Ako vysvetliť schopnosť ťažkých jadier rozdeliť. Divízia uránu

Rozdelenie jadra je rozdelenie ťažkého atómu na dva fragmenty približne rovnakej hmotnosti, sprevádzané prideľovaním veľkého množstva energie.

Otvorenie jadrovej štiepenia Začiatok novej éry - "Atómový vek". Potenciál jeho používania a rizikového pomeru k výhodám jej aplikácie nielenže splodil mnoho sociologických, politických, hospodárskych a vedecké úspechy, ale aj vážne problémy. Dokonca aj s čisto vedeckým hľadímom proces jadrového štiepenia vytvoril veľký počet hádaniek a komplikácií a jeho úplné teoretické vysvetlenie je záležitosťou budúcnosti.

Zdieľanie je ziskové

Energia komunikácie (na nukleon) v rôznych jadrách sa líšia. Ťažší majú menej komunikačnej energie, ako sa nachádza v strede periodickej tabuľky.

To znamená, že ťažké jadrá, ktoré majú jadrové číslo viac ako 100, je výhodne rozdelené na dva menšie fragmenty, čím sa ostávajú energiu, ktorá sa zmení na kinetickú energiu fragmentov. Tento proces sa nazýva delenie

V súlade s krivkou stability, ktorá ukazuje závislosť počtu protónov na počtu neutrónov pre stabilné nuklidy, ťažšie jadrá dávajú prednosť väčšiemu počtu neutrónov (v porovnaní s počtom protónov), ľahší. To naznačuje, že spolu s procesom rozdelenia, niektoré "náhradné" neutróny budú emitované. Okrem toho sa tiež podieľajú na energie. Štúdia divízie jadra atómu uránu ukázala, že rozlišuje 3-4 neutróny: 238 U → 145 la + 90 Br + 3N.

Atómové číslo (a atómová hmotnosť) fragmentu nie je rovná polovici jadrovej hmoty rodiča. Rozdiel medzi hmotnosťmi atómov vytvorených v dôsledku rozdelenia je zvyčajne asi 50. Je pravda, že dôvodom to nie je úplne pochopené.

Komunikačná energia 238 U, 145 LA a 90 BR sa rovná 1803, 1198 a 763 MeV. To znamená, že v dôsledku tejto reakcie je uvoľnená energetická deľba jadra uránu, rovná 1198 + 763-1803 \u003d 158 MeV.

Spontánna divízia

Spontánne rozdelenie procesov sú známe v prírode, ale sú veľmi zriedkavé. Priemerná životnosť určeného procesu je približne 10 17 rokov, a napríklad priemerná životnosť alfa rozpadu rovnakého rádionuklidu je približne 10-11 rokov.

Dôvodom je to, že na rozdelenie do dvoch častí musí jadro najprv vystaviť deformáciu (úsek) v elipsoidnom tvare a potom pred konečným rozdelením do dvoch fragmentov, na vytvorenie "krku" v strede.

Potenciálna bariéra

V deformovanom stave na jadre sú dve sily. Jedným z nich je zvýšená povrchová energia (povrchové napätie kvapaliny klesne svoj sférický tvar) a druhý - responsion coulombom medzi fragmentmi rozdelenia. Prinášajú potenciálnu bariéru.

Rovnako ako v prípade rozpadu alfa, takže došlo k spontánnemu rozdelenie jadra atómu uránu, fragmenty by mali prekonať túto bariéru pomocou kvantového tunelovania. Veľkosť bariéry je asi 6 MeV, ako v prípade rozpadu alfa, ale pravdepodobnosť tunelovania α častíc je oveľa väčšia ako oveľa ťažšie rozdelenie produktu atómu.

Nútené rozdelenie

Oveľa pravdepodobnejšie indukované rozdelenie jadra uránu. V tomto prípade je materská jadro ožiarená neutrónmi. Ak ho rodič absorbuje, sú záväzné na uvoľnenie väzbovej energie vo forme oscillovej energie, ktorá môže prekročiť 6 MeV potrebnú na prekonanie potenciálnej bariéry.

Ak energia dodatočného neutrónu nestačia na prekonanie potenciálnej bariéry, incidentový neutrón musí mať minimálnu kinetickú energiu, aby bola schopná indukovať rozdelenie atómu. V prípade 238 U, ďalšia neutrónová komunikačná energia chýba asi 1 MeV. To znamená, že rozdelenie jadra urána je indukované iba neutrón s kinetickou energiou vyššou ako 1 MeV. Na druhej strane, izotop 235 u má jednu neukrové neutrón. Keď jadro absorbuje extra, tvorí pár s ním a v dôsledku tohto párenia sa objaví ďalšia väzbová energia. To postačuje na uvoľnenie množstva potrebnej energie, aby jadro prekonalo potenciálnu bariéru a rozdelenie izotopu nastal, keď kolízia s akoukoľvek neutrónovou.

Beta

Napriek tomu, že tri alebo štyri neutróny sú emitované, keď je vysielaná reakcia divízie, fragmenty stále obsahujú viac neutrónov ako ich stabilné izobary. To znamená, že fragmenty štiepenia sú zvyčajne nestabilné vo vzťahu k rozpadu beta.

Napríklad, keď sa jadro uránu 238 U, stabilný izobar s A \u003d 145 dochádza, je neodymmium 145 ND, čo znamená, že Lantan 145 la fragment rozkladá do troch stupňov, emitujúcich elektrón a antineutrino, kým nie je stabilný nuklid vytvorené. Stabilný izobar s A \u003d 90 je zirkónium 90 Zr, takže rozdeľovací fragment brómu 90 Br rozkladá do piatich stupňov p-kapacítového reťazca.

Tieto p-rozpadajúce reťazce sú extrahované ďalšou energiou, ktorá je takmer všetky nesené elektrónmi a antineutrino.

