiya hosil bo'ladi (1c-rasm). yadro kuchlari, tor belda harakat qiladigan, endi yadro qismlarining muhim Coulomb itaruvchi kuchiga qarshi tura olmaydi. Konstriksiya buziladi va yadro qarama-qarshi yo'nalishda tarqaladigan ikkita "bo'lak" (1d-rasm) ga bo'linadi.

uran.swf Flash: Uranning parchalanishini kattalashtirish Flash rasmi. 2.

Hozirgi vaqtda ushbu yadroning bo'linishidan kelib chiqadigan massa raqamlari taxminan 90 dan 145 gacha bo'lgan 100 ga yaqin turli xil izotoplar ma'lum. Ushbu yadroning ikkita tipik bo'linish reaktsiyasi quyidagi shaklga ega:

\(~^(235)_(92)U + \ ^1_0n \ ^(\yaqin)_(\searrow) \ \begin(matritsa) ^(144)_(56)Ba + \ ^(89)_( 36)Kr + \ 3^1_0n \\ ^(140)_(54)Xe + \ ^(94)_(38)Sr + \ 2^1_0n \end(matritsa)\) .

E'tibor bering, neytron tomonidan boshlangan yadro bo'linishi natijasida boshqa yadrolarda bo'linish reaktsiyalarini keltirib chiqarishi mumkin bo'lgan yangi neytronlar hosil bo'ladi. Uran-235 yadrolarining parchalanish mahsulotlari bariy, ksenon, stronsiy, rubidiy va boshqalarning boshqa izotoplari bo'lishi mumkin.

Og'ir atomlar yadrolarining bo'linishi paytida (\(~^(235)_(92)U\)) juda katta energiya ajralib chiqadi - har bir yadroning bo'linishi paytida taxminan 200 MeV. Bu energiyaning taxminan 80% fragment kinetik energiya shaklida chiqariladi; Qolgan 20% fragmentlarning radioaktiv nurlanish energiyasi va tezkor neytronlarning kinetik energiyasiga to'g'ri keladi.

Yadroning bo'linishi paytida ajralib chiqadigan energiyani yadrodagi nuklonlarning o'ziga xos bog'lanish energiyasidan foydalanib hisoblash mumkin. Massa soniga ega bo'lgan yadrolardagi nuklonlarning o'ziga xos bog'lanish energiyasi A≈ 240 7,6 MeV/nuklon tartibida, massa sonli yadrolarda esa A= 90 – 145 solishtirma energiya taxminan 8,5 MeV/nuklonga teng. Shuning uchun uran yadrosining bo'linishi 0,9 MeV/nuklon yoki har bir uran atomiga taxminan 210 MeV energiya chiqaradi. 1 g uran tarkibidagi barcha yadrolarning to'liq bo'linishi bilan bir xil energiya 3 tonna ko'mir yoki 2,5 tonna neftni yoqish paytida chiqariladi.

Shuningdek qarang

  1. Varlamov A.A. Yadroning tomchi modeli // Kvant. - 1986. - No 5. - S. 23-24

Zanjirli reaktsiya

Zanjirli reaktsiya- reaksiyaga sabab bo'lgan zarralar ushbu reaktsiyaning mahsuloti sifatida hosil bo'ladigan yadro reaktsiyasi.

Neytron bilan to'qnashuv natijasida yuzaga kelgan uran-235 yadrosining bo'linishida 2 yoki 3 ta neytron ajralib chiqadi. Qulay sharoitlarda bu neytronlar boshqa uran yadrolariga tegib, ularning parchalanishiga olib kelishi mumkin. Bu bosqichda 4 dan 9 gacha neytronlar paydo bo'ladi, ular uran yadrolarining yangi parchalanishiga olib kelishi mumkin va hokazo. Bunday ko'chkiga o'xshash jarayon zanjir reaktsiyasi deb ataladi. Uran yadrolarining bo'linishining zanjirli reaktsiyasini ishlab chiqish sxemasi shaklda ko'rsatilgan. 3.

reaksiya.swf Chaqnoq: zanjir reaktsiyasi Flash rasmini kattalashtirish. 4.

Uran tabiatda ikkita izotop \[~^(238)_(92)U\] (99,3%) va \(~^(235)_(92)U\) (0,7%) shaklida uchraydi. Neytronlar tomonidan bombardimon qilinganda, ikkala izotopning yadrolari ikkita bo'lakka bo'linishi mumkin. Bunda boʻlinish reaksiyasi \(~^(235)_(92)U\) sekin (issiqlik) neytronlarda eng intensiv davom etadi, shu bilan birga yadrolar esa \(~^(238)_(92)U\) ichiga kiradi. reaktsiya faqat 1 MeV tartibli energiyaga ega tez neytronlar bilan bo'linish. Aks holda hosil boʻlgan yadrolarning qoʻzgʻalish energiyasi \(~^(239)_(92)U\) boʻlinish uchun yetarli boʻlmaydi, keyin boʻlinish oʻrniga yadro reaksiyalari sodir boʻladi:

\(~^(238)_(92)U + \ ^1_0n \to \ ^(239)_(92)U \to \ ^(239)_(93)Np + \ ^0_(-1)e\ ).

Uran izotopi \(~^(238)_(92)U\) β -radioaktiv, yarim yemirilish davri 23 min. Neptuniy izotopi \(~^(239)_(93)Np\) ham radioaktiv, yarim yemirilish davri taxminan 2 kun.

\(~^(239)_(93)Np \to \ ^(239)_(94)Pu + \ ^0_(-1)e\) .

Plutoniy izotopi \(~^(239)_(94)Np\) nisbatan barqaror, yarim yemirilish davri 24000 yil. Plutoniyning eng muhim xususiyati shundaki, u xuddi \(~^(235)_(92)U\) kabi neytronlar ta'sirida bo'linadi. Shuning uchun \(~^(239)_(94)Np\) yordamida zanjirli reaksiya olib borish mumkin.

Yuqorida muhokama qilingan zanjirli reaktsiya sxemasi ideal holatdir. Haqiqiy sharoitda bo'linish jarayonida hosil bo'lgan barcha neytronlar boshqa yadrolarning bo'linishida qatnashmaydi. Ulardan ba'zilari begona atomlarning bo'linmaydigan yadrolari tomonidan tutiladi, boshqalari urandan uchib ketadi (neytron oqishi).

Shuning uchun og'ir yadrolarning bo'linish zanjiri reaktsiyasi har doim ham sodir bo'lmaydi va uranning har qanday massasi uchun emas.

Neytronlarni ko'paytirish omili

Zanjir reaktsiyasining rivojlanishi neytronlarni ko'paytirish omili bilan tavsiflanadi TO, bu raqam nisbati bilan o'lchanadi N i reaksiya bosqichlaridan birida moddaning yadroviy bo‘linishiga olib keladigan neytronlar soniga N Reaksiyaning oldingi bosqichida parchalanishga olib kelgan i-1 neytronlari:

\(~K = \dfrac(N_i)(N_(i - 1))\) .

Ko'paytirish koeffitsienti bir qator omillarga, xususan, parchalanuvchi materialning tabiati va miqdoriga, egallagan hajmning geometrik shakliga bog'liq. Berilgan moddaning bir xil miqdori mavjud boshqa ma'no TO. TO maksimal, agar modda sharsimon shaklga ega bo'lsa, chunki bu holda sirt orqali tezkor neytronlarning yo'qolishi eng kichik bo'ladi.

Zanjir reaktsiyasi ko'payish omili bilan davom etadigan parchalanuvchi materialning massasi TO= 1 kritik massa deb ataladi. Uranning kichik bo'laklarida neytronlarning aksariyati hech qanday yadroga tegmasdan uchib ketadi.

Kritik massaning qiymati geometriya bilan belgilanadi jismoniy tizim, uning tuzilishi va tashqi muhiti. Shunday qilib, sof uran to'pi uchun \(~^(235)_(92)U\) kritik massa 47 kg (diametri 17 sm bo'lgan shar). Neytron moderatorlari yordamida uranning kritik massasini ko'p marta kamaytirish mumkin. Gap shundaki, uran yadrolarining parchalanishi paytida hosil bo'lgan neytronlar juda yuqori tezlikka ega va uran-235 yadrolari tomonidan sekin neytronlarni tutib olish ehtimoli tez bo'lganidan yuzlab marta katta. Neytronlarning eng yaxshi moderatori og'ir suvdir D 2 O. Neytronlar bilan o'zaro ta'sirlashganda, oddiy suvning o'zi og'ir suvga aylanadi.

Yaxshi moderator ham grafit bo'lib, uning yadrolari neytronlarni o'zlashtirmaydi. Deyteriy yoki uglerod yadrolari bilan elastik ta'sir o'tkazganda, neytronlar issiqlik tezligigacha sekinlashadi.

Neytron moderatorlari va neytronlarni aks ettiruvchi maxsus berilliy qobig'idan foydalanish kritik massani 250 g gacha kamaytirishga imkon beradi.

Ko'paytirish omili bilan TO= 1 bo'linadigan yadrolar soni doimiy darajada saqlanadi. Ushbu rejim yadroviy reaktorlarda taqdim etiladi.

Agar yadro yoqilg'isining massasi kritik massadan kichik bo'lsa, u holda ko'paytirish omili TO < 1; каждое новое поколение вызывает все меньшее и меньшее число делений, и реакция без внешнего источника нейтронов быстро затухает.

Agar yadro yoqilg'isining massasi kritikdan katta bo'lsa, u holda ko'payish omili TO> 1 va neytronlarning har bir yangi avlodi hammasini keltirib chiqaradi Ko'proq bo'linmalar. Zanjir reaktsiyasi ko'chki kabi o'sib boradi va katta energiya chiqishi va haroratning oshishi bilan birga portlash xarakteriga ega. muhit bir necha million darajagacha. Bunday zanjirli reaktsiya atom bombasi portlaganda sodir bo'ladi.

