परमाणु नाभिक की खोज आइए रदरफोर्ड की मौलिक खोजों में से एक पर अधिक विस्तार से विचार करें - परमाणु नाभिक की खोज और परमाणु के ग्रहीय मॉडल। हमने देखा है कि ग्रह मंडल में परमाणु का समावेश 20वीं सदी की शुरुआत में ही हो गया था। लेकिन यह मॉडल कठिन था

नाभिक का प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल 28 मई, 1932 को, सोवियत भौतिक विज्ञानी डी. डी. इवानेंको ने नेचर में एक नोट प्रकाशित किया जिसमें उन्होंने सुझाव दिया कि प्रोटॉन के साथ न्यूट्रॉन, नाभिक का एक संरचनात्मक तत्व है। उन्होंने बताया कि इस तरह की परिकल्पना नाइट्रोजन आपदा की समस्या का समाधान करती है। में

कोर के अंदर जूल्स वर्ने कोर के यात्रियों के लिए यह अभूतपूर्व यात्रा उतनी शांतिपूर्ण और सुरक्षित नहीं होगी जैसा कि उपन्यास में वर्णित है। हालाँकि, यह मत सोचिए कि पृथ्वी से चंद्रमा तक की यात्रा के दौरान उन्हें खतरा है। बिल्कुल नहीं! यदि वे इस क्षण तक जीवित रहने में कामयाब रहे,

अध्याय VIII 6. तोप के गोले के अंदर का दबाव उन पाठकों के लिए जो पृष्ठ 65 पर उल्लिखित गणनाओं को सत्यापित करना चाहते हैं, हम यहां इन सरल गणनाओं को प्रस्तुत करते हैं। गणना के लिए, हमें त्वरित गति के लिए केवल दो सूत्रों का उपयोग करना होगा, अर्थात्: अंत

4.2. भौतिक विशेषताएँ, नाभिक की संरचना पिछले दशक में, धूमकेतुओं और उन पर होने वाली प्रक्रियाओं के बारे में हमारे ज्ञान में काफी विस्तार हुआ है। धूमकेतुओं में रुचि में तेज वृद्धि एक अंतरराष्ट्रीय स्थान की तैयारी और पकड़ से हुई

रदरफोर्ड और परमाणु नाभिक की खोज उस व्यक्ति का क्या हुआ जो अपनी युवावस्था में एक अच्छा रग्बी खिलाड़ी था, और फिर किसी और से पहले अनुमान लगा लिया कि परमाणु क्षय हो सकता है? अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने अपनी मृत्यु के कुछ समय बाद जनवरी 1907 में अपना अमेरिकी "निर्वासन" पूरा किया।

हेनरी बेकरेल

एक समय में, वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि परमाणु सबसे छोटे कण थे। लेकिन सौ साल पहले, उन्होंने पता लगाया कि परमाणुओं को भी बहुत छोटे कणों में तोड़ा जा सकता है। इसी से परमाणु बम का निर्माण संभव हुआ। 1896 में एक फ्रांसीसी वैज्ञानिक हेनरी बेकरेल(1852-1908) ने गलती से पता लगाया कि कुछ परमाणु "रेडियोधर्मी" हैं, यानी वे किरणें उत्सर्जित करते हैं।

अगले वर्ष, एक अंग्रेजी वैज्ञानिक जे जे थॉमसन(1856-1940) ने देखा कि चमकदार विद्युत किरणें वास्तव में विद्युत आवेशित कण हैं, जिनका आकार परमाणु से कई गुना छोटा होता है। यह सिद्ध हो चुका है कि ये कण - इलेक्ट्रॉन - परमाणुओं में पाए जाते हैं।

अर्नेस्ट रदरफोर्ड

थोड़ी देर बाद, एक अंग्रेज वैज्ञानिक अर्नेस्ट रदरफोर्ड(1871-1937) ने पाया कि रेडियोधर्मिता परमाणुओं को विभाजित करके अन्य परमाणु बनाने के अलावा और कुछ नहीं है। क्षय होने पर, ये परमाणु कणों की धाराएँ भी उत्सर्जित करते हैं, जिन्हें उन्होंने अल्फा और बीटा कण कहा। 1911 में रदरफोर्ड ने सोने की पन्नी पर अल्फा कण भेजे।

उनमें से अधिकांश सीधे इसके माध्यम से चले गए। लेकिन थोड़ा पीछे हट गया. उन्होंने महसूस किया कि परमाणु पदार्थ के ठोस टुकड़े नहीं हैं, जैसा कि पहले सोचा गया था, बल्कि ज्यादातर खाली जगह हैं, और इसलिए कण आमतौर पर पन्नी से होकर गुजरते हैं। लेकिन उनके पास छोटे और घने केंद्रीय सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हिस्से हैं - नाभिक, और यह उन पर था कि कुछ कण जो वापस उछले, उनसे टकराए। 1912 में एक डेनिश वैज्ञानिक ने रदरफोर्ड के साथ काम करना शुरू किया नील्स बोह्र(1885-1962) बोह्र ने सुझाव दिया। प्रत्येक प्रकार के परमाणु में अलग-अलग संख्या में इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो सौर कक्षा में ग्रहों की तरह, नाभिक के चारों ओर अलग-अलग दूरी पर चक्कर लगाते हैं। आज हम जानते हैं कि इलेक्ट्रॉन ग्रहों की तुलना में ऊर्जा के धुंधले बादलों की तरह हैं, लेकिन बोह्र का विचार मूलतः सही था।

परमाणु को विभाजित करना 1919 में, रदरफोर्ड पहली बार परमाणुओं को विभाजित करने में कामयाब रहे। उन्होंने अल्फा कणों के साथ नाइट्रोजन गैस पर बमबारी की, और परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन नाभिक नाइट्रोजन नाभिक से अलग हो गए। तब रदरफोर्डइस निष्कर्ष पर पहुंचे कि सभी परमाणु नाभिक हाइड्रोजन नाभिक से निर्मित होते हैं, जिन्हें उन्होंने प्रोटॉन कहा। 1932 में एक अंग्रेज जेम्स चैडविक(1891-1974) को नाभिक में एक और कण मिला - न्यूट्रॉन। रन के विपरीत, न्यूट्रॉन में कोई विद्युत आवेश नहीं होता है, जिसमें एक सकारात्मक आवेश होता है जो इलेक्ट्रॉनों के नकारात्मक आवेश को संतुलित करता है।

इतालवी वैज्ञानिक एनरिको फर्मी(1901-1954) यह पता लगाने के लिए निकले कि यदि न्यूट्रॉन प्रवाह को सबसे बड़े ज्ञात परमाणु, यूरेनियम के परमाणु पर निर्देशित किया जाए तो क्या होगा। उनका मानना ​​था कि न्यूट्रॉन यूरेनियम के साथ मिलकर और भी बड़ा परमाणु बनाएंगे।

वास्तव में, जैसा कि ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी ने दिखाया लिसा मीटनर(1878-1968), यूरेनियम परमाणु दो भागों में विभाजित हो गया, जिससे बेरियम जैसे छोटे परमाणु बन गए। इसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त न्यूट्रॉन भी मुक्त हुए। यदि फिर ये न्यूट्रॉन, अन्य यूरेनियम परमाणुओं को विभाजित करते हैं, तो टकराव और विभाजन की एक "श्रृंखला प्रतिक्रिया" शुरू हो सकती है। वैज्ञानिकों ने महसूस किया कि जब ऐसी श्रृंखला प्रतिक्रिया में परमाणु नाभिक विभाजित होते हैं, तो भारी मात्रा में ऊर्जा निकलती है।

