<--- Энергия деления ядер и цепная ядерная реакция --->
O trăsătură caracteristică a procesului de fisiune nucleară a atomilor de uraniu (sau plutoniu) prin captura neutronilor unul este că, împreună cu eliberare c de cantități mari de energie, acest proces soprovozhdaetsya și emisia instantanee a două sau mai multe neytronov. Acest lucru poate fi exprimată prin următoarea ecuație: neutron + nucleu de uraniu-235 atom (sau plutoniu-239) ->
--> Fragmente Fisiune + 2 (sau 3) + neutron energie. Osvobozhdayuschiesya cu neutroni, la rândul său cauza sposobny altă fisiune nucleară a atomilor de uraniu (sau plutoniu) din noua emisie de neutroni, care pot provoca o fisiune nucleară în continuare, și așa mai departe. Astfel, în principiu, un singur neutron ar putea începe un lanț de fisiune nucleară, și, după cum se va vedea din următorul text, numărul implicat în acest proces este numărul de boabe și, eliberat în același timp, în creștere de energie cu o viteză enormă.
Există multe opțiuni diferite pentru împărțirea nucleului atomului unui material fisionabil dat în două fragmente, dar cantitatea totală de energie eliberată de fiecare act de fisiune variază nesemnificativ. Valoarea medie aproximativă a acestei energii este de 200 milioane de electron-volți. O unitate convenabilă a cantității de energie eliberată în timpul reacțiilor nucleare a fost de 1 milion de electron-volți (sau 1 MeV). Această valoare este echivalentă cu 1,6 x 10 "jouli". Distribuția acestei energii între fragmentele de fisiune și diferitele tipuri de emisii radioactive în reacția de fisiune este prezentată mai jos.
Distribuția energiei de fisiune a nucleelor
MeV
- energia cinetică a fragmentelor de fisiune. 165 ± 5
- energia radiațiilor gamma instantanee. 7 ± 1
- energia cinetică a neutronilor produsi în timpul reacției de fisiune. 5 ± 0,5
- energia particulelor beta emise de produsele de fisiune. 7 ± 1
- Energia razelor gamma emise de produsele de fisiune. 6 ± 1
- energia neutronilor emise de produsele de fisiune. 10
Energia totală a reacției de fisiune. 200 ± 6
Datele prezentate în tabel se aplică urany-233, la rana-235 și plutoniu-239. Acestea sunt doar trei elemente cunoscute, care, destul de bine își păstrează stabilitatea lor, pot fi depozitate pentru perioade lungi de timp fără descompunere apreciabilă și în același timp, sunt capabili de a suferi o reacție de fisiune prin lyubyx neutron captarea energiei. Prin urmare, aceste elemente sunt numai materiale fisionabile, care poate fi utilizat pentru a menține reacția în lanț de fisiune. Uraniu-238 atomi conținute în uraniu natural, în cea mai mare cantitate (99,3%) și toriu-232 atomi sunt supuse captarea de neutroni de fisiune doar de energie înaltă și neutroni scăzute de energie sunt împărțite. Prin urmare, aceste substanțe nu poate susține o reacție în lanț. Cu toate acestea, reacția de distribuție a energiei de fisiune nucleară a acestor elemente este același cu cel indicat în tabel.
Într-o explozie nucleară, doar o fracțiune din energia de fisiune nucleară este eliberată imediat; constă din energia cinetică a fragmentelor de fisiune, partea predominantă a promptă gamma-radiație și fluxului de neutroni de energie și o mică parte a degradării energetice a produselor de fisiune. Există unele compensații pentru energia eliberată în timpul reacțiilor nucleare, care sunt însoțite de captarea neutronilor prin fragmente de fisiune; prin urmare, se presupune că aproximativ 180 MeV de energie este eliberată în timpul fiecărei reacții de fisiune. B 235 g uraniu-235 (sau 239 g plutoniu-239) conține 6,02 x 10 "/>
Echivalentul energiei eliberat în timpul exploziei de 1 kiloton de TNT
- împărțirea completă a 0,056 kg (56 g) de material fisionabil;
- diviziunea de 1,45 x 10 "/> - 10" /> - 4,2 x 10 "/> - 1,15 x 10" /> - 1,8 x 10 "
Date Interecnye asociate cu viteza de eliberare a energiei într-o explozie nucleară poate fi obținută dacă luăm în considerare reacția nucleară în lanț în ansamblu ca o serie de reacții etape individuale tsepnyh. Să presupunem că inițial există un număr de neutroni sunt captate de nucleele atomilor kotorye delyaschegosya substanță; apoi în timpul neutronilor de fisiune sunt eliberați altele, kotorye la rândul său, capturat de nuclee de atomi alt material fisionabil. Rezultatul B al acestor transformări este eliberat mai mult și mai multă muniție. Fiecare etapă a reacției de fisiune în lanț este considerată ca o nouă generație de neutroni și formarea fiecăruia dintre aceste generații este un timp mediu în cursul căreia zapozhdaetsya. Timpul necesar pentru împărțirea efectivă a nucleului unui atom este extrem de mică, iar majoritatea neutronii sunt emise în aceeași clipă. Prin urmare, formarea unei noi generații de neutroni este sensibil egal cu timpul mediu dintre momentul curge eliberare de neutroni și punctul de captare nucleu atomic ulterioară a materialului fisionabil. Printre alți factori, de data aceasta depinde de puterea (sau viteza) a neutronului; în cazul în care majoritatea neutronii energie relativ mare, iar în acest caz, ele sunt numite neutroni rapizi, în timp ce formarea unei noi generații de neutroni este de aproximativ o sutime de o milionime de secundă, atunci există o sutime de mikrosekyndy.
