Фисија и фузија на јадра. Потекло на енергијата на фисија на тешки јадра Што ја одредува фисијата на атомот на ураниум

Енергијата Е ослободена за време на фисијата се зголемува со зголемување на Z 2 / А. Z 2 / A = 17 за 89 Y (итриум). Оние. фисијата е енергетски поволна за сите јадра потешки од итриумот. Зошто мнозинството јадра се отпорни на спонтана фисија? За да се одговори на ова прашање, неопходно е да се разгледа механизмот на поделба.

Во процесот на фисија, обликот на јадрото се менува. Јадрото последователно ги минува следните фази (слика 7.1): топка, елипсоид, гира, два фрагменти во облик на круша, два сферични фрагменти. Како се менува потенцијалната енергија на јадрото во различни фази на фисија?
Почетно јадро со зголемување рима форма на с increasingly повеќе издолжен елипсоид на револуција. Во овој случај, поради еволуцијата на обликот на јадрото, промената во неговата потенцијална енергија се одредува со промена на збирот на површината и кулоновите енергии Е n + E к. Површинската енергија во овој случај се зголемува, бидејќи површината на јадрото се зголемува. Кулоновата енергија се намалува со зголемување на просечното растојание помеѓу протоните. Ако, со незначителна деформација која се карактеризира со мал параметар, почетното јадро има форма на аксијално симетричен елипсоид, површинската енергија Е "n и енергијата на Кулон Е" к како функции на параметарот за деформација се менуваат на следниов начин:

Во односите (7.4-7.5) Е n и Е k - површински и Кулонови енергии на почетното сферично симетрично јадро.
Во регионот на тешки јадра 2E n> E k и збирот на површинските и Кулоновите енергии се зголемува со зголемувањето. Од (7.4) и (7.5) следува дека при мали деформации, зголемувањето на површинската енергија спречува понатамошна промена во обликот на јадрото, и, следствено, фисија.
Односот (7.5) важи за мали деформации. Ако деформацијата е толку голема што јадрото има облик на гира, тогаш површинските и Кулоновите сили имаат тенденција да го одделат јадрото и да им дадат сферична форма на фрагментите. Така, со постепено зголемување на деформацијата на јадрото, неговата потенцијална енергија поминува низ максимум. Графиконот на промени во површината и Кулоновите енергии на јадрото како функција на r е прикажан на сл. 7.2.

Присуството на потенцијална бариера спречува моментална спонтана нуклеарна фисија. За да се подели јадрото, мора да му се даде енергија Q што ја надминува висината на бариерата на фисија H. Максималната потенцијална енергија на расколното јадро E + H (на пример, злато) во два идентични фрагменти е ≈ 173 MeV, а вредноста на енергијата Е ослободена за време на фисијата е 132 MeV ... Така, кога се распаѓа златното јадро, неопходно е да се надмине потенцијалната бариера со висина од околу 40 MeV.
Висината на бариерата на фисија H е поголема, толку е помал односот на Кулоновите и површинските енергии E до / E n во почетното јадро. Овој сооднос, пак, се зголемува со зголемување на параметарот на фисија Z 2 / A (7.3). Колку е потешко јадрото, толку е помала висината на бариерата на фисија H, бидејќи параметарот на фисија, под претпоставка дека Z е пропорционален на А, се зголемува со зголемување на бројот на маса:

Затоа, потешките јадра, по правило, треба да дадат помалку енергија за да предизвикаат нуклеарна фисија.
Висината на бариерата на фисија исчезнува на 2E n - E k = 0 (7,5). Во овој случај

2E p / E k = 2 (a 2 A) / (a ​​3 Z 2),

Z 2 / A = 2a 2 / (a ​​3 Z 2) 49.

Така, според моделот на капки, јадра со Z 2 / A> 49 не можат да постојат во природата, бидејќи тие треба спонтано да се поделат на два фрагменти во карактеристично нуклеарно време од редот на 10-22 секунди речиси моментално. Зависностите од обликот и висината на потенцијалната бариера H, како и енергијата на фисија од вредноста на параметарот Z 2 / A се прикажани на сл. 7.3.

