Nisbilik nəzəriyyəsi deyir ki, kütlə enerjinin xüsusi formasıdır. Buradan belə nəticə çıxır ki, kütləni enerjiyə, enerjini isə kütləyə çevirmək mümkündür. Atomdaxili səviyyədə belə reaksiyalar baş verir. Xüsusilə, atom nüvəsinin kütləsinin bir hissəsi enerjiyə çevrilə bilər. Bu bir neçə yolla baş verir. Birincisi, nüvə bir sıra daha kiçik nüvələrə çevrilə bilər, bu reaksiya "çürümə" adlanır. İkincisi, daha kiçik nüvələr asanlıqla birləşərək daha böyük nüvələr yarada bilər - bu birləşmə reaksiyasıdır. Kainatda belə reaksiyalar çox yaygındır. Birləşmə reaksiyasının ulduzlar üçün enerji mənbəyi olduğunu söyləmək kifayətdir. Lakin insanlar bu mürəkkəb prosesləri idarə etməyi öyrəndikləri üçün çürümə reaksiyası bəşəriyyət tərəfindən nüvə reaktorlarında istifadə olunur. Bəs nüvə zəncirvari reaksiya nədir? Bunu necə idarə etmək olar?
Atomun nüvəsində baş verənlər
Zəncirvari nüvə reaksiyası elementar hissəciklərin və ya nüvələrin digər nüvələrlə toqquşması zamanı baş verən prosesdir. Niyə "zəncir"? Bu, ardıcıl tək nüvə reaksiyalarının toplusudur. Bu proses nəticəsində ilkin nüvənin kvant vəziyyətində və nuklon tərkibində dəyişiklik baş verir, hətta yeni hissəciklər - reaksiya məhsulları meydana çıxır. Fizikası nüvələrin nüvələrlə və hissəciklərlə qarşılıqlı təsir mexanizmlərini öyrənməyə imkan verən nüvə zəncirvari reaksiya yeni elementlərin və izotopların alınmasının əsas üsuludur. Zəncirvari reaksiyanın gedişatını başa düşmək üçün əvvəlcə tək reaksiyalarla məşğul olmaq lazımdır.
Reaksiya üçün nə lazımdır
Zəncirvari nüvə reaksiyası kimi bir prosesi həyata keçirmək üçün güclü qarşılıqlı təsir radiusunda (təxminən bir fermi) hissəcikləri (nüvə və nuklon, iki nüvə) bir-birinə yaxınlaşdırmaq lazımdır.. Məsafələr böyükdürsə, yüklü hissəciklərin qarşılıqlı təsiri sırf Kulon olacaqdır. Nüvə reaksiyasında bütün qanunlar müşahidə olunur: enerjinin saxlanması, impuls, impuls, barion yükü. Nüvə zəncirvari reaksiya a, b, c, d simvol dəsti ilə işarələnir. a simvolu ilkin nüvəni, b gələn hissəciyi, c yeni çıxan hissəciyi və d nəticədə yaranan nüvəni bildirir.
Reaksiya enerjisi
Nüvə zəncirvari reaksiya həm udulma, həm də enerjinin ayrılması ilə baş verə bilər ki, bu da reaksiyadan sonra və ondan əvvəlki hissəciklərin kütlələrinin fərqinə bərabərdir. Udulmuş enerji toqquşmanın minimum kinetik enerjisini təyin edir,sərbəst davam edə biləcəyi nüvə reaksiyasının sözdə həddi. Bu hədd qarşılıqlı təsirdə iştirak edən hissəciklərdən və onların xüsusiyyətlərindən asılıdır. İlkin mərhələdə bütün hissəciklər əvvəlcədən müəyyən edilmiş kvant vəziyyətindədir.
Reaksiya tətbiqi
Nüvəni bombalayan yüklü hissəciklərin əsas mənbəyi proton, ağır ionlar və yüngül nüvə şüaları yaradan hissəcik sürətləndiricisidir. Yavaş neytronlar nüvə reaktorlarından istifadə etməklə əldə edilir. İnsident yüklü hissəcikləri düzəltmək üçün həm birləşmə, həm də parçalanma kimi müxtəlif növ nüvə reaksiyalarından istifadə edilə bilər. Onların ehtimalı toqquşan hissəciklərin parametrlərindən asılıdır. Bu ehtimal reaksiya kəsiyi kimi bir xüsusiyyət ilə əlaqələndirilir - nüvəni hadisə hissəcikləri üçün hədəf kimi xarakterizə edən və hissəciklə nüvənin qarşılıqlı təsirə girməsi ehtimalının ölçüsü olan effektiv sahənin dəyəri. Reaksiyada spini sıfırdan fərqli olan hissəciklər iştirak edirsə, kəsiyi birbaşa onların oriyentasiyasından asılıdır. Baş verən hissəciklərin spinləri tamamilə təsadüfi yönümlü deyil, daha çox və ya daha az nizamlı olduğundan, bütün cisimciklər qütbləşəcəkdir. İstiqamətləndirilmiş şüa spinlərinin kəmiyyət xarakteristikası qütbləşmə vektoru ilə təsvir olunur.
