우라늄 핵의 분열. 연쇄 반응. 과정 설명

대략 동일한 중량의 두 조각으로 무거운 원자를 분리, 다량의 에너지 해방 이어 - 코어 분할.

새로운 시대의 핵분열 시작의 발견 - "원자 시대". 그것의 가능한 사용과 위험의 균형의 잠재력은 그것의 사용의 혜택을뿐만 아니라, 사회 학적, 정치적, 경제적, 과학적 성과의 많은에 상승뿐만 아니라 심각한 문제를 주었다. 심지어보기의 순수하게 과학적인 관점에서, 핵 분열 과정은 퍼즐과 합병증의 큰 숫자를 생성하고, 그것을위한 완벽한 이론적 인 설명은 미래의 일이다.

공유 - 유익한

(핵자 PER) 결합 에너지는 다른 핵 다르다. 무거운 주기율표의 중간에있는 것보다 낮은 결합 에너지를 갖는다.

이 무거운 핵이되는 것을 의미 원자 수보다 100, 바람직하게함으로써 단편의 운동 에너지로 변환되는 에너지를 방출 개의 작은 조각으로 분할. 이 과정은 분할이라고 원자핵.

무거운 핵 중성자 많은 수의 중성자를 선호위한 안정 동위 원소로부터 양성자의 수의 의존성을 도시 안정성 곡선에 따르면,보다 밝은 (양성자의 수와 비교하여). 이것은 분할 과정뿐만 아니라 일부 "여분"중성자를 방출 할 것이라는 점을 시사한다. 또한, 그들은 또한 방출 된 에너지의 일부를 인수합니다. U → ^{238 (145) 90} 라 + 브롬 + 3N : 우라늄 원자의 연구 분열은이 중성자 3-4를 생성하는 것으로 나타났다.

단편의 원자 수 (및 원자량)의 절반과 동일하지 않다 원자량 부모. 분열의 결과로서 형성되는 원자 질량의 차이는 약 50 그러나, 이것에 대한 이유는 아직 완전히 명확하지 일반적이다.

²³⁸ U, ¹⁴⁵ 라 브롬 및 ^90의 결합 에너지는 각각 1,803, 1,198 및 763 MeV로한다. 이 에너지는 1198 + 158 = 763-1803 MeV의 반응에서 생성 된 동일 우라늄 핵분열을 방출된다는 것을 의미한다.

자발 핵분열

자연 분할 과정은 자연에서 알려져 있지만, 그들은 매우 드물다. 이 프로세스의 평균 수명은, 예를 들면, 방사성 핵종의 알파 - 부패의 평균 수명은 약 10 내지 ¹¹ (S)이며, 약 10 내지 ^17이며,.

그 이유는 두 부분으로 분리시키기 위해, 상기 코어는 제 타원 형태의 변형 (신축)을 거쳐야하고, 두 조각으로 최종 절단하기 전에 중간에서 "목"을 형성하기 때문이다.

전위 장벽

두 힘의 코어의 변형 상태에서. 그들 중 하나 - 증가 된 표면 에너지 (액체 방울의 표면 장력의 구형 설명), 및 기타 - 핵분열 파편 사이의 쿨롱 반발. 이들은 잠재적 인 장벽을 생산하고 있습니다.

우라늄 원자핵의 자발 핵분열 발생하는 알파 붕괴의 경우와 마찬가지로, 단편은 터널 효과에 의해,이 장벽을 극복해야한다. 배리어 알파 붕괴의 경우에서와 같이, 약 6 MeV까지이지만, α 입자의 터널링의 확률은 훨씬 더 무거운 생성물 분할 원자보다 훨씬 크다.

강제 저하

훨씬 더 가능성이 우라늄 핵의 분열을 유도된다. 이 경우, 상기 상위 핵은 중성자 조사한다. 부모가 흡수되면, 그들은 잠재적 인 장벽을 극복하기 위해 필요한 6 백만 전자 볼트를 초과 할 수 진동 에너지의 형태로 결합 에너지를 방출하는 바인딩됩니다.

추가 중성자 에너지가 전위 장벽을 극복하는 것만으로는 충분하지 않습니다 경우, 입사 중성자는 원자의 분열을 유도 할 수 있도록 최소한의 운동 에너지를 가지고 있어야합니다. ²³⁸ U 추가 중성자 결합 에너지의 경우 약 1 백만 전자 볼트가 없습니다. 이 우라늄 핵의 분열은 1 백만 전자 볼트보다 큰 운동 에너지 만 중성자를 유도 것을 의미한다. 한편, ²³⁵ U 동위 원소는 하나 개의 짝 중성자가 있습니다. 핵 추가 흡수 할 때, 그것으로 몇 가지를 형성하고 추가로 결합 에너지는이 페어링의 결과이다. 이 핵의 전위 장벽 및 중성자와 충돌 발생 동위 원소의 분할을 극복하는데 필요한 에너지의 양을 방출하기에 충분하다.