Ориз. 7.3. Радијална зависност од обликот и висината на потенцијалната бариера и енергијата на фисија Е за различни вредности на параметарот Z 2 / A. Вредноста на Е p + E k е прикажана на вертикалната оска.

Спонтана фисија на јадра со Z 2 / A< 49, для которых высота барьера H не равна нулю, с точки зрения классической физики невозможно. Однако в квантовой механике такое деление возможно за счет туннельного эффекта – прохождения осколков деления через потенциальный барьер. Оно носит название спонтанного деления. Вероятность спонтанного деления растет с увеличением параметра деления Z 2 /A, т. е. с уменьшением высоты барьера деления. В целом период спонтанного деления уменьшается при переходе от менее тяжелых ядер к более тяжелым от T 1/2 >10 21 години за 232 Th до 0,3 s за 260 Rf.
Присилна фисија на јадра со Z 2 / A< 49 может быть вызвано их возбуждением фотонами, нейтронами, протонами, дейтронами, a частицами и другими частицами, если вносимая в ядро энергия достаточна для преодоления барьера деления.
Минималната вредност на енергијата на побудување на сложеното јадро Е * формирана за време на фаќањето на неутрон е еднаква на енергијата на врзување на неутронот во ова јадро ε n. Табела 7.1 ја споредува висината на бариерата H и енергијата за врзување на неутроните ε n за изотопите Th, U, Pu, формирани по фаќањето неутрони. Енергијата на врзување на неутронот зависи од бројот на неутрони во јадрото. Поради енергијата на спарување, енергијата на врзување на парен неутрон е поголема од енергијата на врзување на непарен неутрон.

Табела 7.1

Висина на бариерата на фисија H, енергија за врзување неутрони ε n

Карактеристична карактеристика на фисијата е тоа што фрагментите обично имаат различна маса. Во случај на најверојатната фисија од 235 U, соодносот на фрагментот маса е, во просек, ~ 1,5. Масовната распределба на фрагменти од фисијата на 235 U со термички неутрони е прикажана на сл. 7.4. За најверојатната фисија, тежок фрагмент има маса од 139, лесен - 95. Меѓу производите на фисија има фрагменти со A = 72 - 161 и Z = 30 - 65. Веројатноста за фисија на два фрагменти од еднаква маса не е нула. Во фисијата на 235 U со термички неутрони, веројатноста за симетрична фисија е околу три реда по големина помала отколку во случајот на најверојатната фисија на фрагменти со А = 139 и 95.
Асиметричната фисија се објаснува со структурата на школка на јадрото. Јадрото има тенденција да се подели на таков начин што главниот дел од нуклеоните на секој фрагмент формира најстабилен магичен скелет.
Односот на бројот на неутрони со бројот на протони во јадрото 235 е U N / Z = 1,55, додека за стабилни изотопи со масен број близу до масовниот број на фрагменти, овој сооднос е 1,25 - 1,45. Следствено, фрагментите од фисијата се испостави дека се силно преоптоварени со неутрони и треба да бидат
β - радиоактивен Затоа, фрагментите на фисија подлежат на последователни β -распаѓања, а полнежот на примарниот фрагмент може да варира за 4-6 единици. Подолу е типичен синџир на радиоактивни распаѓања од 97 Kr - еден од фрагментите формирани за време на фисијата на 235 U:

Возбудувањето на фрагментите предизвикано од нарушување на односот на бројот на протони и неутрони, карактеристични за стабилните јадра, исто така е отстрането поради емисијата на брзински неутрони на фисија. Овие неутрони се емитуваат со поместување на фрагменти за време помало од ~ 10-14 секунди. Во просек, 2 - 3 брзи неутрони се испуштаат во секој чин на фисија. Нивниот енергетски спектар е континуиран со максимум околу 1 MeV. Просечната брзина на неутронска енергија е близу 2 MeV. Емисијата на повеќе од еден неутрон во секој настан на фисија овозможува да се добие енергија преку верижна реакција на нуклеарна фисија.
Со најверојатната фисија од 235 U со термички неутрони, лесен фрагмент (A = 95) добива кинетичка енергија од Me 100 MeV, а тешка (A = 139) - околу 67 MeV. Така, вкупната кинетичка енергија на фрагментите е ≈ 167 MeV. Вкупната енергија на фисија во овој случај е 200 MeV. Така, преостанатата енергија (33 MeV) се дистрибуира помеѓу другите производи на фисија (неутрони, електрони и антинеутрино на β - распаѓање на фрагменти, γ -зрачење на фрагменти и нивни производи на распаѓање). Распределбата на енергијата на фисија помеѓу различни производи во фисијата на 235 U со термички неутрони е дадена во Табела 7.2.

Табела 7.2

Дистрибуција на енергија на фисија 235 U со термички неутрони

Производите на фисија (НЕ) се комплексна мешавина од повеќе од 200 радиоактивни изотопи од 36 елементи (од цинк до гадолиниум). Поголемиот дел од активноста е составена од краткотрајни радионуклиди. Така, 7, 49 и 343 дена по експлозијата, активноста на НЕ се намалува за 10, 100 и 1000 пати, соодветно, во споредба со активноста еден час по експлозијата. Приносот на најбиолошки најзначајните радионуклиди е прикажан во Табела 7.3. Покрај НЕ, радиоактивната контаминација е предизвикана од радионуклиди на индуцирана активност (3 H, 14 C, 28 Al, 24 Na, 56 Mn, 59 Fe, 60 Co, итн.) И неразделениот дел од ураниум и плутониум. Улогата на индуцираната активност во термонуклеарните експлозии е особено голема.

Табела 7.3

Ослободување на некои производи од фисија во нуклеарна експлозија

При нуклеарни експлозии во атмосферата, значителен дел од врнежите (при експлозии на земја до 50%) паѓаат во близина на тест-просторот. Некои од радиоактивните супстанции се задржуваат во долниот дел на атмосферата и, под влијание на ветрот, се движат на долги растојанија, останувајќи на приближно иста географска широчина. Бидејќи се во воздухот околу еден месец, радиоактивните супстанции постепено паѓаат на Земјата за време на ова движење. Повеќето радионуклиди се испуштаат во стратосферата (на надморска височина од 10-15 км), каде што се глобално расфрлани и во голема мера се распаднати.
Различни структурни елементи на нуклеарните реактори се високо активни со децении (Табела 7.4)

Табела 7.4

Специфични вредности на активност (Bq / t ураниум) на главните производи од фисија во горивните елементи отстранети од реакторот по три години работа

Нуклеарна фисија е разделување на тежок атом на два фрагменти со приближно еднаква маса, придружено со ослободување на голема количина енергија.

Откривањето на нуклеарната фисија започна нова ера - „атомска ера“. Потенцијалот за неговата можна употреба и соодносот на ризик и корист од неговата употреба не само што генерираа многу социолошки, политички, економски и научни достигнувања, туку и сериозни проблеми. Дури и од чисто научна гледна точка, процесот на нуклеарна фисија создаде многу загатки и компликации, а неговото целосно теоретско објаснување е прашање на иднината.

Споделувањето е профитабилно

Енергиите на врзување (по нуклеон) се разликуваат за различни јадра. Потешките имаат помала енергија за врзување од оние што се наоѓаат во средината на периодниот систем.

Ова значи дека е корисно тешките јадра со атомски број поголем од 100 да се поделат на два помали фрагменти, со што се ослободува енергија што се претвора во кинетичка енергија на фрагментите. Овој процес се нарекува разделување

Според кривата на стабилност, која ја покажува зависноста на бројот на протони од бројот на неутрони за стабилни нуклиди, потешките јадра претпочитаат повеќе неутрони (во споредба со бројот на протони) отколку полесните. Ова сугерира дека заедно со процесот на фисија, ќе се емитуваат некои „резервни“ неутрони. Покрај тоа, тие исто така ќе преземат дел од ослободената енергија. Студијата за фисијата на атомот на ураниум покажа дека се ослободуваат 3-4 неутрони: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n.

Атомскиот број на фрагментот (и атомската маса) не е половина од атомската маса на родителот. Разликата помеѓу масите на атоми формирани како резултат на разделување е обично околу 50. Точно, причината за ова с yet уште не е целосно разбрана.