Jadrové reakcie: divízia uránu

Priame neutrónové žiarenie z nuklidu s príliš veľkými množstvami na zabezpečenie stability jadra je nepravdepodobné. Tu je to, že neexistuje žiadna responzia Coulomb, a preto povrchová energia má tendenciu držať neutrón v súvislosti s rodičom. Niekedy sa to niekedy stane. Napríklad rozdelenie fragment 90 BR v prvej fáze beta rozpadu produkuje Crypton-90, ktorý môže byť vo excitovanom stave s dostatočnou energiou na prekonanie povrchovej energie. V tomto prípade sa môže žiarenie neutrónov vyskytovať priamo na tvorbu Crypton-89. Je stále nestabilný vo vzťahu k β-rozpadu, až kým sa nezmení na stabilný yttrium-89, takže Krypton-89 rozkladá do troch stupňov.

Rozhodnutie jadier uránu: Reťazová reakcia

Neutrons emitované v rozdeľovacej reakcii môžu byť absorbované iným jadrom rodiča, ktorý je potom sám o sebe vystavený indukovanej divízii. V prípade uránu-238, tri neutróny, ktoré sa vyskytujú, prehliadajú menej ako 1 MeV (Energy uvoľnené počas rozdelenia Urán Core - 158 MeV - hlavne ide do kinetickej energie deliacich fragmentov), \u200b\u200btakže nemôžu spôsobiť ďalšie rozdelenie tohto Nuclide. S významnou koncentráciou vzácneho izotopu 235 U, tieto voľné neutróny môžu byť zachytené 235 U jadier, čo môže skutočne spôsobiť rozdelenie, pretože v tomto prípade neexistuje žiadny prah energie, pod ktorou nie je divízia indukovaná.

Toto je princíp reťazovej reakcie.

Typy jadrových reakcií

Nech K je počet neutrónov vyrobených vo vzorke deliaceho materiálu na N tohto stupňa reťazca, vydelený počtom neutrónov vytvorených v štádiu n - 1. Toto číslo bude závisieť od toho, koľko neutrónov získaných v N - 1 etapa je absorbovaná jadrom, ktorá môže byť vystavená nútenej divízii.

Ak K.< 1, то цепная реакция просто выдохнется и процесс остановится очень быстро. Именно это и происходит в природной в которой концентрация 235 U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.

Ak K\u003e 1, potom reťazová reakcia bude rásť, kým sa nepoužíva celého zaostrovacieho materiálu, že sa nedosiahne obohacujúcim prírodným rudom, aby sa vytvorila dostatočne veľká koncentrácia uránu-235. Pre sférickú vzorku sa hodnota K zvyšuje s rastúcou pravdepodobnosťou absorpcie neutrónov, ktorá závisí od polomeru gule. Preto by sa mohla vyskytnúť hmotnosť u.

Ak k \u003d 1, prebieha riadená reakcia. Používa sa v procese riadenom distribúciou medzi urániovými tyčami z kadmia alebo bóru, ktoré absorbujú väčšinu neutrónov (tieto prvky majú schopnosť zachytiť neutróny). Rozdelenie jadra uránu sa automaticky kontroluje pohybom tyčí tak, aby hodnota k zostala rovná jednej.

Energetické uvoľňovanie pri rozdeľovaní jadier. Rovnako ako v iných jadrových reakciách, energia uvoľnená počas rozdelenia je ekvivalentná rozdielu v hmotoch interakčných častíc a konečných produktov. Vzhľadom k tomu, väzbová energia nukleonu v uránu a väzbovej energie jedného nukleónu v fragmentoch v rozdelení uránu má byť zvýraznené

Tak, s divíziou jadra, obrovská energia je vyňatá, prevažná časť je uvoľnená vo forme kinetickej energie fragmentov rozdelenia.

Distribúcia štiepnych rozdeľovacích výrobkov. Jadro uránu vo väčšine prípadov je zdieľané asymetricky. Dva jadrové fragmenty majú rôzne rýchlosti a rôzne hmotnosti.

Shards na hmotnosti sa rozpadajú do dvoch skupín; Jedna blízko Crypton s ďalšou blízkou xenónovou hmotou fragmentov patrí medzi sebou v priemere od zachovania energie a impulzu, je možné získať, že kinetické energie fragmentov by mali byť nepriamo úmerné ich hmotnosti:

Krivka uvoľnenia štiepnych produktov je symetrická vzhľadom na vertikálne priame, prechádzajúce cez bod, významná šírka maxima indikuje rôzne ciele divízie.

Obr. 82. Distribúcia produktov divízie uránu pre masy

Uvedené charakteristiky sú spôsobené najmä rozdelením v pôsobení tepelných neutrónov; V prípade delenia podľa účinku neutrónov energie v niekoľkých a viac sa jadro rozpadá do dvoch viac symetrických pre hmotnosti fragmentu.

Vlastnosti štiepnych produktov. Pri delení atómu uránu sa vyskytuje rozpad mnohých elektrónov shell, a fragmenty divízie sú približne-z ionizovaných pozitívnych iónov, ktoré pri prechode cez látku sú atómy silne navštevované. Preto sú vo vzduchu malé fragmenty a sú blízko 2 cm.

Je ľahké vytvoriť, že fragmenty vytvorené počas rozdelenia by mali byť rádioaktívne, náchylné na neutrónové emisie. V stabilnom jadrách sa v stabilnom jadrách, pomer počtu neutrónov a protónov líši v závislosti od nasledujúceho spôsobu: \\ t

(Pozri Scan)

Krásne, ktoré boli vytvorené počas rozdelenia ležať uprostred stola, a preto obsahujú viac neutrónov, ako je prípustné pre ich stabilitu. Môžu byť uvoľnené z extra neutrónov ako spôsob, a priamo vyžarujúce neutróny.