यह ऊर्जा एक अविश्वसनीय रूप से शक्तिशाली बम बनाने के लिए पर्याप्त है। इस विचार का लाभ उठाते हुए, अमेरिकी रॉबर्ट ओपेनहाइमर (1904-1967) के नेतृत्व में वैज्ञानिकों के एक समूह ने पहला परमाणु बम बनाया। अगस्त 1945 में, द्वितीय विश्व युद्ध (1939-1945) के दौरान, जापानी शहरों हिरोशिमा और नागासाकी पर अमेरिकी यूरेनियम बम गिराए गए थे। इससे भयावह और विनाशकारी परिणाम सामने आए।

उपयुक्त आइसोटोप चुनें.कुछ तत्व या आइसोटोप रेडियोधर्मी क्षय से गुजरते हैं, और अलग-अलग आइसोटोप अलग-अलग व्यवहार कर सकते हैं। यूरेनियम के सबसे आम आइसोटोप का परमाणु भार 238 होता है और इसमें 92 प्रोटॉन और 146 न्यूट्रॉन होते हैं, लेकिन इसके नाभिक आमतौर पर हल्के तत्वों के नाभिक में विभाजित हुए बिना न्यूट्रॉन को अवशोषित करते हैं। यूरेनियम का आइसोटोप, जिसके नाभिक में तीन कम न्यूट्रॉन होते हैं, 235 यू, 238 यू की तुलना में बहुत अधिक आसानी से विखंडन करता है, और इसे विखंडनीय आइसोटोप कहा जाता है।

• यूरेनियम के विखंडन से तीन न्यूट्रॉन निकलते हैं जो अन्य यूरेनियम परमाणुओं से टकराते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है।
• कुछ आइसोटोप इतनी आसानी से और तेज़ी से विखंडन करते हैं कि निरंतर परमाणु प्रतिक्रिया को बनाए रखना असंभव है। इस घटना को सहज, या स्वतःस्फूर्त, क्षय कहा जाता है। उदाहरण के लिए, प्लूटोनियम आइसोटोप 240 पु ऐसे क्षय के अधीन है, इसके विपरीत 239 पु कम विखंडन दर के साथ है।

पहले परमाणु के क्षय के बाद प्रतिक्रिया जारी रखने के लिए पर्याप्त आइसोटोप एकत्र करना होगा।ऐसा करने के लिए, एक निश्चित न्यूनतम मात्रा में विखंडनीय आइसोटोप का होना आवश्यक है जो प्रतिक्रिया का समर्थन करेगा। इस मात्रा को क्रांतिक द्रव्यमान कहा जाता है। महत्वपूर्ण द्रव्यमान तक पहुंचने और क्षय की संभावना को बढ़ाने के लिए पर्याप्त प्रारंभिक सामग्री की आवश्यकता होती है।

विभिन्न तत्वों के परमाणुओं के नाभिकों का विभाजन वर्तमान में काफी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्र विखंडन प्रतिक्रिया पर कार्य करते हैं, सभी परमाणु हथियारों के संचालन का सिद्धांत इसी प्रतिक्रिया पर आधारित है। नियंत्रित या श्रृंखलाबद्ध प्रतिक्रिया के मामले में, परमाणु, भागों में विभाजित होने के बाद, अब वापस जुड़ नहीं सकता है और अपनी मूल स्थिति में वापस नहीं आ सकता है। लेकिन, क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों और कानूनों का उपयोग करके, वैज्ञानिक परमाणु को दो हिस्सों में विभाजित करने और परमाणु की अखंडता का उल्लंघन किए बिना उन्हें फिर से जोड़ने में कामयाब रहे।

बॉन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने क्वांटम अनिश्चितता के सिद्धांत का उपयोग किया, जो वस्तुओं को एक साथ कई राज्यों में मौजूद रहने की अनुमति देता है। प्रयोग में वैज्ञानिकों ने कुछ भौतिक तरकीबों की मदद से एक ही परमाणु को एक साथ दो स्थानों पर अस्तित्व में रखा, जिनके बीच की दूरी एक मिलीमीटर के सौवें हिस्से से थोड़ी अधिक थी, जो परमाणु पैमाने पर एक बड़ी दूरी है।

ऐसे क्वांटम प्रभाव केवल बेहद कम तापमान पर ही प्रकट हो सकते हैं। सीज़ियम परमाणु को लेजर प्रकाश द्वारा पूर्ण शून्य से एक डिग्री के दस लाखवें हिस्से के दसवें हिस्से के तापमान तक ठंडा किया गया था। फिर ठंडे परमाणु को दूसरे लेजर से प्रकाश की किरण के ऑप्टिकल जाल में रखा गया।

यह ज्ञात है कि परमाणु का नाभिक दो दिशाओं में से एक में घूम सकता है, घूर्णन की दिशा के आधार पर, लेजर प्रकाश नाभिक को दाईं ओर या बाईं ओर धकेलता है। "लेकिन एक परमाणु, एक निश्चित क्वांटम अवस्था में, एक" विभाजित व्यक्तित्व "हो सकता है, इसका एक आधा हिस्सा एक दिशा में घूमता है, दूसरा विपरीत दिशा में। लेकिन, एक ही समय में, परमाणु अभी भी एक संपूर्ण वस्तु है, भौतिक विज्ञानी एंड्रियास स्टीफ़न कहते हैं। इस प्रकार, एक परमाणु के नाभिक, जिसके हिस्से विपरीत दिशाओं में घूमते हैं, को लेजर बीम द्वारा दो भागों में विभाजित किया जा सकता है, और परमाणु के इन हिस्सों को काफी दूरी से अलग किया जा सकता है, जिसे वैज्ञानिक अपने प्रयोग के दौरान महसूस करने में कामयाब रहे।

वैज्ञानिकों का दावा है कि इसी तरह की विधि का उपयोग करके, तथाकथित "क्वांटम ब्रिज" बनाना संभव है, जो क्वांटम जानकारी के संवाहक हैं। किसी पदार्थ के परमाणु को आधे-आधे भागों में विभाजित किया जाता है, जो तब तक विभाजित होते रहते हैं जब तक कि वे आसन्न परमाणुओं के संपर्क में नहीं आ जाते। एक प्रकार का रोडबेड बनता है, पुल के दो स्तंभों को जोड़ने वाला एक विस्तार, जिसके माध्यम से सूचना प्रसारित की जा सकती है। यह इस तथ्य के कारण संभव है कि इस तरह से विभाजित परमाणु क्वांटम स्तर पर एक संपूर्ण बना रहता है, इस तथ्य के कारण कि परमाणु के हिस्से क्वांटम स्तर पर उलझे हुए हैं।

बॉन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक इस तकनीक का उपयोग जटिल क्वांटम सिस्टम को मॉडल करने और बनाने के लिए करने जा रहे हैं। टीम के लीडर डॉ. एंड्रिया अल्बर्टी कहते हैं, "परमाणु हमारे लिए एक अच्छी तरह से तेल लगे गियर की तरह है।" "इनमें से कई गियर का उपयोग करके, आप एक क्वांटम कैलकुलेटर बना सकते हैं जिसकी विशेषताएं सबसे उन्नत कंप्यूटरों से कहीं अधिक हैं। आपको बस इन गियर को सही ढंग से रखने और कनेक्ट करने में सक्षम होना चाहिए।"

परमाणु विखंडन एक भारी परमाणु का लगभग समान द्रव्यमान के दो टुकड़ों में विभाजित होना है, जिसके साथ बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है।

परमाणु विखंडन की खोज से एक नए युग की शुरुआत हुई - "परमाणु युग"। इसके संभावित उपयोग की संभावना और इसके उपयोग से लाभ के जोखिम के अनुपात ने न केवल कई सामाजिक, राजनीतिक, आर्थिक और वैज्ञानिक उपलब्धियों को जन्म दिया है, बल्कि गंभीर समस्याएं भी उत्पन्न की हैं। विशुद्ध वैज्ञानिक दृष्टिकोण से भी, परमाणु विखंडन की प्रक्रिया ने बड़ी संख्या में पहेलियाँ और जटिलताएँ पैदा की हैं, और इसकी पूर्ण सैद्धांतिक व्याख्या भविष्य की बात है।