Врзувачките енергии на 238 U, 145 La и 90 Br се 1803, 1198 и 763 MeV, соодветно. Ова значи дека како резултат на оваа реакција, се ослободува енергијата на фисија на јадрото на ураниум, еднаква на 1198 + 763-1803 = 158 MeV.

Спонтана поделба

Спонтаните процеси на расцепување се познати по природа, но тие се многу ретки. Просечниот животен век на овој процес е околу 10 17 години, и, на пример, просечниот животен век на алфа -распаѓањето на истиот радионуклид е околу 10 11 години.

Причината за ова е дека за да се подели на два дела, јадрото прво мора да претрпи деформација (истегнување) во елипсоидна форма, а потоа, пред конечно да се подели на два фрагменти, да формира „врат“ во средината.

Потенцијална бариера

Во деформирана состојба, две сили дејствуваат на јадрото. Едно од нив е зголемената површинска енергија (површинската напнатост на течната капка ја објаснува неговата сферична форма), а другата е Кулоновата одбивност помеѓу фисионираните фрагменти. Заедно тие создаваат потенцијална бариера.

Како и во случај на распаѓање на алфа, за да се случи спонтана фисија на атомот на ураниумот, фрагментите мора да ја надминат оваа бариера користејќи квантно тунелирање. Големината на бариерата е околу 6 MeV, како и во случај на распаѓање на алфа, но веројатноста за тунелирање на алфа честичка е многу поголема од онаа на многу потежок производ за разделување на атоми.

Присилно разделување

Индуцираната фисија на јадрото на ураниумот е многу поверојатна. Во овој случај, мајчиното јадро е зрачено со неутрони. Ако родителот го апсорбира, тогаш тие се врзуваат, ослободувајќи ја врзивната енергија во форма на вибрациона енергија, што може да ги надмине 6 MeV потребни за надминување на потенцијалната бариера.

Онаму каде што енергијата на дополнителниот неутрон е недоволна за да се надмине потенцијалната бариера, неутронот што се појавува мора да има минимална кинетичка енергија за да може да предизвика разделување на атомот. Во случај на 238 U, енергијата за врзување на дополнителните неутрони недостасува за околу 1 MeV. Ова значи дека фисијата на јадрото на ураниум е индуцирана само од неутрон со кинетичка енергија од повеќе од 1 MeV. Од друга страна, изотопот 235 U има еден неупарен неутрон. Кога јадрото апсорбира дополнително, формира пар со него, и како резултат на ова спарување, се појавува дополнителна енергија за врзување. Ова е доволно за да се ослободи количината на енергија потребна за јадрото да ја надмине потенцијалната бариера и фисијата на изотопот се случува при судир со кој било неутрон.

Бета распаѓање

И покрај фактот дека за време на реакцијата на фисија се испуштаат три или четири неутрони, фрагментите с still уште содржат повеќе неутрони отколку нивните стабилни изобари. Ова значи дека фрагментите на расцепување се генерално нестабилни во однос на бета распаѓањето.

На пример, кога се случува фисија на јадрото на ураниум 238 U, стабилниот изобар со А = 145 е неодимиум 145 Nd, што значи дека фрагментот на лантан 145 La се распаѓа во три фази, секој пат кога емитува електрон и антинеутрино, до стабилна се формира нуклид. Циркониум 90 Zr е стабилен изобар со A = 90; затоа, фрагмент од расцепувањето на бром 90 Br се распаѓа во пет фази на синџирот β-распаѓање.

Овие синџири на распаѓање ослободуваат дополнителна енергија, која скоро целата е занесена од електрони и антинеутрино.

Нуклеарни реакции: фисија на јадра на ураниум

Директна емисија на неутрон од нуклид со премногу од нив за да се обезбеди стабилност на јадрото е малку веројатно. Поентата овде е дека нема Кулоново одбивање, и затоа површинската енергија има тенденција да го задржи неутронот во врска со родителот. Сепак, понекогаш се случува. На пример, фрагмент од фисија од 90 Br во првата фаза на бета распаѓање произведува криптон-90, кој може да биде во возбудена состојба со доволна енергија за надминување на површинската енергија. Во овој случај, емисијата на неутрони може да се случи директно со формирање на криптон-89. е сеуште нестабилен во однос на β-распаѓањето додека не се трансформира во стабилен итриум-89, така што криптон-89 се распаѓа во три фази.

