Mart 1939'a kadar, Fransa ve Amerika'da çalışan bilim adamlarından oluşan ekipler, bir uranyum çekirdeğinin her fisyonunda kendi kendini idame ettiren bir zincirleme reaksiyon için ortalama iki ila dört serbest nötron salındığını kanıtladılar. Bununla birlikte, bir atom bombası yaratma olasılığına ilişkin artan korkular hızla dağıldı.

Bohr zaman kaybetmemeye karar verdi. Fisyon fiziği, bilimdeki diğer tüm yeni yönler gibi, kuşkusuz, muazzam bir faaliyet alanı sağladı. Ve Princeton, Kopenhag'dakinden daha az başarıyla çalışabileceğinden, Bohr Wheeler'a bir işbirliği teklifiyle yaklaştı. Yeni deneysel verilere dayanarak nükleer fisyon teorisini daha da geliştirmeye başladılar. Deneyleri, Princeton'da, Palmer laboratuvarının çatı katında aceleyle monte edilmiş bir cihazla gerçekleştirdiler. Sonuçlar ilk başta şaşırtıcıydı.

Her seferinde farklı miktarlarda enerji taşıyan nötronların etkisi altında bir uranyum çekirdeğinin fisyon yoğunluğundaki değişiklikleri incelemek için yukarıda bahsedilen aygıta ihtiyaç vardı. Bu enerji ne kadar büyük olursa, fisyonun o kadar yoğun olduğu ve azalmasıyla fisyon yoğunluğunun da buna bağlı olarak azaldığı bulundu. Bu tür veriler oldukça bekleniyordu. Bununla birlikte, nötron enerjisinde yeterli bir azalma ile nükleer fisyon yoğunluğunun tekrar arttığı kısa sürede anlaşıldı.

Daha önce Kopenhag'da çalışan Frisch'i nükleer fisyonun güvenilir bir onayını aramaya zorlayan Placzek, beklenmedik bir şekilde kendini Princeton'da buldu. "Bu da ne böyle: neden hem hızlı hem de yavaş darbeler için tepki aynı?!" - Kızgındı, kahvaltıda Rosenfeld ve Bohr ile oturuyordu.

Kısa süre sonra ofisine dönen Niels Bohr, bu sorunun cevabını zaten biliyordu. Görünüşe göre, hareket eden nötronların düşük enerjilerinde yüksek nükleer fisyon yoğunluğunun nedeni, doğada bulunan bu elementin toplam miktarının ihmal edilebilir bir yüzdesini oluşturan nadir izotop uranyum-235'tir (U 235). Bohr ve Wheeler şimdi bu hipotezi detaylandırmaya başladılar. Ve yeni teoride iki temel faktör kuruldu.

U 235 izotopunda, atom çekirdeğindeki protonların itici kuvveti ile çekirdeği çürümekten koruyan yüzey gerilimi arasındaki denge, U 238 izotopundan çok daha kırılgandır. Uranyum-238'in ek üç nötronu, çekirdeği stabilize eder ve bozunma reaksiyonunu tetiklemek için aşılması gereken enerji bariyerini arttırır. Sonuç olarak, böyle bir çekirdeğin bölünmesi için daha yüksek enerjili daha hızlı nötronlara ihtiyaç vardır.

Bahsedilen faktörlerden ikincisi, çekirdeğin kendisinin karmaşık bileşimiydi. Onun için eşit sayıda proton ve nötron daha uygundur, bu da atom altı bileşenlerinin kuantum doğasıyla açıklanır. Ek bir nötron alan U 235, çekirdeğinde 92 proton ve 144 nötron bulunan, yani her iki nükleonun çift sayısı olan U 236'ya dönüşür. U 238 ek bir nötron aldığında, çekirdekte tek sayıda nötron ile U 239 izotopu oluşur. Uranyum-235, ek bir nötronu "asimile eder" ve onunla uranyum-238'den çok daha kolay reaksiyona girer.

Yukarıdaki iki faktörün kombinasyonu, iki uranyum izotopunun davranışındaki önemli farkı yeterince açıklamaktadır. Kararlı U 238 çekirdeğinin bölünmesi hızlı nötronlar gerektirirken, çok daha az kararlı olan U 235 çekirdeği yavaş yavaş bölünebilir. Bu nedenle, eylemi yavaş nötronların etkisi altında uranyum-235'in fisyonuna dayanacak olan U 235 ve U 238 karışımından oluşan bir bomba yapılırsa, içindeki zincir reaksiyonu yavaş ilerleyecektir. O zaman sönecek ve bomba asla patlamayacak.

Şimdi yakın gelecekte bir bomba yaratma şansı tamamen ortadan kalkmasa da önemli ölçüde azaldı. Tabii ki, Bohr'un Nisan 1939'da meslektaşlarıyla yaptığı tartışmalar sırasında birkaç kez tekrarladığı sözlerini unutmamalıyız: sonra bomba yapmak için söyledi. Yapabilmek saf uranyum-235 bazında yapılması şartıyla. Bununla birlikte, U 235 nadir bir izotoptur ve doğal uranyuma göre payı 1: 140'tır, yani %0.7 önemsizdir. Ek olarak, U 235 ve U 238 kimyasal özelliklerde aynıdır ve bu nedenle kimyasal reaksiyon kullanılarak ayrılamazlar. Bu, ancak izotopları kütlelerinde neredeyse algılanamayan bir fark kullanarak birbirinden ayırmayı mümkün kılan özel fiziksel yöntemlerin kullanılmasıyla mümkündür. Aynı zamanda, bir atom bombası oluşturmak için gereken ölçekte böyle bir çalışma, makul olmayan büyük çabalar gerektiriyordu - o zamanki geliştirme düzeyinde, birkaç ton uranyum-235 gerektiriyordu.

Yirminci yüzyıl, İnsanoğlunun eline o kadar çok keşif verdi ki! Birçoğu için amaç, Dünya gezegeninde daha yüksek bir varlık için hayatı kolaylaştırmaktı, ancak gerçeklik her zaman olduğu gibi aldatıcıdır ve insan egoizmi bazen basit iyi ve kötü kavramlarını aşar. Bencillik, üstünlük duygusunun, dünya üzerindeki gücün uykuya dalmasına izin vermez ve en büyük keşifler yıkım yolundadır. Dünyadaki en yıkıcı maddenin fisyonunun keşfindeki ilk aşama, büyük miktarda enerji gerektiren endüstrinin hızlı gelişimiydi - ve bu enerji bulundu! Alman bilim adamları Otto Hahn ve Fritz Strassmann şaşırtıcı bir fenomen keşfettiler: bir uranyum çekirdeğinin (U) nötronlarla (n) bombardımana tutulduğu zaman fisyonunu, fisyon sürecinde ise maddenin atomu başına büyük miktarda enerji açığa çıktığını (yaklaşık 202.5 MeV) = 3.24 * 10 -11 J) ve komşu çekirdeklerle etkileşime giren başka 2-3 nötron. Ancak böyle bir yakıtı kullanmak mümkün değildi - uranyum örneğindeki reaksiyon bilinmeyen nedenlerle hızla ölüyordu. Daha sonra izotoplardan birinin, yani bir nötronun (n) emilmesi üzerine fisyon sırasında yeni nötronlar yaymayan uranyum 238'in reaksiyonun seyri üzerinde olumsuz bir etkisi olduğu bulundu. ancak uranyum izotop 235çoğalma yeteneğine sahiptir.
Büyük bir keşif, uranyum 235 çekirdeğinin kendiliğinden fisyon süreciydi.Saatte 1 gram metalde yaklaşık 20 kendiliğinden fisyon meydana gelir, ancak bir zincirleme reaksiyon meydana gelmez ve neden? Bu sorunun cevabı oldukça önemsizdir - nötronlar yeterince küçük bir madde hacmini kaçırır ve metali etkileşimsiz bırakır. Hesaplamalar yoluyla, yaklaşık 48 kilogram olan uranyum 235 örneğinin minimum kütlesi bulundu. Böyle bir örnekte - 25 cm çapında bir top, reaksiyonun ölmemesi gerekirdi. Fakat uranyum 235 izotopu nasıl izole edilir? Bu soruyu cevaplamaya çalışalım.
Doğal uranyum, işlenmesi kolay ve erime noktası 1130 santigrat derece olan gümüşi bir metaldir. Uranyum havada iyi oksitlenir ve atmosferde 100 santigrat derece sıcaklıkta tutuşur, çok zehirlidir ve sert alfa ve beta radyasyonu kaynağıdır. Doğal uranyum birkaç izotoptan oluşur:
Uranüs 235 - 0,7184%;
Uranyum 238 - %99.2760;
Uranyum 234 - %0.0056.
Sadece kütle numarası 235 olan izotop endüstriyel kullanıma uygundur, geri kalanı "çöp"tür. İstenen izotopu izole etmek o kadar kolay değil: Zenginleştirilmiş uranyum 235 elde etmenin ana yolu, uranyum florürü, daha ağır izotopun duvarlara yerleştiği ve 235'incinin geçtiği bir santrifüj sisteminden pompalamaktır. Bu şekilde %99'a varan bir zenginleştirme elde edilebilir.
Endüstriyel uranyum 235 esas olarak enerji santralleri için yakıt olarak kullanılır, ancak bu metal aslında dünyadaki en güçlü patlayıcı olarak askeri amaçlarla kullanılmıştır. Uranyum 235'in askeri kullanımının sonuçları, atom çekirdeğinin enerjisinin barışçıl gelişimine tam olarak büyük katkı yaptı. 1 gram uranyum tarafından açığa çıkan enerji, 2,5 ton petrolün yanması ile karşılaştırılabilir. Faydası açıktır - yakıt olarak metalin kullanılması, reaktörün çalışması için güvenilir acil durum sistemlerinin tasarlanması ve reaktörün kendisinin olması şartıyla, minerallerin çıkarılmasını azaltmayı ve "temiz enerji" seviyesine geçmeyi mümkün kılar. yüksek kalitede. Reaktör, bir nükleer santralin (nükleer santral) ana parçasıdır, içinde bir maddenin çekirdeğinin fisyon süreci ve enerjinin soğutucuya aktarılması gerçekleşir. Isı taşıyıcı, enerjiyi türbine aktarır ve bu da elektrik enerjisi üretir. Isı taşıyıcı, yüksek ısı kapasitesine sahip çeşitli maddeler olabilir: su, inert gazlar, sıvı alkali metaller.
Şu anda, uranyum 235'in enerjisi elektrik enerjisi üretmek için kullanılıyor, ancak Dünya'daki metal rezervleri sınırlı ve bilim adamlarına göre sadece 50 yıllık yoğun kullanım sürecek. Ve doğadan elde etmemiz çok zor olan elektrik enerjisinden tasarruf etmek de bizim menfaatimizedir!

