ატომის ბირთვის აღმოჩენა უფრო დეტალურად განვიხილოთ რეზერფორდის ერთ-ერთი ფუნდამენტური აღმოჩენა - ატომის ბირთვის აღმოჩენა და ატომის პლანეტარული მოდელი. ჩვენ ვნახეთ, რომ ატომის პლანეტარული სისტემის ასიმილაცია მე-20 საუკუნის დასაწყისში მოხდა. მაგრამ ეს მოდელი რთული იყო

ბირთვის პროტონ-ნეიტრონის მოდელი 1932 წლის 28 მაისს საბჭოთა ფიზიკოსმა დ.დ. ივანენკომ გამოაქვეყნა ჩანაწერი Nature-ში, სადაც მან თქვა, რომ ნეიტრონი, პროტონთან ერთად, არის ბირთვის სტრუქტურული ელემენტი. მან აღნიშნა, რომ ასეთი ჰიპოთეზა წყვეტს აზოტის კატასტროფის პრობლემას. IN

ბირთვის შიგნით ეს უპრეცედენტო მოგზაურობა ჟიულ ვერნის ბირთვის მგზავრებისთვის არ იქნება ისეთი მშვიდობიანი და უსაფრთხო, როგორც ეს რომანშია აღწერილი. თუმცა არ იფიქროთ, რომ საფრთხე ემუქრება მათ დედამიწიდან მთვარემდე მოგზაურობისას. Არაფერს! თუ მომენტალურად მოახერხეს ცოცხალი დარჩენა,

თავი VIII 6. წნევა ქვემეხის შიგნით მკითხველისთვის, ვისაც სურს შეამოწმოს 65-ე გვერდზე აღნიშნული გამოთვლები, აქ წარმოგიდგენთ ამ მარტივ გამოთვლებს. გამოთვლებისთვის დაჩქარებული მოძრაობის მხოლოდ ორი ფორმულა უნდა გამოვიყენოთ, კერძოდ: დასასრული.

4.2. ფიზიკური მახასიათებლები, ბირთვის აგებულება ბოლო ათწლეულში ჩვენი ცოდნა კომეტების და მათზე მიმდინარე პროცესების შესახებ მნიშვნელოვნად გაფართოვდა. კომეტებისადმი ინტერესის მკვეთრ ზრდას ხელი შეუწყო საერთაშორისო სივრცის მომზადებამ და გამართვამ

რეზერფორდი და ატომის ბირთვის აღმოჩენა რა ბედი ეწია ადამიანს, რომელიც ახალგაზრდობაში კარგი მორაგბე იყო და შემდეგ სხვებზე ადრე გამოიცნო, რომ ატომს შეეძლო დაშლა? ერნესტ რეზერფორდმა დაასრულა თავისი ამერიკული „გადასახლება“ 1907 წლის იანვარში, მისი გარდაცვალებიდან რამდენიმე ხნის შემდეგ.

ანრი ბეკერელი

ერთ დროს მეცნიერებს სჯეროდათ, რომ ატომები ყველაზე პატარა ნაწილაკებია. მაგრამ ასი წლის წინ მათ აღმოაჩინეს, რომ ატომებიც კი შეიძლება დაიშალოს ბევრად უფრო პატარა ნაწილაკებად. სწორედ ამან გახადა შესაძლებელი ატომური ბომბის შექმნა. 1896 წელს ფრანგი მეცნიერი ანრი ბეკერელი(1852-1908) შემთხვევით აღმოაჩინა, რომ ზოგიერთი ატომ არის „რადიოაქტიური“, ანუ ისინი ასხივებენ სხივებს.

მომდევნო წელს ინგლისელი მეცნიერი ჯ.ჯ.ტომსონი(1856-1940) შენიშნა, რომ მანათობელი ელექტრული სხივები სინამდვილეში ელექტრული დამუხტული ნაწილაკებია, რომელთა ზომა ატომზე მრავალჯერ მცირეა. დადასტურებულია, რომ ეს ნაწილაკები - ელექტრონები - გვხვდება ატომებში.