Yadro bombasi

Oddiy holatda yadroviy bomba portlamaydi, chunki undagi yadro zaryadi uranning parchalanish mahsulotlarini - neytronlarni o'zlashtiradigan bo'linmalar orqali bir necha kichik qismlarga bo'linadi. Yadro portlashiga olib keladigan yadro zanjiri reaktsiyasini bunday sharoitda saqlab bo'lmaydi. Biroq, agar yadro zaryadining bo'laklari bir-biriga bog'langan bo'lsa, unda ularning umumiy massasi uran bo'linishining zanjirli reaktsiyasi rivojlanishi uchun etarli bo'ladi. Natijada yadroviy portlash sodir bo'ladi. Shu bilan birga, nisbatan kichik yadroviy bomba tomonidan ishlab chiqilgan portlash kuchi millionlab va milliardlab tonna TNT portlashi paytida chiqarilgan quvvatga teng.

Guruch. 5. Atom bombasi

1.8. Yadro bo'linishi

1.8.1. Og'ir yadrolarning bo'linish reaktsiyalari. Yadroning bo'linish mexanizmi va aktivlanish energiyasi. Yadro bo'linish mahsulotlari va bo'linish energiyasining tarkibi. Bo‘linishning elementar nazariyasi

Yadro bo'linishi- ikkita (kamdan-kam uch) fragmentli yadro hosil bo'lgan yadro reaktsiyasi. Jarayon ikkilamchi neytronlarning emissiyasi, kvantlar va sezilarli miqdorda energiya chiqishi bilan birga keladi.

Tarixiy ma'lumotnoma. 1938-yilda Gunn va F.Strassmanlar aniq radiokimyoviy tahlillar orqali uranni neytronlar bilan nurlantirilganda, unda davriy sistemaning oʻrtasida joylashgan bariy elementi hosil boʻlishini koʻrsatdilar. Reaktsiya o'xshardi

, (Q≈ 200 MeV). (1,82)

30 dan ortiq uran-235 parchalanish kanallari mavjud. F. Jolio-Kyuri Frantsiyadagi hamkorlari bilan va E. Fermi Italiyadagi hamkorlari bilan chiqish kanalida bir nechta neytronlarning emissiyasini aniqladilar. Germaniyadagi O.Frish va L.Maytnerlar boʻlinish jarayonida juda katta miqdorda energiya ajralib chiqishini qayd etdilar. Bu o'z-o'zini ta'minlaydigan yadroviy parchalanish reaktsiyasi g'oyasini ilgari surishga xizmat qildi. 1940 yilda Rossiyada ham o'z-o'zidan yadro bo'linishi aniqlandi. Zamonaviy atom energiyasining asosini neytronlar ta'sirida uran va plutoniy yadrolarining bo'linishi tashkil etadi. Yadro davri 1938 yilda boshlangan.

Yadro boʻlinishi protonlar, g-kvantalar, a-zarralar va boshqalar taʼsirida ham sodir boʻlishi mumkin. Qoʻzgʻatilgan yadroning neytron tomonidan majburiy boʻlinishi ( n, f) boshqa jarayonlar bilan raqobatlashadi: radiatsiyaviy neytronni ushlash bilan ( n, γ ), ya'ni g-kvantning chiqishi va neytronning yadroga tarqalishi ( n, n).

Yadroning bo'linish ehtimoli bo'linish kesimining nisbati bilan belgilanadi σ f yadroning umumiy neytronni tutib olish kesmasiga.

Izotoplar , , noldan boshlab barcha energiyali neytronlarga bo'linadi. Ushbu izotoplarning bo'linish kesimlari jarayonida bo'linuvchi yadroning energiya darajalariga mos keladigan rezonanslar paydo bo'ladi (1.13-rasmga qarang).

Yadroning bo'linish mexanizmi va aktivlanish energiyasi

Yadroning boʻlinish jarayoni bir hil zaryadlangan suyuqlik tomchisining Kulon kuchlari taʼsirida boʻlinishi sifatida tushuntiriladi (M, Wheeler, 1939). Ajratish uchun yadro faollashuv energiyasi deb ataladigan ma'lum bir muhim energiyaga ega bo'lishi kerak. Neytron ushlangandan so'ng, qo'zg'aluvchan birikma hosil bo'ladi. Qo'zg'algan yadro tebranishni boshlaydi. Yadroning hajmi o'zgarmaydi (yadro moddasi amalda siqilmaydi), lekin yadro yuzasi ortadi. Sirt energiyasi ortadi, shuning uchun sirt taranglik kuchlari yadroni asl holatiga qaytarishga intiladi. Kulon energiyasi protonlar orasidagi o'rtacha masofaning oshishi tufayli mutlaq qiymatda kamayadi. Kulon kuchlari yadroni buzishga moyildir. Yadro sharsimon shakldan ellipsoidal shaklga aylanadi, so'ngra yadroning to'rt kutupli deformatsiyasi sodir bo'ladi, siqilish hosil bo'ladi, yadro parchalanib, ikkita bo'lak hosil qiluvchi dumbbellga aylanadi va "chayqaladi" - bir juft neytron.

Yadroning bo'linish qobiliyatining xarakteristikasi bu yadroning bog'lanish energiyasining yarim empirik formulasidan olingan Kulon energiyasining sirt energiyasiga nisbati.

, (1.83)

Qaerda - bo'linish parametri.

Bo'linish parametri >17 bo'lgan yadrolar bo'linishi mumkin, kritik bo'linish parametri ()cr = 45 bo'lsa, ular darhol bo'linadi (yadrolarning o'z-o'zidan bo'linish sharti). Yadro bo'linishi uchun u bo'linish to'sig'i deb ataladigan energiya to'sig'ini engib o'tishi kerak. Majburiy bo'linish holatida yadro bu energiyani neytron ushlanganda oladi.

Bo'linish mahsulotlarining tarkibi

Bo'linish parchalari . Yadro bo'linishining asosiy turi ikki qismga bo'linishdir. Parchalar ikki dan uchgacha nisbatda assimetrik ravishda massaga bo'linadi. Bo'linish mahsulotlarining hosildorligi fragment hosil qiluvchi bo'linishlar sonining berilganlarga nisbati sifatida aniqlanadi. A Kimga to'liq raqam bo'linmalar. Har bir parchalanish ikkita yadro hosil qilganligi sababli, barcha massa raqamlari uchun bo'linishning umumiy rentabelligi 200% ni tashkil qiladi. Yadro bo'linishi paytida fragment massasining taqsimlanishi rasmda ko'rsatilgan. 1.14. Rasmda termal neytronlarning umumiy bo'linish rentabelligini taqsimlash uchun odatiy ikki dumli egri ko'rsatilgan. Parchalarning momentlari teng va ishoraga qarama-qarshidir. Parchalanish tezligi ~107 m/s ga etadi.

1.14-rasm. Termal neytronlar ta'sirida uran-235 va plutoniy-239 parchalanish mahsulotlarining massa soniga bog'liqligi. A.

parchalanish neytronlari . Shakllanish paytida dastlabki yadroning bo'laklari kuchli deformatsiyalanadi. Deformatsiyaning ortiqcha potentsial energiyasi bo'laklarning qo'zg'alish energiyasiga aylanadi. Bo'linish bo'laklari katta zaryadga ega va dastlabki yadro kabi neytronlar bilan boyitilgan. Ular ikkilamchi neytronlar va g-kvantalarni chiqarib, barqaror yadrolarga o'tadi. Fragment yadrolarining qo'zg'alishi neytronlarning "bug'lanishi" bilan chiqariladi.

Tez bo'linish neytronlari - bu 4 10-14 sekunddan kamroq vaqt ichida qo'zg'atilgan bo'laklar tomonidan chiqariladigan neytronlar. Ular parchalardan izotropik tarzda bug'lanadi.

IN laboratoriya koordinatalari tizimi(l.s.c.) boʻlinish neytronlarining energiya spektri Maksvell taqsimoti bilan yaxshi tasvirlangan.

, (1.84)

Qayerda E l da neytron energiyasi. s.k..gif" width="63 height=46" height="46"> – spektrning o'rtacha energiyasi.

Raqam v Termal neytronlar tomonidan bo'linishning 1 aktiga ikkilamchi neytronlar uran-235 uchun to'g'ri keladi v= 2,43, plutoniy-239 v= 2.89. (masalan, 100 ta boʻlinish hodisasi uchun bir vaqtning oʻzida 289 ta ikkilamchi neytron hosil boʻladi).

g-kvantlarning emissiyasi . Neytronlarning bo'laklardan "bug'lanishi" dan so'ng, ular hali ham qo'zg'alish energiyasiga ega bo'lib, uni tezkor g-kvantalar olib ketadi. g-kvantlarni chiqarish jarayoni neytronlar emissiyasidan keyin ~ 10-14 s vaqt ichida sodir bo'ladi. Bo'linish uchun jami samarali nurlanish energiyasi E jami = 7,5 MeV..gif" width="67" height="28 src="> MeV. Bo'linishdagi g-kvantalarning o'rtacha soni.

kechiktirilgan neytronlar – dastlabki yadrolarning boʻlinishidan keyin paydo boʻladigan neytronlar (10-2 sek dan 102 sek. gacha). Kechiktirilgan neytronlar soni< 1% от полного количества нейтронов деления. Механизм испускания связан с β - turidagi bo'linish bo'laklarining parchalanishi , , ularning energiyasi β -neytronning bog'lanish energiyasidan ko'proq parchalanish. Bunday holda, taqiq mavjud β -asosiy holatga o'tish va neytronlarni ajratish energiyasining pastligi. Yadroning qo'zg'alish energiyasi neytronning bog'lanish energiyasidan katta. Neytron parchalangan yadrodan qo'zg'aluvchan yadro hosil bo'lgandan so'ng darhol uchib ketadi. β - parchalanish. Biroq, vaqt o'tishi bilan, bu faqat parcha yadrosining yarimparchalanish davridan keyin sodir bo'ladi.

Issiqlik neytronlari tomonidan og'ir yadroning bo'linish aktiga energiya taqsimoti jadvalda ko'rsatilgan. 1.4.

Yadro parchalanish mahsulotlarining energiyasi 1.4-jadval

Yorug'lik bo'lagining kinetik energiyasi T osk l, MeV

Og'ir bo'lakning kinetik energiyasi T osc t MeV

Parchalanish neytronlarining kinetik energiyasi En MeV

Tez g-kvantalar energiyasi g m MeV

Energiya β - parchalanish mahsulotlarining zarralari b MeV

Bo'linish mahsulotlarining g-nurlanish energiyasi g pr MeV

Bo'linish mahsuloti antineytrino energiyasi Ev MeV

Neytronlarning tutilishi natijasida g-nurlanish energiyasi gn MeV

Yadroning bo'linishi paytida ajralib chiqadigan umumiy energiya Q S MeV

Termal bo'linish energiyasi

QT = T osk l + T osc t + En+ Eg m + E + Eg va boshqalar + Eg = 204 MeV.

Antineytrino tomonidan olib ketilgan energiya issiqlik energiyasi shaklida ajralib chiqmaydi, shuning uchun yadroning termal neytron tomonidan bo'linishining 1 aktiga ~ 200 MeV to'g'ri keladi. 1 Vt issiqlik quvvati bilan 3.1.1010 bo'linish / sek. IN kimyoviy reaksiyalar bitta atom ~ 1 eV energiyaga ega.

Bo‘linishning elementar nazariyasi

Aytaylik, https://pandia.ru/text/78/550/images/image028_18.gif" width="31" height="27 src="> bo'linish jarayonida massa soni saqlanib qoladi. A va zaryadlang Z. Bu shuni anglatadiki, biz faqat parchalarni ko'rib chiqamiz:

A 1+ A 2 = A , Z 1+ Z 2 = Z,

yadro 2 dan 3 gacha nisbatda bo'linadi:

A 1 / A 2 = Z 1 / Z 2=2/3.

Reaksiya energiyasi parchalar energiyasiga teng Q = T Kelishdikmi

Q = c2 [M – (M1 + M2 ) ],

Q= Esv1+ Esv2– ESt., (1.85)

Qayerda ESt.- yadroning barcha nuklonlariga nisbatan umumiy bog'lanish energiyasi

, (1.86)

xuddi shunday E sv1, Esv2 birinchi va ikkinchi bo'laklarning bog'lanish energiyasidir.

(1.86) va ikkala formulani almashtirish E sv1, E(1.85) da s2 va oxirgi muddatni e'tiborsiz qoldirib, biz olamiz

. (1.87)

(1.15) = 17.23 MeV, https://pandia.ru/text/78/550/images/image026_22.gif" width="31" height="20"> ga ko'ra faraz qilsak, biz Tock ≈ bo'laklarining kinetik energiyasini olamiz. 178 MeV , bu jadval qiymatidan atigi 10 MeV ga oshadi.

1.8.2. Uran yadrolarining boʻlinish zanjirli reaksiyalari. Zanjir reaktsiyasida ko'payish formulasi. ko'payish stavkalari. To'rt omil formulasi

Yadro bo'linish zanjiri reaktsiyalari neytronlar tomonidan og'ir yadrolar yadro reaktsiyalari bo'lib, ularda neytronlar soni ko'payadi va moddaning yadroviy bo'linishining o'z-o'zidan ta'minlangan jarayoni sodir bo'ladi. Kimyoviy va yadroviy tarmoqlangan zanjirli reaksiyalar har doim ekzotermikdir. Bo'linish zanjiri reaktsiyasi deyarli uchta izotopda amalga oshirilishi mumkin va faqat yadroning birlamchi neytron tomonidan bo'linishi paytida chiqish kanalida ikkitadan ortiq ikkilamchi neytronlar uchib ketganligi sababli mumkin.

ko'paytirish omili TO- yadro zanjiri reaktsiyasi rivojlanishining asosiy xarakteristikasi.

Qayerda Ni ishlab chiqarilgan neytronlar soni i-avlod, Ni-1 - da ishlab chiqarilgan neytronlar soni ( i–1)-avlod.

Yadro zanjiri reaksiyalari nazariyasi ham 1939 yilda kimyoviy zanjir reaksiyalar nazariyasi (1934) bilan oʻxshashlik yoʻli bilan yaratilgan. O'z-o'zidan ta'minlangan yadroviy zanjir reaktsiyasi qachon mumkin K>1 - o'ta kritik reaktsiya, K=1 - tanqidiy reaktsiya. Agar K<1 – реакция подкритическая, она затухает.

Zanjir reaktsiyasida neytronlarni ko'paytirish formulasi

Agar reaktsiyaning boshida mavjud bo'lsa n neytronlar, keyin bir avlodda ularning soni bo'ladi

ya'ni.gif" kengligi="108" balandligi="48">,

t qayerda neytronlarning bir avlodining o'rtacha umri

Agar biz o'zgaruvchilarni ajratib, integratsiya qilsak, olamiz

,

formuladan foydalanib , biz nihoyat neytronlar soni vaqt o'tishi bilan ortib borishiga erishamiz t musbat darajali eksponensial

https://pandia.ru/text/78/550/images/image027_18.gif" width="37" height="23"> sekin neytronlar va tez neytronlar tomonidan yadroviy bo'linish.

ko'payish stavkalari. To'rt omil formulasi

Uran + moderator tizimi cheksiz o'lchamlarga ega bo'lsin. Faraz qilaylik, neytronlar avlodi paydo bo'lgan paytda, n termal neytronlar, ularning har biri https://pandia.ru/text/78/550/images/image058_8.gif" width="126" height="37">, (1.91) hosil qiladi.

bu erda sU - sekinlashtirilgan termal neytronlarning uran tomonidan yutilish kesimi,

s3 - moderator tomonidan sekin termal neytronlarning yutilish kesimi,

rU - uran yadrolarining konsentratsiyasi, r3 - moderator yadrolarining konsentratsiyasi.

Shunday qilib, yadro yoqilg'isi tomonidan tutilgan termal neytronlar soni ( nēirf). Cheksiz muhitda neytronlarni ko'paytirish omili(to'rt omil formulasi)

. (1.92)

Yakuniy muhitda neytronlarni ko'paytirish omili

Kef=, (1.93)

Qaerda - neytronning yadro oqishidan qochib qutulishining umumiy ehtimoli.

Yakuniy tizimda statsionar yadro zanjiri reaktsiyasi sodir bo'lishi uchun bu etarli Kef=1. Bu mos keladi tanqidiy(reaktsiya uchun eng kichik) faol zonaning o'lchami. (Sof uran uchun bu radiusi 8,5 sm va massasi 47 kg bo'lgan shar)..gif" width="25 height=23" height="23">>1.

Birinchi boshqariladigan zanjirli yadroviy reaksiya 1942 yilda Chikagoda E. Fermi tomonidan amalga oshirilgan. Yadro reaktori bor edi η = 1,35, e ≈ 1,03, ε pf≈ 0,8, = 1,08, uchun TO eff uchun th0,93 kerak bo'lib, bu 5÷10 m o'lchamga to'g'ri keladi.1946 yilda Moskvada qurilgan yadro reaktori ham xuddi shunday parametrlarga ega edi.

yadrolarga bo'linishi-- bo'linish jarayoni atom yadrosi boʻlinish boʻlaklari deb ataladigan massalari oʻxshash boʻlgan ikkita yadroga aylanadi. Bo'linish natijasida boshqa reaksiya mahsulotlari ham paydo bo'lishi mumkin: engil yadrolar (asosan alfa zarralari), neytronlar va gamma kvantlar. Bo'linish o'z-o'zidan (o'z-o'zidan) va majburiy (boshqa zarralar, birinchi navbatda neytronlar bilan o'zaro ta'sir qilish natijasida) bo'lishi mumkin. Og'ir yadrolarning bo'linishi - ekzotermik jarayon, buning natijasida reaktsiya mahsulotlarining kinetik energiyasi, shuningdek, nurlanish shaklida katta miqdorda energiya chiqariladi. Yadro bo'linishi yadro reaktorlari va yadro qurollarida energiya manbai bo'lib xizmat qiladi.

1938-yilda nemis olimlari O.Gann va F.Strasmanlar uranni neytronlar bilan nurlantirganda davriy sistemaning oʻrta qismidagi elementlar bariy va lantan hosil boʻlishini aniqladilar va bu atom energiyasidan amaliy foydalanishga asos soldi.

Neytronlar tutilganda og'ir yadrolarning bo'linishi sodir bo'ladi. Bunday holda, yangi zarralar chiqariladi va yadroning bog'lanish energiyasi ajralib chiqadi, bu parchalanish bo'laklariga o'tadi.

Fiziklar A.Meytner va O.Frishlar bu hodisani neytronni tutib olgan uran yadrosi ikki qismga boʻlinganligi bilan izohladilar. parchalar. Ikki yuzdan ortiq bo'linish variantlari mavjud, masalan:

  • 235U + 1 n > 139 Xe + 95 Sr + 2 1 n.
  • 92 0 54 38 0

Bunda uran 235 U izotopining yadrosiga 200 MeV energiya ajralib chiqadi.

Bu energiyaning katta qismi fragment yadrolari tomonidan qabul qilinadi, qolgan qismi bo'linish neytronlarining kinetik energiyasi va nurlanish energiyasiga to'g'ri keladi.

Xuddi shunday infektsiyalangan protonlarni sintez qilish uchun zarrachalarning to'qnashuvining etarlicha yuqori tezligida mumkin bo'lgan Coulomb itaruvchi kuchlarini engish kerak. Kerakli shartlar Protonlardan geliy yadrolarini sintez qilish uchun yulduzlarning ichki qismida mavjud. Yerda termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy termoyadroviy reaksiya eksperimental termoyadro portlashlarida amalga oshirildi.