Radyoaktivite fenomenini inceleyen her bilim adamı, yarı ömür gibi önemli bir özelliğe dönüşür. Bildiğiniz gibi, dünyada her saniye bir atom parçalanması olduğu söylenirken, bu süreçlerin nicel özellikleri doğrudan mevcut atom sayısı ile ilgilidir. Belirli bir süre içinde, mevcut toplam atom sayısının yarısı bozunursa, kalan atomların ½'sinin bozunması aynı miktarda zaman alacaktır. Yarı ömür denilen bu zaman periyodudur. Farklı elementler için farklıdır - örneğin uranyumun yarı ömrü söz konusu olduğunda, milisaniyenin binde birinden milyarlarca yıla kadar.

Uranyum, dünyadaki doğal haldeki en ağır element olarak, genellikle radyoaktivite sürecini incelemek için en mükemmel nesnedir. Bu element, 1789'da, yakın zamanda keşfedilen Uranüs gezegeninin onuruna adını veren Alman bilim adamı M. Klaproth tarafından keşfedildi. Uranyumun radyoaktif olduğu gerçeği, 19. yüzyılın sonunda Fransız kimyager A. Becquerel tarafından tamamen tesadüfen keşfedildi.

Uranyum, diğer radyoaktif elementlerin benzer periyotlarıyla aynı formül kullanılarak hesaplanır:

T_ (1/2) = au ln 2 = frak (ln 2) (lambda),

"au" bir atomun ortalama ömrü iken, "lambda" ana bozunma sabitidir. ln 2 yaklaşık 0,7 olduğundan, yarı ömür atomun toplam ömründen ortalama olarak sadece %30 daha kısadır.

Bugün bilim adamlarının 14 uranyum izotopunu bilmesine rağmen, bunlardan sadece üçü doğada bulunur: uranyum-234, uranyum-235 ve uranyum-238. uranyum farklıdır: yani U-234 için "sadece" 270 bin yıldır ve uranyum-238'in yarı ömrü 4,5 milyarı aşmaktadır. Uranyum-235'in yarı ömrü "altın ortalamada" - 710 milyon yıldır.

Uranyumun doğal koşullarda radyoaktivitesinin oldukça yüksek olduğu ve örneğin fotoğraf plakalarının sadece bir saat boyunca aydınlatılmasına izin verdiği belirtilmelidir. Aynı zamanda, tüm uranyum izotoplarından yalnızca U-235'in dolgu yapmak için uygun olduğuna dikkat edilmelidir, çünkü uranyum-235'in yarı ömrünün endüstriyel koşullar altında "muadillerinden" daha az yoğun olması, bu nedenle, burada gereksiz nötronların verimi minimumdur.