Deși divizarea fiecărui atom al nucleului este eliberat din două-trei neutroni, nu toate aceste neutroni sunt în măsură să aducă o nouă divizie; unii dintre ei din zona de reacție, în timp ce altele nu reacționează însoțite de fisiune nucleară. Să presupunem că la capturarea unui nucleu de reacție de fisiune atom de neutroni apare, rezultând în neutroni eliberați f; Fie L este răspunsul mediu pentru fiecare diviziune a numărului de neutroni, care nu au intrat un motiv sau altul în ea. Apoi, numărul de neutroni capabile să suporte reacția în lanț va fi egal cu f - L. Dacă în orice moment există N neutroni, ca urmare a captării de nuclee de atomi ai materialului fisionabil în sfârșitul perioadei de formare a unei generații este eliberat neutronilor N (f - L) de neutroni; prin urmare, creșterea numărului de neutroni în fiecare cantitate nouă generație N (f - L) - N. sau N (f - L - L). Pentru valoarea comoditate f - L - L. caracterizând crește numărul de neutroni per reacție de fisiune, ai Razim prin x. Dacă g - formarea unei noi generații de neutroni, numărul de neutroni al ratei de creștere poate fi exprimată după cum urmează:
"/> Soluția acestei ecuații este expresia
"/> - numărul inițial de neutroni;
N este numărul de neutroni eliberați în timp t;
"/> Exprimând această fracție în termeni de n, obținem următoarea ecuație:". />
Dacă știți valoarea lui x. atunci ecuația de mai sus poate fi utilizată pentru a calcula un număr de neutroni eliberați prin formarea unui număr predeterminat de generații neytronov cu reacția nucleară în lanț, sau cantitatea de generații neutronii generați necesare pentru vysvobozhdeniya anumit număr de particule elementare. Pentru valoarea U-235 f este de aproximativ 2,5; t valoare poate fi luată egală cu aproximativ 0,5; în consecință, magnitudinea lui x. egal cu f - L - L. va fi aproximativ egal cu 1. Prin urmare, ecuația de mai sus poate fi scrisă astfel:
Pentru energia vydeleniya echivalentă cu explozia de 0.1 kilotone de TNT nevoie pentru a transporta 1.45 x 10 „/> este egal cu 1, atunci din ecuația de mai sus, care să elibereze numărul dorit de neutroni necesari pentru a forma aproximativ 51 de generare de neutroni. In mod similar, pentru a izola energie echivalentă cu explozia de 100 kilotonn TNT nevoie x 10 1.45 „/>
Datele de mai sus arată că, pentru formarea de mai mult de 50 de generații de neutroni, adică pe o perioadă de la începutul reacției în lanț de fisiune nucleară aproximativ jumătate microsecundă este alocată o astfel de cantitate enormă de energie care temperatura mediului ambiant crește la un nivel extrem de ridicat. Rezultatul B, în ciuda efectului de ecranare a limita sarcina nucleară și plasarea carcasei exterioare, masa de material de fisiune începe să se extindă rapid. Timpul, după care începe această extensie, numită în momentul exploziei. Deoarece expansiunea materialului fisionabil conduce la mai rapid neutroni vyletu de reacție, într-adevăr, de autosusținere reacție în lanț se oprește în curând, în ciuda faptului că o parte considerabilă a materialului fisionabil încă nu reacționează. Unele reacții de fisiune va continua ca urmare a captura neutronilor, dar cantitatea de energie eliberată în timpul acestei vor fi relativ mici.
Pentru a rezuma cele de mai sus, se poate afirma că, datorită eliberării instantanee de neutroni din reacția de fisiune este posibil, în principiu, pentru a crea condițiile pentru apariția unei reacții nucleare în lanț autoîntreținută, care va fi urmată de o eliberare rapidă a unei cantități mari de energie. Ca urmare, este posibil, prin utilizarea mai multor kilograme de material fisionabil, să aloce o mică fracțiune de secundă aceeași cantitate de energie care este eliberată în timpul exploziei de câteva mii de tone de TNT. B Acesta este principiul de bază de funcționare a unei bombe nucleare, reduce material fisionabil.