यूरेनियम नाभिक के विखंडन। श्रृंखला प्रतिक्रिया। प्रक्रिया का विवरण

लगभग बराबर वजन के दो टुकड़ों में एक भारी परमाणु बंटवारे, ऊर्जा की एक बड़ी राशि की मुक्ति के बाद - कोर डिवाइडिंग।

एक नए युग की परमाणु विखंडन शुरू की खोज - "परमाणु युग"। इसके उपयोग से लाभ संभव उपयोग करता है और जोखिम का संतुलन की क्षमता, न केवल, सामाजिक, राजनीतिक, आर्थिक और वैज्ञानिक उपलब्धियों का एक बहुत को जन्म, लेकिन यह भी एक गंभीर समस्या दे दी है। देखने के एक विशुद्ध रूप से वैज्ञानिक बिंदु से भी, परमाणु विखंडन प्रक्रिया पहेली और जटिलताओं की एक बड़ी संख्या बनाया है, और इसके लिए एक पूरी सैद्धांतिक स्पष्टीकरण भविष्य की बात है।

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बंधन (nucleon प्रति) ऊर्जा अलग नाभिक में मतभेद है। भारी आवर्त सारणी के मध्य में स्थित है कि तुलना में कम बंधन ऊर्जा की है।

इसका मतलब है कि भारी नाभिक है, जिसमें परमाणु संख्या से अधिक 100, फ़ायदेमंद दो छोटे टुकड़ों में विभाजित है, जिससे ऊर्जा है कि टुकड़े की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता रिहा। इस प्रक्रिया को तेज कहा जाता है परमाणु नाभिक।

स्थिरता की अवस्था है, जो स्थिर न्यूक्लाइड न्यूट्रॉन के लिए भारी नाभिक न्यूट्रॉन की एक बड़ी संख्या को पसंद करते हैं से प्रोटॉनों की संख्या की निर्भरता से पता चलता के अनुसार लाइटर से (प्रोटॉन की संख्या के साथ तुलना में)। यह पता चलता है कि बंटवारे की प्रक्रिया के अलावा कुछ "अतिरिक्त" न्यूट्रॉन उत्सर्जित कर दिया जाएगा। इसके अलावा, वे भी जारी ऊर्जा के ऊपर ले जाएगा। यूरेनियम परमाणुओं के अध्ययन के विखंडन से पता चला कि यह एक न्यूट्रॉन 3-4 उत्पन्न करता है: यू → ^{238 145 90} ला + बीआर + 3n।

टुकड़ा की परमाणु संख्या (और परमाणु द्रव्यमान) आधे के बराबर नहीं है परमाणु भार माता पिता की। दरार का एक परिणाम के रूप में गठन किया परमाणुओं की जनता के बीच अंतर के बारे में 50. हालांकि, इस का कारण यह नहीं अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट है आमतौर पर है।

²³⁸ यू, ¹⁴⁵ ला बीआर और ⁹⁰ के बंधन ऊर्जा 1803 1198 और 763 एमईवी क्रमशः रहे हैं। इसका मतलब यह है कि ऊर्जा यूरेनियम विखंडन बराबर 1198 + 158 = 763-1803 एमईवी प्रतिक्रिया से उत्पन्न जारी किया गया है।

सहज विखंडन

सहज बंटवारे की प्रक्रिया प्रकृति में जाना जाता है, लेकिन वे बहुत दुर्लभ हैं। इस प्रक्रिया का औसत जीवनकाल के बारे में 10 से ^{17 है,} और, उदाहरण के लिए, रेडियोन्यूक्लाइड के अल्फा क्षय की औसत जीवनकाल के बारे में 10 से ^{11 है।}

इस का कारण यह है कि आदेश को दो भागों में अलग करने के लिए, कोर पहले एक ellipsoidal रूप में विकृति (खिंचाव) से गुजरना होगा, और फिर, दो टुकड़ों में अंतिम दरार करने से पहले एक "गर्दन" बीच में फार्म है।

संभावित बाधा

दो बलों के मूल में विकृत अवस्था में। उनमें से एक - वृद्धि की सतह ऊर्जा (तरल बूंदों की सतह तनाव अपनी गोलाकार आकृति बताते हैं), और अन्य - विखंडन टुकड़े के बीच कूलम्ब प्रतिकर्षण। साथ में वे संभावित बाधा पैदा करते हैं।