Uranyum-238'in yarı ömrü 4 milyar yıldan fazladır, ancak şu anda nükleer endüstride aktif olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, bu elementin ağır çekirdeklerinin fisyonu için bir zincirleme reaksiyon başlatmak için önemli miktarda nötron enerjisine ihtiyaç vardır. Uranyum-238, fisyon ve füzyon cihazlarında kalkan olarak kullanılır. Bununla birlikte, çıkarılan uranyum-238'in çoğu, nükleer silahlarda kullanılmak üzere plütonyum sentezlemek için kullanılır.

Bilim adamları, genel olarak bireysel minerallerin ve gök cisimlerinin yaşını hesaplamak için uranyumun yarı ömrünün uzunluğunu kullanırlar. Bir uranyum saati, bu tür hesaplamalar için oldukça çok yönlü bir mekanizmadır. Aynı zamanda, yaşın az çok doğru bir şekilde hesaplanabilmesi için, yalnızca belirli kayalardaki uranyum miktarını değil, aynı zamanda uranyum çekirdeklerinin içine girdiği nihai ürün olarak uranyum ve kurşun oranını da bilmek gerekir. dönüştürülmüş.

Kayaları ve mineralleri hesaplamanın başka bir yolu daha var, sözde kendiliğinden ile ilişkilidir.Bildiğiniz gibi, doğal koşullarda uranyumun kendiliğinden fisyonunun bir sonucu olarak, parçacıkları muazzam bir kuvvetle yakındaki maddeleri bombalayarak özel izler bırakır - izler.

Uranyumun yarı ömrünü aynı anda bilen bu izlerin sayısı, bilim adamlarının şu ya da bu katı cismin yaşı hakkında - eski bir cins ya da nispeten "genç" bir vazo olsun - vardığı sonucuna varıyor. Mesele şu ki, bir nesnenin yaşı, çekirdeği onu bombalayan uranyum atomlarının nicel indeksi ile doğru orantılıdır.

Bay Winsor'un ana faaliyet alanı, ülke çapında seyahat ettiği, radyoda konuştuğu ve hatta Amerikalıları küresel nükleer endüstrideki küresel bir komplo hakkında eğitmeye çalıştığı küçük filmler çektiği halka açık derslerdi.

Komplonun amacı, küçük bir grup bilinmeyen kişinin dünyanın en değerli enerji kaynağını özgürce elden çıkarabilmesi için insanları radyasyonla mümkün olduğunca korkutmaktır. Ve kelimenin tapudan farklı olmaması için, Bay Winsor, 1986'da kaydedilen dersini yansıtan harika bir film çekti.

Bu tür gösterilere ek olarak, evinin inşası sırasında, Bay Winsor betona o kadar çok radyoaktif madde döktü ki, binaya yaklaşırken Geiger sayacı aşırı yüklenmeden kırıldı. Ve tüm bunlara rağmen, Galen Winsor sağlıklı bir şekilde yaşlılığa kadar yaşadı, radyasyonla hiçbir ilgisi olmayan yaşına göre doğal sebeplerden 82 yaşında öldü.

“Neden dünya çapında bir uranyum komplosu var? “- Galen Winsor'a sorar. Ve ona cevap veriyor:

Özünde, federal nükleer malzeme kontrol yasası, kendi kendine yeterli enerji kaynaklarını reddederek gücü korumak ve kitleleri kontrol etmekle ilgilidir. Açıkçası, birinin ucuz ve verimli küçük bir enerji kaynağı olsaydı, bu kişi bağımsız olurdu, bir tür "elektrik şebekesine" bağlı olması gerekmezdi. Elektrik şebekesi bir güç kaynağı sistemi değil, yöneticilerimizin bizi kontrol altında tutmak için kullandığı gerçek bir kontrol ağıdır.

Galen Winsor, dünyada kiloton olarak biriken basit nükleer atıklara bir örnek verdi. Üstelik her ton 1986 fiyatlarıyla 10 milyon dolara mal oluyor. Onlardan yeniden uranyum yakıtı üretmek için kullanılabilirler, ancak değerli izotoplar bilinçli olarak yeraltında tutulmakta ve böylece dünya pazarında nükleer yakıt için fahiş fiyatlar yaratmaktadır.

Buna ek olarak, hamurun, konvansiyonel taşıma ile taşınabilen ve sıradan binalarda depolanabilen nükleer malzemelerin "imhası", "taşınması" ve "depolanması" için gezegensel olarak kesilmesi de eklenir. Ancak bunun yerine, hükümet onlar için çok fazla paranın buharlaştığı bazalt delikleri açar.

Bununla birlikte, en önemli şey, yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum bile değil, 1950'lerin ortalarında termiyonik dönüşüm yoluyla tüm bu nükleer atıkların, bir tanesi tüm yaşam için yeterli olacak nispeten sonsuz taşınabilir serbest enerji kaynaklarına dönüştürülebilmesidir. ortalama bir Amerikan ailesinden. Bu tür kaynaklar, yıllardır bir evi, çamaşır makinelerini, televizyonları ve buzdolaplarını aydınlatmak ve ısıtmak için 50 yıl yetecek olan ABD denizaltılarının navigasyon ağına güç sağlıyor. Ancak o zaman insanlar enerji şirketlerinden bağımsız hale geleceklerdi ki bu hiçbir hükümet için kabul edilemez.

The Big The One'ın başyazı yorumu: Bay Galen Winsor'un kendisi üzerindeki fantastik deneyimleri gerçekten etkileyici, ancak radyasyon hastalığının nozolojik bir birim olarak hala var olduğunu fark etmemek mümkün değil, ancak buna gerçekten uranyumdan kaynaklanıp kaynaklanmadığını kesin olarak söylemek imkansız. ? Bununla birlikte, nükleer enerjide bir komplo konusu çok ilginç, çünkü bununla ilgili bazı komplo teorileri var.

Özellikle birçok insan, her yerde inşa edilen nükleer santrallerin aptaldan başka bir şey olmadığına inanıyor. Gerçekte, güç ünitesinin içinde, bir kısmı "soğutucuyu" kaynatmak ve sahte "jeneratörleri" ve "türbinleri" döndürmek için kullanılan elektrik enerjisi üreten küçük bir gizli cihaz var. Bir nükleer santralde durumun tam olarak böyle olduğunu kimse kanıtlayamaz, çünkü orada personel bile sadece kabul kurallarına göre izin verilen yerlere gider, bu da komplo teorisyenleri arasında daha da fazla şüphe uyandırır, ancak Mr. Galen Winsor da bu duruma ışık tutuyor. ...

Uranyum komplosunun ışığında ikinci ilginç nokta, tehlikesi sadece abartılı değil, aynı zamanda yoktan var edilen cıva gibi bir kaynak üzerindeki devlet kontrolüdür. 19. yüzyılda bağırsak tıkanıklığını tedavi etmek için aktif olarak kullanılan cıva içilebilir. Bununla birlikte, bu metalin serbest dolaşımı Kuzey Kore ve Honduras'ta bile yasaklanmıştır. Soru ortaya çıkıyor: neden?

Bu sorunun cevabını bilmiyoruz. Ama bildiğimiz ve Bay Galen Winsor'un oldukça haklı olarak söylediği, devletin sürü üzerinde tam denetime ihtiyacı olduğu ve ana denetim araçlarının enerji ve yiyecek olduğudur.

1940'ların sonlarında ve 1950'lerin başlarında, ablukadan kurtulan bir grup Leningrad biyoloğu, substrata az miktarda ışık ve elektrik beslendiğinde, bitkiler gibi, karbonhidratları ve proteinleri havadan sentezleyebilen özel bir maya kültürü yaratmaya koyuldu. . Ve neredeyse özel bir proje olmasına rağmen, yani insanlar devletten sadece ekipman ve reaktifler aldılar, yatırım olmadı, biyologlar sorunu başarıyla çözdüler.

Aldıkları mikroorganizma, inanılmaz bir olasılık olan neredeyse tonlarca serbest protein üretti. Savaş sonrası açlık çeken bir ülkeyi etle dolduracak olan kümes hayvanları ve çiftlik hayvanları için ideal yemdi. Ve sürekli gelişme ile, daha gelişmiş ürünler elde etmek, gerekli şekerleri, lipitleri ve amino asitleri serbest bırakmak ve insanlar için neredeyse ücretsiz gıda briketleri yaratmak mümkün olacaktı.

Memnun bilim adamları, şimdi doğrudan Lenin Ödülü'nün kendilerine verileceğini ve ülke için fabrikalar inşa etmelerine izin verileceğini hayal ederek, Politbüro'ya rapor vermek için sonuçlarla koştular. Ama ... inisiyatif için laboratuvar dağıtıldı ve konu gömüldü. Yine soru ortaya çıkıyor: neden?

Bunun cevabı, arazinin 1/6'sını kaplayan devasa SSCB'de insanlara neden 10 dönümlük (güney bölgelerinde 6) arsa verildiği sorusuyla aynıdır. Toprak, gıdanın kaynağıdır ve gıda, “sürü” için kabul edilemez olan bağımsızlığın temelidir.

