Fisión de núcleos de uranio. Reacción en cadea. Descrición do proceso

Dividíndose o núcleo - un átomo pesado división en dous fragmentos duns igual peso, seguida pola liberación de unha gran cantidade de enerxía.

O descubrimento da fisión nuclear inicio dunha nova era - "era atómica". O potencial dos seus posibles usos eo balance de riscos para beneficiarse da súa utilización, non só deu orixe a unha serie de logros sociolóxicos, políticos, económicos e científicos, senón tamén un problema serio. Desde un punto de vista puramente científico, o proceso de fisión nuclear creou un gran número de crebacabezas e complicacións, e unha explicación teórica completa, xa que é unha cousa do futuro.

Sharing - benéfica

enerxía de conexión (por núcleo) difiren en diferentes núcleos. Máis pesado teñen unha enerxía de conexión máis baixa que situado no medio da táboa periódica.

Isto significa que os núcleos pesados en que o atómica número maior que 100, vantaxosamente dividida en dous fragmentos máis pequenos, liberando así a enerxía que é convertida en enerxía cinética dos fragmentos. Este proceso é chamado de división núcleo atómico.

Segundo a curva de estabilidade, o que mostra a dependencia do número de protóns desde nucleidos estables para neutróns núcleo máis pesados prefiren un maior número de neutróns (en comparación co número de protóns) do chisqueiro. Isto suxire que, en adición ao proceso de separación será emitida algúns neutróns "reposición". Ademais, tamén pode asumir unha parte da enerxía liberada. Estudo fisión dos átomos de uranio mostraron que isto xera un neutrón 3-4: U → ^{238 145 90} La + Br + 3N.

O número atómico (e da masa atómica) de que o fragmento non é igual a metade da masa atómica do pai. A diferenza entre as masas de átomos formados como un resultado de clivagem é xeralmente de preto de 50. Con todo, a razón para isto non é aínda totalmente clara.

As enerxías de enlace de ²³⁸ L, ¹⁴⁵ La Br e ⁹⁰ son de 1803, 1198 e 763 MeV respectivamente. Isto quere dicir que a enerxía é liberada fisión uranio igual 1198 + 158 = 763-1803 MeV resultante da reacción.

fisión espontánea

procesos de división espontáneas son coñecidos na natureza, pero que son moi raros. O tempo de vida media deste proceso é de preto de 10 ^17, e, por exemplo, o tempo medio de vida de alfa-decaemento do radionuclídeo é de preto de 10 ¹¹ s.

A razón para isto é que, para separarse en dúas partes, o núcleo que primeiro sufrir deformación (along), nunha forma elipsoidal, e, a continuación, antes de clivagem final en dous fragmentos de formar un "pescozo" no medio.

barreira de potencial

No estado deformado na parte de núcleo de dúas forzas. Un deles - o aumento da enerxía superficial (tensión superficial de gotículas netas explica a súa forma esférica), eo outro - a repulsión de Coulomb entre os fragmentos de fisión. Xuntos, eles producen a barreira potencial.

Como no caso de deterioración de alfa para ocorrer fisión espontánea de uranio atómica núcleos, os fragmentos debe superar esta barreira a través de encapsulamento de Quantum. A barreira é de preto de 6 MeV, como no caso da alfa-Cari, pero a probabilidade de encapsulamento de partículas a é considerablemente maior que a máis pesado átomo de división de produto.

degradación forzado

Moito máis probable é inducida a fisión de núcleos de uranio. Neste caso, o núcleo nai é irradiado con neutróns. Un dos pais que absorbe, a continuación, eles están obrigados a liberar a enerxía de conexión en forma de enerxía vibrante que poden exceder 6 MeV necesarios para superar a barreira de potencial.

Onde a enerxía de neutróns adicional non é suficiente para superar a barreira de potencial, o neutrón incidente debe ter un mínimo de enerxía cinética, a fin de ser capaz de inducir a división do átomo. No caso do ²³⁸ U enerxía de conexión de neutróns adicional falta preto de 1 MeV. Isto significa que a fisión de núcleos de uranio inducida só neutróns cunha enerxía cinética máis de 1 MeV. Por outra banda, o ²³⁵ U isótopo ten un neutrón non pareado. Cando un núcleo absorbe adicional, el forma con el un par e unha enerxía de ligao adicional é un resultado deste emparellamento. Isto é suficiente para liberar a cantidade de enerxía necesaria para superar a barreira de potencial do núcleo ea división de isótopos producíronse en caso de colisión con calquera neutróns.

decaimento beta

A pesar do feito de reacción de fisión son emitidos por tres ou catro neutróns, fragmentos conter máis que os seus neutróns isobars estables. Isto significa que os fragmentos de clivagem son xeralmente inestable con respecto ao decaemento beta.

Por exemplo, cando hai unha división do núcleo de uranio ²³⁸ L, isobars estables coa = 145 ¹⁴⁵ é neodimio ND, o que significa que o lantânio fragmento La ¹⁴⁵ divídese en tres etapas, de cada vez, irradiando de electróns e un neutrino ata un nuclídeo estable está formado. isobars estable cun = 90 ⁹⁰ é Zr circonio, así escote fragmento bromo Br ⁹⁰ divide en cinco etapas da cadea β-Cari.

Estes β-decaimento cadea emiten enerxía extra que é levado a case totalidade do electrón e un neutrino.

reaccións nucleares: fisión do uranio

nuclide directa de radiación de neutróns co número moi grande deles para garantir a estabilidade do núcleo é improbable. Aquí, o punto é que non hai repulsión de Coulomb, e así a enerxía de superficie tende a reter a neutrón debido ao pai. Con todo, ás veces acontece. Por exemplo, un fragmento de fisión Br ⁹⁰ na primeira beta-decaimento produce un cripton-90, o cal pode estar situado nun estado animado con enerxía suficiente para superar a enerxía de superficie. Neste caso, a radiación de neutróns pode ocorrer directamente para formar un cripton-89. Este isobars aínda é inestable con respecto ao beta-decaimento non ir ao itrio-89 estable, de xeito que o Krypton-89 está dividido en tres etapas.

Uranio fisión: Reacción en Cadea

Neutróns emitidos na reacción de Eumetazoa pode ser absorbida polo outro proxenitor-núcleo, que é entón sometido a fisión auto-inducido. No caso do uranio-238 tres neutróns, que xorden con enerxías menores que 1 MeV (a enerxía liberada na escisión do núcleo uranio - 158 MeV - na maior parte convertidos en fragmentos de clivagem de enerxía cinética), de xeito que non pode causar unha outra división desta nuclídeo. Con todo, unha concentración significativa do isótopo raro ^U235 estes neutróns libres poden ser capturados polos núcleos de ²³⁵ L, que poden, de feito, causar a escote, xa que neste caso hai un limiar por baixo do cal a enerxía da división non é inducida.

Esta é a reacción en cadea principio.

Tipos de reaccións nucleares

Sexa K - número de neutróns producidos nunha mostra do material físsil no paso n da cadea, dividido polo número de neutróns producidos en fase n - 1. Este número dependerá do número de neutróns producidos no paso n - 1, son absorbidos polo núcleo, que pode sufrir escisión inducida.

• Se k <1 en diante, a reacción en cadea é simplemente fóra do vapor eo proceso pode deixar moi rápido. Isto é o que acontece no natural mineral de uranio, en que a concentración ^{de 235} U é tan pequena que a probabilidade de absorción dun neutrón este isótopo é moi insignificante.

• Se k> 1, a reacción en cadea seguirá crecendo, sempre que todo o material físsil non será usado (a bomba atómica). Isto faise a través do enriquecemento de mineral natural para obter unha concentración suficientemente elevada de uranio-235. Para esféricas valor da mostra k aumenta coa probabilidade de absorción de neutróns, que é dependente do raio da esfera. Polo tanto L peso debe ser superior a unha determinada Critical Mass de fisión de Uranio (reacción en cadea) pode ocorrer.

• Se k = 1, entón hai unha reacción controlada. É utilizado en reactores nucleares. O proceso está controlado de distribución entre as barras de uranio de cadmio ou boro, que absorben a maior parte dos neutróns (estes elementos son capaces de capturar neutróns). Dividindo núcleos de uranio é automaticamente controlada movéndose a hasta de xeito que o valor k mantense igual a un.