अल्फा क्षय के मामले यूरेनियम परमाणु नाभिक की सहज विखंडन होने के लिये के रूप में, टुकड़े क्वांटम सुरंग के माध्यम से इस बाधा को दूर करने चाहिए। बाधा के बारे में 6 एमईवी, अल्फा-क्षय के मामले में है, लेकिन α-कणों की सुरंग की संभावना अधिक भारी उत्पाद बंटवारे परमाणु की तुलना में काफी अधिक है।

मजबूर गिरावट

बहुत अधिक संभावना है कि यूरेनियम नाभिक के विखंडन प्रेरित है। इस मामले में, माता पिता के नाभिक न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित है। एक माता पिता यह अवशोषित कर लेता है, तो वे कंपन ऊर्जा के रूप कि 6 एमईवी संभावित बाधा दूर करने के लिए की जरूरत से अधिक हो सकती में बाध्यकारी ऊर्जा रिलीज करने के लिए बाध्य कर रहे हैं।

कहाँ अतिरिक्त न्यूट्रॉन ऊर्जा संभावित बाधा दूर करने के लिए पर्याप्त नहीं है, घटना न्यूट्रॉन परमाणु के बंटवारे उत्पन्न करने में सक्षम होने के लिए एक न्यूनतम गतिज ऊर्जा होनी चाहिए। ²³⁸ यू अतिरिक्त न्यूट्रॉन बंधन ऊर्जा के मामले में के बारे में 1 एमईवी याद आ रही है। यह है कि यूरेनियम नाभिक के विखंडन एक गतिज 1 एमईवी की तुलना में अधिक ऊर्जा के साथ ही न्यूट्रॉन प्रेरित होता है। दूसरी ओर, ²³⁵ यू आइसोटोप एक unpaired न्यूट्रॉन है। एक नाभिक अतिरिक्त अवशोषित कर लेता है, तो वह एक जोड़े को इसके साथ रूपों और एक अतिरिक्त बंधन ऊर्जा इस जोड़ी का एक परिणाम है। यह ऊर्जा की मात्रा नाभिक के संभावित बाधा और किसी भी न्यूट्रॉन के साथ एक टक्कर में हुई आइसोटोप के विभाजन पर काबू पाने के लिए आवश्यक जारी करने के लिए पर्याप्त है।

बीटा क्षय

तथ्य यह है कि विखंडन अभिक्रिया तीन या चार न्यूट्रॉन द्वारा उत्सर्जित होती हैं के बावजूद, टुकड़े अभी भी अपने स्थिर isobars की तुलना में अधिक न्यूट्रॉन होते हैं। इसका मतलब है कि दरार टुकड़े आम तौर पर बीटा क्षय के संबंध में अस्थिर कर रहे हैं।

उदाहरण के लिए, जब वहाँ यूरेनियम ²³⁸ यू के नाभिक का एक प्रभाग है, एक = 145 के साथ स्थिर isobars ¹⁴⁵ neodymium एन डी, जिसका अर्थ है कि टुकड़ा लेण्टेनियुम ला तीन चरणों, एक स्थिर nuclide तक इलेक्ट्रॉन और एक न्युट्रीनो विकिरण करती हर बार में ¹⁴⁵ विभाजन का गठन किया जाता है। एक = 90 ⁹⁰ के साथ स्थिर isobars zirconium Zr, तो दरार टुकड़ा ब्रोमो बीआर ⁹⁰ पांच चरणों श्रृंखला β क्षय में विभाजन है।

ये श्रृंखला β क्षय अतिरिक्त ऊर्जा है, जो दूर लगभग किया जाता है इलेक्ट्रॉन और एक न्युट्रीनो के सभी फेंकना।

परमाणु प्रतिक्रियाओं: यूरेनियम के विखंडन

उनमें से बहुत बड़ी संख्या के साथ न्यूट्रॉन विकिरण से सीधे nuclide सुनिश्चित करने के नाभिक की स्थिरता संभावना नहीं है। यहाँ बात नहीं कूलम्ब प्रतिकर्षण है कि वहाँ है, और इसलिए सतह ऊर्जा माता पिता की वजह से न्यूट्रॉन बनाए रखने के लिए जाता है। फिर भी, यह कभी कभी होता है। उदाहरण के लिए, पहला बीटा क्षय में विखंडन टुकड़ा बीआर ⁹⁰ एक क्रिप्टन -90 है, जो एक उत्तेजित अवस्था में पर्याप्त ऊर्जा सतह ऊर्जा को दूर करने के साथ स्थित हो सकता है पैदा करता है। इस मामले में न्यूट्रॉन विकिरण एक क्रिप्टन-89 के रूप में सीधे हो सकता है। ताकि क्रिप्टन -89 तीन चरणों में बांटा गया है यह isobars, अभी भी बीटा-क्षय के संबंध में अभी तक स्थिर yttrium-89 में जाने नहीं किया है के साथ अस्थिर है।

