Yadroning boʻlinishi - bu ogʻir atomning katta miqdorda energiya chiqishi bilan birga taxminan teng massali ikkita boʻlakka boʻlinishi.
Yadro parchalanishining kashf etilishi yangi davrni - "atom davrini" boshladi. Undan mumkin bo'lgan foydalanish salohiyati va undan foydalanish xavfi va foyda nisbati nafaqat ko'plab sotsiologik, siyosiy, iqtisodiy va ilmiy yutuqlarni, balki jiddiy muammolarni ham keltirib chiqardi. Hatto sof ilmiy nuqtai nazardan ham yadro parchalanishi jarayoni juda ko‘p jumboq va murakkabliklarni keltirib chiqardi va uni to‘liq nazariy tushuntirish kelajak masalasidir.
Ulashish foydali
Bog’lanish energiyasi (har bir nuklon uchun) turli yadrolar uchun farq qiladi. Og'irroqlari davriy jadvalning o'rtasida joylashganlarga qaraganda kamroq bog'lanish energiyasiga ega.
Demak, atom raqami 100 dan ortiq boʻlgan ogʻir yadrolar ikkita kichik boʻlakka boʻlinishdan foyda koʻradi va shu orqali energiya chiqaradi.parchalarning kinetik energiyasiga aylanadi. Bu jarayon atom yadrosining boʻlinishi deb ataladi.
Barqaror nuklidlar uchun protonlar sonining neytronlar soniga bogʻliqligini koʻrsatadigan barqarorlik egri chizigʻiga koʻra, ogʻirroq yadrolar engilroqlarga qaraganda koʻproq neytronlarni (protonlar soniga nisbatan) afzal koʻradi. Bu boʻlinish jarayoni bilan bir qatorda baʼzi “zaxira” neytronlar ham ajralib chiqishini koʻrsatadi. Bundan tashqari, ular chiqarilgan energiyaning bir qismini ham oladi. Uran atomining yadro boʻlinishini oʻrganish shuni koʻrsatdiki, 3-4 neytron ajralib chiqadi: 238U → 145La + 90Br + 3n.
Fragmentning atom raqami (va atom massasi) ota-onaning atom massasining yarmiga teng emas. Boʻlinish natijasida hosil boʻlgan atomlarning massalari orasidagi farq odatda 50 ga teng. Biroq, buning sababi hali toʻliq tushunilmagan.
238U, 145La va 90Br ning bog’lanish energiyasi 1803, 1198 va 763 MeV mos ravishda. Bu shuni anglatadiki, bu reaksiya natijasida uran yadrosining bo'linish energiyasi ajralib chiqadi, bu 1198 + 763-1803=158 MeV ga teng.
Spontan boʻlinish
Oʻz-oʻzidan boʻlinish jarayonlari tabiatda maʼlum, lekin ular juda kam uchraydi. Bu jarayonning oʻrtacha ishlash muddati taxminan 1017 yilni tashkil etadi va, masalan, bir xil radionuklidning alfa-parchalanish muddati taxminan 1011yil.
Buning sababi shundaki, yadro ikki qismga bo'linishi uchunavval ellipsoid shaklidagi deformatsiyadan (cho'zilish) o'tadi, so'ngra oxirgi ikki bo'lakka bo'linishdan oldin o'rtada "bo'yin" hosil qiladi.
Potentsial toʻsiq
Deformatsiyalangan holatda yadroga ikkita kuch ta'sir qiladi. Ulardan biri ortib borayotgan sirt energiyasi (suyuqlik tomchisining sirt tarangligi uning sferik shaklini tushuntiradi), ikkinchisi esa bo'linish bo'laklari orasidagi Kulon repulsiyasidir. Ular birgalikda potentsial to‘siq hosil qiladi.
Alfa-parchalanish holatida bo'lgani kabi, uran atomi yadrosining o'z-o'zidan bo'linishi sodir bo'lishi uchun parchalar kvant tunnellash yordamida bu to'siqni engib o'tishlari kerak. To'siq, alfa-parchalanish holatida bo'lgani kabi, taxminan 6 MeV ni tashkil qiladi, lekin a zarrachaning tunnellanish ehtimoli ancha og'irroq atom bo'linish mahsulotiga qaraganda ancha katta.
Majburiy ajratish
Uran yadrosining induksiyalangan boʻlinishi ehtimoli koʻproq. Bunda asosiy yadro neytronlar bilan nurlanadi. Agar ota-ona uni o'ziga singdirsa, ular bog'lanadi va potentsial to'siqni engib o'tish uchun zarur bo'lgan 6 MeV dan oshishi mumkin bo'lgan tebranish energiyasi ko'rinishidagi bog'lanish energiyasini chiqaradi.
Qoʻshimcha neytronning energiyasi potentsial toʻsiqni yengib oʻtish uchun yetarli boʻlmasa, atomning boʻlinishini qoʻzgʻatishi uchun tushayotgan neytron minimal kinetik energiyaga ega boʻlishi kerak. 238U boʻlsa, qoʻshimcha energiyaneytronlar taxminan 1 MeV etishmaydi. Bu shuni anglatadiki, uran yadrosining bo'linishi faqat kinetik energiyasi 1 MeV dan katta bo'lgan neytron tomonidan induksiya qilinadi. Boshqa tomondan, 235U izotopida bitta juftlashtirilmagan neytron mavjud. Yadro qo'shimchasini yutganda, u bilan juftlik hosil qiladi va bu juftlik natijasida qo'shimcha bog'lanish energiyasi paydo bo'ladi. Bu yadro potentsial to'siqni yengib o'tishi uchun zarur bo'lgan energiya miqdorini chiqarish uchun kifoya qiladi va har qanday neytron bilan to'qnashganda izotop bo'linishi sodir bo'ladi.
Beta Decay
Boʻlinish reaksiyasi uch yoki toʻrtta neytron chiqarishiga qaramay, fragmentlarda barqaror izobarlardan koʻra koʻproq neytronlar mavjud. Bu boʻlinish fragmentlari beta-parchalanishga nisbatan odatda barqaror emasligini bildiradi.
Masalan, uran boʻlinishi sodir boʻlganda 238U, A=145 boʻlgan barqaror izobar neodimiy 145Nd boʻladi, bu shuni anglatadiki lantan parchasi 145La barqaror nuklid hosil boʻlgunga qadar har safar elektron va antineytrino chiqaradigan uch bosqichda parchalanadi. A=90 bo'lgan barqaror izobar sirkoniy 90Zr, shuning uchun parchalanuvchi brom fragmenti 90Br b-emirilish zanjirining besh bosqichida parchalanadi.
Bu b-parchalanish zanjirlari qoʻshimcha energiya chiqaradi, ularning deyarli barchasi elektronlar va antineytrinolar tomonidan olib ketiladi.
Yadro reaksiyalari: uran yadrolarining boʻlinishi
Neytronning nukliddan toʻgʻridan-toʻgʻri nurlanishiyadro barqarorligini ta'minlash uchun ularning katta soni dargumon. Bu erda gap shundaki, Kulon repulsiyasi yo'q va shuning uchun sirt energiyasi neytronni ota-ona bilan bog'lab turishga intiladi. Biroq, bu ba'zida sodir bo'ladi. Masalan, beta-parchalanishning birinchi bosqichida 90Br boʻlinish fragmenti kripton-90 hosil qiladi, u sirt energiyasini yengish uchun yetarli energiya bilan qoʻzgʻaluvchan holatda boʻlishi mumkin. Bunday holda, neytronlarning emissiyasi to'g'ridan-to'g'ri kripton-89 hosil bo'lishi bilan sodir bo'lishi mumkin. Bu izobar barqaror itriy-89 ga o'tmaguncha, b-emirilish uchun barqaror emas, shuning uchun kripton-89 uch bosqichda parchalanadi.
Uranning boʻlinishi: zanjir reaktsiyasi
Boʻlinish reaksiyasida chiqarilgan neytronlar boshqa asosiy yadro tomonidan soʻrilishi mumkin, soʻngra uning oʻzi induksiyalangan boʻlinishga uchraydi. Uran-238 holatida hosil bo'lgan uchta neytron 1 MeV dan kam energiya bilan chiqadi (uran yadrosining bo'linishi paytida ajralib chiqadigan energiya - 158 MeV - asosan bo'linish bo'laklarining kinetik energiyasiga aylanadi.), shuning uchun ular ushbu nuklidning keyingi bo'linishiga olib kelishi mumkin emas. Biroq, 235U nodir izotopining sezilarli konsentratsiyasi bilan bu erkin neytronlar 235U yadrolari tomonidan tutilishi mumkin, bu esa parchalanishga olib kelishi mumkin. chunki bu holatda bo'linish induktsiya qilinmaydigan energiya chegarasi yo'q.
Bu zanjirli reaksiya printsipi.
Yadro reaksiyalarining turlari
K bu zanjirning n-bosqichida parchalanuvchi material namunasida hosil boʻlgan neytronlar soni, n-1 bosqichida hosil boʻlgan neytronlar soniga boʻlinsin. Bu raqam qancha neytron hosil boʻlishiga bogʻliq boʻladi. bosqich n - 1, yadro tomonidan so'riladi, ular majburiy bo'linishi mumkin.
• Agar k < 1 bo'lsa, zanjir reaktsiyasi shunchaki o'chadi va jarayon juda tez to'xtaydi. Aynan shunday holat tabiiy uran rudasida sodir bo'ladi, unda 235U kontsentratsiyasi shunchalik pastki, bu izotop tomonidan neytronlardan birining yutilish ehtimoli juda kam.
• Agar k > 1 boʻlsa, zanjir reaktsiyasi barcha parchalanuvchi moddalar ishlatilgunga qadar kuchayadi (atom bombasi). Bunga uran-235 ning etarlicha yuqori konsentratsiyasini olish uchun tabiiy rudani boyitish orqali erishiladi. Sferik namuna uchun k ning qiymati neytronlarning yutilish ehtimoli ortishi bilan ortadi, bu sharning radiusiga bog'liq. Demak, uran yadrolarining boʻlinishi (zanjir reaksiyasi) sodir boʻlishi uchun U ning massasi biroz kritik massadan oshishi kerak.
• Agar k=1 boʻlsa, boshqariladigan reaksiya sodir boʻladi. Bu yadroviy reaktorlarda qo'llaniladi. Jarayon neytronlarning katta qismini o'zlashtiradigan kadmiy yoki bor tayoqchalarini uran o'rtasida taqsimlash orqali boshqariladi (bu elementlar neytronlarni ushlab turish qobiliyatiga ega). Uran yadrosining boʻlinishi novdalarni harakatlantirish orqali avtomatik boshqariladi, shunda k qiymati birga teng boʻlib qoladi.