Oneskorenie neutrónov. V jednom z možných možností rozdielu je vytvorený rádioaktívny bróm. Na obr. 83 ukazuje schému jeho rozpadu, na konci sú stabilné izotopy

Zaujímavým rysom tohto reťazca je zaujímavý: Crypton môže byť oslobodený od nadbytočného neutrónu alebo na úkor pásu, alebo ak bol vytvorený vo excitovanom stave kvôli priamemu emitovaniu neutrónov. Tieto neutróny sa objavujú za 56 sekúnd po rozdelení (životnosť relatívne-dokonalosti na excitovaný stav, hoci samotný neutrón vydáva takmer okamžite.

Obr. 83. Schéma rozpadu rádioaktívneho brómu vytvoreného v excitovanom stave v deľbe uránu

Nazývajú sa oneskorené neutróny. V priebehu času, intenzita zaostávajúcich neutrónov spadá na vystavovateľ, rovnako ako s bežným rádioaktívnym rozpakom.

Energia týchto neutrónov je rovná energii jadro excitácie. Hoci predstavujú len 0,75% všetkých neutrieb v divízii, pri implementácii reťazovej reakcie oneskorených neutrónov zohrávajú dôležitú úlohu.

Okamžité neutróny. Viac ako 99% neutrónov sa uvoľní počas extrémne krátkeho času; Nazývajú sa okamžité neutróny.

Pri štúdiu procesu divízie vzniká zásadná otázka, koľko neutrónov sa získava v jednom zákone o rozdelení; Táto otázka je dôležitá, pretože ak ich počet v priemere môžu byť použité na rozdelenie nasledujúcich jadier, t.j. Je možné vytvoriť reťazovú reakciu. Uvedené riešenie tohto problému v rokoch 1939-1940. Pracoval takmer vo všetkých najväčších jadrových laboratóriách na svete.

Energia E, uvoľnená počas rozdelenia, rastie so zvýšením Z 2 / A. Hodnota Z2 / A \u003d 17 pre 89 Y (ITRI). Tí. Divízia je energeticky prospešná pre všetky jadrá ťažšie do Yttria. Prečo väčšina jadier udržateľne s ohľadom na spontánnu divíziu? Ak chcete odpovedať na túto otázku, je potrebné zvážiť mechanizmus rozdelenia.

Počas divízie sa vyskytne zmena tvaru jadra. Jadro dôsledne prechádza nasledujúcimi stupňami (obr. 7.1): guľa, elipsoid, činky, dve hruškové fragmenty, dva sférické fragmenty. Ako sa zmení potenciálna základná energia v rôznych štádiách divízie?
Počiatočné jadro so zvyšovaním r. Má formu čoraz citovaného elipsoidu rotácie. V tomto prípade, vzhľadom na vývoj jadierovej formy, zmena v jeho potenciálnej energii je určená zmenou súčtu povrchovej a coulombovej energie EP + E až. Zvyšuje sa povrchová energia, pretože povrchová plocha Kernel sa zvyšuje. Coulbub Energy klesá, pretože sa zvyšuje priemerná vzdialenosť medzi protónmi. Ak s malou deformáciou charakterizovanou malým parametrom, počiatočné jadro vzal formu axiálne symetrického elipsoidu, povrchovej energie E "P a Coulomb Energy E" na to, ako sa funkcie parametra deformácie zmenia nasledovne:

Pomery (7.4-7,5) E. P I. E. K je povrch a prívesok energie pôvodného sféricky symetrického jadra.
V oblasti ťažkých jadier 2e n\u003e e a súčet povrchu a prívesku energie sa zvyšuje so zvyšovaním. Z (7.4) a (7.5) Z toho vyplýva, že pri nízkych deformáciách, rast povrchovej energie zabraňuje ďalšej zmene tvaru jadra, a teda divízia.
Pomer (7,5) je platný pre malé deformácie. Ak je deformácia taká veľká, že jadro berie tvar činiek, potom povrch a coulombové sily sa snažia rozdeliť jadro a dať sphererrids sférický tvar. S postupným nárastom deformácie jadra teda jeho potenciálna energia prechádza maximálnou. Graf zmenu povrchu a coulombových energií jadra v závislosti od R je znázornený na obr. 7.2.

Prítomnosť potenciálnej bariéry zabraňuje okamžitému spontánnemu rozdeleniu jadier. Aby bolo jadro rozdelené, musí byť informátorom na energiu Q, ktorá presahuje výšku divízie bariéry H. Maximálne potenciálne energie deliaceho jadra E + H (napríklad) dvoma identickými fragmentmi ≈ 173 MEV a hodnota energie E, vydaná počas rozdelenia, sa rovná 132 MeV. Pri delení jadra zlata je teda potrebné prekonať potenciálnu bariéru s výškou približne 40 MeV.
Výška divízie bariéry h je väčšia, tým je menší pomer Coulomb a povrchovej energie E K / E P v počiatočnom jadre. Tento pomer zase sa zvyšuje so zvýšením parametra rozdelenia Z 2 / A (7.3). Čím ťažšie jadro, tým menšia je výška rozdelenia H, pretože parameter divízie sa predpokladá, že Z je úmerne a, zvyšuje sa s rastúcou hmotnostnou číslom:

E K / E P \u003d (A 3 Z 2) / (A 2 A) ~ A.

(7.6)

Preto, ťažšie jadrá, spravidla, musíte informovať menej energie, aby ste spôsobili hlavnú divíziu.
Výška divízie bariéry sa aplikuje na nulu pri 2E P - E K \u003d 0 (7,5). V tomto prípade

2E N / E K \u003d 2 (A 2 A) / (A 3 Z 2), \\ t

Z 2 / A \u003d 2A 2 / (A 3 Z 2) ≈ 49.

Tak, podľa modelu odkvapkávania v prírode, jadrá s z 2 / A\u003e 49 nemôžu existovať, pretože by mali takmer okamžite v charakteristickom jadrovom období približne 10 -22 so spontánne rozdelenými na dve fragmenty. Závislosti tvaru a výšky potenciálnej bariéry H, ako aj rozdelenie energie z hodnoty parametra Z2 / A sú znázornené na obr. 7.3.

Obr. 7.3. Radiálna závislosť tvaru a výšky potenciálnej bariéry a rozdielu ENERGY E s rôznymi hodnotami parametra Z 2 / A. Na vertikálnej osi je hodnota E P + E odložená.

Spontánne rozdelenie jadier s 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 rokov za 232 rokov až 0,3 s pre 260 Rf.
Nútené rozdelenie jadier s 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.
Minimálna hodnota excitačnej energie kompozitného jadra E *, vytvorená, keď je zachytávanie neutrónov rovná energetickej viazanej energii neutrónov v tomto jadre ε n. Tabuľka 7.1 Porovnajte výšku H BARIER a energetická energia viazania neutrónov ε n pre Th, U, PU izotopy vytvorené po zachytení neutrónov. Energia viazania neutrónov závisí od počtu neutrónov v jadre. Vzhľadom na párovaciu energiu je dokonca netrónová väzba energia väčšia ako energia podivného neutrónu.

Tabuľka 7.1.

Výška divízie bariéry H, viazaná energia neutrónov ε n

Izotop	Výška bariérovej bariéry H, MeV	Izotop	Energia viazania neutrónov ε n
232 th.	5.9	233.	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

Charakteristickým znakom divízie je, že fragmenty spravidla majú rôzne hmotnosti. V prípade najpravdepodobnejšej divízie 235 U je pomer hmotnosti fragmentov v priemere rovný ~ 1.5. Distribúcia nad hmotmi oddelenia delenia 235 U tepelných neutrónov je znázornená na obr. 7.4. Pre najpravdepodobnejšie rozdelenie má ťažký fragment hmotnostné číslo 139, svetlo - 95. Medzi štiepnymi produktmi existujú fragmenty s A \u003d 72 - 161 a Z \u003d 30 - 65. Pravdepodobnosť delenia na dva rovnaké šrot nie je nula. Pri delení 235 u tepelných neutrónov je pravdepodobnosť symetrického rozdelenia približne tri rády menšie ako v prípade najpravdepodobnejšej delenia na fragmenty s A \u003d 139 a 95.
Asymetrická divízia je vysvetlená štruktúrou škrupiny jadra. Krásne sa snaží rozdeliť takým spôsobom, že hlavná časť jadier každého fragmentu vytvorila najstabilnejšie magické jadro.
Pomer počtu neutrónov na počtu protónov v jadre 235 U N / Z \u003d 1,55, zatiaľ čo v stabilných izotopoch, ktoré majú hmotnostné číslo v blízkosti hmotnostného množstva fragmentov, tento pomer je 1,25 - 1,45. V dôsledku toho sú fragmenty divízie silne preťažené neutróny a mali by byť
β - rádioaktívne. Preto sú fragmenty divízie testované nasledujúcimi β--scAPES a náboj primárneho fragmentu sa môže pohybovať v závislosti od 4 do 6 jednotiek. Nižšie je charakteristický reťazec rádioaktívnych rozpadov 97 Kr - jeden z fragmentov vytvorených počas rozdelenia 235 U:

Excitácia fragmentov spôsobených poruchou pomeru pomeru počtu protónov a neutrónov, ktoré sú charakteristické pre stabilné jadrá, je tiež odstránené v dôsledku odchodu okamžitých divízií neutrónov. Tieto neutróny sú emitované pohyblivými fragmentmi v čase nižšej ako ~ 10 -14 p. V každom akte rozdelenia je v priemere emitovaný 2 - 3 okamžitý neutrón. Ich energetické spektrum je nepretržité s maximom asi 1 MeV. Priemerná okamžitá energia neutrónov je blízko 2 meV. Vyprázdnenie viac ako jedného neutrónu, v každom oddelení, umožňuje získať energiu v dôsledku reakcie jadrovej štiepenia reťazca.
S najpravdepodobnejšou divíziou 235 U tepelných neutrónov, svetelný fragment (A \u003d 95) získa kinetickú energiu ≈ 100 MeV a ťažká (A \u003d 139) je približne 67 MeV. Celková kinetická energia fragmentov je teda ≈ 167 MeV. Celková rozdiel energia v tomto prípade je 200 MeV. Zostávajúca energia (33 MEV) je teda distribuovaná medzi inými štiepnymi produktmi (neutróny, elektróny a antineutrino p - -Repal fragmenty, y-žiarenie fragmentov a ich produkty rozpadu). Distribúcia energetiky rozdelenia medzi rôznymi produktmi počas rozdelenia 235 U termálnych neutrónov je uvedený v tabuľke 7.2.

Tabuľka 7.2.

Distribúcia divízie energie 235 U termálne neutróny

Produkty jadrového štiepenia (PD) sú komplexnou zmesou viac ako 200 rádioaktívnych izotopov 36 prvkov (z zinku do gadolínia). Väčšina aktivity tvorí krátkodobé rádionuklidy. Tak, po 7, po 49 a po 343 dňoch po explózii, aktivita je znížená, resp. 10, 100 a 1000-krát v porovnaní s aktiviou za hodinu po výbuchu. Výťažok najviac biologicky významných rádionuklidov je uvedený v tabuľke 7.3. Okrem vyblednutia je rádioaktívna kontaminácia spôsobená rádionuklidov indukovanej aktivity (3H, 14 ° C, 28 Al, 24 Na, 56 MN, 59 FE, 60 CO, atď.) A neoddeliteľnou súčasťou uránu a plutónia. Úloha indukovanej aktivity s termonukkými výbuchmi je obzvlášť veľká.

Tabuľka 7.3.

Výťažok niektorých štiepnych produktov v rámci jadrovej výbuchu

Rádionuklid	Polovičný život	Výstup na jednu divíziu,%	Aktivity za 1 mt, 10 15 Bc
89 Sr.	50,5 dní.	2.56	590
90 Sr.	29,12 rokov	3.5	3.9
95 Zr.	65 dní.	5.07	920
103 ru	41 dní.	5.2	1500
106 ru	365 dní.	2.44	78
131 I.	8.05 dní.	2.9	4200
136 cs.	13.2 deň.	0.036	32
137 cs.	30 rokov	5.57	5.9
140 BA.	12,8 dní.	5.18	4700
141 cs.	32,5 dní.	4.58	1600
144 cs.	288 dní.	4.69	190
3 H.	12,3 roka	0.01	2.6 · 10 -2

S jadrovými výbuchmi v atmosfére, významná časť zrážok (s pozemnými explóziami až 50%) klesá pri skúšobnej oblasti. Niektoré rádioaktívne látky sa oneskoria v spodnej časti atmosféry a pod akciou vetra sa pohybuje na dlhé vzdialenosti, pričom zostávajú na tej istej zemepisnej šírke. Byť vo vzduchu asi mesiac, rádioaktívne látky počas tohto pohybu postupne padajú na zem. Väčšina rádionuklidov je hodená do stratosféry (vo výške 10 ÷ 15 km), kde sa vyskytne ich globálny rozptyl a do značnej miery rozpad.
Vysoká aktivita pre desaťročia majú rôzne prvky dizajnu jadrových reaktorov (tabuľka 7.4)

Tabuľka 7.4.

Hodnoty špecifickej aktivity (BK / T urána) hlavných štiepnych produktov v palivových článkoch extrahovaných z reaktora po trojročnej prevádzke

Rádionuklid	0	1 deň.	120 dní.	1 rok		10 rokov
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
89 Sr.	4. 04· 10 16	3. 98· 10 16	5. 78· 10 15	2. 7· 10 14	1. 2· 10 10
90 Sr.	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
95 nb.	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
134 cs.	7. 50· 10 15	7. 50· 10 15	6. 71· 10 15	5. 36· 10 15	2. 73· 10 15	2. 6· 10 14
137 cs.	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
140 la.	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

Skutočnosť, že v rozdelení ťažkých jadier sa vyznačuje energiou, priamo vyplýva zo závislosti špecifickej energie komunikácie ε = E CV (A, Z) / A z hmotnostného čísla A (obr. 2). Pri rozdelení ťažkého jadra sa vytvorí viac jadier pľúc, v ktorých sú jadro pozastavené a časť energie v divízii sa uvoľní.
Divízia jadier je spravidla sprevádzané odchodom 1 - 4 neutrónov.
Vyjadrite energiu deliacich q prípadov prostredníctvom väzbových energií počiatočného a konečného jadra. Energia počiatočného jadra pozostávajúceho zo Z protónov a N neutrónov a s hmotnosťou M (A, Z) a energiou komunikácie E CV (A, Z), píšeme v nasledujúcom formulári:

M (A, Z) C2 \u003d (ZM P + NM N) C2 - E SV (A, Z).

Rozdelenie jadra (A, Z) o 2 fragmenty (A 1, Z1) a (A2, Z2) je sprevádzaná tvorbou n n = A - A 1 - A 2 Okamžité neutróny. Ak sa jadro (A, Z) rozdelelo na fragmenty s M 1 (A 1, Z1), M2 (A 1, Z2), M2 (A2, Z2) a ENERGIAI E CV1 (A 1) , Z 1), E SV2 (A 2, Z 2), potom pre energetiku divízie máme výraz:

Q deed \u003d (m (a, z) -) C2 \u003d E sv1 (A 1, Z1) + E CV (A2, Z2) - E SV (A, Z), \\ t

A

A \u003d A 1 + A 2 + N N, Z \u003d Z 1 + Z2.

Na obr. 26 znázorňuje vyhľadávací formulár kalkulačky Core Division s príkladom tvorby vyhľadávacieho príkazu na určenie prahovej hranicu energie a reakčnej energie spontánnej divízie jadra 235 U za vzniku fragmentu 139 xe a odchodu jedného neutrón.

Vytvorenie žiadajúceho predpisovania sa vykonáva takto: \\ t

• « Core - Cieľ"- 235 U (Z \u003d 92, A \u003d 235 sú vybrané);
• « Plávajúce častice"Neexistujú žiadne prosperujúce častice - spontánne rozdelenie (v rozbaľovacej ponuke" Žiadne prosperujúce častice»);
• « Zvolený (užívateľ) fragment"- Krásny fragment, napríklad 95 SR (hodnoty Z \u003d 38, A \u003d 95);
• « Definovaný (program) SHARD"- Core-fragment 140 xe (Z \u003d 92 - 38 \u003d 54,
  A \u003d 235 - 95 \u003d 140);
• « Instant častíc 1 Sprievodná divízia"- Zvolené hodnoty neutrónu (Z \u003d 0
  A \u003d 1, " Počet častíc"- jeden); Zároveň sa zmení svedectvo definovaného fragmentu - 139 xe (Z \u003d 54, A \u003d 140 - 1 \u003d 149).

Na obr. 27 ukazuje výstupnú formu tejto žiadosti: možno vidieť, že prah energie počas rozdelenia jadra 235 je UTC. Kernel 235 u má módu rozpadu - "emisie neutrónov").

