จะอธิบายความสามารถของนิวเคลียสหนักต่อฟิชชันได้อย่างไร ฟิชชันของยูเรเนียม

การแยกตัวของนิวเคลียร์คือการแยกอะตอมหนักออกเป็นสองส่วนซึ่งมีมวลเท่ากันโดยประมาณ พร้อมด้วยการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากออกมา

การค้นพบนิวเคลียสฟิชชันเริ่มต้นขึ้น ยุคใหม่- "ยุคปรมาณู" ศักยภาพของการใช้งานที่เป็นไปได้และอัตราส่วนความเสี่ยงต่อผลประโยชน์ของการใช้งานไม่เพียงแต่ก่อให้เกิดสังคมวิทยา การเมือง เศรษฐกิจและ ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์แต่ยังประสบปัญหาร้ายแรงอีกด้วย แม้จะจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ล้วนๆ กระบวนการฟิชชันของนิวเคลียร์ก็ก่อให้เกิดปริศนาและภาวะแทรกซ้อนมากมาย และคำอธิบายทางทฤษฎีที่สมบูรณ์ของมันก็เป็นเรื่องของอนาคต

การแบ่งปันมีกำไร

พลังงานยึดเหนี่ยว (ต่อนิวเคลียส) แตกต่างกันไปตามนิวเคลียสที่ต่างกัน วัตถุที่หนักกว่าจะมีพลังงานยึดเหนี่ยวน้อยกว่าที่อยู่ตรงกลางตารางธาตุ

ซึ่งหมายความว่านิวเคลียสหนักที่มีเลขอะตอมมากกว่า 100 จะได้ประโยชน์จากการแยกออกเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ สองชิ้น ดังนั้นจึงปล่อยพลังงานที่ถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของชิ้นส่วนเหล่านั้น กระบวนการนี้เรียกว่าการแยก

ตามเส้นโค้งความเสถียร ซึ่งแสดงจำนวนโปรตอนเทียบกับจำนวนนิวตรอนสำหรับนิวไคลด์ที่เสถียร นิวเคลียสที่หนักกว่าต้องการจำนวนนิวตรอนที่สูงกว่า (สัมพันธ์กับจำนวนโปรตอน) มากกว่านิวเคลียสที่เบากว่า นี่แสดงให้เห็นว่านิวตรอน "สำรอง" บางส่วนจะถูกปล่อยออกมาพร้อมกับกระบวนการฟิชชัน นอกจากนี้ยังจะดูดซับพลังงานที่ปล่อยออกมาบางส่วนด้วย การศึกษาการแยกตัวของนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียมพบว่ามีการปล่อยนิวตรอน 3-4 นิวตรอน: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n

เลขอะตอม (และมวลอะตอม) ของชิ้นส่วนไม่เท่ากับครึ่งหนึ่งของมวลอะตอมของชิ้นส่วนต้นกำเนิด ความแตกต่างระหว่างมวลของอะตอมที่เกิดจากการแตกตัวมักจะอยู่ที่ประมาณ 50 อย่างไรก็ตามเหตุผลนี้ยังไม่ชัดเจนทั้งหมด

พลังงานยึดเหนี่ยวของ 238 U, 145 La และ 90 Br คือ 1803, 1198 และ 763 MeV ตามลำดับ ซึ่งหมายความว่าจากปฏิกิริยานี้ พลังงานฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียมจะถูกปล่อยออกมา ซึ่งเท่ากับ 1198 + 763-1803 = 158 MeV

ฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง

กระบวนการฟิชชันที่เกิดขึ้นเองนั้นเป็นที่รู้จักกันในธรรมชาติ แต่ก็พบได้น้อยมาก อายุขัยเฉลี่ยของกระบวนการนี้คือประมาณ 10 17 ปี และตัวอย่างเช่น อายุขัยเฉลี่ยของการสลายตัวของอัลฟาของนิวไคลด์กัมมันตรังสีชนิดเดียวกันคือประมาณ 10 11 ปี

เหตุผลก็คือเพื่อที่จะแยกออกเป็นสองส่วน แกนกลางจะต้องผ่านการเสียรูป (ยืด) ให้เป็นรูปวงรีก่อน จากนั้นจึงแยกออกเป็นสองส่วนในที่สุด จึงเกิดเป็น "คอ" ตรงกลาง

สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น

ในสถานะผิดรูป แรงสองแรงกระทำต่อแกนกลาง สิ่งหนึ่งคือพลังงานพื้นผิวที่เพิ่มขึ้น (แรงตึงผิวของหยดของเหลวอธิบายรูปร่างทรงกลมของมัน) และอีกอย่างคือแรงผลักคูลอมบ์ระหว่างชิ้นส่วนฟิชชัน พวกเขาร่วมกันสร้างอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้น