साझा करना लाभदायक है

अलग-अलग नाभिकों के लिए बंधन ऊर्जाएँ (प्रति न्यूक्लियॉन) भिन्न-भिन्न होती हैं। भारी लोगों में आवर्त सारणी के मध्य में स्थित लोगों की तुलना में कम बाध्यकारी ऊर्जा होती है।

इसका मतलब यह है कि 100 से अधिक परमाणु क्रमांक वाले भारी नाभिकों को दो छोटे टुकड़ों में विभाजित करना फायदेमंद होता है, जिससे ऊर्जा निकलती है, जो टुकड़ों की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इस प्रक्रिया को विभाजन कहा जाता है

स्थिरता वक्र के अनुसार, जो स्थिर न्यूक्लाइड के लिए न्यूट्रॉन की संख्या पर प्रोटॉन की संख्या की निर्भरता को दर्शाता है, भारी नाभिक हल्के वाले की तुलना में अधिक न्यूट्रॉन (प्रोटॉन की संख्या की तुलना में) पसंद करते हैं। इससे पता चलता है कि विभाजन प्रक्रिया के साथ-साथ, कुछ "अतिरिक्त" न्यूट्रॉन उत्सर्जित होंगे। इसके अलावा, वे जारी ऊर्जा का कुछ हिस्सा भी ग्रहण करेंगे। यूरेनियम परमाणु के परमाणु विखंडन के अध्ययन से पता चला कि 3-4 न्यूट्रॉन निकलते हैं: 238 यू → 145 ला + 90 ब्र + 3 एन।

टुकड़े का परमाणु क्रमांक (और परमाणु द्रव्यमान) मूल के परमाणु द्रव्यमान के आधे के बराबर नहीं है। विभाजन के परिणामस्वरूप बनने वाले परमाणुओं के द्रव्यमान के बीच का अंतर आमतौर पर लगभग 50 होता है। सच है, इसका कारण अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है।

238 U, 145 La और 90 Br की बंधन ऊर्जाएँ क्रमशः 1803, 1198 और 763 MeV हैं। इसका मतलब यह है कि इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, यूरेनियम नाभिक की विखंडन ऊर्जा निकलती है, जो 1198 + 763-1803 = 158 MeV के बराबर होती है।

सहज विभाजन

सहज विभाजन की प्रक्रियाएँ प्रकृति में ज्ञात हैं, लेकिन वे बहुत दुर्लभ हैं। इस प्रक्रिया का औसत जीवनकाल लगभग 10 17 वर्ष है, और, उदाहरण के लिए, एक ही रेडियोन्यूक्लाइड के अल्फा क्षय का औसत जीवनकाल लगभग 10 11 वर्ष है।

इसका कारण यह है कि दो भागों में विभाजित होने के लिए, नाभिक को पहले दीर्घवृत्ताकार आकार में विकृत (फैला हुआ) होना चाहिए, और फिर, अंत में दो टुकड़ों में विभाजित होने से पहले, बीच में एक "गर्दन" बनाना चाहिए।

संभावित बाधा

विकृत अवस्था में कोर पर दो बल कार्य करते हैं। एक बढ़ी हुई सतह ऊर्जा है (तरल की बूंद का सतह तनाव उसके गोलाकार आकार की व्याख्या करता है), और दूसरा विखंडन टुकड़ों के बीच कूलम्ब प्रतिकर्षण है। साथ में वे एक संभावित अवरोध उत्पन्न करते हैं।