V roku 1934 sa E. FERMI rozhodol získať transuranové prvky, ožarovanie 238 U neutrónov. Myšlienka E. Fermiu bola, že v dôsledku p --------------------------------------------------meotope 239 U chemický prvok S poradovým číslom Z \u003d 93. Avšak nebolo možné identifikovať tvorbu 93 jej elementu. Namiesto toho, v dôsledku rádiochemickej analýzy rádioaktívnych prvkov vyrobených O. GAN a F. Stratsmanom, sa ukázalo, že jeden z produktov uránskych neutrónov je barním (Z \u003d 56) - chemický prvok strednej atómovej hmotnosti , Zatiaľ čo podľa predpokladu Fermiho teórie Transúrske prvky mali byť získané.
L. Maitnener a O. Frish navrhol, že v dôsledku zachytávania neutrónov sa jadro uránu vyskytuje kolaps kompozitného jadra na dve časti

92 U + N → 56 BA + 36 KR + XN.

Proces rozdelenia uránu je sprevádzaný príchodom sekundárnych neutrónov (X\u003e 1), ktoré môžu spôsobiť rozdelenie iných jadier uránu, ktorý otvára potenciálnu možnosť reťazovej reťazovej reťazovej reakcie - jeden neutrón môže dať začiatok rozvetvenej divízie reťazca urániových jadier. V tomto prípade by sa počet rozdelených jadier mal zvýšiť exponenciálne. N. Bor a J. Willer vypočítal kritickú energiu potrebnú tak, že jadro 236 U, tvorené zachytením neutrónového izotopu 235 U, bol rozdelený. Táto hodnota je 6,2 meV, ktorá je nižšia ako excitačná energia izotopu 236 U, ktorá je generovaná pri zachytení tepelného neutrónu 235 U. Preto, keď je zachytený tepelný neutrón, reťazová reakcia divízie 235 U je možná pre Najčastejšie Isotop 238 U Kritická energia je 5,9 meV, zatiaľ čo pri zachytení tepelného neutrónu, excitácia energie vytvoreného jadra 239 U je len 5.2 MeV. Preto je nemožná reťazová reakcia rozdelenia najbežnejšej izotopu v prírode 238 U pod účinkom tepelných neutrónov. V jednom stave rozdelenia sa energia uvoľňuje ≈ 200 MeV (na porovnanie v chemické reakcie Spaľovanie v jednom aktíre reakcie sa rozlišuje energiou ≈ 10 eV). Príležitosti na vytváranie podmienok pre reťazovú reakciu divízie otvorili vyhliadky na používanie energie reťazovej reakcie na vytvorenie atómových reaktorov a atómových zbraní. Prvý jadrový reaktor bol postavený E.PHERMI v Spojených štátoch v roku 1942. Prvý jadrový reaktor bol spustený pod vedením I. Kurchatov v roku 1946. V roku 1954, prvá jadrová elektráreň začala pracovať v Obninsku. V súčasnosti sa elektrická energia vygeneruje približne 440 jadrových reaktorov v 30 krajinách po celom svete.
V roku 1940 objavili tiene a K. Petrzhak spontánne rozdelenie uránu. Komplexnosť experimentu dokazuje nasledujúce obrázky. Čiastočné obdobie polčasu v súvislosti so spontánnym rozdelením izotopu 238 U je 10 16 -10 17 rokov, zatiaľ čo obdobie rozpadu izotopu 238 U je 4,5 ∙ 10 9 rokov. Hlavný kanál rozpadu izotopu 238 U je α-rozpadajúci. Aby bolo možné dodržiavať spontánne rozdelenie izotopu 238 U, človek by mal zaregistrovať jeden akt rozdelenia proti pozadia 10,7 -10 8 aktov α-rozpadu.
Pravdepodobnosť spontánnej divízie je určená najmä permeabilitou divízie bariéry. Pravdepodobnosť spontánneho rozdelenia sa zvyšuje so zvýšením nábytok jadra, pretože V tomto prípade sa parameter rozdelenia z 2 / A zvyšuje. V izotopoch Z.< 92-95 деление происходит преимущественно с образованием двух осколков деления с отношением масс тяжёлого и лёгкого осколков 3:2. В изотопах Z > 100 Symetrická divízia dominuje tvorbu rovnakých fragmentov podľa hmotnosti. S zvýšením nábytok jadra sa zvyšuje podiel spontánnej divízie v porovnaní s kapanitou α.

Izotop	Polovičný život	Kanály rozpadu
235 U.	7.04 · 10 8 rokov	α (100%), sf (7 · 10-9%)
238 U.	4.47 · 10 9 rokov	α (100%), sf (5,5 · 10 -5%)
240 PU	6.56 · 10 3 roky	α (100%), sf (5,7 · 10 -6%)
242 PU.	3.75 · 10 5 rokov	α (100%), sf (5,5 · 10 -4%)
246 cm.	4.76 · 10 3 roky	α (99,97%), SF (0,03%)
252 CF.	2,64 rokov	α (96,91%), SF (3,09%)
254 CF.	60,5 roka	α (0,31%), sf (99,69%)
256 CF.	12,3 roka	α (7,04 · 10 -8%), sf (100%)

Rozhodnutia. História

1934 - E. FERMI, ožarovanie tepelných neutrónov uránu, objavené rádioaktívne jadrá medzi reakčnými produktmi, ktorých povaha nemohla byť nainštalovaná.
L. Scyllard predložil myšlienku jadrovej reakcie reťazca.

1939 - O. GAN a F. Strassman objavil bárium medzi reakčnými produktmi.
L. Mener a O. Frish najprv oznámil, že pod pôsobením neutrónov došlo k rozdeleniu uránu do dvoch porovnateľných hmotnostných fragmentu.
N. BOR a J. Wheeler poskytol kvantitatívnu interpretáciu hlavného rozdelenia zadaním parametra divízie.
Y. Frenkel vyvinula teóriu odkvapkávania deliacich jadier pomalým neutrónom.
L. Scyllard, E. Wigner, E. Fermi, J. Wheeler, F. Jolio-Curie, Ya. Zeldovich, Y. Khariton odôvodnil možnosť úniku v reakcii na jadrovú štiepenie uránu.