베타 붕괴

핵분열 반응은 세 가지 또는 네 개의 중성자를 방출한다는 사실에도 불구하고, 조각은 여전히 안정적인 등압선보다 더 많은 중성자를 포함한다. 이 절단 단편 베타 붕괴에 대해 일반적으로 불안정한 것을 의미한다.

예를 들면, 우라늄 ²³⁸ U의 핵의 부분이 있고, A = 145 안정한 등압선 ¹⁴⁵ 프래그먼트 란탄 라 세 단계, 안정 핵종까지 전자와 중성미자를 조사함으로써 각각의 시간에 ¹⁴⁵ 분할 형성되는 것을 의미 네오디뮴의 Nd이다. A = 90 ^{: 90로} 안정적 등압선 지르코늄 ZR, 다섯 스테이지 체인 β 붕괴로하므로 절단 단편 브로 브롬 ⁹⁰ 분할된다.

이러한 체인 β 붕괴가 거의 얻어 전자 및 중성미자 모두 수행되는 여분의 에너지를 방출한다.

핵 반응 : 우라늄의 핵분열

그 중 너무 많은 수의 중성자 방사에서 직접 핵종은 핵의 안정성이 가능성은 확인합니다. 여기에 포인트가 더 쿨롱 반발 없다, 그래서 표면 에너지가 부모에 의한 중성자를 유지하는 경향이 있다는 것입니다. 그럼에도 불구하고, 가끔 발생합니다. 예를 들어, 제 베타 - 부패 핵분열 파편 브롬 ^(90)는 표면 에너지를 극복하기에 충분한 에너지를 갖는 여기 상태로 위치 될 수 크립톤-90을 생성한다. 이 경우, 중성자 방사선은 크립톤 (89)를 형성하도록 직접적으로 발생할 수있다. 크립톤-89은 3 개 단계로 구분 될 수 있도록이 등압선은 아직 안정 이트륨-89로 이동하지 않은 베타 붕괴에 대해 여전히 불안정합니다.

우라늄 핵분열 : 연쇄 반응

절단 반응에서 방출 된 중성자이어서 자려 분열을 거쳐 다른 부모 - 핵에 의해 흡수 될 수있다. 이하 1 MeV의 (- 158 MeV로 - 우라늄 코어의 분열에 방출되는 에너지가 주로 운동 에너지 절단 파편으로 변환)보다 에너지 함께 발생 우라늄 -238 세 중성자의 경우, 그래서이 핵종의 또 다른 분할을 야기 할 수 없다. 희귀 한 동위 원소 U ^(235)이 자유 중성자의 중요한 농도가 ²³⁵ U의 핵에 의해 포착 될 수있는 경우이 경우 분할이 유도되지 않는 아래에는 에너지 임계 값이 없기 때문에, 실제로는, 분열의 원인이 될 수 있습니다.

이 원칙 연쇄 반응이다.

핵 반응의 종류

K하자 -이 수 단계 N 제조 중성자의 수에 의존 할 것이다 - 1 - N 단계에서 제조 중성자 수로 나눈 체인 스텝 n에서 핵분열 물질의 샘플을 제조 중성자 수 1 코어에 의해 흡수 된 유도 핵분열을받을 수 있습니다.

• K <1 일 경우, 연쇄 반응은 단순히 증기를 벗어 프로세스가 매우 빠르게 중지됩니다. 이것은 자연에서 일어나는 것입니다 우라늄 광석, ^{235 U의} 농도가 중성자이 동위 원소의 흡수 확률이 매우 무시할 정도로 작하는.

• K> 1, 연쇄 반응은 핵분열 물질의 모든만큼 계속 증가 할 경우 사용되지 않습니다 (원자 폭탄). 이것은 우라늄 235 충분히 높은 농도를 얻기 위하여 천연 광석 농축함으로써 달성된다. 구체의 반경에 의존 중성자 흡수 확률 구형 샘플 k 값이 증가합니다. 따라서 U 중량 발생할 수 우라늄 (연쇄 반응)의 분열에 중요한 특정 질량을 초과해야한다.

• K = 1 다음, 반응 제어가있는 경우. 그것은에 사용되는 원자로. 프로세스는 (이들 원소는 중성자 포착 할 수있다)의 대부분의 중성자를 흡수 카드뮴 또는 붕소의 우라늄 봉 사이에 분포 제어된다. 자동 k 값 한 동일하게 유지되도록 상기로드를 이동시킴으로써 제어되는 우라늄 코어 분할.