अल्फा क्षय के मामले में, यूरेनियम परमाणु नाभिक के सहज विखंडन के लिए, टुकड़ों को क्वांटम टनलिंग का उपयोग करके इस बाधा को दूर करना होगा। अवरोध लगभग 6 MeV है, जैसा कि अल्फा क्षय के मामले में होता है, लेकिन एक अल्फा कण में सुरंग बनाने की संभावना बहुत भारी परमाणु विखंडन उत्पाद की तुलना में बहुत अधिक है।

जबरन बंटवारा

यूरेनियम नाभिक के प्रेरित विखंडन की बहुत अधिक संभावना है। इस मामले में, मूल नाभिक न्यूट्रॉन से विकिरणित होता है। यदि माता-पिता इसे अवशोषित करते हैं, तो वे कंपन ऊर्जा के रूप में बाध्यकारी ऊर्जा जारी करते हुए बांधते हैं जो संभावित बाधा को दूर करने के लिए आवश्यक 6 MeV से अधिक हो सकती है।

जहां अतिरिक्त न्यूट्रॉन की ऊर्जा संभावित अवरोध को दूर करने के लिए अपर्याप्त है, परमाणु के विभाजन को प्रेरित करने में सक्षम होने के लिए आपतित न्यूट्रॉन में न्यूनतम गतिज ऊर्जा होनी चाहिए। 238 यू के मामले में, अतिरिक्त न्यूट्रॉन की बंधन ऊर्जा लगभग 1 MeV कम है। इसका मतलब यह है कि यूरेनियम नाभिक का विखंडन केवल 1 MeV से अधिक गतिज ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन द्वारा प्रेरित होता है। दूसरी ओर, 235 यू आइसोटोप में एक अयुग्मित न्यूट्रॉन होता है। जब नाभिक एक अतिरिक्त को अवशोषित करता है, तो यह उसके साथ एक जोड़ी बनाता है, और इस जोड़ी के परिणामस्वरूप, अतिरिक्त बाध्यकारी ऊर्जा प्रकट होती है। यह संभावित अवरोध को दूर करने के लिए नाभिक के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा जारी करने के लिए पर्याप्त है और किसी भी न्यूट्रॉन के साथ टकराव पर आइसोटोप विखंडन होता है।

बीटा क्षय

भले ही विखंडन प्रतिक्रिया तीन या चार न्यूट्रॉन उत्सर्जित करती है, फिर भी टुकड़ों में उनके स्थिर आइसोबार की तुलना में अधिक न्यूट्रॉन होते हैं। इसका मतलब यह है कि दरार के टुकड़े आमतौर पर बीटा क्षय के खिलाफ अस्थिर होते हैं।

उदाहरण के लिए, जब यूरेनियम 238 यू का विखंडन होता है, तो ए = 145 के साथ स्थिर आइसोबार नियोडिमियम 145 एनडी होता है, जिसका अर्थ है कि लैंथेनम 145 ला टुकड़ा तीन चरणों में क्षय होता है, हर बार एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो उत्सर्जित करता है, जब तक कि एक स्थिर न्यूक्लाइड नहीं बन जाता . A = 90 के साथ स्थिर आइसोबार ज़िरकोनियम 90 Zr है; इसलिए, ब्रोमीन 90 Br विभाजन टुकड़ा β-क्षय श्रृंखला के पांच चरणों में विघटित होता है।

ये β-क्षय श्रृंखलाएं अतिरिक्त ऊर्जा छोड़ती हैं, जो लगभग सभी इलेक्ट्रॉनों और एंटीन्यूट्रिनो द्वारा ले ली जाती हैं।