Og'ir yadrolar uchun neytronlar va protonlar sonining nisbati N / Z ≈ 1,6, engilroq yadrolar uchun esa birlikka yaqin bo'lganligi sababli, ularning paydo bo'lishi paytida bo'laklar neytronlar bilan haddan tashqari yuklanadi. barqaror holat, ular chiqaradi ikkinchi darajali neytronlar. Ikkilamchi neytronlarning emissiyasi og'ir yadrolarning bo'linish reaktsiyasining muhim xususiyatidir, shuning uchun ikkilamchi neytronlar ham deyiladi. parchalanish neytronlari. Har bir uran yadrosining bo'linishi jarayonida 2-3 ta bo'linish neytronlari chiqariladi. Ikkilamchi neytronlar yangi parchalanish hodisalarini keltirib chiqarishi mumkin, bu esa amalga oshirishga imkon beradi bo'linish zanjiri reaktsiyasi- reaksiyaga sabab bo'lgan zarralar ushbu reaktsiyaning mahsuloti sifatida hosil bo'ladigan yadro reaktsiyasi. Zanjir reaktsiyasi xarakterlidir neytronlarni ko'paytirish omili k, reaksiyaning bu bosqichidagi neytronlar sonining oldingi bosqichdagi ularning soniga nisbatiga teng. Agar k< 1, цепная реакция не возникает (или прекращается), при k >1 rivojlanayotgan zanjir reaktsiyasi bor, bo'linishlar soni ko'chki kabi ortadi va reaktsiya portlovchi bo'lishi mumkin. k=1 da neytronlar soni doimiy bo‘lib qoladigan o‘z-o‘zidan turuvchi reaksiya sodir bo‘ladi. Yadro reaktorlarida aynan shunday zanjir reaktsiyasi sodir bo'ladi.

Ko'paytirish koeffitsienti parchalanuvchi materialning tabiatiga, ma'lum bir izotop uchun esa uning miqdoriga, shuningdek hajmi va shakliga bog'liq. yadro- zanjir reaktsiyasi sodir bo'ladigan fazo. Yadro parchalanishi uchun yetarli energiyaga ega bo‘lgan neytronlarning hammasi ham zanjirli reaksiyada qatnashmaydi – ularning ba’zilari yadroda doimo mavjud bo‘lgan parchalanmaydigan aralashmalar yadrolariga “yopishib qoladi”, ba’zilari esa o‘lchamlari chekli bo‘lgan yadroni tark etadi. ba'zi bir yadro tomonidan tutilishidan oldin (neytron oqish). Minimal o'lchamlar zanjir reaktsiyasi mumkin bo'lgan faol zona deyiladi tanqidiy o'lchovlar, va kritik o'lchamlar tizimidagi parchalanuvchi moddalarning minimal massasi deyiladi kritik massa. Shunday qilib, 92 235 U sof uran bo'lagida yadro tomonidan tutilgan har bir neytron o'rtacha 2,5 ikkilamchi neytronni chiqarish bilan bo'linishni keltirib chiqaradi, ammo agar bunday uranning massasi 9 kg dan kam bo'lsa, neytronlarning aksariyati uchib ketadi. zanjir reaktsiyasi sodir bo'lmasligi uchun parchalanishga olib kelmasdan. Shuning uchun yadrolari bo'linishga qodir bo'lgan moddalar bir-biridan ajratilgan, kritik massadan kichik bo'laklar shaklida saqlanadi. Agar bir nechta bunday qismlar tez va mahkam bog'langan bo'lsa, ularning umumiy massasi kritik massadan oshsa, ko'chkiga o'xshash neytronlarning ko'payishi boshlanadi va zanjir reaktsiyasi boshqarilmaydigan portlovchi xususiyatga ega bo'ladi. Bu atom bombasining asosidir.

Og'ir yadrolarning bo'linish reaktsiyasidan tashqari, yadro ichidagi energiyani chiqarishning yana bir usuli - engil yadrolarning sintez reaktsiyasi mavjud. Termoyadro jarayonida ajralib chiqadigan energiyaning kattaligi shunchalik kattaki, o'zaro ta'sir qiluvchi yadrolarning yuqori konsentratsiyasida termoyadro zanjiri reaktsiyasining paydo bo'lishi uchun etarli bo'lishi mumkin. Bu jarayonda yadrolarning tez issiqlik harakati reaksiya energiyasi, reaksiyaning o'zi esa issiqlik harakati bilan ta'minlanadi. Kerakli kinetik energiyaga erishish uchun reaktivning harorati juda yuqori (107 - 108 K) bo'lishi kerak. Bu haroratda modda atom yadrolari va elektronlardan iborat issiq, to'liq ionlangan plazma holatida bo'ladi. Yengil elementlarni sintez qilish uchun termoyadro reaktsiyasini amalga oshirish bilan insoniyat oldida mutlaqo yangi imkoniyatlar ochiladi. Ushbu reaktsiyaning uchta usuli mavjud:

  • 1) Quyosh va boshqa yulduzlarning ichaklarida o'z-o'zidan sodir bo'ladigan sekin termoyadro reaktsiyasi;
  • 2) vodorod bombasi portlashi paytida sodir bo'ladigan, boshqarilmaydigan tabiatning tez o'z-o'zini ta'minlaydigan termoyadroviy reaktsiyasi;
  • 3) boshqariladigan termoyadro reaksiyasi.

Nazorat qilinmagan termoyadro reaktsiyasi vodorod bombasi bo'lib, uning portlashi yadroviy o'zaro ta'sir natijasida sodir bo'ladi:

D + D -> He3 + n; D + D -> T + p; T + D -> He4 + n,

yadrosida ikkita proton va bitta neytron bo'lgan geliy He3 izotopi va yadrosida ikkita proton va ikkita neytron bo'lgan oddiy geliy He4 sinteziga olib keladi. Bu erda n - neytron va p - proton, D - deyteriy va T - tritiy.



































Orqaga oldinga

Diqqat! Slaydni oldindan ko'rish faqat ma'lumot olish uchun mo'ljallangan va taqdimotning to'liq hajmini ko'rsatmasligi mumkin. Agar siz ushbu ish bilan qiziqsangiz, to'liq versiyasini yuklab oling.

Sinf turi. Leksiya.

Maqsad.

  • Didaktik. Atom yadrolarining boʻlinish reaksiyasi haqida tushuncha berish, ogʻir atom yadrolarining boʻlinishi jarayonida yadro energiyasini olishning fizik asoslarini oʻrganish; boshqariladigan zanjir reaktsiyalarini, qurilma va ishlash printsipini ko'rib chiqing yadro reaktorlari; radioaktiv izotoplardan foydalanish va radioaktiv nurlanishning biologik ta'siri haqida ma'lumot olish
  • Tarbiyaviy. Jamoada ishlash qobiliyatini, umumiy ish uchun mas'uliyat hissini, tartib-intizomga qiziqishni, yangi bilimlarni mustaqil ravishda egallashga intilishni tarbiyalash; shakllanishiga hissa qo‘shadi kognitiv qiziqish, o'quv jarayonida texnik ko'nikmalarni rivojlantirish.
  • uslubiy. Kompyuter texnologiyalarini qo'llash: taqdimotlar, interaktiv ma'ruzalar, virtual modellar.

Usullari: og'zaki, vizual; evristik, suhbat; frontal tekshiruv

Darsning tuzilishi

1-son Darsning tashkiliy qismi

1. Salomlashish.

2. Talabalarning mavjudligi va darsga tayyorligini tekshirish.

№ 2. Xabar mavzulari, darsning maqsadi va asosiy vazifalari.

Ma'ruza rejasi

1. Neytron nurlanishida uran yadrolarining bo‘linishi.

1.1. Uran yadrolarining bo'linishi paytida energiyaning ajralib chiqishi.

1.2.Zanjir reaksiyasi va uning yuzaga kelish shartlari.

  1. Yadro reaktori. Atom elektr stansiyasi.

    2. 2.1. Yadro reaktorining asosiy elementlari va uning turlari.

    2.2. Yadro energiyasidan foydalanish.

  2. Radioaktiv nurlanishning biologik ta'siri.

№ 3. Talabalarning asosiy bilimlarini yangilash:

1. Yadroning tarkibi.

2. Radioaktivlik.

3. Yadro reaksiyalari.

4. - parchalanish.

5. parchalanish.

6. Reaksiyaning energiya unumi.

7. Ommaviy nuqson.

8. Yadroning bog'lanish energiyasi.

9. Yadroning o'ziga xos bog'lanish energiyasi.

So'rov varag'i (formulalar, qonunlar, naqshlar bo'yicha bilimlarni tekshirish) ( slayd raqami 3).

№ 4. Talabalarning o'quv faoliyatini rag'batlantirish

Darsning strukturaviy elementlari

1. Neytron nurlanishida uran yadrolarining bo‘linishi

Ko'p sonli nuklonlarni o'z ichiga olgan atom yadrolari beqaror va parchalanishi mumkin. 1938 yilda nemis olimlari Otto Gann va Frants Strassman sekin neytronlar ta'sirida uran U yadrosining bo'linishini kuzatdilar. Biroq, bu faktning to'g'ri talqini, aynan neytronni tutgan uran yadrosining bo'linishi, 1939 yil boshida ingliz fizigi O. Frish tomonidan avstriyalik fizigi L. Meytner bilan birgalikda berilgan. Yadro bo'linishi Neytronni taxminan ikkita teng qismga (bo'linish bo'laklari) yutadigan og'ir yadroning bo'linish yadro reaktsiyasi deb ataladi.

Ogʻir yadrolarning boʻlinish imkoniyatini xususiy bogʻlanish energiyasining A massa soniga bogʻliqligi grafigi yordamida ham tushuntirish mumkin (slayd No4).

O'ziga xos bog'lanish energiyasining massa soniga nisbatan grafigi

Atom yadrolarining o'ziga xos bog'lanish energiyasi davriy tizim oxirgi joylar (A 200), davriy tizimning o'rtasida joylashgan elementlarning yadrolaridagi o'ziga xos bog'lanish energiyasidan taxminan 1 MeV kamroq. (A 100). Shuning uchun davriy tizimning o'rta qismidagi og'ir yadrolarning elementlarning yadrolariga bo'linish jarayoni "energetik jihatdan qulay". Bo'linishdan keyin tizim minimal ichki energiyaga ega bo'lgan holatga o'tadi. Axir, yadroning bog'lanish energiyasi qanchalik katta bo'lsa, yadro hosil bo'lganda shunchalik ko'p energiya ajralib chiqishi kerak va shuning uchun kamroq ichki energiya yangi shakllangan tizim.

Yadroning bo'linishi jarayonida bir nuklonning bog'lanish energiyasi 1 MeV ga oshadi va ajralib chiqadigan umumiy energiya har bir yadroga 200 MeV ga teng bo'lishi kerak. Boshqa hech qanday yadro reaktsiyasi (bo'linish bilan bog'liq bo'lmagan) bunday katta energiya chiqarmaydi. Keling, bu energiyani yoqilg'ining yonishi paytida chiqarilgan energiya bilan taqqoslaylik. 1 kg uran-235 ni parchalashda energiya teng bo'ladi . 1 kg ko'mir yoqilganda 2,9·10 6 J ga teng energiya ajralib chiqadi, ya'ni. 28 million marta kam. Ushbu hisob-kitob yadro energiyasining afzalliklarini yaxshi ko'rsatadi.

Uran yadrosining parchalanishi paytida ajralib chiqadigan energiyani to'g'ridan-to'g'ri o'lchash U yuqoridagi fikrlarni tasdiqladi va qiymatni berdi. 200 MeV. Bundan tashqari, bu energiyaning katta qismi (168 MeV) bo'laklarning kinetik energiyasiga to'g'ri keladi.

Yadroning bo'linishi paytida ajralib chiqadigan energiya yadroviy emas, balki elektrostatikdir. Parchalarning katta kinetik energiyasi ularning Kulon itarishi tufayli yuzaga keladi.

Neytronlarning yadro bo'linishi uchun ishlatilishi ularning elektr neytralligi bilan bog'liq. Yadro protonlari tomonidan Coulomb repulsiyasining yo'qligi neytronlarning atom yadrosiga erkin kirib borishiga imkon beradi. Neytronni vaqtincha tutib olish yadroning mo'rt barqarorligini buzadi, bu Coulomb itarish va yadro tortishish kuchlarining nozik muvozanati tufayli. Qo'zg'atilgan yadro nuklonlarining paydo bo'ladigan fazoviy tebranishlari (biz U* ni belgilaymiz) beqarordir. Yadro markazida neytronlarning ortiqcha bo'lishi periferiyadagi protonlarning ko'pligini anglatadi. Ularning o'zaro itarilishi U* izotopining sun'iy radioaktivligiga, ya'ni uning bo'linish fragmentlari deb ataladigan kichikroq massali yadrolarga bo'linishiga olib keladi. Bundan tashqari, eng ehtimol bo'laklarga bo'linishdir, ularning massa nisbati taxminan 2: 3. Ko'pgina yirik bo'laklar ommaviy raqamga ega A 135-145 oralig'ida, kichiklari esa 90 dan 100 gacha. Uran yadrosi U ning bo'linish reaksiyasi natijasida ikki yoki uchta neytron hosil bo'ladi. Bittasi mumkin bo'lgan reaktsiyalar Uran yadrosining bo'linishi quyidagi sxema bo'yicha davom etadi:

Bu reaktsiya uchta neytron hosil bo'lishi bilan davom etadi. Ikki neytron hosil bo'lishi bilan reaktsiya mumkin:

1. Talabalar uchun vazifa: reaktsiyani tiklash .

2. Talabalarga topshiriq: chizma elementlarini imzolash .

1.1 Uran yadrolarining bo'linishi paytida energiya chiqishi

Yadroning bo'linishi paytida ajralib chiqadigan energiya yadroviy emas, balki elektrostatikdir. Parchalarning katta kinetik energiyasi ularning Kulon itarishi tufayli yuzaga keladi. 1 g uranda mavjud bo'lgan barcha yadrolarning to'liq bo'linishi bilan 2,5 tonna neftni yoqish paytida qancha energiya ajralib chiqadi.

Atom yadrosining bo'linish jarayonini quyidagilar asosida tushuntirish mumkin yadroning tushish modeli. Ushbu modelga ko'ra, nuklonlar to'plami zaryadlangan suyuqlik tomchisiga o'xshaydi. Nuklonlar orasidagi yadro kuchlari suyuqlik molekulalari orasidagi ta'sir qiluvchi kuchlar kabi qisqa masofaga ega. Yadroni parchalashga moyil bo'lgan protonlar orasidagi kuchli elektrostatik itarilish kuchlari bilan bir qatorda, undan ham katta yadroviy tortishish kuchlari mavjud. Bu kuchlar yadroni parchalanishdan saqlaydi.

Uran-235 yadrosi sharsimon. Qo'shimcha neytronni o'zlashtirgandan so'ng, yadro cho'zilgan shaklga ega bo'lib, deformatsiyalana boshlaydi ( slayd raqami 5). Yadro cho'zilgan yadro yarmlari orasidagi elektr itarish kuchlari istmusda ta'sir qiluvchi yadro tortishish kuchlaridan ustun kelguniga qadar cho'ziladi. Shundan so'ng, yadro ikki qismga bo'linadi. Kulonning itaruvchi kuchlari ta'sirida bu parchalar yorug'lik tezligining 1/30 ga teng tezlikda bir-biridan uchib ketadi. ( video klip #6)

1.2 Zanjirli reaksiya va uning yuzaga kelish shartlari

Bo'linish jarayonida yadrodan chiqadigan har qanday neytron o'z navbatida qo'shni yadroning bo'linishiga olib kelishi mumkin, bu esa keyingi bo'linishga olib kelishi mumkin bo'lgan neytronlarni chiqaradi. Natijada parchalanuvchi yadrolar soni juda tez ortadi. Zanjirli reaktsiya paydo bo'ladi. Yadro zanjiri reaktsiyasi boshqa yadrolarning bo'linishiga olib kelishi mumkin bo'lgan neytronlar ushbu reaktsiyaning mahsuloti sifatida hosil bo'ladigan reaktsiya deb ataladi. ( slayd raqami 7).

Ushbu reaktsiyaning mohiyati shundan iboratki, bitta yadroning bo'linishi paytida chiqariladi N neytronlar parchalanishga olib kelishi mumkin N ning emissiyasiga olib keladigan yadrolar N 2 parchalanishga olib keladigan yangi neytronlar N 2 yadrolar va boshqalar. Binobarin, har bir avlodda hosil bo'lgan neytronlar soni eksponent ravishda o'sib boradi. Umuman olganda, jarayon ko'chkiga o'xshash xususiyatga ega, juda tez davom etadi va juda katta miqdordagi energiya chiqishi bilan birga keladi.

Yadro bo'linish zanjiri reaktsiyasining tezligi neytronlarni ko'paytirish omili bilan tavsiflanadi.

Neytronlarni ko'paytirish koeffitsienti k - zanjir reaktsiyasining ma'lum bir bosqichidagi neytronlar sonining oldingi bosqichdagi soniga nisbati.

Agar k 1, keyin neytronlar soni vaqt o'tishi bilan ortadi yoki doimiy bo'lib qoladi va zanjir reaktsiyasi davom etadi.

Agar k< 1, keyin neytronlar soni kamayadi va zanjir reaktsiyasi mumkin emas.

Da k= 1 reaksiya statsionar davom etadi: neytronlar soni o'zgarishsiz qoladi. ko'paytirish omili k reaktorning o'lchamlari va shunga mos ravishda uranning massasi ma'lum bir kritik qiymatdan oshsagina birlikka teng bo'lishi mumkin.

Kritik massa - bu zanjir reaktsiyasi davom etishi mumkin bo'lgan parchalanuvchi materialning eng kichik massasi.

Bu tenglik k= 1 katta aniqlik bilan saqlanishi kerak. Allaqachon k= 1.01 portlash deyarli bir zumda sodir bo'ladi. Yadro bo'linishi paytida hosil bo'ladigan neytronlar soni uran muhitining hajmiga bog'liq. Bu hajm qanchalik katta bo'lsa, yadro bo'linishi paytida chiqarilgan neytronlar soni shunchalik ko'p bo'ladi. Ma'lum bir kritik massaga ega bo'lgan uranning ma'lum bir minimal kritik hajmidan boshlab, yadroviy bo'linish reaktsiyasi o'z-o'zidan ta'minlanadi. Yadro reaktsiyasining borishiga ta'sir qiluvchi juda muhim omil - bu neytron moderatorining mavjudligi. Gap shundaki, uran-235 yadrolari sekin neytronlar ta'sirida bo'linadi. Yadro bo'linishi tez neytronlarni hosil qiladi. Agar tez neytronlar sekinlashtirilsa, ularning ko'pchiligi uran-235 yadrolari tomonidan keyinchalik yadro bo'linishi bilan tutiladi. Moderator sifatida grafit, suv, og'ir suv va boshqa moddalar ishlatiladi.

Sharsimon bo'lgan sof uran U uchun kritik massa taxminan 50 kg ni tashkil qiladi. Bu holda, to'p radiusi taxminan 9 sm.Neytron moderatori va neytronlarni aks ettiruvchi berilliy qobig'i yordamida kritik massani 250 g gacha kamaytirish mumkin edi.

(video klip #8)

2. Yadro reaktori

2.1. Yadro reaktorining asosiy elementlari, uning turlari

Yadro reaktori - bu qurilma issiqlik energiyasi boshqariladigan yadro bo'linish zanjiri reaktsiyasi natijasida.

Uran yadrolarining bo'linishining birinchi boshqariladigan zanjirli reaktsiyasi 1942 yilda AQSHda italyan fizigi Fermi boshchiligida amalga oshirilgan. Neytronlarni ko'paytirish omili bilan zanjir reaktsiyasi k= 1.0006 28 daqiqa davom etdi, shundan so'ng reaktor yopildi.

Yadro reaktorining asosiy elementlari:

Yadro yoqilg'isi yoqilg'i elementlari (TVEL) deb ataladigan vertikal novdalar shaklida faol zonada joylashgan. Yoqilg'i tayoqchalari reaktor quvvatini boshqarish uchun mo'ljallangan. Har bir yonilg'i tayog'ining massasi kritik massadan ancha kichik, shuning uchun bitta novda zanjir reaktsiyasi sodir bo'lmaydi. U barcha uran tayoqchalarining faol zonasiga botgandan keyin boshlanadi. Yadro neytronlarni aks ettiruvchi materiya qatlami (reflektor) va neytronlarni va boshqa zarralarni ushlab turadigan betonning himoya qobig'i bilan o'ralgan.

Reaktor kadmiy yoki bor o'z ichiga olgan novdalar bilan boshqariladi. Reaktor yadrosidan cho'zilgan rodlar bilan k > 1 va to'liq qaytarib olinganda - Kimga< 1. Tayoqlarni faol zona ichidagi itarish orqali har qanday vaqtda zanjirli reaktsiyaning rivojlanishini to'xtatish mumkin. Yadro reaktorlari kompyuter yordamida masofadan turib boshqariladi.

Sekin neytronlarda reaktor. U yadrolarining eng samarali boʻlinishi sekin neytronlar taʼsirida sodir boʻladi. Bunday reaktorlar sekin neytron reaktorlari deb ataladi. Bo'linish reaktsiyasida hosil bo'lgan ikkilamchi neytronlar tezdir. Zanjirli reaktsiyada U yadrolari bilan keyingi o'zaro ta'siri eng samarali bo'lishi uchun ular yadroga moderatorni - moddani (og'ir suv, grafit) kiritish orqali sekinlashadi.

Talabalarga savol: Bu moddalar nima uchun ishlatiladi? Og'ir suv - ko'p miqdordagi neytronlarni o'z ichiga oladi, ular bo'linish natijasida ajralib chiqadigan tez neytronlar bilan to'qnashib, ularni impulsning saqlanish qonuniga muvofiq sekinlashtiradi.

Tez neytron reaktori. Yerda tabiiy uran-235 juda kam, uranning umumiy massasining atigi 0,715% ni tashkil qiladi. Tabiiy uranning asosiy qismi (99,28%) uran-238 izotopi bo'lib, u "yadro yoqilg'isi" sifatida yaroqsiz.

Termal (ya'ni, sekin) neytron reaktorlarida uran faqat 1-2% ishlatiladi. Urandan to'liq foydalanish tez neytronli reaktorlarda amalga oshiriladi, ular shuningdek, plutoniy shaklida yangi yadro yoqilg'isini qayta ishlab chiqarishni ta'minlaydi.

Tez neytron reaktorlarining afzalligi shundaki, ish paytida sezilarli miqdordagi plutoniy Pu hosil bo'ladi, Pu izotopining eng muhim xususiyati uning termal neytronlar ta'sirida bo'linish qobiliyatidir, masalan, U izotopi, keyinchalik ular sifatida foydalanish mumkin. yadro yoqilg'isi. Bu reaktorlar selektsion reaktorlar deb ataladi, chunki ular parchalanadigan materialni ko'paytiradi. Shu sababli, yaqin kelajakda atom energetikasining juda muhim vazifasi oddiy reaktorlardan nafaqat energiya manbalari, balki "plutoniy zavodlari" sifatida ham xizmat qiladigan selektsioner reaktorlarga (selektsionerlarga) o'tishdir. Uran-238 ni plutoniyga qayta ishlovchi ushbu reaktorlar “yadro yoqilg‘isi” zahiralarini keskin oshiradi.

Yadro reaktsiyalari yordamida transuran elementlari (urandan keyin), ya'ni urandan og'irroq elementlar olindi. Bu elementlar tabiatda mavjud emas, ular sun'iy ravishda olinadi.

Zaryad raqami 92 dan katta bo'lgan birinchi element 1940 yilda Kaliforniya universitetining amerikalik olimlari tomonidan uranni neytronlar bilan nurlantirganda olingan. Neptuniy va plutoniyni olish misolida transuran elementlarini ishlab chiqarishni ko'rib chiqing:

Neptuniyning yarim yemirilish davri 2,3 sutka, plutoniyi 2,44·10 4 yil va u ko'p miqdorda to'planishi mumkin, bu atom energiyasidan foydalanishda katta ahamiyatga ega. Bugungi kunga qadar quyidagi transuran elementlari olindi: ameritsiy (95), berkeliy (97), kaliforniy (98), einshteyn (99), fermiy (100), m (101), nobeliy (102), lorensiy (103) , kurchatovium (104).

2.2. Yadro energiyasidan foydalanish

Atom yadrolarining ichki energiyasini elektr energiyasiga aylantirish. Yadro reaktori issiqlik yadro energiyasini elektr energiyasiga aylantiradigan atom elektr stantsiyasining (AES) asosiy elementi hisoblanadi. Yadroning bo'linishi natijasida reaktorda issiqlik energiyasi chiqariladi. Bu energiya bug 'energiyasiga aylanadi, bug' turbinasi aylanadi. Bug 'turbinasi, o'z navbatida, elektr energiyasini ishlab chiqaradigan generatorning rotorini aylantiradi.

Shunday qilib, energiya konvertatsiyasi quyidagi sxema bo'yicha amalga oshiriladi:

uran yadrolarining ichki energiyasi neytronlar va yadro parchalarining kinetik energiyasi suvning ichki energiyasi bug ning ichki energiyasi bug ning kinetik energiyasi turbina rotori va generator rotorining elektr energiyasi.( video klip #11).

Talabalar uchun vazifa: reaktorning asosiy elementlariga imzo qo'ying. ( Slayd raqami 12)

Ishni tekshirish ( Slayd raqami 13)

Har bir parchalanish hodisasi taxminan 3,2·10 -11 J energiya chiqaradi. Keyin 3000 MVt quvvat soniyada taxminan 10 18 bo'linish hodisasiga to'g'ri keladi. Yadro bo'linishi paytida yoqilg'i tayoqlarining devorlari juda qizib ketadi. Issiqlik yadrodan sovutish suvi - suv bilan chiqariladi. Kuchli reaktorlarda zona 300 ° S haroratgacha isitiladi. Qaynab ketmaslik uchun suv yadrodan taxminan 10 7 Pa (100 atm) bosim ostida issiqlik almashinuviga chiqariladi. Issiqlik almashtirgichda birlamchi konturda aylanib yuruvchi radioaktiv suv (sovutuvchi) ikkinchi konturda aylanib yuruvchi oddiy suvga issiqlik beradi. O'tkazilgan issiqlik ikkilamchi konturdagi suvni bug'ga aylantiradi. 3 10 6 Pa bosim ostida taxminan 230 ° S haroratli bu bug 'bug' turbinasi pichoqlariga yo'naltiriladi va u elektr generatorining rotorini aylantiradi. Yadro energiyasidan elektr energiyasiga aylantirish uchun foydalanish birinchi marta 1954 yilda SSSRda Obninsk shahrida amalga oshirilgan. 1980 yilda Beloyarsk AESda dunyodagi birinchi tez neytron reaktori ishga tushirildi.

Atom energetikasini rivojlantirishning muvaffaqiyatlari va istiqbollari

Har xil turdagi ES faoliyatining atrof-muhitga ta'sirini taqqoslash.

GESning atrof-muhitga ta'siri ( Slayd raqami 14):

  • unumdor erlarning katta maydonlarini suv bosishi;
  • er osti suvlari darajasining ko'tarilishi;
  • hududlarni botqoqlash va muhim er maydonlarini ekinlardan olib tashlash;
  • Suv havzalarining "gullashi", bu baliq va suv havzalarining boshqa aholisining o'limiga olib keladi.

TPPning atrof-muhitga ta'siri ( Slayd raqami 15):

  • tanlash katta raqam issiqlik;
  • havoning gazsimon chiqindilar bilan ifloslanishi;
  • Yadroviy ifloslanish;
  • er yuzasining cüruf va karerlar bilan ifloslanishi.

Atom elektr stantsiyalarining atrof-muhitga ta'siri ( Slayd raqami 16):

  • uran rudalarini qazib olish va qayta ishlash;
  • radioaktiv chiqindilarni utilizatsiya qilish;
  • muhim termal suvning ifloslanishi uning isishi tufayli.

Yoniq Slayd raqami 17 turli elektr stansiyalari tomonidan ishlab chiqarilgan elektr energiyasining taqsimlanishini ko'rsatadigan jadvalni joylashtirdi.

1986 yil rok voqealarini eslamaslik mumkin emas ( Slayd raqami 18). Portlashning oqibatlari slayd №19-22)

Yadro reaktorlari atom suv osti kemalari va muzqaymoq kemalariga o'rnatiladi (K 19).

Yadroviy qurol

Yadro bombasida neytronlarni ko'paytirish omili yuqori bo'lgan nazoratsiz zanjirli reaktsiya sodir bo'ladi. Energiyaning deyarli bir lahzada chiqishi (portlash) sodir bo'lishi uchun reaktsiya tez neytronlarda (moderatorlardan foydalanmasdan) davom etishi kerak. Portlovchi modda sof uran U yoki plutoniy Pu hisoblanadi.

Bomba portlaganda harorat millionlab kelvinlarga etadi. Bu haroratda bosim keskin ko'tariladi va kuchli portlash to'lqini hosil bo'ladi. Shu bilan birga, kuchli nurlanish hosil bo'ladi. Bomba portlashi natijasida hosil bo'lgan zanjir reaktsiyasi juda radioaktiv va hayot uchun xavflidir.

1945 yilda Qo'shma Shtatlar ariza berdi atom bombalari Yaponiyaga qarshi ( videoklip #23-25). Atom qurollarini sinovdan o'tkazish oqibatlari ( videoklip #26)

Dori

1. Radioaktiv nurlanishning biologik ta’siri.

Radioaktiv nurlanishga gamma va rentgen nurlanishi, elektronlar, protonlar, zarrachalar, og'ir elementlarning ionlari kiradi. U ionlashtiruvchi nurlanish deb ham ataladi, chunki u tirik to'qimalardan o'tib, atomlarning ionlanishiga olib keladi.