เช่นเดียวกับในกรณีของการสลายตัวของอัลฟา เพื่อให้เกิดฟิชชันของนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียมได้เอง ชิ้นส่วนต่างๆ จะต้องเอาชนะอุปสรรคนี้โดยใช้อุโมงค์ควอนตัม ขนาดของอุปสรรคคือประมาณ 6 MeV เช่นเดียวกับในกรณีของการสลายอัลฟา แต่ความน่าจะเป็นของอุโมงค์อนุภาคอัลฟานั้นมากกว่าความน่าจะเป็นของผลิตภัณฑ์ฟิชชันของอะตอมที่หนักกว่ามาก

บังคับให้แยก

มีแนวโน้มว่าจะเกิดฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียมมากกว่า ในกรณีนี้ นิวเคลียสของแม่จะถูกฉายรังสีด้วยนิวตรอน หากผู้ปกครองดูดซับพวกมัน พวกมันจะสร้างพันธะและปล่อยพลังงานยึดเหนี่ยวออกมาในรูปของพลังงานการสั่นสะเทือนที่สามารถเกิน 6 MeV ที่จำเป็นในการเอาชนะอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้น

ในกรณีที่พลังงานของนิวตรอนเพิ่มเติมไม่เพียงพอที่จะเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น นิวตรอนที่ตกกระทบจะต้องมีพลังงานจลน์ขั้นต่ำเพื่อที่จะสามารถกระตุ้นการแยกตัวของอะตอมได้ ในกรณีของ 238 U พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวตรอนเพิ่มเติมจะหายไปประมาณ 1 MeV ซึ่งหมายความว่าฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียมถูกชักนำโดยนิวตรอนที่มีพลังงานจลน์มากกว่า 1 MeV เท่านั้น ในทางกลับกัน ไอโซโทป 235 U มีนิวตรอนที่ไม่มีคู่หนึ่งตัว เมื่อนิวเคลียสดูดซับนิวเคลียสเพิ่มเติม นิวเคลียสจะจับคู่กับนิวเคลียส และการจับคู่นี้ส่งผลให้เกิดพลังงานยึดเหนี่ยวเพิ่มขึ้น ซึ่งเพียงพอที่จะปล่อยปริมาณพลังงานที่จำเป็นสำหรับนิวเคลียสเพื่อเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น และฟิชชันของไอโซโทปเกิดขึ้นเมื่อชนกับนิวตรอนใดๆ

เบต้าสลายตัว

แม้ว่าปฏิกิริยาฟิชชันจะผลิตนิวตรอนสามหรือสี่ตัว แต่ชิ้นส่วนยังคงมีนิวตรอนมากกว่าไอโซบาร์ที่เสถียร ซึ่งหมายความว่าชิ้นส่วนของความแตกแยกมีแนวโน้มที่จะไม่เสถียรต่อการสลายตัวของเบต้า

ตัวอย่างเช่น เมื่อฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียม 238 U เกิดขึ้น ไอโซบาร์ที่เสถียรที่มี A = 145 จะเป็นนีโอไดเมียม 145 Nd ซึ่งหมายความว่าชิ้นส่วนแลนทานัม 145 La จะสลายตัวเป็นสามระยะ ในแต่ละครั้งจะปล่อยอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโนออกมา จนกระทั่ง เกิดนิวไคลด์ที่เสถียร ไอโซบาร์ที่เสถียรซึ่งมี A = 90 คือเซอร์โคเนียม 90 Zr ดังนั้นชิ้นส่วนที่แตกแยกของโบรมีน 90 Br จะสลายตัวในห้าขั้นตอนของห่วงโซ่การสลายตัว β

โซ่สลาย β เหล่านี้จะปล่อยพลังงานเพิ่มเติม ซึ่งเกือบทั้งหมดถูกพาออกไปโดยอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์: ฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียม

การปล่อยนิวตรอนโดยตรงจากนิวไคลด์ที่มีนิวตรอนมากเกินไปเพื่อให้แน่ใจว่าเสถียรภาพทางนิวเคลียร์ไม่น่าจะเป็นไปได้ ประเด็นก็คือไม่มีการผลักคูลอมบ์ ดังนั้นพลังงานพื้นผิวจึงมีแนวโน้มที่จะทำให้นิวตรอนจับกับต้นกำเนิด อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้ในบางครั้ง ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนฟิชชันของ 90 Br ในระยะแรกของการสลายตัวของเบต้าจะผลิตคริปทอน-90 ซึ่งสามารถอยู่ในสถานะตื่นเต้นและมีพลังงานเพียงพอที่จะเอาชนะพลังงานพื้นผิวได้ ในกรณีนี้ การปล่อยนิวตรอนสามารถเกิดขึ้นได้โดยตรงกับการก่อตัวของคริปทอน-89 ยังไม่เสถียรต่อการสลายตัวของ β จนกระทั่งมันกลายเป็นอิตเทรียม-89 ที่เสถียร ดังนั้นคริปทอน-89 จึงสลายตัวในสามขั้นตอน

ฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียม: ปฏิกิริยาลูกโซ่

นิวตรอนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาฟิชชันสามารถถูกดูดซับโดยนิวเคลียสต้นกำเนิดอีกอันหนึ่ง ซึ่งจากนั้นตัวมันเองจะเกิดปฏิกิริยาฟิชชันขึ้น ในกรณีของยูเรเนียม-238 นิวตรอนทั้งสามตัวที่ผลิตออกมาด้วยพลังงานน้อยกว่า 1 MeV (พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียม - 158 MeV - ส่วนใหญ่จะแปลงเป็นพลังงานจลน์ของชิ้นส่วนฟิชชัน ) ดังนั้นจึงไม่สามารถทำให้เกิดการแตกตัวของนิวไคลด์นี้ได้อีก อย่างไรก็ตาม ที่ความเข้มข้นที่มีนัยสำคัญของไอโซโทปหายาก 235 U นิวเคลียส 235 U เหล่านี้สามารถจับนิวเคลียสอิสระได้ ซึ่งจริงๆ แล้วสามารถทำให้เกิดฟิชชันได้ เนื่องจากในกรณีนี้ ไม่มีขีดจำกัดพลังงานต่ำกว่าซึ่งจะไม่เกิดฟิชชัน

นี่คือหลักการของปฏิกิริยาลูกโซ่

ประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์

ให้ k เป็นจำนวนนิวตรอนที่ผลิตได้ในตัวอย่างของวัสดุฟิสไซล์ที่ระยะ n ของห่วงโซ่นี้ หารด้วยจำนวนนิวตรอนที่ผลิตได้ที่ระยะ n - 1 จำนวนนี้จะขึ้นอยู่กับจำนวนนิวตรอนที่ผลิตได้ที่ระยะ n - 1 ที่ถูกดูดซับ โดยนิวเคลียสที่อาจเกิดการแตกแยก

ถ้าเค< 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.

ถ้า k > 1 ปฏิกิริยาลูกโซ่จะเพิ่มขึ้นจนกว่าวัสดุฟิสไซล์จะหมดลง ซึ่งสามารถทำได้โดยการเสริมสมรรถนะแร่ธรรมชาติเพื่อให้ได้ยูเรเนียม-235 ที่มีความเข้มข้นสูงเพียงพอ สำหรับตัวอย่างทรงกลม ค่า k จะเพิ่มขึ้นตามความน่าจะเป็นของการดูดกลืนนิวตรอนที่เพิ่มขึ้น ซึ่งขึ้นอยู่กับรัศมีของทรงกลม ดังนั้นมวล U จะต้องเกินจำนวนที่กำหนดจึงจะสามารถเกิดฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียม (ปฏิกิริยาลูกโซ่) ได้

ถ้า k = 1 ปฏิกิริยาควบคุมจะเกิดขึ้น ซึ่งใช้ใน กระบวนการนี้ถูกควบคุมโดยการกระจายตัวของแท่งแคดเมียมหรือโบรอนในหมู่ยูเรเนียมซึ่งดูดซับนิวตรอนส่วนใหญ่ (องค์ประกอบเหล่านี้มีความสามารถในการจับนิวตรอน) การแยกตัวของนิวเคลียสยูเรเนียมจะถูกควบคุมโดยอัตโนมัติโดยการขยับแท่งเพื่อให้ค่า k ยังคงเท่ากับความสามัคคี

การปล่อยพลังงานระหว่างการแยกตัวของนิวเคลียร์เช่นเดียวกับปฏิกิริยานิวเคลียร์อื่นๆ พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างฟิชชันจะเทียบเท่ากับความแตกต่างของมวลของอนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เนื่องจากพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวคลีออนในยูเรเนียมและพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวคลีออนหนึ่งตัวเป็นชิ้นส่วนระหว่างฟิชชันของยูเรเนียม พลังงานจึงต้องถูกปล่อยออกมา

ดังนั้นในระหว่างการแตกตัวของนิวเคลียร์ พลังงานจำนวนมหาศาลจะถูกปล่อยออกมา โดยส่วนใหญ่จะถูกปล่อยออกมาในรูปของพลังงานจลน์ของชิ้นส่วนจากฟิชชัน