Фисија на јадра на ураниум: верижна реакција

Неутроните емитирани во реакцијата на фисија може да се апсорбираат од друго матично јадро, кое потоа се подложува на индуцирана фисија. Во случај на ураниум -238, трите неутрони што произлегуваат излегуваат со енергија помала од 1 MeV (енергијата ослободена за време на фисијата на јадрото на ураниум - 158 MeV - главно се претвора во кинетичка енергија на фрагменти од фисија), така што тие не можат да предизвикаат понатамошна фисија на овој нуклид. Како и да е, при значителна концентрација на реткиот изотоп 235 U, овие слободни неутрони можат да бидат заробени со 235 U јадра, што навистина може да предизвика разделување, бидејќи во овој случај не постои енергетски праг под кој фисијата не е предизвикана.

Ова е принципот на верижна реакција.

Видови нуклеарни реакции

Нека k е бројот на неутрони произведени во примерок од расиплив материјал во фаза n од овој синџир, поделен со бројот на неутрони произведени во фаза n - 1. Овој број ќе зависи од тоа колку неутрони произведени во фаза n - 1 се апсорбираат од страна на јадрото, кое може да претрпи присилна поделба.

Ако к< 1, то цепная реакция просто выдохнется и процесс остановится очень быстро. Именно это и происходит в природной в которой концентрация 235 U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.

Ако k> 1, тогаш верижната реакција ќе расте додека не се искористи целиот расцеплив материјал.Ова се постигнува со збогатување на природната руда за да се добие доволно висока концентрација на ураниум-235. За сферичен примерок, вредноста на k се зголемува со зголемување на веројатноста за апсорпција на неутрони, што зависи од радиусот на сферата. Затоа, масата на U мора да надмине одредена за да може да се случи фисија на јадра на ураниум (верижна реакција).

Ако k = 1, тогаш се одвива контролирана реакција. Ова се користи во Процесот се контролира со распределба на кадмиум или бор прачки меѓу ураниумот, кои апсорбираат најголем дел од неутроните (овие елементи имаат способност да ги фатат неутроните). Фисијата на јадрото на ураниумот се контролира автоматски со поместување на прачките, така што вредноста на k останува еднаква на единството.

Се јавува фисија на јадрата на ураниум на следниот начин:најпрво, неутрон го погодува јадрото, како куршум да погодува јаболко. Во случај на јаболко, куршум би пробил дупка во него, или би го разнел. Кога неутрон го погодува јадрото, тој е фатен од нуклеарни сили. Познато е дека неутронот е неутрален, така што не се одбива со електростатички сили.

Како се случува фисија на ураниум

Значи, откако влезе во составот на јадрото, неутронот ја нарушува рамнотежата и јадрото е возбудено. Се протега на страните како гира или знак "бесконечност": ∞ ... Нуклеарните сили, како што знаете, дејствуваат на растојание пропорционално со големината на честичките. Кога јадрото се протега, тогаш дејството на нуклеарните сили станува незначително за екстремните честички на „гира“, додека електричните сили дејствуваат многу моќно на таква оддалеченост, а јадрото едноставно се распаѓа на два дела. Во овој случај, сеуште се емитуваат два или три неутрони.

Фрагментите од јадрото и ослободените неутрони се расфрлаат со голема брзина во различни насоки. Фрагментите брзо се забавуваат од околината, но нивната кинетичка енергија е огромна. Се претвора во внатрешна енергија на околината, која се загрева. Во исто време, количината на ослободена енергија е огромна. Енергијата добиена од целосната фисија на еден грам ураниум е приближно еднаква на енергијата добиена при согорување на 2,5 тони нафта.

Верижна реакција на фисија на неколку јадра

Ја разгледавме фисијата на едно јадро на ураниум. Фисијата испушти неколку (најчесто два или три) неутрони. Тие се разлетаат со голема брзина и лесно можат да навлезат во јадрата на другите атоми, предизвикувајќи реакција на фисија во нив. Ова е верижна реакција.