ერნესტ რეზერფორდი

ცოტა მოგვიანებით, ინგლისელი მეცნიერი ერნესტ რეზერფორდი(1871-1937) აღმოაჩინეს, რომ რადიოაქტიურობა სხვა არაფერია, თუ არა ატომების გაყოფა სხვა ატომების წარმოქმნით. დაშლისას ეს ატომები ასევე ასხივებენ ნაწილაკების ნაკადებს, რომლებსაც მან ალფა და ბეტა ნაწილაკები უწოდა. 1911 წელს რეზერფორდმა ალფა ნაწილაკები ოქროს ფოლგაზე გაგზავნა.

მათმა უმრავლესობამ სწორედ ეს გაიარა. მაგრამ ცოტათი უკან დაიხია. მან გააცნობიერა, რომ ატომები არ არის მატერიის მყარი ნაჭრები, როგორც ადრე ეგონათ, მაგრამ ძირითადად ცარიელი სივრცეა და ამიტომ ნაწილაკები ჩვეულებრივ გადიან კილიტაში. მაგრამ მათ აქვთ პატარა და მკვრივი ცენტრალური დადებითად დამუხტული ნაწილები - ბირთვები და სწორედ მათზე მოხვდა რამდენიმე ნაწილაკი, რომელიც უკან დაბრუნდა. 1912 წელს დანიელმა მეცნიერმა დაიწყო მუშაობა რეზერფორდთან ნილს ბორი(1885-1962 წწ.). ბორმა შესთავაზა. რომ თითოეულ ატომს აქვს ელექტრონების განსხვავებული რაოდენობა, რომლებიც ტრიალებს ბირთვის გარშემო სხვადასხვა მანძილზე, ისევე როგორც პლანეტები მზის ორბიტაზე. დღეს ჩვენ ვიცით, რომ ელექტრონები უფრო ჰგავს ენერგიის ბუნდოვან ღრუბლებს, ვიდრე პლანეტებს, მაგრამ ბორის იდეა არსებითად სწორი იყო.

ატომის გაყოფა 1919 წელს რეზერფორდმა პირველად მოახერხა ატომების გაყოფა. მან დაბომბა აზოტის გაზი ალფა ნაწილაკებით და შედეგად წყალბადის ბირთვები გამოეყო აზოტის ბირთვებს. მერე რეზერფორდიმივიდა დასკვნამდე, რომ ყველა ატომის ბირთვი აგებულია წყალბადის ბირთვებისგან, რომლებსაც მან პროტონები უწოდა. 1932 წელს ინგლისელი ჯეიმს ჩადვიკი(1891-1974) ბირთვში აღმოაჩინა კიდევ ერთი ნაწილაკი - ნეიტრონი. ნეიტრონებს არ აქვთ ელექტრული მუხტი, განსხვავებით გაშვებებისგან, რომლებსაც აქვთ დადებითი მუხტი, რომელიც აბალანსებს ელექტრონების უარყოფით მუხტს.

იტალიელი მეცნიერი ენრიკო ფერმი(1901-1954) მიზნად ისახავს გაერკვია, რა მოხდებოდა, თუ ნეიტრონული ნაკადი მიმართული იქნებოდა ყველაზე დიდ ცნობილ ატომზე, ურანის ატომზე. მას სჯეროდა, რომ ნეიტრონები გაერთიანდებოდა ურანთან და წარმოქმნიდა კიდევ უფრო დიდ ატომს.

სინამდვილეში, როგორც ავსტრიელმა ფიზიკოსმა აჩვენა ლიზა მეიტნერი(1878-1968), ურანის ატომი ორად გაიყო და წარმოქმნა პატარა ატომები, როგორიცაა ბარიუმი. ამან ასევე გამოიწვია დამატებითი ნეიტრონების გათავისუფლება. თუ მაშინ ეს ნეიტრონები, თავის მხრივ, გაყოფენ ურანის სხვა ატომებს, მაშინ შეიძლება დაიწყოს შეჯახებისა და გაყოფის „ჯაჭვური რეაქცია“. მეცნიერებმა გააცნობიერეს, რომ როდესაც ატომური ბირთვები იყოფა ასეთ ჯაჭვურ რეაქციაში, გამოიყოფა უზარმაზარი ენერგია.