Reaksiya mexanizmi
Zəncirvari nüvə reaksiyası nədir? Artıq qeyd edildiyi kimi, bu, daha sadə reaksiyaların ardıcıllığıdır. Baş verən hissəciyin xüsusiyyətləri və onun nüvə ilə qarşılıqlı təsiri kütlədən, yükdən,kinetik enerji. Qarşılıqlı təsir toqquşma zamanı həyəcanlanan nüvələrin sərbəstlik dərəcəsi ilə müəyyən edilir. Bütün bu mexanizmlərə nəzarəti əldə etmək idarə olunan nüvə zəncirvari reaksiya kimi prosesə imkan verir.
Birbaşa reaksiyalar
Hədəf nüvəyə dəyən yüklü hissəcik yalnız ona toxunarsa, onda toqquşma müddəti nüvə radiusunun məsafəsini qət etmək üçün lazım olan məsafəyə bərabər olacaqdır. Belə bir nüvə reaksiyasına birbaşa reaksiya deyilir. Bu tip bütün reaksiyalar üçün ümumi xüsusiyyət az sayda sərbəstlik dərəcəsinin həyəcanlanmasıdır. Belə bir prosesdə ilk toqquşmadan sonra hissəcik hələ də nüvə cazibəsini aradan qaldırmaq üçün kifayət qədər enerjiyə malikdir. Məsələn, neytronların qeyri-elastik səpilməsi, yük mübadiləsi və birbaşa istinad kimi qarşılıqlı təsirlər. Bu cür proseslərin "ümumi kəsişmə" adlanan xarakteristikaya töhfəsi olduqca cüzidir. Bununla belə, birbaşa nüvə reaksiyasının keçməsi məhsullarının paylanması şüanın istiqamət bucağından qaçma ehtimalını, kvant ədədlərini, məskunlaşmış dövlətlərin seçiciliyini təyin etməyə və onların strukturunu təyin etməyə imkan verir.
Ön tarazlıq emissiyası
Əgər hissəcik birinci toqquşmadan sonra nüvə qarşılıqlı təsir bölgəsini tərk etməsə, o zaman o, ardıcıl toqquşmaların bütöv bir kaskadında iştirak edəcək. Bu əslində nüvə zəncirvari reaksiya adlanan şeydir. Bu vəziyyət nəticəsində hissəciyin kinetik enerjisi arasında paylanırnüvənin tərkib hissələri. Nüvənin vəziyyəti getdikcə daha da mürəkkəbləşəcək. Bu proses zamanı müəyyən bir nuklon və ya bütöv bir çoxluq (nüklonlar qrupu) bu nuklonun nüvədən buraxılması üçün kifayət qədər enerji cəmləyə bilər. Sonrakı rahatlama statistik tarazlığın formalaşmasına və mürəkkəb nüvənin formalaşmasına səbəb olacaq.
Zəncirvari reaksiyalar
Zəncirvari nüvə reaksiyası nədir? Bu, onun tərkib hissələrinin ardıcıllığıdır. Yəni yüklü hissəciklərin yaratdığı çoxsaylı ardıcıl tək nüvə reaksiyaları əvvəlki addımlarda reaksiya məhsulları kimi görünür. Nüvə zəncirvari reaksiya nədir? Məsələn, ağır nüvələrin parçalanması, çoxlu parçalanma hadisələri əvvəlki parçalanmalar zamanı əldə edilən neytronlar tərəfindən başlanır.
Zəncirvari nüvə reaksiyasının xüsusiyyətləri
Bütün kimyəvi reaksiyalar arasında zəncirvari reaksiyalar geniş istifadə olunur. İstifadə edilməmiş bağları olan hissəciklər sərbəst atomlar və ya radikallar rolunu oynayır. Nüvə zəncirvari reaksiya kimi bir prosesdə onun baş vermə mexanizmi Coulomb maneəsinə malik olmayan və udma zamanı nüvəni həyəcanlandıran neytronlar tərəfindən təmin edilir. Zəruri hissəcik mühitdə görünürsə, o zaman daşıyıcı hissəciyin itməsi səbəbindən zəncir qırılana qədər davam edəcək sonrakı çevrilmələr zəncirinə səbəb olur.
Daşıyıcı niyə itdi
Davamlı reaksiyalar zəncirinin daşıyıcı hissəciyinin itirilməsinin yalnız iki səbəbi var. Birincisi, emissiya prosesi olmadan hissəciyin udulmasıdırikinci dərəcəli. İkincisi, zəncirin zəncir prosesini dəstəkləyən maddənin həcminin hüdudlarından kənara çıxmasıdır.
