Nüvənin parçalanması ağır atomun böyük miqdarda enerjinin ayrılması ilə müşayiət olunan təxminən bərabər kütləli iki parçaya parçalanmasıdır.
Nüvə parçalanmasının kəşfi yeni dövrə - "atom dövrünə" başladı. Onun mümkün istifadə potensialı və istifadəsindən əldə olunan riskin fayda nisbəti təkcə bir çox sosioloji, siyasi, iqtisadi və elmi nailiyyətlər deyil, həm də ciddi problemlər yaratmışdır. Hətta sırf elmi nöqteyi-nəzərdən də nüvə parçalanması prosesi çoxlu sayda tapmacalar və fəsadlar yaratmışdır və onun tam nəzəri izahı gələcəyin işidir.
Paylaşım sərfəlidir
Bağlanma enerjiləri (hər nuklon üçün) müxtəlif nüvələr üçün fərqlidir. Daha ağır olanların bağlanma enerjisi dövri cədvəlin ortasında yerləşənlərə nisbətən daha azdır.
Bu o deməkdir ki, atom nömrəsi 100-dən çox olan ağır nüvələr iki kiçik fraqmentə bölünərək enerji buraxır.fraqmentlərin kinetik enerjisinə çevrilir. Bu proses atom nüvəsinin parçalanması adlanır.
Sabit nuklidlər üçün protonların sayının neytronların sayından asılılığını göstərən sabitlik əyrisinə əsasən, daha ağır nüvələr yüngül olanlardan daha çox neytronlara (protonların sayı ilə müqayisədə) üstünlük verirlər. Bu, parçalanma prosesi ilə yanaşı bəzi “ehtiyat” neytronların da buraxılacağını deməyə əsas verir. Bundan əlavə, onlar da sərbəst buraxılan enerjinin bir hissəsini götürəcəklər. Uran atomunun nüvə parçalanmasının tədqiqi göstərdi ki, 3-4 neytron ayrılır: 238U → 145La + 90Br + 3n.
Fraqmentin atom nömrəsi (və atom kütləsi) əsas elementin atom kütləsinin yarısına bərabər deyil. Parçalanma nəticəsində əmələ gələn atomların kütlələri arasındakı fərq adətən 50-yə yaxın olur. Lakin bunun səbəbi hələ tam başa düşülməyib.
238U, 145La və 90Br-nin bağlama enerjiləri 1803-dür, müvafiq olaraq 1198 və 763 MeV. Bu o deməkdir ki, bu reaksiya nəticəsində uran nüvəsinin parçalanma enerjisi 1198 + 763-1803=158 MeV-ə bərabərdir.
Spontan parçalanma
Təbiətdə spontan parçalanma prosesləri məlumdur, lakin onlar çox nadirdir. Bu prosesin orta ömrü təxminən 1017 ildir və məsələn, eyni radionuklidin alfa parçalanmasının orta ömrü təxminən 1011il.
Bunun səbəbi odur ki, iki hissəyə bölünmək üçün nüvəninəvvəlcə ellipsoid formasına deformasiyaya (uzatma) məruz qalır, sonra isə son iki hissəyə parçalanmadan əvvəl ortada “boyun” əmələ gətirir.
Potensial maneə
Deformasiya olunmuş vəziyyətdə nüvəyə iki qüvvə təsir edir. Onlardan biri artan səth enerjisidir (maye damcısının səthi gərilməsi onun sferik formasını izah edir), digəri isə parçalanma parçaları arasında Kulon itələnməsidir. Onlar birlikdə potensial maneə yaradırlar.
Alfa parçalanması vəziyyətində olduğu kimi, uran atomunun nüvəsinin kortəbii parçalanmasının baş verməsi üçün fraqmentlər kvant tunelindən istifadə edərək bu maneəni aşmalıdır. Alfa parçalanması vəziyyətində olduğu kimi maneə təxminən 6 MeV-dir, lakin α hissəciyinin tunelləşmə ehtimalı daha ağır atom parçalanma məhsulununkindən qat-qat böyükdür.
Məcburi parçalanma
Uran nüvəsinin parçalanması daha çox ehtimal olunur. Bu halda ana nüvə neytronlarla şüalanır. Valideyn onu udursa, potensial maneəni dəf etmək üçün tələb olunan 6 MeV-i keçə bilən vibrasiya enerjisi şəklində bağlayıcı enerjini buraxaraq bağlanır.
Əlavə bir neytronun enerjisi potensial maneəni aşmaq üçün kifayət etmədikdə, atomun parçalanmasını induksiya edə bilmək üçün gələn neytron minimum kinetik enerjiyə malik olmalıdır. 238U halda əlavə əlaqə enerjisineytronlar təxminən 1 MeV əskikdir. Bu o deməkdir ki, uran nüvəsinin parçalanması yalnız kinetik enerjisi 1 MeV-dən çox olan neytron tərəfindən induksiya olunur. Digər tərəfdən, 235U izotopunda bir qoşalaşmamış neytron var. Nüvə əlavəni udduqda onunla bir cüt əmələ gətirir və bu qoşalaşma nəticəsində əlavə bağlanma enerjisi yaranır. Bu, nüvənin potensial maneəni aşması üçün lazım olan enerji miqdarını sərbəst buraxmaq üçün kifayətdir və hər hansı neytronla toqquşma zamanı izotopun parçalanması baş verir.
