Tipuri de reacții nucleare
În funcție de procesele care au loc cu nuclee atomice în timpul reacțiilor nucleare, distinge fisiunea nucleară și fuziunea nucleară.
Reacția de fisiune nucleară
În cazul în care rezultatul a kernel-ului de reacție nucleară se desparte în nucleu mai mici, această reacție se numește reacția de fisiune nucleară.
Fisiunea nucleară poate să apară spontan sau ca rezultat al interacțiunii nucleului cu alte particule.
Când spontan sau spontan nucleu de fisiune se împarte în două părți egale. O astfel de diviziune este posibilă numai în nuclee grele, la un moment în care forțele electrostatice de protoni repulsie din nucleu sunt mai multă energie nucleară. Probabilitatea acestui eveniment este extrem de mic. De exemplu, doar una dintre cele două milioane de nuclee de uraniu, cel mai greu element de natură a trecut printr-o dezintegrare spontană de cinci miliarde de ani.
Cele mai multe reacții de fisiune nucleară a nucleelor grele apar de neutroni.
In 1939, oamenii de știință germani Otto Hahn și Friedrich Wilhelm Strassmann, explorarea elementelor formate după iradierea cu neutroni de uraniu, a descoperit izotopul radioactiv de bariu, a cărei greutate a fost considerabil mai mică decât masa uraniului. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că bariul a fost format prin dezintegrarea nucleelor de uraniu.
Explicația acestui proces din punct de vedere al fizicii a dat fizicianul austriac Liza Meytner și nepotul ei, fizicianul englez nucleară Otto Robert Frisch. Ei au folosit pentru prima dată termenul de „divizare“ și a prezentat versiunea fisiunea nucleelor de uraniu sub influența unui neutron în 2 fragmente de aproximativ egale în greutate.
De fapt, totul se întâmplă așa. În fisiunea nucleară de uraniu șpalturi nucleu greu în două (uneori trei) greutate de bază, care sunt similare în magnitudine.
În natură, există trei izotopi de uraniu 234 92 235 U. U 92 92 238 și U. interes particular pentru reacția Fizicieni este uraniu de fisiune 92 235 U. Când neutronul intră în ea, se formează un fragment cu două sau trei nuclee și neutroni 2-3 a doua generație. Aceste neutronii pot provoca fisiunea altor nuclee de uraniu și apariția a treia generație 4-9 neutroni, care pot bombardeaza noul nucleu de uraniu. Procesul de divizare crește de avalanșă. O astfel de reacție se numește reacție în lanț de fisiune nucleară.
Dar acest lucru se întâmplă doar în cazul ideal. De fapt, nu toate neutronii pot cauza fisiunea uraniului 235 92 In U. din minată minereu de uraniu uraniu natural într-un procent de 92 235 U este de numai 0,72%. Proporția de 92 234 U este chiar mai puțin - 0,0055%. Restul de 99.2745% cădere la 92 238 U. Acest izotop este relativ stabil și ușor absoarbe neutroni, fără a da începe o reacție în lanț. O parte din neutroni absorbite de nucleele altor elemente formate în etapa anterioară de reacție în lanț. Și concentrația lor nu poate fi suficient pentru a dezvolta o reacție în lanț. De aceea, la reacția în lanț continuă, este esențial ca următoarea fază a reacției cu neutroni a fost mai mare decât cea anterioară.
Într-o bucată de uraniu cu o masă mică de neutroni poate zbura la toate dincolo de ea, nu avea să se confrunte cu oricare din miez. Masa minimă a unei substanțe care este necesară pentru a iniția o reacție în lanț de fisiune autoîntreținută, numită masa critică. Pentru uraniu natural 235 U 92 masa critică este de 50 kg.
Ca rezultat al reacției de fisiune 235 U 92 poate fi format în jurul sute izotopi diferiți: 144 56 Ba (bariu), 54 140 Xe (xenon), 94 38 Sr (stronțiu), etc. Deoarece nucleele formate, fragmentele observate neutroni în exces, ele sunt instabile. Ele apar secvențial β - dezintegreaza ca rezultat care protonilor din nucleul devine mai mare, iar numărul de neutroni scade. Și așa continuă atâta timp cât noul kernel nu va fi stabil.
În procesul de divizare un miez de uraniu este eliberată energia cinetică de 200 MeV. Aceasta este o valoare foarte mare. Și omenirea a învățat să-l folosească în beneficiul lor, creând astfel un reactoare nucleare controlate.
fuziunea nucleară
Procesul de fuziune a nucleelor ușoare într-una mai grea, miezul este numita reacție de fuziune nucleară.
Reacția de fuziune nucleară - în esență opusă reacției de fisiune, așa cum se întâmplă în unirea nucleilor mici în mare.
Nucleele atomice sunt încărcate pozitiv. Prin urmare, fuziunea lor preveni forțele de repulsie electrostatice ( „bariera Coulomb“). Dar dacă concilia miez cu o distanță egală cu dimensiunea nucleelor lor (1 0 -15 m), care va acționa asupra forțelor de atracție nucleare de aproximativ 100 de ori mai mari decât forțele de repulsie electrostatice. Deci, pentru a începe reacția de fuziune, nucleele trebuie să depășească „bariera Coulomb“. Acest lucru este posibil numai în cazul în care energia cinetică a mișcării termice a moleculelor unei substanțe mai mult decât energia potențială a interacțiunii Coulomb. Pentru acest material trebuie să fie încălzite la temperaturi foarte ridicate (aproximativ 10 8 10 9 K). La această temperatură, este o plasma ionizată. Această stare specială a materiei în care nucleele și electronii, cum ar fi independente una de cealaltă.
reacția de sinteză, care se extinde la temperaturi de ultraînaltă, numita reacție de fuziune (de la cuvintele grecești Therme, însemnând „căldură“).
Reacțiile de fuziune au loc cu eliberarea de energie. Iar dacă fisiunea uraniului nucleu eliberează energie de 200 MeV (0, 9 MeV per nucleon 1) este alocat 17,6 MeV în reacția de fuziune termonucleară deuteriu nuclee de izotopi de hidrogen și de tritiu cu formarea de heliu:
În natură reacțiile de fuziune au loc în stele.
De ani de zile, fizicienii încearcă să învețe cum să controleze reacțiile termonucleare. Dar, pentru a face dificilă punct de vedere tehnic.
În primul rând, este necesar să se obțină o temperatură ridicată de ordinul din 10 august K. Această problemă ar putea fi rezolvată în Institutul de Energie Atomică. I. V. Kurchatova, crearea de descărcări electrice centrale electrice mari (camera TOriodalnaya cu bobine magnetice) „Tokamak“ în plasmă. Deja în 1969 a reușit să obțină o temperatură de aproximativ 3 M ° C.
În 1983, instalarea JET (Joint European Torus) a fost creată în Europa, în care plasma este capabil să se încălzească până la 150 ° C. M Acest lucru este de departe cel mai mare Tokamak din lume.
Dar cum să păstreze plasma în interiorul camerei? La urma urmei, în natură nu există materiale care pot rezista la temperaturi foarte ridicate de milioane de grade. Acest lucru a fost realizat prin plasarea camerei într-un câmp magnetic toroidal, unde plasma sub forma unei mingi „blochează“ pe liniile de inducție ale câmpului magnetic, fără a atinge pereții camerei.
Din păcate, pentru o lungă perioadă de timp pentru a menține plasma încă nu am învățat. Dar, dacă oamenii de știință reușesc să facă acest lucru, omenirea va fi în măsură să controleze reacția de fuziune și de a obține o sursă aproape inepuizabilă de energie.