Bu nedenle, zenginleştirilmiş uranyumun besin değerini ne çürütebilir ne de teyit edebilirsek de, kesin olarak bildiğimiz bir şey var: Bu dünyada uzun süredir taşınabilir ucuz enerji kaynakları yok, hayır ve büyük olasılıkla da olmayacak. daha fazla. Ve en şaşırtıcı olan şey, tüm ülkelerin hükümetleri, sanki tüm bu hükümetleri bir tür başka bir hükümet kontrol ediyormuş gibi, bu konuda aynı anda.

Uranyum çekirdeklerinin fisyonu, 1938'de Alman bilim adamları O. Hahn ve F. Strassmann tarafından keşfedildi. Uranyum çekirdekleri nötronlarla bombalandığında, periyodik sistemin orta kısmının elemanlarının oluştuğunu belirlemeyi başardılar: baryum, kripton, vb. Bu gerçek, Avusturyalı fizikçi L. Meitner ve İngiliz fizikçi O. Frisch tarafından doğru bir şekilde yorumlandı. . Bu elementlerin görünümünü, bir nötronu yakalayan uranyum çekirdeklerinin yaklaşık olarak iki eşit parçaya bozunmasıyla açıkladılar. Bu fenomene nükleer fisyon denir ve ortaya çıkan çekirdeklere fisyon fragmanları denir.

Ayrıca bakınız

1. Vasiliev A. Uranyum Fisyonu: Klaproth'tan Gana'ya // Kvant. - 2001. - No. 4. - S. 20-21.30.

Damla çekirdek modeli

Bu fisyon reaksiyonu, çekirdeğin damlacık modeline dayanarak açıklanabilir. Bu modelde çekirdek, elektrik yüklü sıkıştırılamaz bir sıvının damlası olarak kabul edilir. Çekirdeğin tüm nükleonları arasında etkili olan nükleer kuvvetlere ek olarak, protonlar ek elektrostatik itme yaşarlar, bunun sonucunda çekirdeğin çevresinde bulunurlar. Uyarılmamış bir durumda, elektrostatik itme kuvvetleri dengelenir, bu nedenle çekirdek küresel bir şekle sahiptir (Şekil 1, a).

Çekirdek tarafından bir nötronun yakalanmasından sonra \ (~ ^ (235) _ (92) U \) bir ara çekirdek \ (~ (^ (236) _ (92) U) ^ * \) oluşur, ki bu heyecanlı bir durum. Bu durumda, nötron enerjisi tüm nükleonlar arasında eşit olarak dağılır ve ara çekirdeğin kendisi deforme olur ve titreşmeye başlar. Uyarma küçükse, çekirdek (Şekil 1, b), emisyon yoluyla kendisini fazla enerjiden kurtarır. γ -kuantum veya nötron, kararlı duruma döner. Uyarma enerjisi yeterince yüksekse, salınımlar sırasında çekirdeğin deformasyonu o kadar büyük olabilir ki, içinde çatallı bir sıvı damlacığının iki kısmı arasındaki daralmaya benzer bir daralma oluşur (Şekil 1, c). Dar bir belde hareket eden nükleer kuvvetler, artık çekirdeğin parçalarının önemli Coulomb itme kuvvetine dayanamaz. Büzülme kırılır ve çekirdek, zıt yönlerde uçup giden iki "parçaya" (Şekil 1, d) ayrılır.

uran.swf Flaş: Uranyumun bölünmesi Büyüt Flaş Şekil. 2.

Şu anda, bu çekirdeğin fisyonundan kaynaklanan, kütle numaraları yaklaşık 90 ila 145 arasında olan yaklaşık 100 farklı izotop bilinmektedir. Bu çekirdeğin iki tipik fisyon reaksiyonu:

\ (~ ^ (235) _ (92) U + \ ^ 1_0n \ ^ (\ yakın) _ (\ searrow) \ \ başlangıç ​​(matris) ^ (144) _ (56) Ba + \ ^ (89) _ ( 36) Kr + \ 3 ^ 1_0n \\ ^ (140) _ (54) Xe + \ ^ (94) _ (38) Sr + \ 2 ^ 1_0n \ son (matris) \).

Nötronla başlatılan fisyonun, diğer çekirdeklerde fisyon reaksiyonlarını tetikleyebilen yeni nötronlar ürettiğine dikkat edin. Uranyum-235 çekirdeklerinin fisyon ürünleri ayrıca baryum, ksenon, stronsiyum, rubidyum, vb.'nin diğer izotopları olabilir.