Односно, неутроните добиени како резултат на нуклеарната фисија ги возбудуваат и принудуваат другите јадра да се распаднат, кои пак самите испуштаат неутрони, кои продолжуваат да стимулираат понатамошна фисија. И така, с until додека не се случи фисија на сите јадра на ураниум во непосредна близина.

Во овој случај, може да се случи верижна реакција лавина, на пример, во случај на експлозија на атомска бомба. Бројот на нуклеарни фисии се зголемува експоненцијално за краток временски период. Сепак, може да настане верижна реакција и со избледување.

Факт е дека не сите неутрони се среќаваат со јадра на нивниот пат, што ги предизвикуваат до фисија. Како што се сеќаваме, во внатрешноста на супстанцијата, главниот волумен е окупиран од празнината помеѓу честичките. Затоа, некои неутрони летаат низ целата материја без да се судрат со ништо на патот. И ако бројот на нуклеарна фисија се намали со текот на времето, тогаш реакцијата постепено изумира.

Нуклеарни реакции и критична маса на ураниум

Што го одредува типот на реакција?Од масата на ураниум. Колку е поголема масата, толку повеќе честички ќе се сретне летечкиот неутрон на својот пат и толку се поголеми шансите за навлегување во јадрото. Затоа, се разликува "критичната маса" на ураниум - ова е минималната маса на која е можна верижна реакција.

Бројот на произведени неутрони ќе биде еднаков на бројот на неутрони што излегуваат надвор. И реакцијата ќе продолжи со приближно иста брзина додека не се исцрпи целиот волумен на супстанцијата. Ова се користи во пракса во нуклеарни централи и се нарекува контролирана нуклеарна реакција.

Ослободување на енергија за време на нуклеарна фисија.Како и во другите нуклеарни реакции, енергијата ослободена за време на фисијата е еквивалентна на разликата во масите на интеракциските честички и финалните производи. Бидејќи енергијата на врзување на нуклеонот во ураниумот е енергија на врзување на еден нуклеон во фрагменти за време на фисијата на ураниумот, треба да се ослободи енергија

Така, за време на фисијата на јадрото, се ослободува огромна количина енергија, огромниот дел од неа се ослободува во форма на кинетичка енергија на фрагменти од фисија.

Масовна дистрибуција на производи од фисија.Во повеќето случаи, јадрото на ураниумот се расцепува асиметрично. Двата нуклеарни фрагменти имаат соодветно различни брзини и различни маси.

Фрагментите спаѓаат во две групи во однос на масите; еден во близина на криптон со другиот во близина на ксенон Масите на фрагментите се однесуваат едни на други во просек како

Кривата на принос на производот на фисија е симетрична во однос на вертикалната права линија што минува низ точката. Значителната ширина на максимите укажува на разновидни патеки на фисија.

Ориз. 82. Дистрибуција на производи од фисија на ураниум по маси

Наведените карактеристики се однесуваат главно на фисија со термички неутрони; во случај на фисија под дејство на неутрони со енергија од малку или повеќе, јадрото се распаѓа во два фрагменти посиметрични по маса.

Карактеристики на производот на фисија.Кога се распаѓа атомот на ураниум, многу електрони од обвивката се отстранети, а фрагментите од фисијата приближно ги множат јонизираните позитивни јони, кои, кога минуваат низ супстанцијата, силно ги јонизираат атомите. Затоа, патеките на фрагменти во воздухот се мали и се блиску до 2 см.

Лесно е да се утврди дека фрагментите формирани за време на фисијата мора да бидат радиоактивни, склони кон емитување неутрони. Навистина, во стабилни јадра, односот на бројот на неутрони и протони се менува во зависност од А, како што следува:

(види скенирање)

Јадрата на фисија лежат во средината на табелата и, според тоа, содржат повеќе неутрони отколку што е прифатливо за нивната стабилност. Тие можат да се ослободат од вишокот неутрони и со распаѓање и со директно емитување неутрони.