ეს ენერგია საკმარისია წარმოუდგენლად ძლიერი ბომბის შესაქმნელად. ამ იდეით ისარგებლა, მეცნიერთა ჯგუფმა ამერიკელი რობერტ ოპენჰაიმერის (1904-1967) ხელმძღვანელობით შექმნა პირველი ატომური ბომბი. 1945 წლის აგვისტოში, მეორე მსოფლიო ომის დროს (1939-1945 წწ.), ამერიკული ურანის ბომბები ჩამოაგდეს იაპონიის ქალაქებს ჰიროშიმასა და ნაგასაკის. ამან გამოიწვია საშინელი და დამანგრეველი შედეგები.

აირჩიეთ შესაბამისი იზოტოპი.ზოგიერთი ელემენტი ან იზოტოპი განიცდის რადიოაქტიურ დაშლას და სხვადასხვა იზოტოპი შეიძლება განსხვავებულად იქცეს. ურანის ყველაზე გავრცელებულ იზოტოპს აქვს 238 ატომური წონა და შედგება 92 პროტონისა და 146 ნეიტრონისგან, მაგრამ მისი ბირთვები ჩვეულებრივ შთანთქავს ნეიტრონებს მსუბუქი ელემენტების ბირთვებად დაყოფის გარეშე. ურანის იზოტოპი, რომლის ბირთვი შეიცავს სამ ნაკლებ ნეიტრონს, 235 U, იშლება ბევრად უფრო ადვილად, ვიდრე 238 U, და მას უწოდებენ გაფანტულ იზოტოპს.

• ურანის დაშლის შედეგად გამოიყოფა სამი ნეიტრონი, რომლებიც ეჯახება ურანის სხვა ატომებს, რაც იწვევს ჯაჭვურ რეაქციას.
• ზოგიერთი იზოტოპი ისე ადვილად და სწრაფად იშლება, რომ შეუძლებელია მუდმივი ბირთვული რეაქციის შენარჩუნება. ამ ფენომენს სპონტანურ, ან სპონტანურ დაშლას უწოდებენ. მაგალითად, პლუტონიუმის იზოტოპი 240 Pu ექვემდებარება ასეთ დაშლას, განსხვავებით 239 Pu-სგან, დაშლის დაბალი სიჩქარით.

იმისათვის, რომ რეაქცია გაგრძელდეს პირველი ატომის დაშლის შემდეგ, საკმარისი იზოტოპი უნდა შეგროვდეს.ამისათვის საჭიროა გარკვეული მინიმალური რაოდენობის ფისილი იზოტოპი, რომელიც ხელს შეუწყობს რეაქციას. ამ რაოდენობას კრიტიკულ მასას უწოდებენ. საკმარისი საწყისი მასალაა საჭირო იმისათვის, რომ მიაღწიოს კრიტიკულ მასას და გაზარდოს დაშლის ალბათობა.

სხვადასხვა ელემენტების ატომების ბირთვების გაყოფა ამჟამად საკმაოდ ფართოდ გამოიყენება. ყველა ატომური ელექტროსადგური მუშაობს დაშლის რეაქციაზე; ყველა ბირთვული იარაღის მოქმედების პრინციპი ემყარება ამ რეაქციას. კონტროლირებადი ან ჯაჭვური რეაქციის შემთხვევაში, ატომს, რომელიც იყოფა ნაწილებად, ვეღარ უკავშირებს უკან და უბრუნდება თავდაპირველ მდგომარეობას. მაგრამ, კვანტური მექანიკის პრინციპებისა და კანონების გამოყენებით, მეცნიერებმა მოახერხეს ატომის ორ ნაწილად გაყოფა და მათი ხელახლა დაკავშირება თავად ატომის მთლიანობის დარღვევის გარეშე.

ბონის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა გამოიყენეს კვანტური გაურკვევლობის პრინციპი, რომელიც ობიექტებს ერთდროულად რამდენიმე მდგომარეობაში ყოფნის საშუალებას აძლევს. ექსპერიმენტში, ზოგიერთი ფიზიკური ხრიკის დახმარებით, მეცნიერებმა შექმნეს ერთი ატომის არსებობა ერთდროულად ორ ადგილას, რომელთა შორის მანძილი იყო მილიმეტრის მეასედზე ცოტა მეტი, რაც ატომური მასშტაბით მხოლოდ უზარმაზარი მანძილია.

ასეთი კვანტური ეფექტები შეიძლება გამოვლინდეს მხოლოდ უკიდურესად დაბალ ტემპერატურაზე. ცეზიუმის ატომი გაცივდა ლაზერული შუქით აბსოლუტურ ნულზე მაღლა მდებარე მეათედი გრადუსის მეათედი გრადუსამდე. შემდეგ გაცივებული ატომი ინახებოდა სხვა ლაზერის სინათლის სხივის ოპტიკურ ხაფანგში.

ცნობილია, რომ ატომის ბირთვს შეუძლია ბრუნოს ორიდან ერთი მიმართულებით, ბრუნვის მიმართულებიდან გამომდინარე, ლაზერული შუქი უბიძგებს ბირთვს მარჯვნივ ან მარცხნივ. "მაგრამ ატომს, გარკვეულ კვანტურ მდგომარეობაში, შეიძლება ჰქონდეს" გაყოფილი პიროვნება", მისი ერთი ნახევარი ბრუნავს ერთი მიმართულებით, მეორე საპირისპირო მიმართულებით. მაგრამ, ამავე დროს, ატომი მაინც მთლიანი ობიექტია. - ამბობს ფიზიკოსი ანდრეას შტეფენი. ამრიგად, ატომის ბირთვი, რომლის ნაწილები ბრუნავს საპირისპირო მიმართულებით, შეიძლება გაიყოს ორ ნაწილად ლაზერის სხივით და ატომის ეს ნაწილები შეიძლება განცალკევდეს მნიშვნელოვანი მანძილით, რაც მეცნიერებმა შეძლეს გააცნობიერონ თავიანთი ექსპერიმენტის დროს.

მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ მსგავსი მეთოდის გამოყენებით შესაძლებელია ე.წ „კვანტური ხიდების“ შექმნა, რომლებიც კვანტური ინფორმაციის გამტარებია. ნივთიერების ატომი იყოფა ნახევრად, რომლებიც იყოფა გვერდებზე, სანამ არ მოხვდება მეზობელ ატომებთან. ყალიბდება ერთგვარი საგზაო კალაპოტი, ხიდის ორი სვეტის დამაკავშირებელი შპალერი, რომლის მეშვეობითაც შესაძლებელია ინფორმაციის გადაცემა. ეს შესაძლებელია იმის გამო, რომ ამ გზით გაყოფილი ატომი კვანტურ დონეზე აგრძელებს ერთ მთლიანობას იმის გამო, რომ ატომის ნაწილები კვანტურ დონეზეა ჩახლართული.

ბონის უნივერსიტეტის მეცნიერები აპირებენ გამოიყენონ ეს ტექნოლოგია რთული კვანტური სისტემების მოდელირებისთვის და შესაქმნელად. „ატომი ჩვენთვის კარგად ზეთიანი მექანიზმივითაა“, ამბობს ჯგუფის ლიდერი ექიმი ანდრეა ალბერტი. ”ამ მექანიზმებიდან ბევრის გამოყენებით, თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ კვანტური კალკულატორი მახასიათებლებით, რომლებიც ბევრად აღემატება ყველაზე მოწინავე კომპიუტერებს. თქვენ უბრალოდ უნდა შეძლოთ ამ მექანიზმების სწორად განლაგება და დაკავშირება.”

ბირთვული დაშლა არის მძიმე ატომის დაყოფა დაახლოებით თანაბარი მასის ორ ფრაგმენტად, რომელსაც თან ახლავს დიდი რაოდენობით ენერგიის გამოყოფა.

