युरेनियम केन्द्रक को Fission। दल प्रतिक्रिया। प्रक्रिया को विवरण

ऊर्जा ठूलो रकम को मुक्ति पछि लगभग बराबर वजन दुई टुकडे मा एक भारी अणु विभाजन, - कोर विभाजन।

नयाँ युग को आणविक fission सुरु को खोज - "परमाणु उमेर"। यसको सम्भव प्रयोगहरू र जोखिम को ब्यालेन्स को सम्भावित यसको प्रयोगबाट लाभ उठाउन, मात्र, सामाजिक राजनीतिक, आर्थिक र वैज्ञानिक उपलब्धिहरू धेरै गर्न वृद्धि, तर पनि एउटा गम्भीर समस्या दिनुभयो। दृश्य एक विशुद्ध वैज्ञानिक बिन्दुबाट पनि, आणविक fission प्रक्रिया पहेली र जटिलताहरुलाई एक ठूलो संख्या सिर्जना र यसको लागि पूर्ण सैद्धान्तिक व्याख्या भविष्यमा एक कुरा हो।

साझेदारी - लाभदायक

(प्रति nucleon) ऊर्जा बाध्यकारी फरक केन्द्रक मा फरक। भारी आवधिक तालिका बीचमा स्थित भन्दा तल्लो बाध्यकारी ऊर्जा छ।

यो भारी केन्द्रक जसमा परमाणु अर्थ नम्बर भन्दा 100, advantageously दुई साना टुकडे मा, जसबाट को टुकडे को गतिज ऊर्जा मा परिवर्तित छ ऊर्जा जारी विभाजित। यो प्रक्रिया विभाजन भनिन्छ परमाणविकन्यूक्लियस।

अनुसार न्यूट्रोन लागि भारी नाभिक न्युट्रोन को ठूलो संख्या रुचि स्थिर न्युक्लाइड देखि प्रोटन को संख्या को निर्भरता देखाउँदछ स्थिरता वक्र, संग हल्का भन्दा (प्रोटन को संख्या संग तुलना)। यो विभाजन प्रक्रिया बाहेक उत्सर्जित गर्न केही "स्पेयर" न्युट्रोन हुनेछ सुझाव। साथै, तिनीहरूले पनि अधिक जारी ऊर्जा केही हुनेछ। यू → ^{238 145 90} ला + Br + 3N: युरेनियम अणुहरु को अध्ययन fission यो न्यूट्रोन 3-4 उत्पन्न देखाए।

को खण्ड को परमाणु नम्बर (र परमाणविकपिण्ड) आधा बराबर छैन अणु ठूलो अभिभावक को। cleavage फलस्वरूप गठन अणुहरु को जनता बीच फरक बारेमा 50. तर, यो कारण अहिलेसम्म सम्पूर्ण स्पष्ट छ सामान्यतया छ।

²³⁸ यू, ¹⁴⁵ ला Br र ⁹⁰ को बाध्यकारी शक्ती 1803, 1198 र 763 MeV क्रमशः छन्। यो ऊर्जा बराबर 1198 + 158 = 763-1803 MeV प्रतिक्रिया परिणामस्वरूप युरेनियम fission जारी छ भन्ने हो।

स्वभाविक fission

स्वभाविक विभाजन प्रक्रिया प्रकृतिका ज्ञात छन्, तर तिनीहरू धेरै दुर्लभ छन्। यो प्रक्रिया औसत जीवनकालमा, उदाहरणका लागि radionuclide को अल्फा-क्षय औसत जीवनकालमा 10 ¹¹ छ, 10 ^{17, र।}

यो कारण दुई भागमा विभाजन गर्न, कोर पहिले ellipsoidal फारममा विरूपण (खण्डका) undergo पर्छ, र त्यसपछि, दुई टुकडे मा अन्तिम cleavage गर्न पूर्व बीचमा एक "घाँटी" रुप हो।

संभावित बाधा

दुई सेना को कोर मा बिकृति अवस्थामा। तिनीहरूलाई को - को वृद्धि सतह ऊर्जा (तरल थोपाहरूद्वारा को सतह तनाव यसको गोलाकार आकृति भन्छिन्), र अन्य - को fission टुकडे बीच Coulomb repulsion। सँगै सम्भाव्य बाधा उत्पादन।

युरेनियम परमाणु केन्द्रक को स्वभाविक fission उत्पन्न गर्न अल्फा क्षय को मामला मा को रूप मा, टुकडे क्वांटम tunneling को माध्यम द्वारा यस बाधा हटाउन पर्छ। को बाधा अल्फा-क्षय को मामला मा रूपमा बारेमा 6 MeV छ, तर α-कणहरु को tunneling को सम्भावना धेरै भारी परमाणु उत्पादन विभाजन भन्दा एकदम ठूलो छ।

बाध्य क्षरण

धेरै बढी सम्भावना युरेनियम केन्द्रक को fission गराइएको छ। यस मामला मा, अभिभावक नाभिक न्युट्रोन संग विकिरणित छ। आमाबाबुले यसको अवशोषित भने, त्यसपछि तिनीहरूले 6 MeV सम्भावित बाधा हटाउन आवश्यक भन्दा बढी गर्न सक्ने vibrational ऊर्जा को रूप मा बाध्यकारी ऊर्जा जारी गर्न बाध्य छन्।

जहाँ अतिरिक्त न्यूट्रोन ऊर्जा छैन सम्भावित बाधा हटाउन पर्याप्त छ, घटना न्यूट्रोन अणु को विभाजन induce गर्न सक्षम हुन न्यूनतम गतिज ऊर्जा हुनुपर्छ। ²³⁸ यू थप न्यूट्रोन बाध्यकारी ऊर्जा को मामला मा लगभग 1 MeV हराइरहेको छ। यो युरेनियम केन्द्रक को fission एक गतिज 1 MeV भन्दा ठूलो ऊर्जा संग मात्र न्युट्रोन गराइएको भन्ने हो। अर्कोतर्फ, ²³⁵ यू आइसोटप एक unpaired न्यूट्रोन छ। एक नाभिक थप अवशोषित गर्दा, यो एक जोडी संग खेल्छ र थप बाध्यकारी ऊर्जा यस जोडी को एक परिणाम हो। यो नाभिक को सम्भावित बाधा र कुनै पनि न्यूट्रोन संग एक टकराव देखा पर्यो आइसोटपहेर्नुहोस् को विभाजन हटाउन आवश्यक ऊर्जा को राशि जारी गर्न पर्याप्त छ।

बिटा क्षय

को fission प्रतिक्रिया तीन वा चार न्युट्रोन द्वारा उत्सर्जित छन् भन्ने तथ्यलाई बावजुद टुकडे अझै पनि आफ्नो स्थिर आइसोबार भन्दा बढी न्युट्रोन समावेश गर्दछ। यो cleavage टुकडे साधारण बिटा क्षय आदर अस्थिर छन् भन्ने हो।

उदाहरणका लागि, युरेनियम ²³⁸ यू को नाभिक को एक भाग त्यहाँ छ, एक = 145 संग स्थिर आइसोबार ¹⁴⁵ जो खण्ड लान्थानम ला तीन चरणमा, एक स्थिर nuclide सम्म इलेक्ट्रन र neutrino radiating द्वारा प्रत्येक समयमा ¹⁴⁵ विभाजन गठन गरिएको छ भन्ने हो Neodymium एन डी छ। एक = 90 ⁹⁰ संग स्थिर आइसोबार Zirconium Zr, त्यसैले cleavage खण्ड bromo पाँच चरणमा श्रृंखला β-क्षय मा Br ⁹⁰ विभाजन छ।

यी श्रृंखला β-क्षय लगभग दूर छ जो इलेक्ट्रन र neutrino सबै अतिरिक्त ऊर्जा फेंकना।

आणविक प्रतिक्रिया: युरेनियम को fission

सुनिश्चित गर्न तिनीहरूलाई को धेरै ठूलो संख्या संग न्यूट्रोन विकिरण प्रत्यक्ष nuclide नाभिक को स्थिरता असम्भाव्य छ। यहाँ बिन्दु कुनै Coulomb repulsion छ, र त सतह ऊर्जा अभिभावक गर्न कारण न्यूट्रोन राख्ने tends छ। यद्यपि, यो कहिले काँही हुन्छ। उदाहरणका लागि, fission खण्ड Br ⁹⁰ पहिलो बिटा-क्षय मा उत्पादन सतह ऊर्जा हटाउन पर्याप्त ऊर्जा संग एक उत्साहित राज्य मा स्थित सक्छ जो एक प्रोटोन-90। यस मामला मा न्यूट्रोन विकिरण एक प्रोटोन-89 फारम सीधा उत्पन्न हुन सक्छ। को क्रिप्टन-89 तीन चरणमा विभाजन गरिएको छ त्यसैले यो आइसोबार, अझै पनि बिटा-क्षय आदर अझै स्थिर यट्रियम-89 मा जाने छैन संग अस्थिर छ।

युरेनियम fission: श्रृंखला प्रतिक्रिया

को cleavage प्रतिक्रिया मा उत्सर्जित न्युट्रोन त्यसपछि आत्म-गराइएको fission undergoes जो अन्य अभिभावक-नाभिक, द्वारा अवशोषित गर्न सकिन्छ। युरेनियम-238 तीन जो 1 MeV (- 158 MeV - युरेनियम कोर को fission मा जारी ऊर्जा ज्यादातर गतिज ऊर्जा cleavage टुकडे मा रूपान्तरित) भन्दा कम शक्ती बाहिर खडा न्युट्रोन, को मामला मा, त्यसैले तिनीहरू यस nuclide एक थप फाटो सक्दैन। तथापि, यदि दुर्लभ आइसोटप यू ²³⁵ यी निःशुल्क न्युट्रोन को एक महत्वपूर्ण एकाग्रता ²³⁵ यू को केन्द्रक द्वारा कब्जा गर्न सकिन्छ, यो वास्तवमा cleavage, यो मामला मा कुनै ऊर्जा सीमा जो तल विभाजन गराइएको छैन छ देखि हुन सक्छ।

यो सिद्धान्त श्रृंखला प्रतिक्रिया हो।

आणविक प्रतिक्रियाहरु को प्रकार

गरौं K - 1 यो संख्या चरण N उत्पादन न्युट्रोन संख्या निर्भर गर्नेछ - - माला को चरण N मा fissile सामाग्री को एक नमूना उत्पादन न्युट्रोन, न्युट्रोन चरणमा उत्पादन N को संख्या द्वारा विभाजित संख्या 1, कोर, द्वारा अवशोषित जुन गराइएको fission undergo गर्न सक्नुहुन्छ।

• भने K <1 मा, माला प्रतिक्रिया बस बाफ बाहिर छ र प्रक्रिया धेरै चाँडै बन्द हुनेछन्। यो प्राकृतिक मा हुन्छ के हो युरेनियम अयस्क, ²³⁵ यू ^को एकाग्रता त सानो छ जसमा एक न्यूट्रोन यो आइसोटप को अवशोषण को सम्भावना अत्यन्तै नगण्य छ भनेर।

• K> 1, माला प्रतिक्रिया को fissile सामाग्री सबै रूपमा लामो बढ्न जारी हुनेछ भने प्रयोग हुनेछ (अणु बम)। यो युरेनियम-235 को एक पर्याप्त उच्च एकाग्रता प्राप्त गर्न प्राकृतिक अयस्क अर्थपूर्ण द्वारा हासिल छ। यस क्षेत्र को अर्धव्यास निर्भर छ न्यूट्रोन अवशोषण को सम्भावना, साथ गोलाकार नमूना मूल्य K बढ्छ लागि। त्यसैले यू वजन युरेनियम (श्रृंखला प्रतिक्रिया) को fission एउटा निश्चित महत्वपूर्ण आम भन्दा बढी पर्छ उत्पन्न गर्न सक्छ।

• K = 1, त्यसपछि त्यहाँ एक नियन्त्रित प्रतिक्रिया छ भने। यसलाई प्रयोग गरिन्छ आणविक रिएक्ट्र्स। प्रक्रिया जो न्युट्रोन को सबै भन्दा अवशोषित काडमियम वा बोरोनकोअर्थ को युरेनियम छड, बीच वितरण नियन्त्रण गरिन्छ (यी तत्व न्युट्रोन कब्जा सक्षम छन्)। स्वतः फलामको डण्डाले बढन K मूल्य एक बराबर रहन्छ भनेर नियन्त्रित छ युरेनियम कोर विभाजन।