Reacția de fisiune nucleară - reacția de fisiune, care constă în faptul că nucleul greu de neutroni, dar după cum sa dovedit mai târziu, și alte particule este împărțit în mai multe nuclee mai ușoare (fragmente), cel mai adesea pe cele două miezuri care sunt apropiate în masă.
O caracteristică a fisiune nucleară este că aceasta este însoțită de emisia de două sau trei neutroni secundari numite neutroni de fisiune. Deoarece numărul mediu de neutroni nuclee este aproximativ egal cu numărul de protoni (N / Z ≈ 1) și nucleii grele, numărul de neutroni este semnificativ mai mare decât numărul de protoni (N / Z ≈ 1,6), fragmentele de fisiune formate supraîncărcate cu neutroni, prin care ei și emit neutroni de fisiune. Cu toate acestea, emisia de neutroni de fisiune nu elimină complet suprasarcină fragmente de neutroni nuclee. Aceasta conduce la faptul că fragmentele sunt radioactive. Acestea pot suferi o serie de # 946; - -prevrascheny, însoțit de o emisie de # 947; raze. deoarece # 946; - dezintegrarea este însoțită de transformarea unui neutron într-un proton, după lanțul # 946; - raportul -prevrascheny dintre neutroni și protoni din fragmentul atinge valoarea corespunzătoare izotopul stabil. De exemplu, în fisiunea miezului uraniu U
U + n → Xe + Sr + 2 n (265,1)
fragment de fisiune Xe ca urmare a trei acte # 946; - -decay transformat într-un grajd izotop lantan La:
Xe → Cs → Ba → La.
Fragmentele de fisiune pot fi variate, astfel încât reacția (265,1) nu este singura care conduce la divizarea U.
Majoritatea neutronilor de fisiune emisi aproape instantaneu (t ≤ 10 -14 c), o parte (aproximativ 0,7%) este emis de fisiune fragmente câtva timp după fisiune (0,05 c ≤ t ≤ 60). Prima dintre acestea se numesc instant, al doilea - retardat. În medie, fiecare neutroni de fisiune emise de 2.5. Acestea au un spectru de energie relativ larg în intervalul de la 0 la 7 MeV, cel de neutroni în medie, energia de aproximativ 2 MeV.
Calculele arată că fisiunea nucleară ar trebui să fie, de asemenea, însoțită de eliberarea unor cantități mari de energie. De fapt, energia de legare pentru masa medie a nucleelor specifice este de aproximativ 8,7 MeV, în timp ce pentru nuclee grele este egală cu 7,6 MeV. Prin urmare, prin divizarea nucleului greu în două fragmente trebuie să fie eliberată de energie egală cu aproximativ 1,1 MeV per nucleon Lon.
Baza teoriei fisiunii nucleare (Niels Bohr, Ya. I. Frenkel) Pune modelul de picurare a nucleului. Miezul este considerat ca o picătură de fluid incompresibil încărcat electric (cu densitatea nucleară și se supune legilor mecanicii cuantice), particulele care vin în contact cu mișcarea de oscilație a neutronului în miez, în care miezul este rupt în două părți, cu o mare împrăștiere a energiei.
Probabilitatea este determinată de energia neutronilor de fisiune nucleară. De exemplu, când neutroni de înaltă energie produce fisiune aproape toate nucleele, neutroni cu energii de câțiva volți mega-electron - doar nuclee grele (A> 210), neutroni având o energie de activare (energia minimă necesară pentru reacția de fisiune nucleară) de aproximativ 1 MeV cauza fisiune de uraniu toriu U, Th, protactiniu Pa, Pu Pu. neutronilor termici sunt împărțite în miez de U, Pu, și U, Th (ultimele două izotop nu a fost găsit în natură, ele sunt obținute prin mijloace artificiale).
Emiși în fisiunea neutroni secundari pot provoca evenimente suplimentare de fisiune, făcând posibilă realizarea reacției de fisiune în lanț - o reacție nucleară în care particulele care provoacă reacția sunt formate ca produșii de reacție. Reacția în lanț a neutronilor de fisiune razmnozheniyak caracterizat coeficient, care este egal cu numărul de neutroni dintr-o anumită generație numărul din generația anterioară. O condiție necesară pentru dezvoltarea reacției de fisiune în lanț este cerința ca k ≥ 1.
Se pare că nu toate neutronilor secundari care rezultă produce fisiune ulterioară, rezultând o reducere a factorului de multiplicare. În primul rând, din cauza dimensiunii finite a zonei active (spațiul în care există o reacție în lanț) și capacitatea ridicată penetrant de neutroni unii dintre ei vor părăsi zona activă înainte va fi capturat de către un nucleu. În al doilea rând, unele dintre neutroni capturați de impuritățile nuclee fisionabile prezente mereu în miez Mai mult, împreună cu divizia poate avea loc procese concurente de captare radiativ și împrăștierea neelastic.
factor de multiplicare depinde de natura materialului fisionabil, iar izotopul - pe cantitatea și mărimea și forma miezului. Dimensiunile minime ale miezului, în care posibila implementare a unei reacții în lanț, numit dimensiunile critice. Masa minimă a substanței fisionabile în dimensiune critică a sistemului necesare pentru o reacție în lanț numit masa critică.
Rata de dezvoltare a reacțiilor în lanț sunt diferite. Fie T - timpul mediu
o generație și N - numărul de neutroni dintr-o anumită generație. În următoarea generație de numărul lor este egal cu kN, t. . E numărul de neutroni într-o singură generație incrementare Dn = kN - N = N (k - 1). Incrementat numărul de neutroni pe unitatea de timp, t. E. Viteza de reacție în lanț creștere
Integrarea (266.1), obținem
,
unde N0 - numărul de neutroni la momentul inițial și N - numărul în timpul t. N este determinată de semnul (k - 1). Pentru k> 1 este o reacție în curs de dezvoltare, numărul de diviziuni este în continuă creștere, iar reacția poate deveni explozivă. Atunci când k = 1 este reacția de sine stătătoare, în care numărul de neutroni în timp nu se schimba. pentru k <1 идет затухающая реакция,
Reacțiile în lanț dpyatsya în gestionate și neadministrate. Explozia bombei atomice, de exemplu, este o reacție necontrolabilă. Pentru bomba atomică în timpul depozitării nu explodează, este U (sau Pu) este împărțit în două porțiuni distanțate cu mase de mai jos critică. Apoi, folosind aceste mase de explozie convenționale converge, masa totală a materialului fisionabil devine mai mare decât critică și există un lanț exploziv re acțiune, însoțită de eliberarea instantanee cantități uriașe de energie și mare distrugere. reacție explozivă începe în interiorul neutronilor de fisiune spontane existente sau a radiației cosmice. Reacțiile în lanț controlate apar în reactoare nucleare.
În natură, există trei izotop care pot servi combustibil nuclear (U: în uraniu natural conține aproximativ 0,7%) sau materie primă pentru producerea acesteia (Th și U: conține aproximativ 99,3% în uraniu natural). Th este materia primă pentru producerea artificială a combustibilului nuclear U (vezi. Reacția (265.2)) și U, absorbind neutronilor de două consecutive # 946; - dezintegreaza - să fie transformată în Pu miez.
U + n → U → Np → Pu. (266.2)
Reacțiile (266,2) și (265,2), deschizând astfel posibilitatea de reproducere a unui combustibil nuclear real, în timpul reacției de fisiune în lanț.