Одложени неутрони.Во една од можните варијанти на фисија, се формира радиоактивен бром. На сл. 83 покажува шема на нејзино распаѓање, на крајот од која има стабилни изотопи

Интересна карактеристика на овој синџир: криптонот може да се ослободи од дополнителен неутрон или поради -распаѓање, или ако е формиран во возбудена состојба поради директна емисија на неутрон. Овие неутрони се појавуваат 56 секунди по фисијата (цел живот во однос на преминот во возбудена состојба, иако самиот испушта неутрони речиси веднаш.

Ориз. 83. Шема на распаѓање на радиоактивен бром формирана во возбудена состојба за време на фисијата на ураниумот

Тие се нарекуваат одложени неутрони. Со текот на времето, интензитетот на одложените неутрони се распаѓа експоненцијално, како и вообичаеното радиоактивно распаѓање.

Енергијата на овие неутрони е еднаква на енергијата на побудување на јадрото. Иако тие претставуваат само 0,75% од сите неутрони емитирани за време на фисијата, одложените неутрони играат важна улога во верижната реакција.

Инстант неутрони.Над 99% од неутроните се ослободуваат за екстремно кратко време; тие се нарекуваат брзи неутрони.

При проучување на процесот на фисија, се поставува основното прашање: колку неутрони се произведуваат во еден чин на фисија; ова прашање е важно затоа што ако нивниот број е голем во просек, тие можат да се користат за фисија на последователните јадра, односно се појавува можноста за создавање верижна реакција. Над решавањето на ова прашање во 1939-1940 година. работел во речиси сите најголеми нуклеарни лаборатории во светот.

Со фисија на јадрасе нарекува процес во кој 2 (понекогаш 3) фрагментни јадра се формираат од едно атомско јадро, кои се блиску по маса.

Овој процес е корисен за секого β -стабилни јадра со масен број А> 100.

Фисија на јадра на ураниумбеше откриена во 1939 година од Хан и Штрасман, кои недвосмислено докажаа дека кога јадрата на ураниум беа бомбардирани со неутрони Урадиоактивни јадра се формираат со маси и полнежи кои се приближно половина од масата и полнеж на јадро на ураниум. Во истата година, Л. Мајтнер и О. Фришер го воведоа терминот „ фисија на јадра„И беше забележано дека во овој процес се ослободува огромна енергија, и Ф. oliолио-Кири и Е. Ферми истовремено откриле дека за време на фисијата се испуштаат неколку неутрони (неутрони на фисија)... Ова стана основа за унапредување на идејата. самоодржлива верижна реакција на фисијаи употреба на нуклеарна фисија како извор на енергија. Нуклеарната фисија е основа на модерната нуклеарна енергија 235 Уи 239 Пупод дејство на неутрони.

Расцепување на јадро може да се случи поради фактот што масата за одмор на тешко јадро се покажува поголема од збирот на остатокот од фрагментите што се појавуваат во процесот на фисија.

Графиконот покажува дека овој процес е корисен од енергетска гледна точка.

Механизмот на нуклеарна фисија може да се објасни врз основа на модел на капки, според кој еден куп нуклеони наликува на капка од наелектризирана течност. Јадрото е спречено од распаѓање со нуклеарни сили на привлекување, кои се поголеми од силите на Кулоновата одбивност, кои дејствуваат помеѓу протоните и имаат тенденција да го раскинат јадрото.

Јадро 235 Уима форма на топка. По апсорпција на неутрон, тој е возбуден и деформиран, добивајќи издолжена форма (на сликата б), и се протега додека силите на одбивност помеѓу половините на издолженото јадро станат поголеми од силите на привлечност што дејствуваат во истмусот (на сликата с). После тоа, јадрото е искинато на два дела (на сликата Г). Фрагменти под влијание на одбивните сили на Кулон се расфрлаат со брзина еднаква на 1/30 од брзината на светлината.

Емисија на неутрони за време на фисија, за што зборувавме погоре, се објаснува со фактот дека релативниот број на неутрони (во однос на бројот на протони) во јадрото се зголемува со зголемување на атомскиот број, а за фрагментите формирани за време на фисијата, бројот на неутрони станува поголем отколку што е можно за јадра на атоми со помал број.