İki növ proses
Zəncirvari reaksiyanın hər dövründə yalnız bir daşıyıcı hissəcik doğulursa, bu prosesi budaqsız adlandırmaq olar. Böyük miqyasda enerjinin sərbəst buraxılmasına səbəb ola bilməz. Çoxlu daşıyıcı hissəciklər varsa, bu, budaqlanmış reaksiya adlanır. Budaqlanma ilə nüvə zəncirvari reaksiya nədir? Əvvəlki aktda əldə edilən ikinci dərəcəli hissəciklərdən biri daha əvvəl başlanmış zənciri davam etdirəcək, digərləri isə budaqlanacaq yeni reaksiyalar yaradacaq. Bu proses fasiləyə aparan proseslərlə rəqabət aparacaq. Yaranan vəziyyət xüsusi kritik və məhdudlaşdırıcı hadisələrin yaranmasına səbəb olacaqdır. Məsələn, sırf yeni zəncirlərdən daha çox qırılma varsa, reaksiyanın özünü təmin etməsi qeyri-mümkün olacaqdır. Müəyyən bir mühitə lazımi sayda hissəciklər daxil etməklə süni şəkildə həyəcanlansa belə, proses hələ də zamanla (adətən kifayət qədər tez) çürüyəcəkdir. Yeni zəncirlərin sayı qırılmaların sayından çox olarsa, nüvə zəncirvari reaksiyası bütün maddəyə yayılmağa başlayacaq.
Kritik vəziyyət
Kritik vəziyyət maddənin vəziyyəti sahəsini inkişaf etmiş öz-özünə davam edən zəncirvari reaksiya ilə və bu reaksiyanın ümumiyyətlə mümkün olmadığı sahəni ayırır. Bu parametr yeni dövrələrin sayı ilə mümkün fasilələrin sayı arasında bərabərlik ilə xarakterizə olunur. Sərbəst daşıyıcı hissəcik varlığı kimi, kritikdövlət "nüvə zəncirvari reaksiyasının həyata keçirilməsi şərtləri" kimi siyahının əsas bəndidir. Bu vəziyyətin əldə edilməsi bir sıra mümkün amillərlə müəyyən edilə bilər. Ağır elementin nüvəsinin parçalanması yalnız bir neytron tərəfindən həyəcanlanır. Nüvə parçalanması zəncirvari reaksiya kimi bir proses nəticəsində daha çox neytron istehsal olunur. Buna görə də, bu proses neytronların daşıyıcı kimi çıxış edəcəyi budaqlanmış reaksiya yarada bilər. Neytronların parçalanmadan və ya qaçmadan tutulma sürəti (itki dərəcəsi) daşıyıcı hissəciklərin çoxalma sürəti ilə kompensasiya edildikdə, zəncirvari reaksiya stasionar rejimdə davam edəcəkdir. Bu bərabərlik vurma amilini xarakterizə edir. Yuxarıdakı vəziyyətdə birə bərabərdir. Nüvə enerjisində, enerjinin buraxılma sürəti ilə çarpma faktoru arasında mənfi əks əlaqənin tətbiqi səbəbindən nüvə reaksiyasının gedişatına nəzarət etmək mümkündür. Bu əmsal birdən böyükdürsə, reaksiya eksponent olaraq inkişaf edəcəkdir. Nüvə silahlarında nəzarətsiz zəncirvari reaksiyalar istifadə olunur.
Enerjidə nüvə zəncirvari reaksiya
Reaktorun reaktivliyi onun nüvəsində baş verən çoxlu sayda proseslərlə müəyyən edilir. Bütün bu təsirlər sözdə reaktivlik əmsalı ilə müəyyən edilir. Qrafit çubuqlarının, soyuducu maddələrin və ya uranın temperaturunda dəyişikliklərin reaktorun reaktivliyinə təsiri və nüvə zəncirvari reaksiya kimi bir prosesin intensivliyi temperatur əmsalı (soyuducu, uran, qrafit üçün) ilə xarakterizə olunur. Güc baxımından, barometrik göstəricilər baxımından, buxar göstəriciləri baxımından da asılı xüsusiyyətlər var. Reaktorda nüvə reaksiyasını saxlamaq üçün bəzi elementləri digərlərinə çevirmək lazımdır. Bunun üçün nüvə zəncirvari reaksiyasının gedişatının şərtlərini - parçalanma zamanı özündən müəyyən sayda elementar hissəcikləri ayıra bilən maddənin mövcudluğunu nəzərə almaq lazımdır ki, bu da nəticədə, qalan nüvələrin parçalanmasına səbəb olacaq. Belə bir maddə kimi tez-tez uran-238, uran-235, plutonium-239 istifadə olunur. Nüvə zəncirvari reaksiyasının keçməsi zamanı bu elementlərin izotopları parçalanaraq iki və ya daha çox başqa kimyəvi maddə əmələ gətirir. Bu prosesdə sözdə "qamma" şüaları yayılır, enerjinin intensiv buraxılması baş verir, reaksiyanı davam etdirməyə qadir olan iki və ya üç neytron əmələ gəlir. Yavaş və sürətli neytronlar var, çünki atomun nüvəsinin parçalanması üçün bu hissəciklər müəyyən sürətlə uçmalıdır.