ბირთვული დაშლის აღმოჩენამ დაიწყო ახალი ერა - "ატომური ხანა". მისი შესაძლო გამოყენების პოტენციალმა და რისკის თანაფარდობამ სარგებლობასთან დაკავშირებით არა მხოლოდ მრავალი სოციოლოგიური, პოლიტიკური, ეკონომიკური და სამეცნიერო მიღწევა, არამედ სერიოზული პრობლემები შექმნა. თუნდაც წმინდა მეცნიერული თვალსაზრისით, ბირთვული დაშლის პროცესმა უამრავი თავსატეხი და გართულება შექმნა და მისი სრული თეორიული ახსნა მომავლის საქმეა.

გაზიარება მომგებიანია

შემაკავშირებელი ენერგიები (თითო ნუკლეონზე) განსხვავდება სხვადასხვა ბირთვებისთვის. უფრო მძიმეებს აქვთ უფრო დაბალი შებოჭვის ენერგია, ვიდრე პერიოდული ცხრილის შუაში მდებარეებს.

ეს ნიშნავს, რომ მძიმე ბირთვებისთვის, რომელთა ატომური რიცხვი 100-ზე მეტია, მომგებიანია ორ პატარა ფრაგმენტად დაყოფა, რითაც გამოიყოფა ენერგია, რომელიც გარდაიქმნება ფრაგმენტების კინეტიკურ ენერგიად. ამ პროცესს გაყოფა ეწოდება

სტაბილურობის მრუდის მიხედვით, რომელიც აჩვენებს პროტონების რაოდენობის დამოკიდებულებას ნეიტრონების რაოდენობაზე სტაბილური ნუკლიდებისთვის, უფრო მძიმე ბირთვებს ურჩევნიათ მეტი ნეიტრონი (პროტონების რაოდენობასთან შედარებით), ვიდრე მსუბუქს. ეს ვარაუდობს, რომ გაყოფის პროცესთან ერთად, გარკვეული „სათადარიგო“ ნეიტრონები გამოიყოფა. გარდა ამისა, ისინი ასევე მიიღებენ გამოთავისუფლებულ ენერგიას. ურანის ატომის ბირთვული დაშლის შესწავლამ აჩვენა, რომ გამოიყოფა 3-4 ნეიტრონი: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n.

ფრაგმენტის ატომური ნომერი (და ატომური მასა) არ უდრის მშობლის ატომური მასის ნახევარს. გაყოფის შედეგად წარმოქმნილ ატომთა მასებს შორის სხვაობა ჩვეულებრივ დაახლოებით 50-ია. მართალია, ამის მიზეზი ჯერ ბოლომდე გასაგები არ არის.

238 U, 145 La და 90 Br შემაკავშირებელი ენერგიები არის 1803, 1198 და 763 მევ, შესაბამისად. ეს ნიშნავს, რომ ამ რეაქციის შედეგად გამოიყოფა ურანის ბირთვის დაშლის ენერგია, რომელიც უდრის 1198 + 763-1803 = 158 მევ.

სპონტანური გაყოფა

სპონტანური გაყოფის პროცესები ცნობილია ბუნებაში, მაგრამ ისინი ძალიან იშვიათია. ამ პროცესის საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობაა დაახლოებით 10 17 წელი და, მაგალითად, იგივე რადიონუკლიდის ალფა დაშლის საშუალო სიცოცხლე დაახლოებით 10 11 წელია.

ამის მიზეზი ის არის, რომ ორ ნაწილად გასაყოფად, ბირთვი ჯერ უნდა დეფორმირებული (გაჭიმული) ელიფსოიდური ფორმით, შემდეგ კი, სანამ საბოლოოდ ორ ფრაგმენტად გაიყოფა, შუაში ჩამოყალიბდეს „კისერი“.

პოტენციური ბარიერი

დეფორმირებულ მდგომარეობაში ბირთვზე მოქმედებს ორი ძალა. ერთი არის გაზრდილი ზედაპირის ენერგია (თხევადი წვეთების ზედაპირული დაძაბულობა ხსნის მის სფერულ ფორმას) და მეორე არის კულონის მოგერიება დაშლის ფრაგმენტებს შორის. ისინი ერთად ქმნიან პოტენციურ ბარიერს.

როგორც ალფა დაშლის შემთხვევაში, იმისათვის, რომ მოხდეს ურანის ატომის ბირთვის სპონტანური დაშლა, ფრაგმენტებმა უნდა გადალახონ ეს ბარიერი კვანტური გვირაბის გამოყენებით. ბარიერი არის დაახლოებით 6 მევ, როგორც ალფა დაშლის შემთხვევაში, მაგრამ ალფა ნაწილაკების გვირაბის ალბათობა გაცილებით მეტია, ვიდრე გაცილებით მძიმე ატომის დაშლის პროდუქტის.

იძულებითი გაყოფა

ბევრად უფრო სავარაუდოა ურანის ბირთვის გამოწვეული დაშლა. ამ შემთხვევაში, მთავარი ბირთვი დასხივებულია ნეიტრონებით. თუ მშობელი შთანთქავს მას, ისინი აკავშირებენ, ათავისუფლებენ სავალდებულო ენერგიას ვიბრაციული ენერგიის სახით, რომელიც შეიძლება აღემატებოდეს 6 მევ-ს, რომელიც საჭიროა პოტენციური ბარიერის დასაძლევად.

სადაც დამატებითი ნეიტრონის ენერგია არასაკმარისია პოტენციური ბარიერის დასაძლევად, შემხვედრ ნეიტრონს უნდა ჰქონდეს მინიმალური კინეტიკური ენერგია, რათა შეძლოს ატომის გაყოფის გამოწვევა. 238 U-ის შემთხვევაში, დამატებითი ნეიტრონების შებოჭვის ენერგია დაახლოებით 1 მევ მოკლეა. ეს ნიშნავს, რომ ურანის ბირთვის დაშლა გამოწვეულია მხოლოდ ნეიტრონით, რომლის კინეტიკური ენერგია 1 მევ-ზე მეტია. მეორეს მხრივ, 235 U იზოტოპს აქვს ერთი დაუწყვილებელი ნეიტრონი. როდესაც ბირთვი შთანთქავს დამატებითს, იგი აყალიბებს მასთან წყვილს და ამ დაწყვილების შედეგად ჩნდება დამატებითი შებოჭვის ენერგია. ეს საკმარისია იმისთვის, რომ გაათავისუფლოს ბირთვის მიერ პოტენციური ბარიერის დასაძლევად საჭირო ენერგიის რაოდენობა და იზოტოპის გაყოფა ხდება ნებისმიერ ნეიტრონთან შეჯახებისას.

ბეტა დაშლა

მიუხედავად იმისა, რომ დაშლის რეაქცია ასხივებს სამ ან ოთხ ნეიტრონს, ფრაგმენტები მაინც შეიცავს უფრო მეტ ნეიტრონს, ვიდრე მათი სტაბილური იზობარები. ეს ნიშნავს, რომ დაშლის ფრაგმენტები ზოგადად არასტაბილურია ბეტა დაშლის მიმართ.

მაგალითად, ურანის 238 U დაშლისას, სტაბილური იზობარი A = 145-ით არის ნეოდიმი 145 Nd, რაც ნიშნავს, რომ ლანთანუმის 145 La ფრაგმენტი იშლება სამ საფეხურზე, ყოველ ჯერზე ასხივებს ელექტრონს და ანტინეიტრინოს, სანამ არ წარმოიქმნება სტაბილური ნუკლიდი. . სტაბილური იზობარი A = 90 არის ცირკონიუმი 90 Zr; შესაბამისად, ბრომი 90 Br გამყოფი ფრაგმენტი იშლება β-დაშლის ჯაჭვის ხუთ ეტაპად.

ეს β-დაშლის ჯაჭვები ათავისუფლებს დამატებით ენერგიას, რომელსაც თითქმის ყველა ატარებს ელექტრონები და ანტინეიტრინოები.

ბირთვული რეაქციები: ურანის ბირთვების დაშლა

ბირთვის სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად ნუკლიდიდან ნეიტრონის პირდაპირი ემისია ნაკლებად სავარაუდოა. აქ საქმე ისაა, რომ არ არსებობს კულონის მოგერიება და, შესაბამისად, ზედაპირის ენერგია მიდრეკილია ნეიტრონის მშობელთან კავშირში შეინარჩუნოს. თუმცა, ეს ზოგჯერ ხდება. მაგალითად, 90 Br დაშლის ფრაგმენტი პირველ ბეტა დაშლის ეტაპზე წარმოქმნის კრიპტონ-90-ს, რომელიც შეიძლება იყოს აღგზნებულ მდგომარეობაში, საკმარისი ენერგიით, რომ გადალახოს ზედაპირის ენერგია. ამ შემთხვევაში, ნეიტრონების ემისია შეიძლება მოხდეს უშუალოდ კრიპტონ-89-ის წარმოქმნით. ჯერ კიდევ არასტაბილურია β დაშლის მიმართ, სანამ არ გარდაიქმნება სტაბილურ იტრიუმ-89-ად, ასე რომ, კრიპტონ-89 იშლება სამ საფეხურზე.

ურანის ბირთვების დაშლა: ჯაჭვური რეაქცია

დაშლის რეაქციაში გამოსხივებული ნეიტრონები შეიძლება შეიწოვოს სხვა მშობელი ბირთვით, რომელიც შემდეგ თავად განიცდის ინდუცირებულ დაშლას. ურანი-238-ის შემთხვევაში, სამი ნეიტრონი, რომელიც წარმოიქმნება, გამოდის 1 მევ-ზე ნაკლები ენერგიით (ურანის ბირთვის დაშლის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია - 158 მევ - ძირითადად გარდაიქმნება დაშლის ფრაგმენტების კინეტიკურ ენერგიად). ამიტომ მათ არ შეუძლიათ გამოიწვიონ ამ ნუკლიდის შემდგომი დაშლა. მიუხედავად ამისა, იშვიათი 235 U იზოტოპის მნიშვნელოვანი კონცენტრაციით, ამ თავისუფალ ნეიტრონებს შეუძლიათ დაიჭირონ 235 U ბირთვი, რამაც შეიძლება მართლაც გამოიწვიოს გახლეჩა, რადგან ამ შემთხვევაში არ არსებობს ენერგეტიკული ბარიერი, რომლის ქვემოთ დაშლა არ არის გამოწვეული.

ეს არის ჯაჭვური რეაქციის პრინციპი.

ბირთვული რეაქციების სახეები

ვთქვათ k არის ამ ჯაჭვის n სტადიაზე დაშლილი მასალის ნიმუშში წარმოქმნილი ნეიტრონების რაოდენობა, გაყოფილი n - 1 სტადიაზე წარმოქმნილი ნეიტრონების რაოდენობაზე. ეს რიცხვი დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რამდენი ნეიტრონი შეიწოვება n - 1 სტადიაზე ბირთვის მიერ, რომელიც შეიძლება იძულებული იყოს გაყოფა.

თუ კ< 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.

თუ k > 1, მაშინ ჯაჭვური რეაქცია გაიზრდება მანამ, სანამ არ გამოიყენებ ყველა დაშლილ მასალას, რაც მიიღწევა ბუნებრივი მადნის გამდიდრებით ურანი-235-ის საკმარისად დიდი კონცენტრაციის მისაღებად. სფერული ნიმუშისთვის k-ის მნიშვნელობა იზრდება ნეიტრონის შთანთქმის ალბათობის მატებასთან ერთად, რაც დამოკიდებულია სფეროს რადიუსზე. ამიტომ, U მასა უნდა აღემატებოდეს გარკვეულ რაოდენობას, რათა მოხდეს ურანის ბირთვების დაშლა (ჯაჭვური რეაქცია).

თუ k = 1, მაშინ ხდება კონტროლირებადი რეაქცია. ეს გამოიყენება პროცესში, რომელიც კონტროლდება კადმიუმის ან ბორის ღეროების ურანს შორის განაწილებით, რომლებიც შთანთქავენ ნეიტრონების უმეტესობას (ამ ელემენტებს აქვთ ნეიტრონების დაჭერის უნარი). ურანის ბირთვის გაყოფა ავტომატურად კონტროლდება ღეროების ისე გადაადგილებით, რომ k-ის მნიშვნელობა დარჩეს ერთის ტოლი.