Ağır atomların çekirdeklerinin fisyonu sırasında (\ (~ ^ (235) _ (92) U \)), çok büyük bir enerji açığa çıkar - her çekirdeğin fisyonu sırasında yaklaşık 200 MeV. Bu enerjinin yaklaşık %80'i parçaların kinetik enerjisi şeklinde salınır; kalan% 20, parçalardan gelen radyoaktif radyasyonun enerjisi ve hızlı nötronların kinetik enerjisinden sorumludur.

Nükleer fisyon sırasında açığa çıkan enerji, çekirdekteki nükleonların spesifik bağlanma enerjisi kullanılarak tahmin edilebilir. Kütle numarasına sahip çekirdeklerdeki nükleonların özgül bağlanma enerjisi A≈ 7.6 MeV / nükleon mertebesinde 240, kütle numaralarına sahip çekirdeklerde A= 90 - 145 özgül enerji yaklaşık olarak 8,5 MeV / nükleon'a eşittir. Sonuç olarak, bir uranyum çekirdeğinin fisyonu, 0,9 MeV / nükleon düzeyinde veya uranyum atomu başına yaklaşık 210 MeV düzeyinde bir enerji açığa çıkarır. 1 g uranyumda bulunan tüm çekirdeklerin tam fisyonuyla, 3 ton kömür veya 2,5 ton petrolün yanması ile aynı enerji açığa çıkar.

Ayrıca bakınız

1. AA Varlamov Çekirdeğin damla modeli, Kvant. - 1986. - No. 5. - S. 23-24

Zincirleme tepki

Zincirleme tepki- reaksiyona neden olan parçacıkların bu reaksiyonun ürünleri olarak oluştuğu bir nükleer reaksiyon.

Bir nötronla çarpışmanın neden olduğu uranyum-235 çekirdek fisyonunda 2 veya 3 nötron açığa çıkar. Uygun koşullar altında, bu nötronlar diğer uranyum çekirdeklerine girebilir ve fisyonlarına neden olabilir. Bu aşamada, yeni uranyum çekirdekleri vb. bozunmalarına neden olabilecek 4 ila 9 nötron ortaya çıkacaktır. Böyle bir çığ benzeri sürece zincir reaksiyonu denir. Uranyum çekirdeğinin fisyonunun zincir reaksiyonunun gelişim şeması, Şek. 3.

reakcia.swf Flaş: zincirleme reaksiyon Büyüt Flaş Şekil. 4.

Uranyum doğada iki izotop \ [~ ^ (238) _ (92) U \] (% 99.3) ve \ (~ ^ (235) _ (92) U \) (% 0.7) şeklinde bulunur. Nötronlarla bombardıman edildiğinde, her iki izotopun çekirdeği iki parçaya bölünebilir. Bu durumda, fisyon reaksiyonu \ (~ ^ (235) _ (92) U \) en yoğun olarak yavaş (termal) nötronlarda ilerlerken, çekirdekler \ (~ ^ (238) _ (92) U \) reaksiyon fisyon sadece 1 MeV mertebesinde enerjilere sahip hızlı nötronlarla. Aksi takdirde, oluşan çekirdeklerin \ (~ ^ (239) _ (92) U \) uyarma enerjisinin fisyon için yetersiz olduğu ortaya çıkar ve ardından fisyon yerine nükleer reaksiyonlar gerçekleşir:

\ (~ ^ (238) _ (92) U + \ ^ 1_0n \ ila \ ^ (239) _ (92) U \ ila \ ^ (239) _ (93) Np + \ ^ 0 _ (- 1) e \ ).

Uranyum izotopu \ (~ ^ (238) _ (92) U \) β - radyoaktif, yarı ömür 23 dak. Neptünyum \ (~ ^ (239) _ (93) Np \) izotopu da radyoaktiftir ve yarılanma ömrü yaklaşık 2 gündür.

\ (~ ^ (239) _ (93) Np \ ila \ ^ (239) _ (94) Pu + \ ^ 0 _ (- 1) e \).

Plütonyum \ (~ ^ (239) _ (94) Np \) izotopu, 24.000 yıllık bir yarılanma ömrü ile nispeten kararlıdır. Plütonyumun en önemli özelliği, nötronların etkisi altında \ (~ ^ (235) _ (92) U \) ile aynı şekilde bölünmesidir. Bu nedenle, \ (~ ^ (239) _ (94) Np \) yardımıyla bir zincirleme reaksiyon gerçekleştirilebilir.