यूरेनियम विखंडन: चेन रिएक्शन

दरार प्रतिक्रिया में उत्सर्जित न्यूट्रॉन अन्य अभिभावक नाभिक है, जो तब से होकर गुजरती है आत्म प्रेरित विखंडन द्वारा अवशोषित किया जा सकता। यूरेनियम -238 तीन न्यूट्रॉन, जो 1 एमईवी (- 158 एमईवी - ऊर्जा यूरेनियम कोर के विखंडन में जारी ज्यादातर गतिज ऊर्जा दरार टुकड़ों में परिवर्तित) की तुलना में कम ऊर्जा के साथ से उत्पन्न होती हैं, के मामले में, इसलिए वे इस nuclide का एक और विभाजन का कारण नहीं कर सकते हैं। हालांकि, दुर्लभ आइसोटोप यू ²³⁵ इन मुक्त न्यूट्रॉन की एक महत्वपूर्ण एकाग्रता ²³⁵ यू के नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया जा सकता है, यह वास्तव में दरार पैदा कर सकता है इस मामले में कोई ऊर्जा सीमा जिसके नीचे विभाजन प्रेरित नहीं है नहीं है के बाद से।

इस सिद्धांत श्रृंखला प्रतिक्रिया है।

परमाणु प्रतिक्रियाओं के प्रकार

कश्मीर चलो - 1. यह संख्या कदम n में उत्पादन न्यूट्रॉन की संख्या पर निर्भर करेगा - - श्रृंखला के कदम n में विखंडनीय पदार्थ का एक नमूना में उत्पादन न्यूट्रॉन, चरण में उत्पादन न्यूट्रॉन n की संख्या से विभाजित की संख्या 1, कोर, द्वारा अवशोषित कर रहे हैं जो प्रेरित विखंडन से गुजरना कर सकते हैं।

• कश्मीर <1 पर हैं, तो चेन रिएक्शन यह छोड़ है और इस प्रक्रिया को बहुत जल्दी बंद हो जाएगा। यह वही है प्राकृतिक में होता है यूरेनियम अयस्क, जिसमें ²³⁵ यू ^की एकाग्रता इतना छोटा है कि एक न्यूट्रॉन इस आइसोटोप के अवशोषण की संभावना बेहद नगण्य है।

• कश्मीर> 1, श्रृंखला प्रतिक्रिया विखंडनीय पदार्थ का सब के रूप में लंबे समय के रूप विकसित करने के लिए जारी रहेगा, तो इस्तेमाल किया नहीं किया जाएगा (परमाणु बम)। यह प्राकृतिक अयस्क समृद्ध यूरेनियम -235 का एक पर्याप्त उच्च एकाग्रता प्राप्त करने के लिए हासिल की है। न्यूट्रॉन अवशोषण की संभावना है, जो गोलक की त्रिज्या पर निर्भर है के साथ गोलाकार नमूना मूल्य कश्मीर बढ़ जाती है के लिए। इसलिए यू वजन यूरेनियम (चेन रिएक्शन) के विखंडन के लिए एक निश्चित क्रिटिकल मास्स से अधिक होना चाहिए हो सकता है।

• k = 1, तो एक नियंत्रित प्रतिक्रिया है। यह प्रयोग किया जाता है परमाणु रिएक्टरों। प्रक्रिया कैडमियम या बोरान की यूरेनियम की छड़, जो न्यूट्रॉन की सबसे अवशोषित के बीच वितरण नियंत्रित किया जाता है (इन तत्वों न्यूट्रॉन पर कब्जा करने में सक्षम हैं)। यूरेनियम कोर यह स्वचालित रूप से रॉड चलती ताकि कश्मीर मूल्य के बराबर रहता है द्वारा नियंत्रित किया जाता डिवाइडिंग।