Hatto radioaktiv moddalarning zaif emissiyasi ham juda ko'p kuchli ta'sir barcha tirik organizmlarga, hujayralarning hayotiy faoliyatini buzadi. Yuqori nurlanish intensivligida tirik organizmlar nobud bo'ladi. Radiatsiya xavfi, hatto o'limga olib keladigan dozalarda ham og'riq keltirmasligi bilan kuchayadi. Tibbiyotdagi innovatsiyalar ( slayd №27-29)

Biologik ob'ektlarga ta'sir qiluvchi ta'sir mexanizmi hali ham yaxshi tushunilmagan. Ammo u atomlar va molekulalarning ionlanishiga kamayishi aniq va bu ularning kimyoviy faolligining o'zgarishiga olib keladi. Nurlanishga eng sezgir hujayralar yadrolari, ayniqsa tez bo'linadigan hujayralardir. Shuning uchun, birinchi navbatda, radiatsiya suyak iligiga ta'sir qiladi, bu qon hosil bo'lish jarayonini buzadi. Keyinchalik ovqat hazm qilish traktining hujayralari va boshqa organlarning shikastlanishi keladi.

radiatsiya dozasi. Ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirining tabiati so'rilgan nurlanishning dozasiga va uning turiga bog'liq.

Yutilgan nurlanish dozasi - nurlangan jism tomonidan yutilgan nurlanish energiyasining uning massasiga nisbati: .

SIda so'rilgan nurlanish dozasi kulrang (1 Gy) bilan ifodalanadi:

1 Gy yutilgan nurlanish dozasiga teng, bunda 1 J ionlashtiruvchi nurlanish energiyasi 1 kg og'irlikdagi nurlangan moddaga o'tkaziladi.

Tabiiy radiatsion fon (kosmik nurlar, atrof-muhit va inson tanasining radioaktivligi) har bir kishi uchun yiliga 2·10 -3 Gy ni tashkil qiladi. Radiatsiyadan himoya qilish bo'yicha xalqaro komissiya radiatsiya bilan ishlaydigan shaxslar uchun ruxsat etilgan maksimal yillik dozani 0,05 Gy belgiladi. Qisqa vaqt ichida olingan 3 - 10 Gy nurlanish dozasi o'limga olib keladi.

Amalda nurlanish dozasining tizimdan tashqari birligi - rentgen (1 R) keng qo'llaniladi. 1 Gy taxminan 100 R ga to'g'ri keladi.

ekvivalent doza.

Xuddi shu yutilish dozasida turli xil nurlanishlar turli xil biologik ta'sirlarni keltirib chiqarishi sababli, bu ta'sirlarni baholash uchun ekvivalent doza (H) deb nomlangan miqdor kiritilgan.

So'rilgan nurlanishning ekvivalent dozasi so'rilgan nurlanish dozasi va sifat omilining mahsuloti sifatida aniqlanadi:

Doza ekvivalenti birligi sievert (1 Sv).

1Sv so'rilgan nurlanish dozasi 1 Gy bo'lgan ekvivalent dozaga teng. .

Ekvivalent dozaning qiymati tirik organizm uchun nisbatan xavfsiz va juda xavfli bo'lgan nurlanish dozalarini belgilaydi.

Ionlashtiruvchi nurlanishning tirik organizmga ta'sirini baholashda tananing ayrim qismlari (a'zolar, to'qimalar) boshqalarga qaraganda sezgirroq ekanligi ham hisobga olinadi. Misol uchun, bir xil ekvivalent dozada o'pka saratoni qalqonsimon bez saratoniga qaraganda ko'proq.

Boshqacha qilib aytganda, har bir organ va to'qima ma'lum bir radiatsiya xavfi koeffitsientiga ega (masalan, o'pka uchun u 0,12, qalqonsimon bez uchun - 0,03).

So'rilgan va ekvivalent dozalar ta'sir qilish vaqtiga bog'liq. Boshqa narsalar teng bo'lsa, bu dozalar kattaroqdir ko'proq vaqt nurlanish.

Radiatsiya bilan davolash mumkin bo'lgan oziq-ovqat mahsulotlari ( Slayd raqami 30).

Ba'zi tirik organizmlar uchun yarim o'ldiradigan so'rilgan doz ( Slayd raqami 31).

Ionlangan nurlanishning odamlarga biologik ta'siri (bilan slayd №32).

Aholining radiatsiya ta'siri darajasi ( Slayd raqami 33).

Strukturalar va materiallarning ionlangan nurlanishiga qarshi himoya harakati ( Slayd raqami 34)

2. Organizmlarni nurlanishdan himoya qilish.

Har qanday nurlanish manbalari bilan ishlashda radiatsiyaviy himoya choralarini ko'rish kerak.

Himoya qilishning eng oddiy usuli - xodimlarni radiatsiya manbasidan etarlicha katta masofada olib tashlash. Radioaktiv preparatlar bilan ampulalarni qo'lda olish mumkin emas. Uzoq tutqichli maxsus qisqichlardan foydalanish kerak.

Radiatsiyadan himoya qilish uchun yutuvchi materiallardan yasalgan to'siqlar qo'llaniladi. Misol uchun, qalinligi bir necha millimetr bo'lgan alyuminiy qatlami -radiatsiyadan himoya sifatida xizmat qilishi mumkin. Yuqori penetratsion quvvat tufayli radiatsiya va neytronlardan eng qiyin himoya. Eng yaxshi nur yutuvchi qo'rg'oshindir. Sekin neytronlar bor va kadmiy tomonidan yaxshi so'riladi. Tez neytronlar grafit yordamida oldindan moderatsiya qilinadi. video klip #35).

Yangi materialni taqdim etish paytida talabalarga savollar

1. Nima uchun neytronlar atom yadrolarini bombardimon qilish uchun eng qulay zarralar hisoblanadi?

2. Neytron uran yadrosiga urilganda nima sodir bo'ladi?

3. Nima uchun uran yadrolarining bo‘linishi jarayonida energiya ajralib chiqadi?

4. Neytronlarni ko'paytirish omili nima bilan belgilanadi?

5. Yadro reaksiyasini boshqarish nima?

6. Nima uchun har bir uran tayoqchasining massasi kritik massadan kichik bo'lishi kerak?

7. Boshqaruv tayoqlari nima uchun mo'ljallangan? Ular qanday ishlatiladi?

8. Nima uchun neytron moderatori yadro reaktorida ishlatiladi?

9. Radiatsiyaning tirik organizmlarga salbiy ta'sirining sababi nimada?

10. Ionlashtiruvchi nurlanishning tirik organizmga ta'sirini baholashda qanday omillarni hisobga olish kerak?

№ 5. Darsni yakunlash

Ma'lumki, og'ir yadrolarning amaliy maqsadlarda qo'llaniladigan bo'linish energiyasi dastlabki yadrolarning bo'laklarining kinetik energiyasidir. Lekin bu energiyaning kelib chiqishi nima, ya'ni. qanday energiya parchalarning kinetik energiyasiga aylanadi?

Bu masala bo'yicha rasmiy qarashlar juda ziddiyatli. Shunday qilib, Muxin yozadiki, og'ir yadroning bo'linishi paytida ajralib chiqadigan katta energiya dastlabki yadro va bo'laklardagi massa nuqsonlari farqi bilan bog'liq - va shu mantiqqa asoslanib, u yadroning bo'linishi paytida energiya unumini taxmin qiladi. uran yadrosi: "200 MeV. Ammo keyin u ularning Kulon itarish energiyasi parchalarning kinetik energiyasiga aylanadi, deb yozadi - bu parchalar bir-biriga yaqin bo'lganda, bir xil »200 MeV. Bu ikkala bahoning eksperimental qiymatga yaqinligi, albatta, ta'sirli, ammo savol o'rinli: massa nuqsonlari farqi yoki Kulonning itarilish energiyasi hali ham bo'laklarning kinetik energiyasiga aylanadimi? Siz bizga nima haqida - oqsoqol haqida gapirayotganingizni allaqachon hal qilasiz da yoki Kievdagi amaki haqida!

Nazariychilarning o'zlari bu boshsiz dilemmani yaratdilar: ularning mantig'iga ko'ra, ular, albatta, ommaviy nuqsonlardagi farqni ham, Coulomb itarishini ham talab qiladi. Biridan yoki boshqasidan voz keching va yadro fizikasidagi an'anaviy dastlabki taxminlarning befoydaligi aniq bo'ladi. Misol uchun, nima uchun ular ommaviy nuqsonlarning farqi haqida gapirishadi? Keyin, qandaydir tarzda og'ir yadrolarning bo'linish hodisasi ehtimolini tushuntirish uchun. Ular bizni og'ir yadrolarning bo'linishi energiya jihatidan qulay bo'lganligi sababli sodir bo'lishiga ishontirishga harakat qilishadi. Mo''jizalar nima? Og'ir yadroning bo'linishi paytida yadro aloqalarining bir qismi yo'q qilinadi - va yadroviy aloqalarning energiyalari MeVda hisoblanadi! Yadrodagi nuklonlar atom elektronlaridan kuchliroq bog'langan. Tajriba shuni o'rgatadiki, tizim aynan energiya rentabelligi sohasida barqaror - va agar uning parchalanishi energiya jihatidan foydali bo'lsa, u darhol parchalanib ketadi. Ammo tabiatda uran rudalari konlari mavjud! Uran yadroviy parchalanishining qanday "energiya rentabelligi" haqida gapirish mumkin?