1940 - FLERS a K. Petrzhak objavili fenomén spontánneho rozdelenia uránu uránu.

1942 - E. FERMI vykonával kontrolovanú reťazovú reakciu rozdelenia v prvom atómovom reaktore.

1945- Prvá skúška jadrových zbraní (Nevada, USA). Atómové bomby boli zrušené v japonských mestách Hirošimy (6. augusta) a Nagasaki (9. august) Atomické bomby boli resetované.

1946 - Pod vedením I.V. Kurchatov bol spustený prvý reaktor v Európe.

1954 - Spustí sa prvá jadrová elektráreň (Obninssk, ZSSR).

Rozhodnutia.Od roku 1934 začal E.PHERMI používať neutróny na bombardovanie atómov. Odvtedy sa množstvo stabilných alebo rádioaktívnych jadier, získaných umelou transformáciou, zvýšil na mnoho stoviek a takmer všetky miesta periodického systému sú naplnené izotopmi.
Atómy vznikajúce vo všetkých týchto jadrových reakciách obsadili rovnaké miesto v periodickom systéme ako bombardovaný atóm, alebo susedné miesta. Z tohto dôvodu, dôkaz o GAN and Striedanman v roku 1938 urobil veľký pocit v roku 1938, skutočnosť, že pri ostreľovaní neutrónov posledného prvku periodického systému− Urážlivý− Tam je rozpad na prvky, ktoré sú v stredných častiach periodického systému. Hovoríte tu rôzne druhy rozpadať. Vznikajúce atómy sú väčšinou nestabilné a okamžite sa ďalej rozpadajú; V určitom čase sa polčas meria po sekundách, takže GAN musel aplikovať analytickú metódu Curie na rozšírenie takéhoto rýchleho procesu. Je dôležité poznamenať, že prvky, protokoly a tórium čelia uránu, tiež detekovať podobný úpadok pod pôsobením neutrónov, hoci v tom, aby sa rozpad začne začne, je potrebná vyššia netrónová energia ako v prípade uránu. Spolu s týmto v roku 1940 G. N. Flears a K. A. Petrzhak objavil spontánne rozdelenie uránu jadra s najväčšou z tých, ktorí sú známe až do polčasu: asi 2· 10 15 rokov; Táto skutočnosť sa stáva výslovným vďaka neutrónom výnimky. Takže tam bola možnosť pochopiť, prečo "prirodzený" periodický systém končí tromi položkami. Transačné prvky sú teraz známe, ale sú tak nestabilné, že sa rýchlo rozpadajú.
Rozdelenie uránu cez neutróny je teraz možnosť použitia atómovej energie, ktorá už zažila mnoho, ako "Julie's Dream Verne".

M. Laue, "História fyziky"

1939 O. GAN A F. Štrasman, ožarovanie soli tepelných neutrónov uránu, našiel bárium medzi reakčnými produktmi (Z \u003d 56)

Otto Gann (1879 – 1968)

Divízia jadier je rozdelenie jadra pre dve (menej často tri) jadrá s blízkymi hmotnosťami, ktoré sa nazývajú fragmenty divízie. Počas delenia vznikajú iné častice - neutróny, elektróny, a-častice. V dôsledku divízie sa uvoľní energia ~ 200 meV. Divízia môže byť spontánna alebo nútená pod pôsobením iných častíc, najčastejšie neutrónov.
Charakteristickým rysom divízie je, že fragmenty divízie, spravidla, sa výrazne líšia cez masy, to znamená, že asymetrická divízia prevláda. V prípade najpravdepodobnejšej divízie uránu izotopu 236 U, pomer hmotnosti fragmentov je 1,46. Závažný fragment má hmotnostné číslo 139 (xenón) a svetlo - 95 (stroncium). Berúc do úvahy emisie dvoch okamžitých neutrónov považovali štiepenie

Cenu Nobelovej chémie
1944 - O. GAN.
Na otvorenie reakcie rozdelenia uránu neutrónových jadier.

Divízia

Závislosť priemernej hmotnosti ľahkých a ťažkých skupín fragmentov z hmotnosti deliaceho jadra.

Otvorenie jadra divízie. 1939

Prišiel som do Švédska, kde Lisatener utrpel osamelosť, a ja som ako venovaný synovec, rozhodol sa ju navštíviť na Vianoce. Žila v malom hoteli Kungelv v blízkosti Gothenburgu. Našiel som ju na raňajky. Premýšľala o liste, ktorá práve dostala od Ghany. Bol som veľmi skeptický o obsahu listu, ktorý uviedol o tvorbe bária, keď ožarovanie uránu neutrónov. Avšak, prilákala takúto príležitosť. Prechádzali sme snehom, bola pešo, lyžovanie (povedala, že by mohol urobiť túto cestu, nie zo mňa, a dokázala ju). Do konca prechádzky by sme už mohli formulovať niektoré závery; Kernel sa nerozdeli a kúsky nepretržili, a to bol proces, skôr pripomínajúci kvapkový model bóru jadra; Rovnako ako kvapka jadra mohla predĺžiť a zdieľať. Potom som skúmal, ako elektrický náboj nukleónov znižuje povrchové napätie, ktoré, ako sa mi podarilo nainštalovať, kvapky na nulu pri Z \u003d 100 a prípadne veľmi málo pre urán. Lisa MaitNener sa zaoberal určením energie uvoľnenej v každom rozpaku v dôsledku hromadnej defektov. Veľmi jasne si predstavovala krivku hmoty. Ukázalo sa, že v dôsledku elektrostatického odpudzovania by divízie prvky získali energiou asi 200 MeV, a to bola len energia spojená s hromadnou defektom. Tento proces by preto mohol ísť čisto klasicky bez prilákania koncepcie prechodu prostredníctvom potenciálnej bariéry, ktorá by bola samozrejme zbytočná.
Strávili sme dva alebo tri dni na Vianoce. Potom som sa vrátil do Kodane a sotva som sa podarilo informovať Boru o našu myšlienku, keď už bol na parníku odišiel v Spojených štátoch. Pamätám si, ako sa udrel čelo, sotva začal hovoriť a zvolal: "Oh, čo sme boli bláznovia! Museli sme to všimnúť predtým. " Ale on si nevšimol a nikto si všimol.
Sme s Lisa Maitner napísal článok. Zároveň sme neustále podporovali pripojenie na diaľkovom telefóne Kodaň - Štokholm.