Честопати фисијата се јавува во фрагменти од нееднаква маса. Овие фрагменти се радиоактивни. По серијата β -распаѓање, како резултат на тоа, се формираат стабилни јони.

освен принудени, се случува спонтана фисија на јадрата на ураниум, која беше откриена во 1940 година од советските физичари Г.Н. Флеров и К.А. Петржак. Полуживотот за спонтана фисија е 10 16 години, што е 2 милиони пати повеќе од полуживотот за α -распаѓање на ураниум.

Спојувањето на јадрата се јавува при термонуклеарни реакции. Термонуклеарни реакции- Ова се реакции на фузија на светли јадра на многу висока температура. Енергијата што се ослободува за време на фузијата (синтеза) ќе биде максимална за време на синтезата на светлосните елементи, кои имаат најмалку врзивна енергија. Кога се спојуваат две лесни јадра, на пример, деутериум и тритиум, се формира потешко јадро на хелиум со поголема енергија за врзување:

Со таков процес на нуклеарна фузија, се ослободува значителна енергија (17,6 MeV), еднаква на разликата во врзувачките енергии на тешко јадро и две лесни јадра ... Неутронот формиран за време на реакциите добива 70% од оваа енергија. Споредбата на енергијата по нуклеон при реакции на нуклеарна фисија (0,9 MeV) и фузија (17,6 MeV) покажува дека реакцијата на фузија на лесните јадра е енергетски поповолна од реакцијата на фисија на тешките јадра.

Спојувањето на јадра се случува под дејство на силите на нуклеарната привлечност, така што тие мора да се приближат на растојанија помали од 10 -14, на кои дејствуваат нуклеарните сили. Ова приближување е спречено со Кулоновото одбивање на позитивно наелектризираните јадра. Може да се надмине само поради високата кинетичка енергија на јадрата, кои ја надминуваат енергијата на нивното одбивање на Кулон. Од соодветните пресметки може да се види дека кинетичката енергија на јадрата, потребна за реакција на фузија, може да се постигне на температури од редот на стотици милиони степени, затоа овие реакции се нарекуваат термонуклеарна.

Термонуклеарна фузија- реакција во која на висока температура над 10 7 К, потешки јадра се синтетизираат од лесни јадра.

Термонуклеарната фузија е извор на енергија за сите starsвезди, вклучувајќи го и Сонцето.

Главниот процес со кој се случува ослободување на термонуклеарна енергија во starsвездите е претворањето на водородот во хелиум. Поради масовниот дефект во оваа реакција, масата на Сонцето се намалува за 4 милиони тони секоја секунда.

Големата кинетичка енергија, потребна за термонуклеарна фузија, водородните јадра ја добиваат како резултат на силната гравитациона привлечност кон центарот на theвездата. После тоа, кога се спојуваат јадрата на хелиум, се формираат и потешки елементи.

Термонуклеарните реакции играат една од главните улоги во еволуцијата на хемискиот состав на материјата во Универзумот. Сите овие реакции се случуваат со ослободување на енергија што ја емитуваат starsвездите во форма на светлина во текот на милијарди години.

Имплементацијата на контролирана термонуклеарна фузија ќе му обезбеди на човештвото нов, практично неисцрпен извор на енергија. И деутериум и тритиум, неопходни за негова имплементација, се лесно достапни. Првиот е содржан во водата на морињата и океаните (во количина доволна за употреба милион години), втората може да се добие во нуклеарен реактор со зрачење на течен литиум (чии резерви се огромни) со неутрони:

Една од најважните предности на контролираната термонуклеарна фузија е отсуството на радиоактивен отпад за време на неговата имплементација (за разлика од реакциите на фисија на тешки јадра на ураниум).

Главната пречка за спроведување на контролирана термонуклеарна фузија е неможноста да се одржи плазма со висока температура користејќи силни магнетни полиња за 0,1-1. Сепак, постои доверба дека порано или подоцна ќе се создадат термонуклеарни реактори.

Досега, беше можно само да се произведе неконтролирана реакцијафузија од експлозивен тип во хидрогенска бомба.