የዩራኒየም ኒውክሊየስ ፊስሽን። የሰንሰለት ምላሽ. የሂደቱ መግለጫ

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-17 05:15

የኒውክሊየስ ፊዚሽን አንድ ከባድ አቶም በግምት እኩል ክብደት ወደ ሁለት ቁርጥራጮች መከፋፈል እና ከፍተኛ መጠን ያለው ሃይል በሚለቀቅበት ጊዜ ነው።

የኒውክሌር ፊስሽን ግኝት አዲስ ዘመን ጀመረ - "የአቶሚክ ዘመን"። አጠቃቀሙ እምቅ አቅም እና ከአጠቃቀሙ ጥቅም ለማግኘት ያለው የአደጋ መጠን ብዙ የሶሺዮሎጂ፣ የፖለቲካ፣ የኢኮኖሚ እና የሳይንስ ስኬቶችን ብቻ ሳይሆን ከባድ ችግሮችንም አስከትሏል። ከሳይንስ አንፃር እንኳን ቢሆን፣ የኒውክሌር ፊዚሽን ሂደት በርካታ እንቆቅልሾችን እና ውስብስቦችን ፈጥሯል እና ስለ ጉዳዩ የተሟላ የንድፈ ሀሳብ ማብራሪያ የወደፊቱ ጉዳይ ነው።

ማጋራት ትርፋማ ነው

የማስተሳሰሪያ ሃይሎች (በኑክሊዮን) ለተለያዩ ኒዩክሊየሮች ይለያያሉ። በጣም ከባድ የሆኑት በፔርዲክቲክ ሠንጠረዥ መካከል ከሚገኙት ያነሰ የማገናኘት ኃይል አላቸው።

ይህ ማለት ከ100 በላይ የአቶሚክ ቁጥር ያላቸው ከባድ ኒዩክሊይዎች ወደ ሁለት ትናንሽ ቁርጥራጮች በመከፋፈል ተጠቃሚ ይሆናሉ፣ በዚህም ኃይልን ይለቃሉ።ወደ ክፍልፋዮች እንቅስቃሴ ጉልበት ተለውጧል። ይህ ሂደት የአቶሚክ ኒውክሊየስ ክፍፍል ይባላል።

እንደ የመረጋጋት ኩርባ የፕሮቶኖች ብዛት በኒውትሮን ብዛት ላይ ለተረጋጋ ኑክሊድ ጥገኛ መሆኑን እንደሚያሳየው ከባዱ ኒውክሊየስ ከቀላል ይልቅ ብዙ ኒውትሮኖችን (ከፕሮቶን ብዛት ጋር ሲነጻጸር) ይመርጣሉ። ይህ የሚያሳየው ከመከፋፈሉ ሂደት ጋር አንዳንድ "መለዋወጫ" ኒውትሮኖች እንደሚለቁ ነው። በተጨማሪም, የተወሰነውን የተለቀቀውን ኃይል ይወስዳሉ. የዩራኒየም አቶም የኒውክሌር ፊስሽን ጥናት እንደሚያሳየው 3-4 ኒውትሮን እንደሚለቀቁ ያሳያል፡²³⁸U → ¹⁴⁵La + ^{90ብር + 3n.}

የአንድ ቁራጭ የአቶሚክ ቁጥር (እና አቶሚክ ክብደት) ከወላጅ የአቶሚክ ክብደት ግማሽ ጋር እኩል አይደለም። በመከፋፈል ምክንያት በተፈጠሩት የአተሞች ብዛት መካከል ያለው ልዩነት ብዙውን ጊዜ ወደ 50 ይደርሳል። ሆኖም የዚህ ምክንያቱ እስካሁን ሙሉ በሙሉ አልተረዳም።

የ²³⁸U፣¹⁴⁵La እና ⁹⁰Br ያሉት ማሰሪያ ሃይሎች 1803፣ 1198 እና 763 ሜ.ቪ. ይህ ማለት በዚህ ምላሽ ምክንያት የዩራኒየም ኒዩክሊየስ ፊስዮን ሃይል ይለቀቃል, እኩል ነው 1198 + 763-1803=158 MeV.

ድንገተኛ ፊስሽን

የድንገተኛ መለያየት ሂደቶች በተፈጥሮ ይታወቃሉ፣ነገር ግን በጣም ጥቂት ናቸው። የዚህ ሂደት አማካይ የህይወት ዘመን 10¹⁷ ዓመታት ያህል ነው፣ እና ለምሳሌ፣ የተመሳሳዩ ራዲዮኑክሊድ የአልፋ መበስበስ አማካይ የህይወት ጊዜ 10¹¹ ነው።ዓመታት።

የዚህም ምክንያት ለሁለት ተከፍሎ የከርነል ፍሬው የግድ መሆን አለበት።በመጀመሪያ ቅርጸ-ቁምፊ (ዝርጋታ) ወደ ellipsoidal ቅርፅ ይሂዱ እና የመጨረሻውን በሁለት ክፍልፋዮች ከመክፈሉ በፊት በመሃል ላይ "አንገት" ይፍጠሩ።

ሊሆን የሚችል ማገጃ

በተበላሸው ግዛት ውስጥ ሁለት ሀይሎች በዋናው ላይ ይሰራሉ። ከመካከላቸው አንዱ የገጽታ ጉልበት መጨመር ነው (የፈሳሽ ጠብታ የላይኛው ውጥረት ክብ ቅርፁን ያብራራል) እና ሌላኛው በፋይስ ፍርስራሾች መካከል ያለው የ Coulomb መቃወም ነው። አንድ ላይ ሊሆኑ የሚችሉ እንቅፋት ይፈጥራሉ።

እንደ አልፋ መበስበስ ሁኔታ፣ የዩራኒየም አቶም ኒውክሊየስ ድንገተኛ ፊስሽን እንዲፈጠር፣ ቁርጥራጮቹ ኳንተም ቱኒንግ በመጠቀም ይህንን መሰናክል ማሸነፍ አለባቸው። ማገጃው ልክ እንደ አልፋ መበስበስ 6 ሜ ቮልት ያህል ነው፣ ነገር ግን የ α ቅንጣትን የመቃኘት ዕድሉ በጣም ከባድ ከሆነው አቶም ፋይስሽን ምርት የበለጠ ነው።

የግዳጅ መለያየት

በተጨማሪ የዩራኒየም አስኳል ፊስሽን እንዲፈጠር ምክንያት ይሆናል። በዚህ ሁኔታ የወላጅ ኒውክሊየስ በኒውትሮን ተበክሏል. ወላጁ ከወሰደው፣ ያስራሉ፣ እምቅ አጥርን ለማሸነፍ ከሚያስፈልገው 6 ሜቪ ሊበልጥ የሚችል በንዝረት ሃይል ውስጥ አስገዳጅ ሃይልን ይለቃሉ።

የተጨማሪ የኒውትሮን ሃይል በቂ ካልሆነ እምቅ መከላከያውን ለማሸነፍ ክስተቱ ኒውትሮን የአቶም መከፋፈልን ለማነሳሳት በትንሹ የኪነቲክ ሃይል ሊኖረው ይገባል። በ²³⁸U የማስያዣ ሃይል ተጨማሪኒውትሮኖች 1 ሜቮ ያህል ይጎድላሉ. ይህ ማለት የዩራኒየም ኒዩክሊየስ መቆራረጥ የሚፈጠረው ከ 1 ሜጋ ቮልት በላይ የሆነ የኪነቲክ ሃይል ባለው በኒውትሮን ብቻ ነው። በሌላ በኩል፣ isotope ²³⁵U አንድ ያልተጣመረ ኒውትሮን አለው። ኒውክሊየስ አንድ ተጨማሪ ሲስብ, ከእሱ ጋር አንድ ጥንድ ይሠራል, እና በዚህ ጥንድ ምክንያት, ተጨማሪ አስገዳጅ ኃይል ይታያል. ይህ አስኳል ያለውን እምቅ እንቅፋት ለማሸነፍ አስፈላጊ የሆነውን የኃይል መጠን ለመልቀቅ በቂ ነው እና isotope fission የሚከሰተው ከማንኛውም ኒውትሮን ጋር ሲጋጭ ነው።

ቤታ መበላሸት

የፊዚዮን ምላሽ ሶስት ወይም አራት ኒውትሮኖችን የሚያመነጭ ቢሆንም፣ ቁርጥራጮቹ አሁንም ከተረጋጋው አይሶባር የበለጠ ኒውትሮን ይይዛሉ። ይህ ማለት የ fission ቁርጥራጮች ከቅድመ-ይሁንታ መበስበስ ጋር በአጠቃላይ ያልተረጋጉ ናቸው።

ለምሳሌ የዩራኒየም ፊስሽን ሲከሰት ²³⁸U፣ የተረጋጋው አይሶባር ከ A=145 ጋር ኒዮዲሚየም ¹⁴⁵Nd ሲሆን ይህ ማለት የላንታኑም ቁርጥራጭ ¹⁴⁵ላ በሦስት ደረጃዎች ይበሰብሳል፣ በእያንዳንዱ ጊዜ ኤሌክትሮን እና አንቲኖውትሪኖ ይወጣል፣ የተረጋጋ ኑክሊድ እስኪፈጠር ድረስ። የተረጋጋው አይሶባር ከ A=90 ጋር zirconium ⁹⁰Zr ነው፣ስለዚህ መለያየት ቁርጥራጭ ብሮሚን ⁹⁰Br በ β-መበስበስ ሰንሰለት በአምስት ደረጃዎች ይበላሻል።

እነዚህ β-የመበስበስ ሰንሰለቶች ተጨማሪ ሃይል ይለቃሉ ሁሉም ማለት ይቻላል በኤሌክትሮኖች እና በፀረ-ኒውትሪኖዎች የሚወሰዱ ናቸው።

የኑክሌር ምላሾች፡ የዩራኒየም ኒዩክሊየሮች መቆራረጥ

የኒውትሮን ቀጥተኛ ጨረር ከኑክሊድ እንዲሁብዙ ቁጥር ያላቸው የከርነል መረጋጋት የማይታሰብ መሆኑን ለማረጋገጥ ነው። እዚህ ያለው ነጥቡ ምንም የኩሎምብ ማባረር የለም, እና ስለዚህ የላይኛው ኃይል ኒውትሮንን ከወላጅ ጋር በማያያዝ ለማቆየት ይጥራል. ሆኖም, ይህ አንዳንድ ጊዜ ይከሰታል. ለምሳሌ የ fission ቁርጥራጭ ⁹⁰Br በቅድመ-ይሁንታ የመበስበስ ደረጃ ላይ የሚገኘው krypton-90 ያመርታል፣ይህም የላይዩን ሃይል ለማሸነፍ በቂ ሃይል ያለው በሚያስደስት ሁኔታ ውስጥ ይሆናል። በዚህ ሁኔታ የኒውትሮን ልቀት ከ krypton-89 መፈጠር ጋር በቀጥታ ሊከሰት ይችላል. ይህ አይሶባር ወደ የተረጋጋ yttrium-89 እስኪቀየር ድረስ ለ β መበስበስ ያልተረጋጋ ነው፣ ስለዚህ krypton-89 በሦስት እርከኖች ይበሰብሳል።

Uranium fission: chain reaction

በፊስዮን ምላሽ የሚለቀቁ ኒውትሮኖች በሌላ የወላጅ ኒዩክሊየስ ሊዋጡ ይችላሉ፣ይህም በራሱ በተፈጠረ ፋይስሽን ይከሰታል። ዩራኒየም-238ን በተመለከተ የሚመረተው ሶስት ኒውትሮን ከ 1 ሜ ቮልት ባነሰ ሃይል ይወጣል (በዩራኒየም ኒውክሊየስ ፍንጣቂ ወቅት የሚለቀቀው ሃይል - 158 ሜ ቮልት - በዋናነት ወደ ፊዚሽን ፍርስራሾች ኪነቲክ ሃይል ይቀየራል።), ስለዚህ የዚህን ኑክሊድ ተጨማሪ ፊስሽን ሊያስከትሉ አይችሉም. ነገር ግን፣ ብርቅዬ የአይሶቶፕ ²³⁵U ከፍተኛ ትኩረት በመስጠት እነዚህ ነፃ ኒውትሮኖች በኒውክሊይ ²³⁵U ሊያዙ ይችላሉ፣ይህም በእርግጥ ፋይስን ያስከትላል። በዚህ ሁኔታ ውስጥ, fission የማይነቃነቅበት ምንም የኃይል ገደብ የለም.

ይህ የሰንሰለት ምላሽ መርህ ነው።

የኑክሌር ምላሽ ዓይነቶች

ከዚህ ሰንሰለት ደረጃ n በፋይሲል ቁስ ናሙና ውስጥ የሚመረተው የኒውትሮን ብዛት፣ በደረጃ n - 1 ላይ በተመረተው የኒውትሮን ብዛት ይከፋፈላል። ደረጃ n - 1፣ በኒውክሊየስ ተውጠዋል፣ ይህም በግዳጅ ስንጥቅ ሊያጋጥመው ይችላል።

• k < 1 ከሆነ፣ የሰንሰለቱ ምላሽ በቀላሉ ይጠፋል እና ሂደቱ በፍጥነት ይቆማል። የ²³⁵U ክምችት በጣም ዝቅተኛ ስለሆነ በዚህ አይሶቶፕ ከኒውትሮን አንዱን የመምጠጥ እድሉ እጅግ በጣም ቀላል በሆነበት በተፈጥሮ የዩራኒየም ማዕድን ውስጥ የሆነው ይህ ነው።

• k > 1 ከሆነ ሁሉም የፋይሲል ቁስ (አቶሚክ ቦምብ) እስኪውል ድረስ የሰንሰለቱ ምላሽ ያድጋል። ይህም በቂ የሆነ ከፍተኛ የዩራኒየም-235 ክምችት ለማግኘት የተፈጥሮ ማዕድን በማበልጸግ ነው። ለክብ ቅርጽ ናሙና, የ k ዋጋ በኒውትሮን የመሳብ እድልን በመጨመር ይጨምራል, ይህም በክሉ ራዲየስ ላይ የተመሰረተ ነው. ስለዚህ የዩራኒየም ኒዩክሊይ (የሰንሰለት ምላሽ) መቆራረጥ እንዲከሰት የ U ብዛት ከተወሰነ ወሳኝ ክብደት ማለፍ አለበት።

• k=1 ከሆነ ቁጥጥር የሚደረግበት ምላሽ ይከናወናል። ይህ በኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል. ሂደቱን የሚቆጣጠረው ካድሚየም ወይም ቦሮን ዘንጎች በዩራኒየም መካከል በማከፋፈል ሲሆን ይህም አብዛኛውን ኒውትሮኖችን ይይዛል (እነዚህ ንጥረ ነገሮች ኒውትሮን የመያዝ ችሎታ አላቸው). የዩራኒየም ኒዩክሊየስ ፊስሽን በትሮቹን በማንቀሳቀስ በራስ ሰር ቁጥጥር ይደረግበታል ስለዚህም የ k ዋጋ ከአንድ ጋር እኩል ይቆያል።