Og'ir yadroning bo'linishi foydali degan taxminning bema'niligi unchalik hayratlanarli bo'lmasligi uchun, nazariyotchilar chalg'ituvchi manevrga kirishdilar: ular bu "afzallik" haqida o'rtacha bog'lanish energiyasiga bog'liq. har bir nuklonga. Darhaqiqat, atom sonining ortishi bilan yadrodagi massa nuqsonining hajmi ham ortadi, ammo yadrodagi nuklonlar soni tezroq ortadi - ortiqcha neytronlar tufayli. Shuning uchun og'ir yadrolar uchun har bir nuklonga qayta hisoblangan umumiy bog'lanish energiyasi atom sonining ortishi bilan kamayadi. Bu almashish haqiqatan ham og'ir yadrolar uchun foydali bo'lib tuyuladimi? Afsuski, bu mantiq yadroviy aloqalar qamrab oladigan an'anaviy g'oyalarga asoslanadi Hammasi yadrodagi nuklonlar. Bu faraz bilan nuklonning o'rtacha bog'lanish energiyasi E 1 - yadroviy bog'lanish energiyasining D bo'linmasining koeffitsienti E nuklonlar soni uchun:

E 1=D E/A, D E=(Zm p +( A-Z)m n)c 2 -(M da - Zme)c 2 , (4.13.1)

Qayerda Z- atom raqami, ya'ni. protonlar soni A- nuklonlar soni; m p , m n Va men mos ravishda proton, neytron va elektronning massalari, M at - atomning massasi. Biroq, biz yuqorida yadro haqidagi an'anaviy g'oyalarning etarli emasligini allaqachon tasvirlab berdik ( 4.11 ). Va agar taklif qilingan model mantig'iga ko'ra ( 4.12 ), bir nuklonga bog'lanish energiyasini hisoblashda yadrodagi vaqtincha yadro bog'lari bilan qoplanmagan nuklonlarni hisobga olmang, u holda (4.13.1) dan farqli formulani olamiz. Agar bog'langan nuklonlarning hozirgi soni 2 ga teng deb faraz qilsak Z (4.12 ) va ularning har biri ulanish vaqtining faqat yarmiga bog'langanligi ( 4.12 ), keyin bir nuklonning o'rtacha bog'lanish energiyasi uchun formulani olamiz

E 1*=D E/Z , (4.13.2)

(4.13.1) dan faqat maxrajda farqlanadi. Silliqlashtirilgan xususiyatlar E 1 (Z) Va E 1 * (Z) da berilgan 4.13-rasm. Odatdagi jadvaldan farqli o'laroq E 1 (Z), ko'plab darsliklarda joylashtirilgan, grafik E 1 * (Z) ajoyib xususiyatga ega: u og'ir yadrolar uchun, mustaqillik nuklonlar soni bo'yicha bir nuklonga bog'lanish energiyasi. Shunday qilib, bizning modelimizdan ( 4.12 ) shundan kelib chiqadiki, og'ir yadrolarning bo'linishining hech qanday "energetik ustunligi" haqida gap bo'lishi mumkin emas - sog'lom fikrga muvofiq. Ya'ni, parchalarning kinetik energiyasi boshlang'ich yadro va bo'laklarning massa nuqsonlari farqiga bog'liq bo'lishi mumkin emas.

4.13-rasm

Xuddi shu umumiy fikrga ko'ra, ularning Kulon itarilish energiyasini bo'laklarning kinetik energiyasiga aylantirib bo'lmaydi: biz nazariy dalillar sifatida keltirdik ( 4.7 , 4.12 ) va eksperimental dalillar ( 4.12 ) yadroni tashkil etuvchi zarrachalar uchun Kulon repulsiyasi mavjud emasligini.

Keyin og'ir yadro bo'laklarining kinetik energiyasining kelib chiqishi nimadan iborat? Birinchidan, savolga javob berishga harakat qilaylik: nima uchun yadro zanjiri reaktsiyasida yadro bo'linishi oldingi bo'linish paytida chiqarilgan neytronlar tomonidan samarali tarzda yuzaga keladi - bundan tashqari, termal neytronlar, ya'ni. yadroviy miqyosda ahamiyatsiz bo'lgan energiyaga ega. Termal neytronlar og'ir yadrolarni parchalash qobiliyatiga ega ekanligi bilan, og'ir yadrolardagi "ortiqcha" neytronlar bo'sh degan xulosamiz bilan kelishish qiyin bo'lib tuyuladi ( 4.12 ). Og'ir yadro tom ma'noda termal neytronlar bilan to'ldirilgan, lekin u umuman parchalanmaydi - garchi uning bevosita bo'linishi oldingi bo'linishda chiqarilgan bitta termal neytronning unga tegishiga olib keladi.

Og'ir yadrolardagi vaqtinchalik erkin termal neytronlar va og'ir yadrolarning bo'linishi paytida chiqariladigan termal neytronlar hali ham bir-biridan farq qiladi deb taxmin qilish mantiqan to'g'ri. Ikkalasi ham yadroviy uzilishlarga ega bo'lmaganligi sababli, ular farq qilishi mumkin bo'lgan erkinlik darajasi neytronda ichki bog'lanishni ta'minlaydigan jarayonga ega bo'lishi kerak - uning tarkibiy juftlarining tsiklik o'zgarishi ( 4.10 ). Va biz bu erda ko'rayotgan yagona erkinlik darajasi - bu imkoniyat zaiflashishi bu ichki aloqa "ommaviy o'sish bo'yicha" ( 4.10 ), neytrondagi tsiklik o'zgarishlar chastotasining pasayishi tufayli - mos keladigan g-kvantlarning emissiyasi bilan. Neytronlarni bunday zaiflashgan holatga keltirish - masalan, og'ir yadrolarning parchalanishi paytida, energiyaning bir shakldan ikkinchisiga o'ta o'zgarishi - bizga g'ayrioddiy narsa ko'rinmaydi. Neytronning zaiflashgan holati, ko'rinishidan, neytronni hosil qiluvchi dasturning g'ayritabiiy ishlashi bilan bog'liq. jismoniy dunyo- va shu bilan birga neytronning proton va elektronga parchalanishi osonroq. Yadro reaktorlaridan chiqadigan neytronlar uchun o'lchangan o'rtacha 17 daqiqa umr ko'rish zaiflashgan neytronlarga xosdir. Bizningcha, zaiflashtirilmagan neytron, agar uni bog'laydigan algoritm ishlasa, yashashga qodir ( 4.10 ), ya'ni cheksiz.

Qanday qilib zaiflashgan neytron og'ir yadroni yo'q qiladi? Kuchsiz neytronlar bilan solishtirganda, zaiflashgan neytronlar uchun nuklon pulsatsiyasining uzilish davri ortadi. Agar yadroga kirgan bunday neytronda yadroviy uzilishlar "yoqilgan" bo'lsa, u qandaydir proton bilan bog'langan bo'lsa, u holda yuqorida tavsiflangan uchlikdagi kommutatsiya bog'lanish sinxronizmi sodir bo'ladi. n 0 -p + -n 0 (4.12 ) imkonsiz bo'ladi. Natijada, mos keladigan a-kompleksdagi bog'lanish sinxronizmi buziladi, bu a-komplekslarni optimal tarzda qayta shakllantiradigan va yadroning dinamik tuzilishini ta'minlaydigan bog'lanishning uzilishlar ketma-ketligini keltirib chiqaradi ( 4.12 ). Majoziy ma'noda, yadro orqali yadroviy aloqalarni kuch bilan uzish natijasida emas, balki ularning o'tish sinxronizmini buzish natijasida hosil bo'lgan yoriq o'tadi. e'tibor bering, bu asosiy nuqta chunki tasvirlangan stsenariy yadroviy aloqaning zaiflashgan neytronining "yoqilishi" - va bu "yoqish" sodir bo'lishi uchun neytron etarlicha kichik kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak. Kinetik energiyasi bir necha yuz keV bo'lgan neytronlar nima uchun faqat og'ir yadroni qo'zg'atadi, eV ning atigi bir necha yuzdan bir qismiga teng bo'lgan termal neytronlar uni samarali ravishda parchalashi mumkin bo'lgan narsalarni shunday tushuntiramiz.

Biz nimani ko'ramiz? Yadro ikkita bo'lakka bo'linganida, bu yadroviy aloqalar "tasodifan" parchalanadi, ular normal almashinuv rejimida ( 4.12 ), bu ikki parchani asl yadroda bog'ladi. G'ayritabiiy holat yuzaga keladi, bunda ba'zi nuklonlarning o'z-o'zidan energiyalari yadroviy bog'lanishlar energiyasi bilan kamayadi, ammo bu bog'lanishlarning o'zi endi mavjud emas. Avtonom energiya o'zgarishlari printsipi mantig'iga ko'ra, bu kutilmaganlik ( 4.4 ), vaziyat darhol quyidagicha tuzatiladi: nuklonlarning o'z-o'zidan energiyalari qanday bo'lsa, shunday bo'lib qoladi va uzilgan bog'lanishlarning oldingi energiyalari nuklonlarning kinetik energiyasiga - va oxir-oqibat, kinetik energiyaga aylanadi. parchalar. Shunday qilib, og'ir yadroning bo'linish energiyasi boshlang'ich yadro va bo'laklarning massa nuqsonlari o'rtasidagi farq bilan emas, balki bo'laklarning Kulon itarish energiyasi bilan bog'liq. Parchalarning kinetik energiyasi oldingi energiya bu parchalarni asl yadroda saqlagan yadroviy aloqalar. Ushbu xulosani qo'llab-quvvatlash hayratlanarli va kam ma'lum fakt bo'laklarning kinetik energiyasining doimiyligi - yadroning bo'linishini boshlaydigan ta'sir kuchidan qat'i nazar. Shunday qilib, uran yadrolarining bo'linishi 450 MeV energiyaga ega protonlar tomonidan boshlanganida, parchalarning kinetik energiyasi 163 ± 8 MeV, ya'ni. bo'linish termal neytronlar tomonidan boshlanganda, energiya eV ning yuzdan bir qismiga teng!

Taklif etilgan modelga asoslanib, uran yadrosining bo'linish energiyasini eng mumkin bo'lgan 92 U 235 ® 36 Kr 94 + 56 Ba 139 bo'yicha taxminiy baholaylik, bunda fragmentlar 18 va 28 a-komplekslarni o'z ichiga oladi. . Ushbu 18 va 28 a-komplekslar dastlabki yadroda har birining o'rtacha energiyasi 20 MeV bo'lgan 8-10 o'zgaruvchan bog'lar bilan bog'langan deb faraz qiling (2-rasmga qarang). 4.13-rasm), keyin bo'laklarning energiyasi 160-200 MeV bo'lishi kerak, ya'ni. haqiqiy qiymatga yaqin qiymat.

 

O'qish foydali bo'lishi mumkin: