Kärspaltung vun Uran Kären. Kette Reaktioun. Beschreiwung vum Prozess

Partitur Kär - e schwéier Atom Trennung an zwee Fragmenter vun gläichgrouss Gewiicht, duerch Befreiung vun enger grousser Quantitéit vun Energie gefollegt.

D'Entdeckung vun nuklear Kärspaltung Ufank vun enger neier Ära - "atomarer Alter". D'Potential vu sengem méiglech benotzt an d'Gläichgewiicht vun Risiko vu senge benotzen ze profitéieren, huet net nëmmen Lut ze vill vun soziologeschen, politesch, wirtschaftlech a wëssenschaftlech Leeschtungen, mä och e grave Problem. Och aus engem reng wëssenschaftlecher Siicht, déi nuklear Kärspaltung Prozess eng grouss Zuel vun Puzzel an komplizéiert, an eng komplett theoretesch Erklärung fir et ass eng Saach vun der Zukunft.

Deele - positiv

bindender Energie (pro nucleon) ënnerscheeden a verschiddene Kären. Schwéier hunn eng niddreg bindender Energie wéi dat an der Mëtt vun der periodesch Dësch läit.

Dat heescht, datt schwéier Käre an deem der atomarer Nummer méi grouss wéi 100, kann an zwou kleng Fragmenter ënnerdeelt, doduerch Energie Thorunn datt an kinetescher Energie vun der Fragmenter ëmgerechent ass. Dëse Prozess ass Trennung genannt atomarer Keimzell.

Am Aklang mat der Stabilitéit Kéier, wou d'Ofhängegkeet vun der Zuel vun protons aus stabil nuclides fir Neutronestär weist ich Keimzell eng grouss Zuel vun neutrons virzéien (am Verglach mat der Zuel vun protons) wéi hell. Dëst hindeit datt gëtt zousätzlech zu der Trennung Prozess puer "Fräizäit" neutrons Emissiounen ginn. Zousätzlech, wäert se iwwerhuelen och e puer vun der Energie verëffentlecht. Etude Kärspaltung vun Uran Atomer zougedréckt datt dëst ergëtt engem Neutronestär 3-4: U → ^{238 145 90} La + Bréissel + 3n.

Der atomarer Zuel (an der atomarer Mass) vun der Brochstéck ass net gläich ze Halschent der atomarer Mass vun den Elteren. D'Differenz tëscht dem Radius vun Atomer als Resultat vun Rëss entstanen ass normalerweis iwwer 50. Mä de Grond fir dës ass nach net ganz kloer.

D'obligatoresch Energien vun ²³⁸ U, ¹⁴⁵ La Bréissel an ⁹⁰ sinn 1803, 1198 a 763 MeV bzw.. Dat heescht, datt Energie aus der Reaktioun doraus Uran Kärspaltung gläich 1198 goufe + 158 = 763-1803 MeV verëffentlecht ass.

spontan Kärspaltung

spontan Trennung Prozesser sinn an Natur bekannt, mä si ganz rar. Der Moyenne Liewensdauer vun dësem Prozess ass ongeféier 10 ^17, an, zum Beispill, der Moyenne Liewensdauer vun Alpha-Zerfall vun der radionuclide ass ongeféier 10 ^11.

D'Ursaach fir dës ass datt fir an zwee Deeler ze trennen, muss de Kär éischt Deformatiounen (zéien) an engem krute Form rufflech, an duerno, virun Finale Rëss an zwee Fragmenter Form engem "Hals" an der Mëtt.

Potential Barrière

Am deforméiert Staat am Kär vun zwou Kräften. Ee vun hinnen - de fräi Uewerfläch Energie (Uewerflächespannung vun Flëssegket droplets erkläert seng Kugelgestalt ofwäicht), an déi aner - d'Coulomb repulsion tëscht der Kärspaltung Fragmenter. Zesumme produzéiere se d'Potential Barrière.

Wéi am Fall vun Alpha Zerfall spontan Kärspaltung vun Uran atomarer Kären ze geschéien, muss d'Fragmenter dës Barrière iwwerwonne vun heescht vun Quantephysik tunneling. D'Barrière ass ronn 6 MeV, wéi am Fall vun Alpha-Zerfall, mä d'Wahrscheinlechkeet vun tunneling vun α-Deelchen ass däitlech méi grouss wéi der vill ich Atom Produit Trennung.

gezwongen ofgeschnidden

Vill méi wahrscheinlech ass Kärspaltung vun Uran Käre entschlof. An dësem Fall, ass de Elterendeel Keimzell mat neutrons irradiated. Wann engem Elterendeel si absorbéiert, da sinn si gebonnen der bindender Energie a Form vun vibrational Kräfte Fräisetzung datt 6 MeV waren däerfte kann op d'Potential Barrière iwwerwannen.

Wou zousätzlech Neutronestär Energie net genuch ass d'Potential Barrière ze iwwerwannen, muss de Tëschefall Neutronestär engem Minimum kinetescher Energie an Uerdnung muss kënnen d'Trennung vun Atom ze induce. Am Fall vun ²³⁸ U zousätzlech Neutronestär bindender Energie ass vermësst ronn 1 MeV. Dat heescht, datt d'Kärspaltung vun Uran Käre nëmmen neutrons mat engem kinetescher Energie méi grouss wéi 1 MeV entschlof. Wollt den Trainer awer no der ²³⁵ U Isotop ass eent unpaired Neutronestär. Wann eng helle zousätzlech absorbéiert, Formen et mat et eng Koppel an eng zousätzlech bindender Energie ass e Resultat vun dësem Accord. Dëst ass genuch der Quantitéit vun Energie fräiginn waren d'Potential Barrière vun der Keimzell ze iwwerwanne an der Divisioun vun Isotopen zu enger Kollisioun mat all Neutronestär ass.

Beta Zerfall

Trotz der Tatsaach, datt de Kärspaltung Reaktioun vun dräi oder véier neutrons Emissiounen ginn, enthalen Fragmenter nach méi neutrons wéi hir stabil isobars. Dat heescht, datt d'Rëss Fragmenter mat Respekt ze Beta Zerfall allgemeng stabil sinn.

Zum Beispill, wann et enger Divisioun vun der Keimzell vun Uran ²³⁸ U, stabil isobars mat A = 145 ¹⁴⁵ ass Neodym rg, dat heescht, datt d'Brochstéck Lanthan La ¹⁴⁵ nëmme an dräi Etappen, all Zäit vun Elektronen Stralungsleeschtung an engem Neutrinoen bis eng stabil nuclide gemaach ass. Stabil isobars mat A = 90 ⁹⁰ ass Kadaster Zr, sou Rëss Brochstéck bromo Bréissel ⁹⁰ nëmme un fënnef Etappe Kette β-Zerfall.

Dës Ketten β-Zerfall produzéiert gëtt extra Energie déi ewech gedroen ass bal all vun den Elektronen an engem Neutrinoen.

Nuklear Reaktioune: Kärspaltung vun Uran

Direkten nuclide aus Neutronestär Stralung mat ze grouss Zuel vun hinnen d'Stabilitéit vun der Keimzell ze garantéieren onwahrscheinlech ass. Hei de Punkt ass, datt et kee Coulomb repulsion, an esou der Uewerfläch Energie hautdësdaags der Neutronestär wéinst den Elteren ze behalen. Trotzdem, geschitt et heiansdo. Zum Beispill, Kärspaltung Brochstéck Bréissel ⁹⁰ an déi éischt Beta-Zerfall produzéiert engem Krypton-90, déi an engem Uregungszoustand etabléiert gin kann mat genuch Energie der Uewerfläch Energie ze iwwerwannen. An dësem Fall kann de Neutronestär Stralung geschéien direkt e Krypton-89 bis Form. Dëst isobars ass nach onbestänneg mat Respekt fir Beta-Zerfall huet nach net an der stabil Yttrium-89 goen, sou datt de Krypton-89 an dräi Etappen ënnerdeelt ass.

Uran Kärspaltung: Kette Reaktioun

Neutrons am Rëss Reaktioun Emissiounen kann duerch den Trainer Elterendeel-Keimzell absorbéiert ginn, wat dann Self-entschlof Kärspaltung awer. Am Fall vun Uran-238 dräi neutrons, déi mat Energien féiere aus manner wéi 1 MeV (der Energie an der Kärspaltung vun Uran Kär Verëffentlechung - 158 MeV - haaptsächlech an kinetescher Energie Rëss Fragmenter ëmgerechent), sou si kënnen net eng weider Trennung vun dëser nuclide féieren. Allerdéngs, wann e wesentleche Konzentratioun vun de rare Isotop ²³⁵ U dës gratis neutrons vun de Käre vun ²³⁵ U ageholl ginn, kann et eigentlech Rëss féieren, an dësem Fall, well et keng Energie loung ass ënnert deem der Divisioun ass net entschlof.

Dat ass de Prinzip Kette Reaktioun.

Zorte vu Nuclear Afferreaktiounen

Loosst K - Zuel vun neutrons an enger Prouf vum fissile Material zu Schrëtt n vun der Ketten produzéiert, vun der Zuel vun neutrons zu Bühn produzéiert ënnerdeelt n - 1. Dës Zuel gëtt zu Schrëtt n produzéiert op der Zuel vun neutrons hänkt - 1, sinn duerch de Kär absorbéiert, déi kann entschlof Kärspaltung rufflech.

• Wann k <1 op, d'Kette Reaktioun ass einfach aus Damp an de Prozess gëtt ganz séier ophalen. Dat ass dat, wat an der natierlech geschitt Uran Äerz, an deem d'Konzentratioun ^{vu 235} U ass sou kleng, datt d'Probabilitéit vun Tellur vun engem Neutronestär dëser Isotop extrem negligible ass.

• Wann k> 1, wäert weiderhin de Kette Reaktioun soulaang all vun der fissile Material ze wuessen gëtt net benotzt ginn (der atomarer bomb). Dëst ass duerch Beräicherung natierlech Minett un kritt eng genuch héich Konzentratioun vun Uran-235 erreecht. Fir Kugelgestalt Prouf Wäert k geet mat der Probabilitéit vun Neutronestär Un-, déi op de Radius vun der Sphär ofhängeg ass. Dofir muss U Gewiicht eng gewësse kritesch Mass zu Kärspaltung vun Uran (Kette Reaktioun) däerfte geschéien hätt.

• Wann k = 1, dann do eng kontrolléiert haten Reaktioun ass. Et ass am Ufank nuklear reactors. De Prozess ass Verdeelung ënnert Uran Piston vun Cadmium oder Bor, kontrolléiert haten déi meescht vun der neutrons (vun aus neutrons dës Elementer sinn amstand) absorbéieren. Partitur Uran Placken et automatesch duerch Plënneren der Staang kontrolléiert haten ass fir datt d'K Wäert op eng gläichberechtegt bleift.