O. Frish, spomienky. UFN. 1968. T. 96, IST.4, s. 697.

Spontánne rozdelenie jadier

V nasledujúcich experimentoch sme použili metódu prvýkrát navrhnutou spoločnosťou Friesh na registráciu procesov divízie nuklei. Ionizačná komora s doskami potiahnutými vrstvou oxidu uránu je spojená s lineárnym zosilňovačom, ktorý je konfigurovaný takým spôsobom, že systém a častice lietajúce z uránu nie sú registrované systémom; Pulzy fragmentov, oveľa vyššie ako veľkosť impulzov z a-častíc, odomknúť výstup thiratron a sú považované za mechanické relé.
Ionizačná komora bola špecificky navrhnutá vo forme viacvrstvového plochého kondenzátora s celkovou plochou 15 dosiek v 1000 cm. Doštičky, ktoré sa nachádzajú na vzdialenosti 3 mm, boli pokryté vrstvou oxidu uránu 10-20 mg / cm 2 .
V prvom experimentoch bol zosilňovač schopný pozorovať spontánne (v neprítomnosti neutrónových zdrojov), impulzy na relé a oscillon boli schopné pozorovať zosilňovač. Počet týchto impulzov bol malý (6 za 1 hodinu), a preto je celkom zrozumiteľné, že tento fenomén nemohol byť pozorovaný s komorami obvyklého typu ...
Máme tendenciu si to myslieť Účinok, ktorý sledujeme, by sme mali pripísať fragmentom vyplývajúcim zo spontánnej divízie uránu ...

Spontánna divízia by mala byť pripísaná jednému z neostupovaných izotopov u z polčasu získaného z hodnotenia našich výsledkov:

U. 238 – 10 16 ~ 10 17 roky,
U. 235 – 10 14 ~ 10 15 roky,
U. 234 – 10 12 ~ 10 13 rokov.

Dezintegrácia izotopu 238 U.

Spontánne rozdelenie jadier

Obdobia polčasu spontánne rozdelenie izotopov Z \u003d 92 - 100

Prvý experimentálny systém s urániou-grafitovými mriežkou bol postavený v roku 1941 pod vedením E. Fermi. Bola to grafitová kocka s hranou 2,5 m dlhým, obsahujúcim približne 7 ton oxidov uránu uzavretých v železných nádobách, ktoré boli umiestnené na Kube pri rovnakých vzdialenostiach od seba. V spodnej časti uránu-grafitovej mriežky bol umiestnený Rabe Zdroj neutrónov. Reprodukčný koeficient v takomto systéme bol ≈ 0,7. Oxid uránu obsiahnutý 2 až 5% nečistôt. Ďalšie úsilie bolo zamerané na získavanie čistiacich materiálov a do mája 1942, bol získaný oxid uránu, v ktorom bol prísada menšia ako 1%. Aby sa zabezpečila reakcia štiepenia reťaze, bolo potrebné použiť veľký počet Grafit a urán - o niekoľkých tonách. Nečistoty mali byť menej ako niekoľko miliónov dolárov. Reaktor zozbieraný do konca roku 1942 od Fermi na Univerzite v Chicagu mal tvar odrezaný na vrchole nekompletného sféroidu. Obsahovala 40 ton uránu a 385 t grafitu. Večer 2. decembra 1942, potom, čo boli odstránené tyče absorbéra neutrónov, zistilo sa, že vnútri reaktora sa objavila reťazová jadrová reakcia. Nameraný koeficient bol 1.0006. Spočiatku reaktor pracoval na úrovni výkonu 0,5 wattov. Do 12. decembra sa jeho moc zvýšila na 200 W. V budúcnosti bol reaktor prevedený na bezpečnejšie miesto a jeho sila sa zvýšila na niekoľko kW. Zároveň reaktor spotreboval 0,002 g uránu-235 za deň.

Prvý jadrový reaktor v ZSSR

Budova pre prvú v ZSSR výskumného jadrového reaktora F-1 bola pripravená na jún 1946.
Po vykonaní všetkých potrebných experimentov bol vyvinutý regulačný a ochranný systém reaktora, rozmery reaktora boli stanovené, všetky potrebné experimenty s modelmi reaktora sa uskutočnili, neutrpali sa hustota neutrónov bola stanovená na niekoľkých modeloch, grafitových blokoch ( Získali sa takzvaná jadrová čistota) a (po neutrónových-fyzikálnych kontrol) urániové bloky, v novembri 1946, začala konštrukciu reaktora F-1.
Celkový polomer reaktora bol 3,8 m. Trvalo 400 ton grafitu a 45 ton uránu. Reaktor zozbieral vrstiev a 25. decembra 1946. Posledná, 62ND vrstva bola zostavená. Po extrakovaní takzvaných núdzových tyčí, nastavovacia tyč bola zvýšená, odpočítavanie neutrónovej hustoty sa začalo a 25. decembra 1946 prišlo k životu, získal prvý reaktor v ZSSR. Bolo to vzrušujúce víťazstvo vedcov - tvorcovia jadrového reaktora a celých sovietskych ľudí. A za rok a pol, 10. júna 1948 dosiahol priemyselný reaktor s vodou v kanáloch kritický stav a čoskoro priemyselnú výrobu nového typu jadrového paliva - plutónia.