2. ядролық физика негіздері

Ядролық реакциялардың топтастырылуы

жүктеу/скачать 1,3 Mb. бет 21/33 Дата 11.03.2020 өлшемі 1,3 Mb. #59988

Бұл бет үшін навигация:

• Ядролардың бөлінуі
• Атомдық ядролардың синтезі

Ядролық реакциялардың топтастырылуы Ядролық реакциялар: Реакцияларды қоздыра алатын бөлшектердің энергиялары бойынша – кіші, орташа және үлкен энергиялар жағдайындағы реакциялар; Реакцияларға қатысатын бөлшектердің түрі бойынша – ней­трондар әрекетінен, зарядталған бөлшектер – протондар, дей­трон­дар, α-бөлшектер әрекетінен, γ – кванттар әрекетінен болатын реакциялар; Реакцияларға қатысатын ядролардың түрі бойынша – жеңіл ядролармен (А<50), орташа ядролармен (50)және ауыр ядролармен (A>100) болатын реакциялар болып топтастырылады. Ядролардың бөлінуі Ядролық бөліну реакциялары тек өте ауыр ядролар үшін мүм­кін болады. Бөліну реакциялары ішінен ең ықтималды бөліну реакциясы уран ядросының екі бөлікке – бөліну жарықшақтарына бөлінуі болады. Ауыр ядроның бөлінуі үлкен энергияның бөлініп шығуымен өтеді. уран ядросының әрбір бөліну ісінде 200 МэВ-ке жуық энергия бөлініп шығады. Сонда: ыдырау өнімдерінің кинетикалық энергиясы 168 МэВ, пайда болатын нейтрондардың кинетикалық энергиясы 5 МэВ; γ – сәуле энергиясы 5 МэВ, иондану өнімдерінің α- және β – сәулелерінің энергиясы 13 МэВ, нейтрино энергиясы 9 МэВболады. 1 кг уран –235 урандағы ядролар бөлінгенде массаның ақауы 1г-ға жетеді. Бұл 9·1013 Дж энергияға сәйкес келеді, осы энергия 2500 т тас көмір жанғанда алынады, 25·106 кВт·сағат электр энер­гиясының немесе 20000 т тринитротолуол қопарылғыш зат энергиясына тең. уран ядросының нейтрондармен бөліну реакциясы (1938 ж. Ган, Штрассман, Мейтнер): (2.3.18) немесе (2.3.19) немесе (2.3.20) немесе. (2.3.21) Уран ядроларының бөліну өнімдері басқа қос ядролар да бо­лады. Бөліну өнімдерінің бәрі радиоактивті болады. Уран ядросының бөлінуі кезінде бөлінуді туғызатын әрбір нейтронға жаңадан екі немесе үш нейтрон пайда болады, олар басқа ядролардың бөлінуін туғызады. Тізбекті тасқынды реакция пайда болады, осы жағдайда нейтрондар саны тез өседі. Тізбекті бөліну реакциясы нейтрондардың көбею үдерісі бола­тын ортада байқалады. Осындай орта активті орта деп аталады. Нейтрондардың көбею интенсивтігі маңызды сипаттамасы көбею коэффициенті болып табылады. Нейтрондардың көбею коэффициенті К – бір бөліну ісінде пайда болатын нейтрондар санының мұның алдындағы бөліну актісіндегі осындай нейтрондардың санына қатынасына тең, К=1 – бірлік уақыттағы бөліну істерінің саны тұрақты, реактор тұрақты қуатпен жұмыс істейді; K<1 – бірлік уақыттағы бөліну ісінің саны кемиді, тізбекті реакция өшеді; K>1 – бірлік уақыттағы бөліну ісінің саны өседі, реактор қуаты экспонентті өседі. Жарылыс боулы мүмкін. Атомдық ядролардың синтезі Ядролардың синтезі, яғни жеңіл ядролардың бір ядроға бірігуі реакциясында, ауыр ядролардың бөлінуі сияқты, энергияның үлкен мөлшері бөлінеді. Ядролардың синтезі үшін өте жоғары темпера­туралар қажет болғандықтан, осы үдеріс термоядролық реакция деп аталады. Реттік нөмірлері Z1және Z2 ядролардың кулондық тебілістен пайда болған потенциалдық тосқауылды еңсерулері үшін мынадай энергиясы болуы тиіс rя мұндағы, rя – ядролық күштердің әрекет ету радиусы, реттік шамасы шамамен, 2·10-15 м-ге тең, Z1 = Z2 =1 болғанның өзінде ядролар үшін осы энергия болады. Соқтығысатын әрбір ядроның үлесіне 0,35 МэВ келеді. 0,35 МэВ-ке тең орташа жылулық қозғалыс энергияға ~2·109К температура сәйкес келеді. Бірақта жеңіл ядролардың синтезі едәуір кіші температураларда да өте алады. Мәселе мынада, бөлшектердің жылдамдықтар бойынша кездейсоқ үлестірілуі себепті, энергиясы орташа мәннен елеулі түрде басым болатын ядролардың қайсыбір саны әрқашан болады. Бұдан басқа, ядролар туннельдік эффект арқылы біріге алады. Сондықтан кейбір термоядролық реакциялар елеулі түрде тіпті ~107Ктемперату-раларда өте алады. Дейтерий мен тритий ядроларының синтезі үшін жағдай ерекше қолайлы, өйткені бұлардың арасындағы реакция резонанс­тық сипатта болады. Дәл осы заттар сутегі бомбасының зарядын құрайды. Осы бомбаның тұтандырғыш қызметін кәдімгі атом бомбасы атқарады. Осы бомба жарылған кезде реттік шамасы 107 К температура алынады. Дейтрон (d)мен () ядросының синтез реакциясына 17,6 МэВ-ке тең энергияның бөлінуі ілесе өтеді, сонда бір нуклонға ~3,5МэВ энергия келеді. Салыстыру үшін уран ядросы­ның бөлінуі реакциясында бір нуклонға ~0,85МэВ бөлінеді. Сутегі ядроларының гелий ядросына синтезі Күн және басқа жұлдыздар энергиясының негізгі көзі болып табылады, бұлардың қойнауларындағы температура 107 – 109 К-ге жетеді. Осы синтез екі жолмен іске аса алады. Төменірек температуралар жағдайында протон – протондық цикл орын алады. Ол былай өтеді. Алдымен, екі протонның син­тезінен дейтрон, позитрон және нейтрино пайда болады: Пайда болған дейтрон протонмен соқтығысып, онымен бірігіп ядросы құралады: Циклдың соңғы бөлігін реакция құрайды. Жоғарырақ температураларда көміртектік (немесе көміртек – азоттық) циклдың ықтималдығы үлкенірек (Бете ұсынған). Бұл цикл мына бөлікдерден тұрады: Көміртектік циклдің қорытындысы: төрт протон жойылады да бір α-бөлшек түзіледі. Көміртек ядроларының мөлшері өзгеріссіз қалады, осы ядролар реакцияға катализатор рөлінде қатысады. жүктеу/скачать 1,3 Mb. Достарыңызбен бөлісу: