Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng fission ay tumataas sa pagtaas ng Z 2 /A. Ang halaga ng Z 2 /A = 17 para sa 89 Y (yttrium). Yung. Ang fission ay masigasig na pabor para sa lahat ng nuclei na mas mabigat kaysa sa yttrium. Bakit ang karamihan sa mga nuclei ay lumalaban sa spontaneous fission? Upang masagot ang tanong na ito, kinakailangang isaalang-alang ang mekanismo ng paghahati.
Sa panahon ng fission, nagbabago ang hugis ng nucleus. Ang nucleus ay sunud-sunod na dumadaan sa mga sumusunod na yugto (Larawan 7.1): isang bola, isang ellipsoid, isang dumbbell, dalawang mga fragment na hugis peras, dalawang mga spherical na fragment. Paano nagbabago ang potensyal na enerhiya ng nucleus sa iba't ibang yugto ng fission?
Paunang core na may magnification r tumatagal ang anyo ng isang lalong pinahabang ellipsoid ng rebolusyon. Sa kasong ito, dahil sa ebolusyon ng hugis ng nucleus, ang pagbabago sa potensyal na enerhiya nito ay tinutukoy ng pagbabago sa kabuuan ng ibabaw at Coulomb energies E p + E k. Sa kasong ito, ang enerhiya sa ibabaw ay tumataas, dahil ang ibabaw na lugar ng nucleus ay tumataas. Bumababa ang enerhiya ng Coulomb habang tumataas ang average na distansya sa pagitan ng mga proton. Kung, na may bahagyang pagpapapangit, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang maliit na parameter , ang paunang core ay tumatagal sa anyo ng isang axially symmetric ellipsoid, ang enerhiya sa ibabaw E" p at ang enerhiya ng Coulomb E" k bilang mga function ng pagbabago ng parameter ng pagpapapangit tulad ng sumusunod:
Sa mga ratio (7.4–7.5) E n at E k ay ang surface at Coulomb energies ng inisyal na spherically symmetric nucleus.
Sa rehiyon ng mabigat na nuclei, 2E n > Ek, at ang kabuuan ng ibabaw at Coulomb na enerhiya ay tumataas sa pagtaas . Ito ay sumusunod mula sa (7.4) at (7.5) na, sa mga maliliit na deformation, ang pagtaas ng enerhiya sa ibabaw ay pumipigil sa karagdagang pagbabago sa hugis ng nucleus at, dahil dito, ang fission.
Ang kaugnayan (7.5) ay may bisa para sa maliliit na mga strain . Kung ang pagpapapangit ay napakalaki na ang nucleus ay tumatagal ng anyo ng isang dumbbell, kung gayon ang ibabaw at ang mga puwersa ng Coulomb ay may posibilidad na paghiwalayin ang nucleus at bigyan ang mga fragment ng isang spherical na hugis. Kaya, na may unti-unting pagtaas sa pagpapapangit ng nucleus, ang potensyal na enerhiya nito ay dumadaan sa isang maximum. Ang plot ng surface at Coulomb energies ng nucleus bilang function ng r ay ipinapakita sa fig. 7.2.
Ang pagkakaroon ng isang potensyal na hadlang ay pumipigil sa biglaang kusang nuclear fission. Upang mahati ang nucleus, kailangan itong bigyan ng enerhiya na Q na lumampas sa taas ng fission barrier H. Ang maximum na potensyal na enerhiya ng fissile nucleus E + H (halimbawa, ginto) sa dalawang magkaparehong fragment ay ≈ 173 MeV , at ang enerhiyang E na inilabas sa panahon ng fission ay 132 MeV . Kaya, sa panahon ng fission ng gold nucleus, kinakailangan upang mapagtagumpayan ang isang potensyal na hadlang na may taas na humigit-kumulang 40 MeV.
Ang taas ng fission barrier H ay mas malaki, mas maliit ang ratio ng Coulomb at surface energies E hanggang /E p sa paunang nucleus. Ang ratio na ito, sa turn, ay tumataas sa pagtaas ng dibisyon parameter Z 2 /A (7.3). Ang mas mabigat na nucleus, mas mababa ang taas ng fission barrier H, dahil ang fission parameter, sa ilalim ng pagpapalagay na ang Z ay proporsyonal sa A, ay tumataas sa pagtaas ng mass number:
| E k / E p \u003d (a 3 Z 2) / (a 2 A) ~ A. | (7.6) |
Samakatuwid, ang mas mabibigat na nuclei sa pangkalahatan ay kailangang mabigyan ng mas kaunting enerhiya upang maging sanhi ng nuclear fission.
Ang taas ng fission barrier ay naglalaho sa 2E p – Ec = 0 (7.5). Sa kasong ito
2E p / E k \u003d 2 (a 2 A) / (a 3 Z 2),
Z 2 /A \u003d 2a 2 / (a 3 Z 2) ≈ 49.
Kaya, ayon sa drop model, ang nuclei na may Z 2 /A > 49 ay hindi maaaring umiral sa kalikasan, dahil dapat silang kusang nahati sa dalawang fragment halos agad-agad sa isang katangiang nuklear na oras ng pagkakasunud-sunod ng 10-22 s. Ang mga dependences ng hugis at taas ng potensyal na hadlang H, pati na rin ang enerhiya ng fission, sa halaga ng parameter Z 2 / A ay ipinapakita sa Fig. 7.3.
kanin. 7.3. Radial dependence ng hugis at taas ng potensyal na hadlang at ang fission energy E sa iba't ibang halaga ng parameter Z 2 /A. Ang halaga ng E p + E k ay naka-plot sa vertical axis.
Kusang nuclear fission na may Z 2 /A< 49,
для которых высота барьера H
не равна нулю, с точки зрения классической физики невозможно. Однако в квантовой
механике такое деление возможно за счет туннельного эффекта – прохождения
осколков деления через потенциальный барьер. Оно носит название спонтанного
деления. Вероятность спонтанного деления растет с увеличением параметра деления
Z 2 /A,
т. е. с уменьшением высоты барьера деления. В целом период спонтанного деления
уменьшается при переходе от менее тяжелых ядер к более тяжелым от
T 1/2 >10 21 taon para sa 232 Th hanggang 0.3 s para sa 260 Rf.
Sapilitang nuclear fission na may Z 2 /A< 49
может быть вызвано их возбуждением фотонами, нейтронами, протонами, дейтронами,
a частицами и другими частицами, если вносимая в
ядро энергия достаточна для преодоления барьера деления.
Ang pinakamababang halaga ng enerhiya ng paggulo ng tambalang nucleus E* na nabuo sa panahon ng pagkuha ng isang neutron ay katumbas ng nagbubuklod na enerhiya ng neutron sa nucleus na ito ε n . Inihahambing ng Talahanayan 7.1 ang taas ng hadlang H at ang enerhiyang nagbubuklod ng neutron ε n para sa Th, U, Pu isotopes na nabuo pagkatapos ng pagkuha ng neutron. Ang nagbubuklod na enerhiya ng isang neutron ay nakasalalay sa bilang ng mga neutron sa nucleus. Dahil sa enerhiya ng pagpapares, ang nagbubuklod na enerhiya ng kahit na neutron ay mas malaki kaysa sa nagbubuklod na enerhiya ng isang kakaibang neutron.
Talahanayan 7.1
Fission barrier taas H, neutron binding energy ε n
| Isotope | Fission barrier taas H, MeV | Isotope | Neutron binding energy ε n |
|---|---|---|---|
| 232th | 5.9 | 233th | 4.79 |
| 233 U | 5.5 | 234 U | 6.84 |
| 235 U | 5.75 | 236 U | 6.55 |
| 238 U | 5.85 | 239 U | 4.80 |
| 239 Pu | 5.5 | 240 Pu | 6.53 |
Ang isang katangian ng fission ay ang mga fragment, bilang panuntunan, ay may iba't ibang masa. Sa kaso ng pinaka-malamang na fission na 235 U, ang fragment mass ratio ay nasa average na ~1.5. Ang pamamahagi ng masa ng 235 U fission fragment ng mga thermal neutron ay ipinapakita sa Fig. 7.4. Para sa pinaka-malamang na fission, ang isang mabigat na fragment ay may mass number na 139, isang magaan na isa - 95. Kabilang sa mga produkto ng fission mayroong mga fragment na may A = 72 - 161 at Z = 30 - 65. Ang posibilidad ng fission sa dalawang fragment ng ang pantay na masa ay hindi katumbas ng zero. Sa fission ng 235 U ng mga thermal neutron, ang posibilidad ng simetriko fission ay humigit-kumulang tatlong order ng magnitude na mas mababa kaysa sa kaso ng pinaka-malamang na fission sa mga fragment na may A = 139 at 95.
Ang asymmetric fission ay ipinaliwanag ng istraktura ng shell ng nucleus. Ang nucleus ay may posibilidad na hatiin sa paraang ang pangunahing bahagi ng mga nucleon ng bawat fragment ay bumubuo ng pinaka-matatag na mahiwagang core.
Ang ratio ng bilang ng mga neutron sa bilang ng mga proton sa 235 U nucleus N/Z = 1.55, habang para sa stable isotopes na may mass number na malapit sa mass number ng mga fragment, ang ratio na ito ay 1.25 − 1.45. Dahil dito, ang mga fragment ng fission ay lumalabas na labis na napuno ng mga neutron at dapat na
β - radioactive. Samakatuwid, ang mga fission fragment ay nakakaranas ng sunud-sunod na β - -decays, at ang singil ng pangunahing fragment ay maaaring magbago ng 4 - 6 na yunit. Nasa ibaba ang isang katangian ng chain ng radioactive decay na 97 Kr - isa sa mga fragment na nabuo sa panahon ng fission ng 235 U:
Ang paggulo ng mga fragment, na sanhi ng isang paglabag sa ratio ng bilang ng mga proton at neutron, na katangian ng stable nuclei, ay tinanggal din dahil sa paglabas ng mga prompt na fission neutron. Ang mga neutron na ito ay ibinubuga sa pamamagitan ng paglipat ng mga fragment sa isang oras na mas mababa sa ~ 10 -14 s. Sa karaniwan, 2 − 3 prompt neutron ang ibinubuga sa bawat fission event. Ang kanilang spectrum ng enerhiya ay tuloy-tuloy na may maximum na humigit-kumulang 1 MeV. Ang average na enerhiya ng isang prompt neutron ay malapit sa 2 MeV. Ang paglabas ng higit sa isang neutron sa bawat fission event ay ginagawang posible na makakuha ng enerhiya sa pamamagitan ng nuclear fission chain reaction.
Sa pinaka-malamang na fission ng 235 U ng mga thermal neutron, ang isang light fragment (A = 95) ay nakakakuha ng kinetic energy na ≈ 100 MeV, at ang isang mabigat (A = 139) ay nakakakuha ng humigit-kumulang 67 MeV. Kaya, ang kabuuang kinetic energy ng mga fragment ay ≈ 167 MeV. Ang kabuuang fission energy sa kasong ito ay 200 MeV. Kaya, ang natitirang enerhiya (33 MeV) ay ipinamamahagi sa iba pang mga produkto ng fission (neutrons, electron at antineutrino ng β - pagkabulok ng mga fragment, γ-radiation ng mga fragment at ang kanilang mga produkto ng pagkabulok). Ang pamamahagi ng enerhiya ng fission sa pagitan ng iba't ibang mga produkto sa panahon ng fission ng 235 U ng mga thermal neutron ay ibinibigay sa Talahanayan 7.2.
Talahanayan 7.2
Pamamahagi ng enerhiya ng fission 235 U thermal neutrons
Ang nuclear fission products (NFs) ay isang kumplikadong pinaghalong higit sa 200 radioactive isotopes ng 36 na elemento (mula sa zinc hanggang gadolinium). Karamihan sa aktibidad ay binubuo ng panandaliang radionuclides. Kaya, pagkatapos ng 7, 49, at 343 araw pagkatapos ng pagsabog, ang aktibidad ng mga PND ay bumababa ng 10, 100, at 1000 beses, ayon sa pagkakabanggit, kumpara sa aktibidad isang oras pagkatapos ng pagsabog. Ang ani ng pinakabiologically makabuluhang radionuclides ay ibinibigay sa Talahanayan 7.3. Bilang karagdagan sa PND, ang radioactive contamination ay sanhi ng radionuclides ng sapilitan na aktibidad (3 H, 14 C, 28 Al, 24 Na, 56 Mn, 59 Fe, 60 Co, atbp.) at ang hindi nahahati na bahagi ng uranium at plutonium. Ang papel na ginagampanan ng sapilitan aktibidad sa thermonuclear pagsabog ay lalo na mahusay.
Talahanayan 7.3
Paglabas ng ilang produkto ng fission sa isang nuclear explosion
| Radionuclide | Kalahating buhay | Output bawat dibisyon, % | Aktibidad bawat 1 Mt, 10 15 Bq |
|---|---|---|---|
| 89Sr | 50.5 araw | 2.56 | 590 |
| 90Sr | 29.12 taong gulang | 3.5 | 3.9 |
| 95 Zr | 65 araw | 5.07 | 920 |
| 103 Ru | 41 araw | 5.2 | 1500 |
| 106 Ru | 365 araw | 2.44 | 78 |
| 131 I | 8.05 araw | 2.9 | 4200 |
| 136Cs | 13.2 araw | 0.036 | 32 |
| 137Cs | 30 taon | 5.57 | 5.9 |
| 140 Ba | 12.8 araw | 5.18 | 4700 |
| 141Cs | 32.5 araw | 4.58 | 1600 |
| 144Cs | 288 araw | 4.69 | 190 |
| 3H | 12.3 taong gulang | 0.01 | 2.6 10 -2 |
Sa panahon ng mga pagsabog ng nuklear sa atmospera, isang makabuluhang bahagi ng pag-ulan (hanggang sa 50% sa mga pagsabog sa lupa) ay bumabagsak malapit sa lugar ng pagsubok. Ang bahagi ng mga radioactive substance ay nananatili sa ibabang bahagi ng atmospera at, sa ilalim ng impluwensya ng hangin, gumagalaw sa malalayong distansya, na natitira humigit-kumulang sa parehong latitude. Ang pagiging nasa hangin sa loob ng halos isang buwan, ang mga radioactive substance sa panahon ng paggalaw na ito ay unti-unting nahuhulog sa Earth. Karamihan sa mga radionuclides ay inilalabas sa stratosphere (sa taas na 10÷15 km), kung saan ang mga ito ay nakakalat sa buong mundo at higit sa lahat ay nabubulok.
Ang iba't ibang elemento ng disenyo ng mga nuclear reactor ay may mataas na aktibidad sa loob ng mga dekada (Talahanayan 7.4)
Talahanayan 7.4
Mga partikular na halaga ng aktibidad (Bq/t uranium) ng mga pangunahing produkto ng fission sa mga elemento ng gasolina na inalis mula sa reaktor pagkatapos ng tatlong taon ng operasyon
| Radionuclide | 0 | 1 araw | 120 araw | 1 taon | 10 taon | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 85 kr | 5. 78· 10 14 | 5. 78· 10 14 | 5. 66· 10 14 | 5. 42· 10 14 |
4. 7· 10 14 |
3. 03· 10 14 |
| 89Sr | 4. 04· 10 16 | 3. 98· 10 16 | 5. 78· 10 15 | 2. 7· 10 14 |
1. 2· 10 10 |
|
| 90Sr | 3. 51· 10 15 | 3. 51· 10 15 | 3. 48· 10 15 | 3. 43· 10 15 |
3. 26· 10 15 |
2. 75· 10 15 |
| 95 Zr | 7. 29· 10 16 | 7. 21· 10 16 | 1. 99· 10 16 | 1. 4· 10 15 | 5. 14· 10 11 | |
| 95Nb | 7. 23· 10 16 | 7. 23· 10 16 | 3. 57· 10 16 | 3. 03· 10 15 | 1. 14· 10 12 | |
| 103 Ru | 7. 08· 10 16 | 6. 95· 10 16 | 8. 55· 10 15 | 1. 14· 10 14 | 2. 97· 10 8 | |
| 106 Ru | 2. 37· 10 16 | 2. 37· 10 16 | 1. 89· 10 16 | 1. 19· 10 16 | 3. 02· 10 15 | 2. 46· 10 13 |
| 131 I | 4. 49· 10 16 | 4. 19· 10 16 | 1. 5· 10 12 | 1. 01· 10 3 | ||
| 134Cs | 7. 50· 10 15 | 7. 50· 10 15 | 6. 71· 10 15 | 5. 36· 10 15 | 2. 73· 10 15 | 2. 6· 10 14 |
| 137Cs | 4. 69· 10 15 | 4. 69· 10 15 | 4. 65· 10 15 | 4. 58· 10 15 | 4. 38· 10 15 | 3. 73· 10 15 |
| 140 Ba | 7. 93· 10 16 | 7. 51· 10 16 | 1. 19· 10 14 | 2. 03· 10 8 | ||
| 140la | 8. 19· 10 16 | 8. 05· 10 16 | 1. 37· 10 14 | 2. 34· 10 8 | ||
| 141 Ce | 7. 36· 10 16 | 7. 25· 10 16 | 5. 73· 10 15 | 3. 08· 10 13 | 5. 33· 10 6 | |
| 144 Ce | 5. 44· 10 16 | 5. 44· 10 16 | 4. 06· 10 16 | 2. 24· 10 16 | 3. 77· 10 15 | 7. 43· 10 12 |
| 143 Pm | 6. 77· 10 16 | 6. 70· 10 16 | 1. 65· 10 14 | 6. 11· 10 8 | ||
| 147 Pm | 7. 05 10 15 | 7. 05· 10 15 | 6. 78· 10 15 | 5. 68· 10 15 |
3. 35· 10 14 |
Mga reaksyon ng nuclear fission- mga reaksyon ng fission, na binubuo sa katotohanan na ang isang mabigat na nucleus sa ilalim ng impluwensya ng mga neutron, at sa paglaon ay lumabas, iba pang mga particle, ay nahahati sa ilang mas magaan na nuclei (mga fragment), kadalasan sa dalawang nuclei na malapit sa masa.
Ang isang tampok ng nuclear fission ay na ito ay sinamahan ng paglabas ng dalawa o tatlong pangalawang neutron, na tinatawag na mga fission neutron. Dahil para sa medium nuclei ang bilang ng mga neutron ay humigit-kumulang katumbas ng bilang ng mga proton ( N/Z ≈ 1), at para sa mabibigat na nuclei, ang bilang ng mga neutron ay higit na lumampas sa bilang ng mga proton ( N/Z ≈ 1.6), kung gayon ang mga nagresultang fission fragment ay na-overload ng mga neutron, bilang isang resulta kung saan naglalabas sila ng mga fission neutron. Gayunpaman, ang paglabas ng mga fission neutron ay hindi ganap na nag-aalis ng labis na karga ng fragment nuclei ng mga neutron. Ito ay humahantong sa katotohanan na ang mga fragment ay radioactive. Maaari silang sumailalim sa isang serye ng β - -transformations, na sinamahan ng paglabas ng γ-quanta. Dahil ang β - -decay ay sinamahan ng pagbabago ng isang neutron sa isang proton, pagkatapos pagkatapos ng isang chain ng β - -transformations, ang ratio sa pagitan ng mga neutron at proton sa fragment ay aabot sa isang halaga na tumutugma sa isang matatag na isotope. Halimbawa, sa panahon ng fission ng uranium nucleus U
U+ n → Xe + Sr +2 n(265.1)
fission shard Bilang resulta ng tatlong pagkilos ng β - pagkabulok, ang Xe ay nagiging isang matatag na isotope ng lanthanum La:
Heh → Cs → Ba → La.
Maaaring magkakaiba ang mga fragment ng fission, kaya ang reaksyon (265.1) ay hindi lamang ang humahantong sa U fission.
Karamihan sa mga neutron ay ibinubuga halos kaagad sa panahon ng fission ( t≤ 10 –14 s), at isang bahagi (mga 0.7%) ang ibinubuga ng mga fission fragment ilang oras pagkatapos ng fission (0.05 s ≤ t≤ 60 s). Ang una sa mga ito ay tinatawag instant, ang ikalawa - antala. Sa karaniwan, 2.5 neutron ang ibinubuga para sa bawat kaganapan ng fission. Mayroon silang medyo malawak na spectrum ng enerhiya mula 0 hanggang 7 MeV, na may average na enerhiya na humigit-kumulang 2 MeV bawat neutron.
Ipinapakita ng mga kalkulasyon na ang nuclear fission ay dapat ding sinamahan ng pagpapalabas ng malaking halaga ng enerhiya. Sa katunayan, ang tiyak na nagbubuklod na enerhiya para sa medium-mass nuclei ay humigit-kumulang 8.7 MeV, habang para sa mabigat na nuclei ito ay 7.6 MeV. Dahil dito, ang fission ng isang mabigat na nucleus sa dalawang fragment ay dapat maglabas ng enerhiya na katumbas ng humigit-kumulang 1.1 MeV bawat nucleon.
Ang teorya ng fission ng atomic nuclei (N. Bohr, Ya. I. Frenkel) ay batay sa drop model ng nucleus. Ang nucleus ay isinasaalang-alang bilang isang patak ng isang electrically charged incompressible liquid (na may density na katumbas ng nuclear one at napapailalim sa mga batas ng quantum mechanics), ang mga particle kung saan, kapag ang isang neutron ay pumasok sa nucleus, ay nagsisimulang mag-oscillate, bilang isang resulta kung saan ang nucleus ay napunit sa dalawang bahagi, lumilipad na may napakalaking enerhiya.
Ang posibilidad ng nuclear fission ay tinutukoy ng neutron energy. Halimbawa, kung ang mga high-energy na neutron ay nagdudulot ng fission ng halos lahat ng nuclei, kung gayon ang mga neutron na may enerhiya ng ilang mega-electron-volts - mabigat lamang na nuclei ( PERO>210), Mga Neutron na may activation energy(ang pinakamababang enerhiya na kinakailangan para sa pagpapatupad ng reaksyon ng nuclear fission) ng pagkakasunud-sunod ng 1 MeV, sanhi ng fission ng nuclei ng uranium U, thorium Th, protactinium Pa, plutonium Pu. Ang nuclei U, Pu, at U, Th ay nahahati sa pamamagitan ng mga thermal neutron (ang huling dalawang isotopes ay hindi nangyayari sa kalikasan, sila ay nakuha nang artipisyal).
Ang mga pangalawang neutron na ibinubuga sa panahon ng nuclear fission ay maaaring maging sanhi ng mga bagong kaganapan sa fission, na ginagawang posible upang maisagawa reaksyon ng kadena ng fission- isang reaksyong nuklear kung saan ang mga particle na nagdudulot ng reaksyon ay nabuo bilang mga produkto ng reaksyong ito. Ang fission chain reaction ay nailalarawan sa pamamagitan ng salik ng pagpaparami k neutrons, na katumbas ng ratio ng bilang ng mga neutron sa isang naibigay na henerasyon sa kanilang bilang sa nakaraang henerasyon. Kinakailangang kondisyon para sa pagbuo ng isang fission chain reaction ay kinakailangan k ≥ 1.
Lumalabas na hindi lahat ng nagreresultang pangalawang neutron ay nagdudulot ng kasunod na nuclear fission, na humahantong sa pagbaba sa multiplication factor. Una, dahil sa may hangganang sukat core(ang espasyo kung saan nagaganap ang isang mahalagang reaksyon) at ang mataas na lakas ng pagtagos ng mga neutron, ang ilan sa kanila ay aalis sa core bago sila makuha ng anumang nucleus. Pangalawa, ang bahagi ng mga neutron ay nakukuha ng nuclei ng mga non-fissile na impurities, na laging naroroon sa core. Bilang karagdagan, kasama ang fission, maaaring maganap ang mga nakikipagkumpitensyang proseso ng radiative capture at inelastic scattering.
Ang multiplication factor ay nakasalalay sa likas na katangian ng fissile na materyal, at para sa isang naibigay na isotope, sa dami nito, pati na rin ang laki at hugis ng aktibong zone. Tinatawag ang pinakamababang sukat ng aktibong zone kung saan posible ang isang chain reaction kritikal na sukat. Ang pinakamababang masa ng fissile na materyal na matatagpuan sa isang sistema ng mga kritikal na sukat, na kinakailangan para sa pagpapatupad chain reaction, tinawag kritikal na masa.
Ang rate ng pag-unlad ng mga chain reaction ay iba. Hayaan T - karaniwang oras
buhay ng isang henerasyon, at N ay ang bilang ng mga neutron sa isang naibigay na henerasyon. Sa susunod na henerasyon, ang kanilang bilang ay kN,t. e. pagtaas ng bilang ng mga neutron bawat henerasyon dN = kN – N = N(k- isa). Ang pagtaas sa bilang ng mga neutron sa bawat yunit ng oras, i.e. ang rate ng paglago ng chain reaction,
. (266.1)
Pagsasama-sama (266.1), nakuha namin
,
saan N0 ay ang bilang ng mga neutron sa unang sandali ng oras, at N- ang kanilang numero sa isang pagkakataon t. N ay tinukoy ng tanda ( k- isa). Sa k> 1 ang pupunta pagbuo ng tugon. ang bilang ng mga dibisyon ay patuloy na lumalaki at ang reaksyon ay maaaring maging paputok. Sa k=1 ang pupunta tugon sa sarili kung saan ang bilang ng mga neutron ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon. Sa k <1 идет kumukupas na reaksyon,
Ang mga chain reaction ay nahahati sa kinokontrol at hindi nakokontrol. Ang pagsabog ng isang atomic bomb, halimbawa, ay isang hindi nakokontrol na reaksyon. Upang maiwasan ang pagsabog ng atomic bomb sa panahon ng pag-iimbak, ang U (o Pu) sa loob nito ay nahahati sa dalawang bahagi na malayo sa isa't isa na may mga masa na mas mababa sa kritikal. Pagkatapos, sa tulong ng isang ordinaryong pagsabog, ang mga masa na ito ay lumalapit sa isa't isa, ang kabuuang masa ng fissile na materyal ay nagiging mas kritikal, at ang isang sumasabog na chain reaction ay nangyayari, na sinamahan ng isang agarang pagpapakawala ng isang malaking halaga ng enerhiya at malaking pagkawasak. Nagsisimula ang pagsabog na reaksyon dahil sa mga available na spontaneous fission neutrons o cosmic radiation neutrons. Ang mga kinokontrol na chain reaction ay isinasagawa sa mga nuclear reactor.
Mga reaksyong nuklear. Ang interaksyon ng isang particle na may atomic nucleus, na humahantong sa pagbabago ng nucleus na ito sa isang bagong nucleus na may paglabas ng pangalawang particle o gamma quanta, ay tinatawag na nuclear reaction.
Ang unang reaksyong nuklear ay isinagawa ni Rutherford noong 1919. Natuklasan niya na kapag ang mga particle ng alpha ay bumangga sa nuclei ng mga atomo ng nitrogen, ang mga mabilis na gumagalaw na proton ay nabuo. Nangangahulugan ito na ang nucleus ng nitrogen isotope, bilang isang resulta ng isang banggaan sa isang alpha particle, ay naging nucleus ng isang oxygen isotope:
.
Ang mga reaksyong nuklear ay maaaring magpatuloy sa pagpapalabas o pagsipsip ng enerhiya. Gamit ang batas ng relasyon sa pagitan ng masa at enerhiya, ang enerhiya na ani ng isang reaksyong nukleyar ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng paghahanap ng pagkakaiba sa pagitan ng mga masa ng mga particle na pumapasok sa reaksyon at ang mga produkto ng reaksyon:
Chain reaction ng fission ng uranium nuclei. Kabilang sa iba't ibang reaksyong nuklear, ang mga chain reaction ng fission ng ilang heavy nuclei ay partikular na kahalagahan sa buhay ng modernong lipunan ng tao.
Ang reaksyon ng fission ng uranium nuclei sa panahon ng kanilang pambobomba sa mga neutron ay natuklasan noong 1939. Bilang resulta ng eksperimental at teoretikal na pag-aaral na isinagawa ni E. Fermi, I. Joliot-Curie, O. Hahn, F. Strassmann, L. Meitner, O Frisch, F. Joliot-Curie, natagpuan na kapag ang isang neutron ay pumasok sa uranium nucleus, ang nucleus ay nahahati sa dalawa o tatlong bahagi.
Ang fission ng isang uranium nucleus ay naglalabas ng humigit-kumulang 200 MeV ng enerhiya. Ang kinetic energy ng paggalaw ng fragment nuclei ay humigit-kumulang 165 MeV, ang natitirang enerhiya ay dinadala ng gamma quanta.
Alam ang enerhiya na inilabas sa panahon ng fission ng isang uranium nucleus, maaari nating kalkulahin na ang enerhiya na ani mula sa fission ng lahat ng nuclei ng 1 kg ng uranium ay 80 thousand billion joules. Ito ay ilang milyong beses na mas mataas kaysa sa kung ano ang pinakawalan kapag nagsusunog ng 1 kg ng karbon o langis. Samakatuwid, ang mga paghahanap ay ginawa para sa mga paraan upang mailabas ang nuclear energy sa makabuluhang dami para sa paggamit nito para sa mga praktikal na layunin.
Si F. Joliot-Curie ang unang nagmungkahi ng posibilidad ng mga nuclear chain reaction noong 1934. Noong 1939, kasama sina H. Halban at L. Kovarsky, natuklasan niya sa eksperimento na sa panahon ng fission ng uranium nucleus, bilang karagdagan sa mga fragment-nuclei , 2 -3 libreng neutron. Sa ilalim ng kanais-nais na mga kondisyon, ang mga neutron na ito ay maaaring tumama sa iba pang uranium nuclei at maging sanhi ng mga ito sa fission. Sa panahon ng fission ng tatlong uranium nuclei, 6-9 na bagong neutron ang dapat ilabas, mahuhulog sila sa bagong uranium nuclei, atbp. Ang pamamaraan para sa pagbuo ng isang chain reaction ng fission ng uranium nuclei ay ipinapakita sa Figure 316.
kanin. 316
Ang praktikal na pagpapatupad ng mga chain reaction ay hindi kasing simple ng isang gawain tulad ng nakikita sa diagram. Ang mga neutron na inilabas sa panahon ng fission ng uranium nuclei ay may kakayahang magdulot ng fission lamang ng nuclei ng uranium isotope na may mass number na 235, habang ang kanilang enerhiya ay hindi sapat upang sirain ang nuclei ng uranium isotope na may mass number na 238. Sa natural na uranium, ang uranium na may mass number na 238 account para sa 99.8%, habang ang uranium na may mass number na 235 account para sa 0.7% lamang. Samakatuwid, ang unang posibleng paraan upang magsagawa ng isang fission chain reaction ay nauugnay sa paghihiwalay ng uranium isotopes at ang paggawa ng isang purong isotope sa sapat na malalaking dami. Ang isang kinakailangang kondisyon para sa pagpapatupad ng isang chain reaction ay ang pagkakaroon ng isang sapat na malaking halaga ng uranium, dahil sa isang maliit na sample, ang karamihan sa mga neutron ay lumilipad sa sample nang hindi tumatama sa anumang nucleus. Ang pinakamababang masa ng uranium kung saan maaaring mangyari ang isang chain reaction ay tinatawag na critical mass. Ang kritikal na masa para sa uranium-235 ay ilang sampu-sampung kilo.
Ang pinakasimpleng paraan upang magsagawa ng chain reaction sa uranium-235 ay ang mga sumusunod: dalawang piraso ng uranium metal ang ginawa, bawat isa ay may mass na bahagyang mas mababa kaysa sa kritikal. Ang isang chain reaction sa bawat isa sa kanila nang hiwalay ay hindi maaaring pumunta. Sa mabilis na koneksyon ng mga piraso, isang chain reaction ang bubuo at napakalaking enerhiya ang pinakawalan. Ang temperatura ng uranium ay umabot sa milyun-milyong degree, ang uranium mismo at anumang iba pang mga sangkap na malapit ay nagiging singaw. Ang mainit na gas na bola ay mabilis na lumalawak, nasusunog at sinisira ang lahat ng bagay sa dinadaanan nito. Ito ay kung paano nangyayari ang isang nuclear explosion.
Napakahirap gamitin ang enerhiya ng isang nuclear explosion para sa mapayapang layunin, dahil ang pagpapakawala ng enerhiya sa kasong ito ay hindi makokontrol. Ang kinokontrol na mga reaksyon ng kadena ng fission ng uranium nuclei ay isinasagawa sa mga nuclear reactor.
Nuclear reactor. Ang mga unang nuclear reactor ay mabagal na neutron reactor (Larawan 317). Karamihan sa mga neutron na inilabas sa panahon ng fission ng uranium nuclei ay may enerhiya na 1-2 MeV. Kasabay nito, ang kanilang mga bilis ay katumbas ng humigit-kumulang 107 m / s, samakatuwid sila ay tinatawag na mabilis na mga neutron. Sa ganitong mga enerhiya, ang mga neutron ay nakikipag-ugnayan sa nuclei ng uranium at uranium na may humigit-kumulang sa parehong kahusayan. At dahil mayroong 140 beses na mas maraming uranium nuclei sa natural na uranium kaysa sa uranium nuclei, karamihan sa mga neutron na ito ay nasisipsip ng uranium nuclei at ang chain reaction ay hindi nabubuo. Ang mga neutron na gumagalaw sa bilis na malapit sa bilis ng thermal motion (mga 2·10 3 m/s) ay tinatawag na mabagal o thermal. Ang mga mabagal na neutron ay nakikipag-ugnayan nang mabuti sa uranium-235 nuclei at sinisipsip ng mga ito ng 500 beses na mas mahusay kaysa sa mga mabilis. Samakatuwid, kapag ang natural na uranium ay na-irradiated ng mga mabagal na neutron, karamihan sa kanila ay nasisipsip hindi sa uranium-238 nuclei, ngunit sa uranium-235 nuclei at nagiging sanhi ng kanilang fission. Dahil dito, para sa pagbuo ng isang chain reaction sa natural na uranium, ang neutron velocities ay dapat bawasan sa thermal.
kanin. 317
Ang mga neutron ay pinabagal bilang resulta ng mga banggaan sa atomic nuclei ng medium kung saan sila gumagalaw. Upang pabagalin ang mga neutron sa isang reaktor, ginagamit ang isang espesyal na sangkap na tinatawag na moderator. Ang nuclei ng mga atom ng sangkap ng moderator ay dapat magkaroon ng medyo maliit na masa, dahil sa isang banggaan sa isang light nucleus, ang isang neutron ay nawawalan ng mas maraming enerhiya kaysa sa isang banggaan sa isang mabigat. Ang pinakakaraniwang mga moderator ay ordinaryong tubig at grapayt.
Ang espasyo kung saan nagaganap ang chain reaction ay tinatawag na reactor core. Upang mabawasan ang pagtagas ng mga neutron, ang reactor core ay napapalibutan ng isang neutron reflector, na nagtatapon ng malaking bahagi ng emitted neutrons sa core. Ang reflector ay karaniwang ang parehong sangkap na nagsisilbing moderator.
Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagpapatakbo ng reaktor ay tinanggal gamit ang isang coolant. Ang mga likido at gas lamang na walang kakayahang sumipsip ng mga neutron ay maaaring gamitin bilang isang coolant. Ang ordinaryong tubig ay malawakang ginagamit bilang isang coolant, kung minsan ang carbon dioxide at maging ang likidong metal na sodium ay ginagamit.
Ang reactor ay kinokontrol sa pamamagitan ng mga espesyal na control (o control) rod na ipinapasok sa reactor core. Ang mga control rod ay ginawa mula sa boron o cadmium compound, na sumisipsip ng mga thermal neutron na may napakataas na kahusayan. Bago simulan ang operasyon ng reaktor, sila ay ganap na ipinakilala sa core nito. Ang pagsipsip ng isang makabuluhang bahagi ng mga neutron, ginagawa nilang imposibleng bumuo ng isang chain reaction. Upang simulan ang reaktor, ang mga control rod ay unti-unting binawi mula sa core hanggang ang paglabas ng enerhiya ay umabot sa isang paunang natukoy na antas. Kapag ang kapangyarihan ay tumaas sa itaas ng itinakdang antas, ang automata ay nakabukas, na naglulubog sa mga control rod sa lalim ng aktibong zone.
Nuclear energy. Ang enerhiyang nuklear para sa serbisyo ng kapayapaan ay inilagay sa unang pagkakataon sa ating bansa. Ang akademya na si Igor Vasilievich Kurchatov (1903-1960) ay ang unang tagapag-ayos at pinuno ng trabaho sa atomic science at teknolohiya sa USSR.
Sa kasalukuyan, ang pinakamalaking sa USSR at sa Europa, ang Leningrad NPP. SA AT. Ang Lenin ay may kapasidad na 4000 MW, i.e. 800 beses ang lakas ng unang nuclear power plant.
Ang halaga ng kuryente na nabuo sa malalaking nuclear power plant ay mas mababa kaysa sa halaga ng kuryente na nabuo sa mga thermal power plant. Samakatuwid, ang enerhiyang nuklear ay umuunlad sa isang pinabilis na bilis.
Ang mga nuclear reactor ay ginagamit bilang mga power plant sa mga barkong pandagat. Ang unang mapayapang barko sa mundo na may planta ng nuclear power, ang nuclear-powered icebreaker na Lenin, ay itinayo sa Unyong Sobyet noong 1959.
Ang Soviet nuclear-powered icebreaker na Arktika, na itinayo noong 1975, ang naging unang barkong pang-ibabaw sa mundo na nakarating sa North Pole.
thermonuclear reaksyon. Ang enerhiya ng nuklear ay inilabas hindi lamang sa mga reaksyon ng nuclear fission ng mabibigat na nuclei, kundi pati na rin sa mga reaksyon ng kumbinasyon ng light atomic nuclei.
Upang ikonekta ang mga tulad-sisingilin na mga proton, kinakailangan upang mapagtagumpayan ang mga puwersa ng Coulomb na salungat, na posible sa sapat na mataas na bilis ng mga nagbabanggaang particle. Ang mga kinakailangang kondisyon para sa synthesis ng helium nuclei mula sa mga proton ay matatagpuan sa mga interior ng mga bituin. Sa Earth, ang reaksyon ng thermonuclear fusion ay isinagawa sa mga eksperimentong thermonuclear na pagsabog.
Ang synthesis ng helium mula sa light isotope ng hydrogen ay nangyayari sa isang temperatura na humigit-kumulang 108 K, at para sa synthesis ng helium mula sa mabibigat na isotopes ng hydrogen - deuterium at tritium - ayon sa scheme
kailangan ang pag-init hanggang sa humigit-kumulang 5 10 7 K.
Sa panahon ng synthesis ng 1 g ng helium mula sa deuterium at tritium, ang enerhiya na 4.2·10 11 J ay inilalabas. Ang nasabing enerhiya ay inilalabas kapag 10 tonelada ng diesel fuel ang sinunog.
Ang mga reserba ng hydrogen sa Earth ay halos hindi mauubos, kaya ang paggamit ng enerhiya ng thermonuclear fusion para sa mapayapang layunin ay isa sa pinakamahalagang gawain ng modernong agham at teknolohiya.
Ang kinokontrol na thermonuclear reaksyon ng helium synthesis mula sa mabibigat na hydrogen isotopes sa pamamagitan ng pag-init ay dapat na isagawa sa pamamagitan ng pagpasa ng electric current sa plasma. Ang isang magnetic field ay ginagamit upang panatilihin ang pinainit na plasma mula sa pagpindot sa mga dingding ng silid. Sa pasilidad ng eksperimentong Tokamak-10, nagtagumpay ang mga physicist ng Sobyet sa pag-init ng plasma sa temperatura na 13 milyong degrees. Ang hydrogen ay maaaring pinainit sa mas mataas na temperatura gamit ang laser radiation. Upang gawin ito, ang mga light beam mula sa ilang mga laser ay dapat na nakatuon sa isang glass ball, sa loob kung saan ay isang halo ng mabibigat na isotopes ng deuterium at tritium. Sa mga eksperimento sa mga pag-install ng laser, ang plasma na may temperatura na ilang sampu-sampung milyong degree ay nakuha na.
Chain nuclear reaction. Bilang resulta ng mga eksperimento sa neutron irradiation ng uranium, natagpuan na sa ilalim ng pagkilos ng mga neutron, ang uranium nuclei ay nahahati sa dalawang nuclei (mga fragment) ng humigit-kumulang kalahati ng masa at singil; ang prosesong ito ay sinamahan ng paglabas ng ilang (dalawa o tatlong) neutron (Larawan 402). Bilang karagdagan sa uranium, ang ilan pang mga elemento mula sa mga huling elemento ng periodic system ng Mendeleev ay may kakayahang fission. Ang mga elementong ito, tulad ng uranium, fission hindi lamang sa ilalim ng impluwensya ng mga neutron, kundi pati na rin nang walang panlabas na impluwensya (kusang). Ang spontaneous fission ay itinatag sa eksperimentong paraan ng mga physicist ng Sobyet na sina K. A. Petrzhak at Georgy Nikolaevich Flerov (b. 1913) noong 1940. Ito ay isang napakabihirang proseso. Kaya, sa 1 g ng uranium, halos 20 kusang fission lamang ang nangyayari bawat oras.
kanin. 402. Fission ng isang uranium nucleus sa ilalim ng impluwensya ng mga neutron: a) ang nucleus ay kumukuha ng isang neutron; b) ang epekto ng isang neutron sa nucleus ay nagiging sanhi ng pag-oscillate ng huli; c) ang nucleus ay nahahati sa dalawang fragment; mas maraming neutron ang ibinubuga.
Dahil sa mutual electrostatic repulsion, nagkakalat ang mga fission fragment sa magkasalungat na direksyon, na nakakakuha ng malaking kinetic energy (tungkol sa ). Ang reaksyon ng fission ay nangyayari sa isang makabuluhang pagpapalabas ng enerhiya. Ang mabilis na gumagalaw na mga fragment ay matinding nag-ionize sa mga atomo ng medium. Ang katangian ng mga fragment na ito ay ginagamit upang makita ang mga proseso ng fission gamit ang isang ionization chamber o cloud chamber. Ang isang larawan ng mga bakas ng fission fragment sa isang cloud chamber ay ipinapakita sa fig. 403. Napakahalaga na ang mga neutron na ibinubuga sa panahon ng fission ng isang uranium nucleus (ang tinatawag na secondary fission neutrons) ay may kakayahang magdulot ng fission ng bagong uranium nuclei. Dahil dito, posible na magsagawa ng isang reaksyon ng kadena ng fission: sa sandaling lumitaw, ang reaksyon, sa prinsipyo, ay maaaring magpatuloy sa kanyang sarili, na sumasaklaw sa isang pagtaas ng bilang ng mga nuclei. Ang scheme ng pag-unlad ng naturang lumalagong reaksyon ng cellon ay ipinapakita sa Fig. 404.
kanin. 403. Larawan ng mga bakas ng uranium fission fragment sa isang cloud chamber: ang mga fragment () ay nakakalat sa magkasalungat na direksyon mula sa isang manipis na layer ng uranium na idineposito sa isang plate na nakaharang sa chamber. Ang larawan ay nagpapakita rin ng maraming mas manipis na bakas na kabilang sa mga proton na pinatumba ng mga neutron mula sa mga molekula ng water car na nasa loob ng silid.
Ang pagsasagawa ng fission chain reaction ay hindi madali sa pagsasanay; Ipinapakita ng karanasan na sa masa ng natural na uranium ay hindi nagaganap ang isang chain reaction. Ang dahilan para dito ay namamalagi sa pagkawala ng mga pangalawang neutron; sa natural na uranium karamihan sa mga neutron ay wala sa laro nang hindi nagiging sanhi ng fission. Tulad ng ipinahayag ng mga pag-aaral, ang pagkawala ng mga neutron ay nangyayari sa pinakakaraniwang isotope ng uranium - uranium - 238 (). Ang isotope na ito ay madaling sumisipsip ng mga neutron sa isang reaksyong katulad ng reaksyon ng pilak sa mga neutron (tingnan ang § 222); ito ay gumagawa ng isang artificially radioactive isotope. Ito ay nahahati nang may kahirapan at sa ilalim lamang ng pagkilos ng mga mabilis na neutron.
Ang isang isotope na nakapaloob sa natural na uranium sa isang halaga ay may mas matagumpay na mga katangian para sa isang chain reaction. Nahahati ito sa ilalim ng pagkilos ng mga neutron ng anumang enerhiya - mabilis at mabagal, at mas mabuti, mas mababa ang enerhiya ng neutron. Ang proseso na nakikipagkumpitensya sa fission - ang simpleng pagsipsip ng mga neutron - ay malamang na hindi kabaligtaran sa. Samakatuwid, sa purong uranium-235, ang isang fission chain reaction ay posible, sa kondisyon, gayunpaman, na ang masa ng uranium-235 ay sapat na malaki. Sa mababang-mass uranium, ang reaksyon ng fission ay tinapos dahil sa paglabas ng mga pangalawang neutron sa labas ng bagay nito.
kanin. 404. Pagbuo ng isang Mahalagang Reaksyon ng Fission: Ito ay may kondisyong tinatanggap na ang dalawang neutron ay ibinubuga sa panahon ng nuclear fission at walang mga pagkawala ng neutron, i.e. bawat neutron ay nagdudulot ng bagong fission; bilog - fission fragment, arrow - fission neutrons
Sa katunayan, dahil sa maliit na sukat ng atomic nuclei, ang isang neutron ay naglalakbay ng mahabang distansya sa bagay (sinusukat sa sentimetro) bago aksidenteng natamaan ang isang nucleus. Kung ang mga sukat ng katawan ay maliit, kung gayon ang posibilidad ng isang banggaan sa daan patungo sa labasan ay maliit. Halos lahat ng pangalawang fission neutron ay lumilipad palabas sa ibabaw ng katawan nang hindi nagiging sanhi ng mga bagong fission, ibig sabihin, nang hindi nagpapatuloy ang reaksyon.
Mula sa isang katawan na may malalaking sukat, ito ay pangunahing mga neutron na nabuo sa ibabaw na layer na lumilipad palabas. Ang mga neutron na nabuo sa loob ng katawan ay may sapat na kapal ng uranium sa harap nila at sa karamihan ay nagiging sanhi ng mga bagong fission, na nagpatuloy sa reaksyon (Fig. 405). Kung mas malaki ang masa ng uranium, mas maliit ang bahagi ng volume ay ang ibabaw na layer, kung saan maraming mga neutron ang nawala, at mas kanais-nais ang mga kondisyon para sa pagbuo ng isang chain reaction.
kanin. 405. Pagbuo ng fission chain reaction sa . a) Sa isang maliit na masa, karamihan sa mga fission neutron ay lumilipad palabas. b) Sa malaking masa ng uranium, maraming fission neutron ang nagiging sanhi ng fission ng bagong nuclei; ang bilang ng mga dibisyon ay tumataas mula sa henerasyon hanggang sa henerasyon. Mga bilog - fission fragment, arrow - fission neutrons
Sa pamamagitan ng unti-unting pagtaas ng halaga, maaabot natin ang kritikal na masa, ibig sabihin, ang pinakamaliit na masa, simula kung saan posible ang isang sustained fission chain reaction. Sa karagdagang pagtaas ng masa, ang reaksyon ay magsisimulang bumuo ng mabilis (ito ay sisimulan sa pamamagitan ng kusang fission). Kapag ang masa ay bumaba sa ibaba ng kritikal na halaga, ang reaksyon ay nabubulok.
Kaya, maaari kang magsagawa ng chain reaction ng fission. Kung mayroon kang sapat na dalisay, hiwalay sa .
Tulad ng nakita natin sa §202, ang paghihiwalay ng isotope ay isang kumplikado at mahal na operasyon, ngunit posible pa rin ito. Sa katunayan, ang pagkuha mula sa natural na uranium ay isa sa mga paraan kung saan isinabuhay ang fission chain reaction.
Kasama nito, ang chain reaction ay nakamit sa ibang paraan, na hindi nangangailangan ng paghihiwalay ng uranium isotopes. Ang pamamaraang ito ay medyo mas kumplikado sa prinsipyo, ngunit mas madaling ipatupad. Ginagamit nito ang pagbagal ng mabilis na pangalawang fission neutron sa bilis ng thermal motion. Nakita natin na sa natural na uranium ang mga agarang pangalawang neutron ay pangunahing hinihigop ng isotope. Dahil ang pagsipsip sa ay hindi humahantong sa fission, ang reaksyon ay nagtatapos. Ipinapakita ng mga sukat na kapag ang mga neutron ay pinabagal sa thermal velocities, ang absorbing power ay tumataas nang higit kaysa sa absorbing power . Ang pagsipsip ng mga neutron sa pamamagitan ng isotope, na humahantong sa fission, ay nakakakuha ng mataas na kamay. Samakatuwid, kung ang mga fission neutron ay pinabagal, na pinipigilan ang mga ito na masipsip sa , ang isang chain reaction ay magiging posible sa natural na uranium.
kanin. 406. Isang sistema ng natural na uranium at isang moderator kung saan maaaring magkaroon ng fission chain reaction
Sa pagsasagawa, ang resultang ito ay nakakamit sa pamamagitan ng paglalagay ng mga flue rod ng natural na uranium sa anyo ng isang bihirang sala-sala sa moderator (Larawan 406). Ang mga sangkap na may mababang atomic mass at mahinang sumisipsip ng mga neutron ay ginagamit bilang mga moderator. Ang mga mahusay na moderator ay grapayt, mabigat na tubig, beryllium.
Hayaang maganap ang fission ng uranium nucleus sa isa sa mga rod. Dahil ang baras ay medyo manipis, ang mabilis na pangalawang neutron ay lilipad halos lahat sa moderator. Ang mga tungkod ay matatagpuan sa sala-sala medyo bihira. Bago tumama sa bagong baras, ang ibinubuga na neutron ay nakakaranas ng maraming banggaan sa nuclei ng moderator at bumabagal sa bilis ng thermal motion (Fig. 407). Ang pagkakaroon pagkatapos ay pindutin ang uranium rod, ang neutron ay malamang na masisipsip at magdulot ng isang bagong fission, at sa gayon ay magpapatuloy sa reaksyon. Ang fission chain reaction ay unang isinagawa sa Estados Unidos noong 1942. isang pangkat ng mga siyentipiko na pinamumunuan ng Italyano na pisiko na si Enrico Fermi (1901-1954) sa isang sistemang may natural na uranium. Ang prosesong ito ay nakapag-iisa na ipinatupad sa USSR noong 1946. Ang akademya na si Igor Vasilievich Kurchatov (1903-1960) kasama ang mga empleyado.
kanin. 407. Pagbuo ng isang mahalagang reaksyon ng fission sa isang sistema ng natural na uranium at isang moderator. Ang isang mabilis na neutron, na lumilipad mula sa isang manipis na baras, ay tumama sa moderator at bumagal. Muli sa uranium, ang pinabagal na neutron ay malamang na masipsip sa , na nagiging sanhi ng fission (simbolo: dalawang puting bilog). Ang ilang mga neutron ay nasisipsip nang hindi nagiging sanhi ng fission (simbolo: itim na bilog)
