Ядронун бөлүнүшү – чоң көлөмдөгү энергиянын бөлүнүп чыгышы менен коштолгон оор атомдун болжол менен бирдей массадагы эки фрагментке бөлүнүшү.
Ядролук бөлүнүүнүн ачылышы жаңы доорду – «атомдук доорду» баштады. Аны колдонуунун мүмкүн болуучу потенциалы жана аны пайдалануудан пайда болгон тобокелдиктин катышы көптөгөн социологиялык, саясий, экономикалык жана илимий жетишкендиктерди гана жаратпастан, ошондой эле олуттуу көйгөйлөрдү да жаратты. Таза илимий көз караштан алганда да, ядролук бөлүнүү процесси көптөгөн табышмактарды жана татаалдыктарды жаратты жана аны толук теориялык түшүндүрүү келечектин иши.
Бөлүшүү пайдалуу
Байланыш энергиялары (ар бир нуклон үчүн) ар кандай ядролор үчүн айырмаланат. Оорунун байланыш энергиясы мезгилдик таблицанын ортосунда жайгашкандарга караганда азыраак.
Бул атомдук саны 100дөн ашкан оор ядролор эки кичинекей фрагментке бөлүнүүдөн пайда алып, ошону менен энергияны бөлүп чыгарат дегенди билдирет.фрагменттердин кинетикалык энергиясына айландырылат. Бул процесс атом ядросунун бөлүнүшү деп аталат.
Туруктуу нуклиддер үчүн протондордун санынын нейтрондордун санына көз карандылыгын көрсөткөн туруктуулук ийри сызыгына ылайык, оор ядролор жеңилирээктерине караганда көбүрөөк нейтрондорду (протондордун санына салыштырмалуу) артык көрүшөт. Бул бөлүнүү процесси менен катар кээ бир «запастык» нейтрондор чыгарыла турганын көрсөтүп турат. Мындан тышкары, алар да чыгарылган энергиянын бир бөлүгүн алышат. Уран атомунун ядролук бөлүнүшүн изилдөө 3-4 нейтрондун бөлүнүп чыгышын көрсөттү: 238U → 145La + 90Br + 3n.
Фрагменттин атомдук саны (жана атомдук массасы) ата-энесинин атомдук массасынын жарымына барабар эмес. Бөлүнүү натыйжасында пайда болгон атомдордун массаларынын ортосундагы айырма адатта 50гө жакынды түзөт. Бирок мунун себеби али толук түшүнүлө элек.
238U, 145La жана 90Br байланыш энергиялары 1803, 1198 жана 763 МэВ. Бул бул реакциянын натыйжасында уран ядросунун бөлүнүү энергиясы бөлүнүп чыгат дегенди билдирет, 1198 + 763-1803=158 МэВ.
Спонтандык бөлүнүү
Спонтандык бөлүнүү процесстери табиятта белгилүү, бирок алар өтө сейрек кездешет. Бул процесстин орточо өмүрү болжол менен 1017 жылды түзөт жана, мисалы, бир эле радионуклиддин альфа ажыроосунун орточо өмүрү болжол менен 1011жыл.
Мунун себеби эки бөлүккө бөлүнүш үчүн ядронунадегенде эллипсоиддик формада деформациядан (созулуп) өтүп, андан соң эки бөлүккө ажыраганга чейин ортосунан «моюн» пайда болот.
Потенциалдуу тоскоолдук
Деформацияланган абалда өзөккө эки күч аракет кылат. Алардын бири беттик энергиянын жогорулашы (суюктук тамчысынын беттик чыңалуусу анын сфералык формасын түшүндүрөт), экинчиси бөлүнүү фрагменттеринин ортосундагы кулондук түртүү. Алар чогуу потенциалдуу тоскоолдук жаратышат.
Альфа-ажырашуудагыдай эле, уран атомунун ядросунун өзүнөн-өзү бөлүнүшү үчүн, фрагменттер кванттык туннелди колдонуу менен бул тоскоолдукту жеңип чыгышы керек. Альфа ажыроодогудай тоскоол болжол менен 6 МэВ, бирок α бөлүкчөсүнүн туннелге түшүү ыктымалдыгы бир топ оор атомдун бөлүнүү продуктусуна караганда бир топ жогору.
Мажбурлап бөлүү
Уран ядросунун индукцияланган бөлүнүшү көбүрөөк ыктымал. Бул учурда аталык ядро нейтрондор менен нурланышат. Эгер ата-эне аны сиңирип алса, алар байланыштырат жана потенциалдуу тоскоолду жеңүү үчүн талап кылынган 6 МэВдан ашкан титирөө энергиясы түрүндөгү байланыш энергиясын бөлүп чыгарат.
Кошумча нейтрондун энергиясы потенциалдык тоскоолду жеңүү үчүн жетишсиз болгон учурда, атомдун бөлүнүшүн индукциялоо үчүн түшкөн нейтрон минималдуу кинетикалык энергияга ээ болушу керек. 238U учурда кошумча энергиянейтрондор болжол менен 1 МэВ жетишпейт. Бул уран ядросунун бөлүнүшүн кинетикалык энергиясы 1 МэВ жогору болгон нейтрон гана индукциялайт дегенди билдирет. Экинчи жагынан, 235U изотопунда бир жупташкан нейтрон бар. Ядро кошумчаны сиңиргенде аны менен бир жупту түзөт жана бул жупташуу натыйжасында кошумча байланыш энергиясы пайда болот. Бул ядронун потенциалдуу тоскоолду жеңүү үчүн зарыл болгон энергиянын көлөмүн бөлүп чыгаруу үчүн жетиштүү жана изотоптун бөлүнүшү ар кандай нейтрон менен кагылышууда пайда болот.
Бета ажыроо
Бөлүнүү реакциясы үч же төрт нейтрон бөлүп чыгарганына карабастан, фрагменттерде алардын туруктуу изобарларына караганда дагы көп нейтрондор бар. Бул бөлүнүү фрагменттери бета ажыроого каршы жалпысынан туруксуз экенин билдирет.
Мисалы, урандын бөлүнүшү пайда болгондо 238U, A=145 менен туруктуу изобар неодим 145Nd, башкача айтканда лантан фрагменти 145La туруктуу нуклид пайда болгонго чейин ар бир жолу электрон жана антинейтрино чыгаруучу үч этапта ажыроо. A=90 болгон туруктуу изобар цирконий 90Zr, ошондуктан бромдун бөлүнүүчү фрагменти 90Br β-ажыралуу чынжырынын беш баскычында ажыроо.
Бул β-ажыралуу чынжырлары кошумча энергияны бөлүп чыгарат, алардын дээрлик бардыгын электрондор жана антинейтринолор алып кетет.
Ядролук реакциялар: уран ядролорунун бөлүнүшү
Нуклидден нейтрондун түз нурлануусуядронун туруктуулугун камсыз кылуу үчүн алардын көп саны күмөн. Бул жерде кулондук түртүү жок, ошондуктан беттик энергия нейтронду ата-эне менен байланышта кармап турууга умтулат. Бирок, бул кээде болот. Мисалы, 90Br бөлүнүү фрагменти бета ажыроонун биринчи этабында криптон-90ду пайда кылат, ал беттик энергияны жеңүүгө жетиштүү энергиясы бар толкунданган абалда болушу мүмкүн. Бул учурда, нейтрондордун эмиссиясы криптон-89 түзүлүшү менен түз болушу мүмкүн. Бул изобар туруктуу иттрий-89га өзгөрмөйүнчө β ажыроо үчүн туруксуз, андыктан криптон-89 үч кадам менен ажыроо.
Урандын бөлүнүшү: чынжыр реакциясы
Бөлүнүү реакциясында бөлүнүп чыккан нейтрондорду башка негизги ядро сиңирип алат, андан кийин өзү индукцияланган бөлүнүүгө дуушар болот. Уран-238 учурда өндүрүлгөн үч нейтрон 1 МэВ кем энергия менен чыгат (уран ядросунун бөлүнүшү учурунда бөлүнүп чыккан энергия - 158 МэВ - негизинен бөлүнүү фрагменттеринин кинетикалык энергиясына айланат).), ошондуктан алар бул нуклиддин андан ары бөлүнүшүнө алып келе албайт. Бирок, сейрек кездешүүчү 235U изотопунун олуттуу концентрациясы менен бул эркин нейтрондор 235U ядролору тарабынан кармалышы мүмкүн, бул чындыгында бөлүнүүгө алып келиши мүмкүн, анткени бул учурда бөлүнүү индукцияланбаган энергия босогосу жок.
Бул чынжыр реакциясынын принциби.
Ядролук реакциялардын түрлөрү
К бул чынжырдын n стадиясында бөлүнүүчү материалдын үлгүсүндө өндүрүлгөн нейтрондордун саны n - 1 стадиясында өндүрүлгөн нейтрондордун санына бөлүнсүн. Бул сан канча нейтрондун өндүрүлгөнүнө жараша болот. n - 1 баскычы, мажбурлап бөлүнүүгө дуушар болушу мүмкүн болгон ядро тарабынан сиңилет.
• Эгерде k < 1 болсо, анда чынжыр реакциясы жөн эле өчүп, процесс абдан тез токтойт. Бул табигый уран рудасында болот, анда 235U концентрациясы ушунчалык төмөн болгондуктан, бул изотоптун нейтрондорунун биринин сиңирүү ыктымалдыгы өтө эле жокко эсе.
• Эгерде k > 1 болсо, анда чынжыр реакциясы бардык бөлүнүүчү материал колдонулганга чейин өсөт (атомдук бомба). Бул уран-235 жетишерлик жогорку концентрациясын алуу үчүн табигый руданы байытуу аркылуу жетишилет. Сфералык үлгү үчүн к-тын мааниси сферанын радиусуна көз каранды болгон нейтронду жутуу ыктымалдыгынын жогорулашы менен өсөт. Демек, уран ядролорунун бөлүнүшү (чынжыр реакциясы) болушу үчүн U массасы кандайдыр бир критикалык массадан ашуусу керек.
• Эгерде k=1 болсо, анда башкарылуучу реакция ишке ашат. Бул өзөктүк реакторлордо колдонулат. Процесс нейтрондордун көбүн сиңирип алган кадмий же бор таякчаларын урандын арасында бөлүштүрүү жолу менен башкарылат (бул элементтер нейтрондорду кармоого жөндөмдүү). Уран ядросунун бөлүнүшү стержендердин кыймылы менен автоматтык түрдө башкарылат, андыктан k мааниси бирге барабар бойдон калат.