Yukarıda tartışılan zincirleme reaksiyon şeması ideal bir durumdur. Gerçek koşullar altında, fisyon sırasında üretilen tüm nötronlar, diğer çekirdeklerin fisyonuna katılmaz. Bazıları yabancı atomların fisyon yapmayan çekirdekleri tarafından yakalanırken, diğerleri uranyumdan uçar (nötron sızıntısı).

Bu nedenle, ağır çekirdeklerin fisyonunun zincirleme reaksiyonu her zaman gerçekleşmez ve herhangi bir uranyum kütlesi için olmaz.

nötron çarpma faktörü

Bir zincir reaksiyonunun gelişimi, sözde nötron çarpma faktörü ile karakterize edilir. İLE sayının oranı ile ölçülür n i nötronlar, reaksiyonun aşamalarından birinde maddenin çekirdeğinin bölünmesine neden olur, sayıya n reaksiyonun önceki aşamasında fisyona neden olan i-1 nötronları:

\ (~ K = \ dfrac (N_i) (N_ (i - 1)) \).

Çarpma faktörü, bir dizi faktöre, özellikle bölünebilir maddenin doğasına ve miktarına, kapladığı hacmin geometrik şekline bağlıdır. Belirli bir maddenin aynı miktarı farklı bir anlama sahiptir. İLE. İLE maksimum, eğer madde küresel bir şekle sahipse, bu durumda yüzeyden hızlı nötronların kaybı en az olacaktır.

Çarpma faktörü ile zincirleme reaksiyonun ilerlediği bölünebilir malzeme kütlesi İLE= 1 kritik kütle olarak adlandırılır. Küçük uranyum parçalarında, nötronların çoğu, herhangi bir çekirdeğe çarpmadan uçar.

Kritik kütle değeri, fiziksel sistemin geometrisi, yapısı ve dış çevresi tarafından belirlenir. Yani, saf uranyum topu için \ (~ ^ (235) _ (92) U \), kritik kütle 47 kg'dır (17 cm çapında bir top). Uranyumun kritik kütlesi, sözde nötron moderatörleri kullanılarak birçok kez azaltılabilir. Gerçek şu ki, uranyum çekirdeğinin çürümesi sırasında üretilen nötronlar çok yüksek hızlara sahiptir ve uranyum-235 çekirdeği tarafından yavaş nötronları yakalama olasılığı, hızlı olanlardan yüzlerce kat daha fazladır. En iyi nötron moderatörü ağır su D 2 O'dur. Nötronlarla etkileşime girdiğinde sıradan suyun kendisi ağır suya dönüşür.

Çekirdeği nötronları emmeyen grafit de iyi bir moderatördür. Döteryum veya karbon çekirdeği ile elastik etkileşimde, nötronlar termal hızlara yavaşlar.

Nötron moderatörlerinin ve nötronları yansıtan özel bir berilyum kabuğunun kullanılması, kritik kütlenin 250 g'a düşürülmesini mümkün kılar.

Çarpma faktörü ile İLE= 1 bölünebilir çekirdek sayısı sabit tutulur. Böyle bir rejim nükleer reaktörlerde sağlanır.

Nükleer yakıtın kütlesi kritik kütleden küçükse, çarpma faktörü İLE < 1; каждое новое поколение вызывает все меньшее и меньшее число делений, и реакция без внешнего источника нейтронов быстро затухает.

Nükleer yakıtın kütlesi kritik değerden büyükse, çarpma faktörü İLE> 1 ve her yeni nesil nötron artan sayıda fisyona neden olur. Zincirleme reaksiyon çığ gibi büyür ve büyük bir enerji salınımı ve ortam sıcaklığında birkaç milyon dereceye kadar bir artış ile birlikte bir patlama karakterine sahiptir. Bir atom bombası patladığında bu tür bir zincirleme reaksiyon meydana gelir.

Atom bombası

Normal durumda, bir nükleer bomba patlamaz çünkü içindeki nükleer yük, uranyum - nötronların bozunma ürünlerini emen bölümler tarafından birkaç küçük parçaya bölünür. Nükleer bir patlamaya neden olan nükleer zincirleme reaksiyon bu koşullar altında sürdürülemez. Bununla birlikte, eğer bir nükleer yükün parçaları bir araya getirilirse, toplam kütleleri, uranyum fisyon zincir reaksiyonunun gelişmeye başlaması için yeterli hale gelecektir. Sonuç nükleer bir patlamadır. Bu durumda, nispeten küçük boyutlu bir nükleer bomba tarafından geliştirilen patlamanın gücü, milyonlarca ve milyarlarca ton TNT patlaması sırasında salınan güce eşdeğerdir.

Pirinç. 5. Atom bombası