Beta Decay
Bölünmə reaksiyasının üç və ya dörd neytron buraxmasına baxmayaraq, fraqmentlərdə hələ də sabit izobarlarından daha çox neytron var. Bu o deməkdir ki, parçalanma parçaları beta parçalanmasına qarşı ümumiyyətlə qeyri-sabitdir.
Məsələn, uranın parçalanması baş verdikdə 238U, A=145 olan sabit izobar neodimdir 145Nd, bu o deməkdir ki, lantan fraqmenti 145La sabit nuklid əmələ gələnə qədər hər dəfə elektron və antineytrino yaymaqla üç mərhələdə parçalanır. A=90 olan stabil izobar sirkonium 90Zr-dir, buna görə də brom parçalayan fraqmenti 90Br β-parçalanma zəncirinin beş mərhələsində parçalanır.
Bu β-parçalanma zəncirləri əlavə enerji buraxır, demək olar ki, hamısı elektronlar və antineytrinolar tərəfindən daşınır.
Nüvə reaksiyaları: uran nüvələrinin parçalanması
Nukliddən neytronun birbaşa şüalanmasıOnların çox sayda nüvənin sabitliyini təmin etmək mümkün deyil. Buradakı məqam ondan ibarətdir ki, Kulon itələmə yoxdur və buna görə də səth enerjisi neytronu ana ilə əlaqədə saxlamağa meyllidir. Ancaq bu bəzən olur. Məsələn, beta parçalanmanın ilk mərhələsində 90Br parçalanma fraqmenti kripton-90 istehsal edir, o, səth enerjisini aşmaq üçün kifayət qədər enerji ilə həyəcanlı vəziyyətdə ola bilər. Bu halda, neytronların emissiyası kripton-89-un əmələ gəlməsi ilə birbaşa baş verə bilər. Bu izobar sabit itrium-89-a dəyişənə qədər β-çürüməyə qarşı hələ də qeyri-sabitdir, ona görə də kripton-89 üç addımda parçalanır.
uranın parçalanması: zəncirvari reaksiya
Bölünmə reaksiyasında buraxılan neytronlar başqa bir ana nüvə tərəfindən udula bilər, sonra özü induksiya olunmuş parçalanmaya məruz qalır. Uran-238 vəziyyətində istehsal olunan üç neytron 1 MeV-dən az enerji ilə çıxır (uran nüvəsinin parçalanması zamanı ayrılan enerji - 158 MeV - əsasən parçalanma fraqmentlərinin kinetik enerjisinə çevrilir.), buna görə də onlar bu nuklidin daha da parçalanmasına səbəb ola bilməzlər. Bununla belə, nadir 235U izotopunun əhəmiyyətli konsentrasiyası ilə bu sərbəst neytronlar 235U nüvələri tərəfindən tutula bilər ki, bu da parçalanmaya səbəb ola bilər. çünki bu halda parçalanmanın induksiya olunmayacağı enerji həddi yoxdur.
Bu zəncirvari reaksiya prinsipidir.
Nüvə reaksiyalarının növləri
Qoy k, bu zəncirin n mərhələsində parçalanan material nümunəsində hasil edilən neytronların sayı n - 1 mərhələsində hasil edilən neytronların sayına bölünsün. mərhələ n - 1, məcburi parçalanmaya məruz qala bilən nüvə tərəfindən udulur.
• Əgər k < 1 olarsa, zəncirvari reaksiya sadəcə olaraq sönəcək və proses çox tez dayanacaq. 235U konsentrasiyası o qədər aşağı olduğu üçün bu izotop tərəfindən neytronlardan birinin udulma ehtimalı son dərəcə cüzi olan təbii uran filizində məhz belə olur.
• Əgər k > 1, onda bütün parçalanan material istifadə olunana qədər zəncirvari reaksiya artacaq (atom bombası). Bu, kifayət qədər yüksək uran-235 konsentrasiyası əldə etmək üçün təbii filizi zənginləşdirməklə əldə edilir. Sferik nümunə üçün k-nin dəyəri sferanın radiusundan asılı olan neytronların udulma ehtimalının artması ilə artır. Buna görə də, uran nüvələrinin parçalanması (zəncirvari reaksiya) baş verməsi üçün U-nun kütləsi bəzi kritik kütləni keçməlidir.
• Əgər k=1 olarsa, idarə olunan reaksiya baş verir. Bu nüvə reaktorlarında istifadə olunur. Proses neytronların çoxunu uran kadmium və ya bor çubuqlarını uran arasında paylamaqla idarə olunur (bu elementlər neytronları tutmaq qabiliyyətinə malikdir). Uran nüvəsinin parçalanması çubuqları hərəkət etdirməklə avtomatik idarə olunur ki, k dəyəri birə bərabər olsun.