परमाणु प्रतिक्रियाएँ: यूरेनियम नाभिक का विखंडन

नाभिक की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए न्यूक्लाइड से न्यूट्रॉन का प्रत्यक्ष उत्सर्जन बहुत अधिक होने की संभावना नहीं है। यहां मुद्दा यह है कि कोई कूलम्ब प्रतिकर्षण नहीं है, और इसलिए सतह ऊर्जा न्यूट्रॉन को मूल के साथ बंधन में रखती है। हालाँकि, ऐसा कभी-कभी होता है। उदाहरण के लिए, पहले बीटा क्षय चरण में 90 बीआर विखंडन टुकड़ा क्रिप्टन-90 उत्पन्न करता है, जो सतह की ऊर्जा पर काबू पाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा के साथ उत्तेजित अवस्था में हो सकता है। इस मामले में, न्यूट्रॉन का उत्सर्जन सीधे क्रिप्टन-89 के निर्माण के साथ हो सकता है। स्थिर येट्रियम-89 में परिवर्तित होने तक β क्षय के संबंध में अभी भी अस्थिर है, ताकि क्रिप्टन-89 तीन चरणों में क्षय हो जाए।

यूरेनियम नाभिक का विखंडन: एक श्रृंखला प्रतिक्रिया

विखंडन प्रतिक्रिया में उत्सर्जित न्यूट्रॉन को दूसरे मूल नाभिक द्वारा अवशोषित किया जा सकता है, जो तब स्वयं प्रेरित विखंडन से गुजरता है। यूरेनियम-238 के मामले में, उत्पन्न होने वाले तीन न्यूट्रॉन 1 MeV से कम ऊर्जा के साथ निकलते हैं (यूरेनियम नाभिक के विखंडन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा - 158 MeV - मुख्य रूप से विखंडन टुकड़ों की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है), इसलिए वे इस न्यूक्लाइड के और विखंडन का कारण नहीं बन सकते। फिर भी, दुर्लभ 235 यू आइसोटोप की एक महत्वपूर्ण सांद्रता पर, इन मुक्त न्यूट्रॉन को 235 यू नाभिक द्वारा पकड़ा जा सकता है, जो वास्तव में विखंडन का कारण बन सकता है, क्योंकि इस मामले में कोई ऊर्जा सीमा नहीं है जिसके नीचे विखंडन प्रेरित नहीं होता है।

यह श्रृंखला प्रतिक्रिया का सिद्धांत है।

परमाणु प्रतिक्रियाओं के प्रकार

मान लीजिए कि इस श्रृंखला के चरण n में विखंडनीय सामग्री के नमूने में उत्पन्न न्यूट्रॉन की संख्या k है, जिसे चरण n - 1 में उत्पादित न्यूट्रॉन की संख्या से विभाजित किया जाता है। यह संख्या इस बात पर निर्भर करेगी कि चरण n - 1 में उत्पादित कितने न्यूट्रॉन अवशोषित होते हैं नाभिक द्वारा, जो विभाजित होने के लिए बाध्य हो सकता है।

यदि के< 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.

यदि k > 1 है, तो श्रृंखला प्रतिक्रिया तब तक बढ़ेगी जब तक कि सभी विखंडनीय सामग्री का उपयोग नहीं किया जाता है। यह यूरेनियम -235 की पर्याप्त बड़ी सांद्रता प्राप्त करने के लिए प्राकृतिक अयस्क को समृद्ध करके प्राप्त किया जाता है। एक गोलाकार नमूने के लिए, k का मान न्यूट्रॉन अवशोषण संभावना में वृद्धि के साथ बढ़ता है, जो गोले की त्रिज्या पर निर्भर करता है। इसलिए, यूरेनियम नाभिक के विखंडन (श्रृंखला प्रतिक्रिया) के लिए द्रव्यमान यू को एक निश्चित मात्रा से अधिक होना चाहिए।

यदि k = 1 है, तो एक नियंत्रित प्रतिक्रिया होती है। इसका उपयोग यूरेनियम के बीच कैडमियम या बोरान छड़ों को वितरित करके नियंत्रित प्रक्रिया में किया जाता है, जो अधिकांश न्यूट्रॉन को अवशोषित करते हैं (इन तत्वों में न्यूट्रॉन को पकड़ने की क्षमता होती है)। यूरेनियम नाभिक का विखंडन छड़ों को इस प्रकार घुमाकर स्वचालित रूप से नियंत्रित किया जाता है कि k का मान एक के बराबर रहे।