การกระจายผลิตภัณฑ์ฟิชชันโดยมวลในกรณีส่วนใหญ่นิวเคลียสของยูเรเนียมจะแบ่งตัวแบบไม่สมมาตร ชิ้นส่วนนิวเคลียร์ทั้งสองชิ้นมีความเร็วและมวลต่างกันตามลำดับ

เศษแบ่งออกเป็นสองกลุ่มตามมวล ชิ้นหนึ่งอยู่ใกล้คริปทอนและอีกชิ้นอยู่ใกล้ซีนอน มวลของชิ้นส่วนมีความสัมพันธ์กันโดยเฉลี่ย จากกฎการอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัม จะได้ว่าพลังงานจลน์ของชิ้นส่วนควรจะแปรผกผันกับมวลของพวกมัน:

เส้นผลผลิตฟิชชันมีความสมมาตรสัมพันธ์กับเส้นตรงแนวตั้งที่ผ่านจุดนั้น ความกว้างที่มีนัยสำคัญของค่าสูงสุดบ่งบอกถึงความหลากหลายของเส้นทางฟิชชัน

ข้าว. 82. การกระจายผลิตภัณฑ์ฟิชชันของยูเรเนียมโดยมวล

คุณลักษณะที่ระบุไว้ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับฟิชชันภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนความร้อน ในกรณีของฟิชชันภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนที่มีพลังงานตั้งแต่หลายตัวขึ้นไป นิวเคลียสจะสลายตัวออกเป็นชิ้นส่วนที่มีมวลสมมาตรอีกสองชิ้น

คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ฟิชชันในระหว่างฟิชชันของอะตอมยูเรเนียม เปลือกอิเล็กตรอนจำนวนมากจะถูกดึงออก และชิ้นส่วนฟิชชันจะถูกไอออนบวกที่แตกตัวเป็นไอออนคูณประมาณ ซึ่งเมื่อผ่านสาร จะทำให้เกิดไอออนของอะตอมอย่างรุนแรง ดังนั้นระยะของเศษในอากาศจึงน้อยและใกล้ถึง 2 ซม.

เป็นเรื่องง่ายที่จะพิสูจน์ว่าชิ้นส่วนที่เกิดขึ้นระหว่างฟิชชันจะต้องมีกัมมันตรังสีและมีแนวโน้มที่จะปล่อยนิวตรอนออกมา แท้จริงแล้ว สำหรับนิวเคลียสที่เสถียร อัตราส่วนของจำนวนนิวตรอนและโปรตอนจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับ A ดังต่อไปนี้:

(ดูการสแกน)

นิวเคลียสที่เกิดจากฟิชชันวางอยู่ตรงกลางโต๊ะ ดังนั้นจึงมีนิวตรอนมากกว่าความเสถียรที่ยอมรับได้ พวกมันสามารถหลุดพ้นจากนิวตรอนส่วนเกินได้ทั้งจากการสลายตัวและการปล่อยนิวตรอนโดยตรง

นิวตรอนล่าช้าทางเลือกหนึ่งของฟิชชันที่เป็นไปได้ทำให้เกิดโบรมีนกัมมันตภาพรังสี ในรูป รูปที่ 83 แสดงแผนภาพการสลายตัว ซึ่งในตอนท้ายมีไอโซโทปเสถียร

คุณลักษณะที่น่าสนใจของสายโซ่นี้: คริปทอนสามารถถูกปลดปล่อยจากนิวตรอนส่วนเกินได้ไม่ว่าจะเกิดจากการสลายตัว หรือถ้ามันก่อตัวขึ้นในสภาวะตื่นเต้นเนื่องจากการปล่อยนิวตรอนโดยตรง นิวตรอนเหล่านี้ปรากฏหลังจากฟิชชัน 56 วินาที (อายุการใช้งานสัมพันธ์กับการเปลี่ยนไปอยู่ในสถานะตื่นเต้น แม้ว่าตัวมันเองจะปล่อยนิวตรอนออกมาเกือบจะในทันทีก็ตาม

ข้าว. 83. โครงการการสลายตัวของโบรมีนกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นในสภาวะตื่นเต้นระหว่างฟิชชันของยูเรเนียม

พวกมันเรียกว่านิวตรอนหน่วงเวลา เมื่อเวลาผ่านไป ความเข้มของนิวตรอนที่ล่าช้าจะสลายตัวแบบทวีคูณ เช่นเดียวกับการสลายกัมมันตภาพรังสีตามปกติ

พลังงานของนิวตรอนเหล่านี้เท่ากับพลังงานกระตุ้นของนิวเคลียส แม้ว่าพวกมันจะคิดเป็นเพียง 0.75% ของนิวตรอนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาระหว่างฟิชชัน แต่นิวตรอนที่ล่าช้าก็มีบทบาทสำคัญในปฏิกิริยาลูกโซ่

พรอมต์นิวตรอนนิวตรอนมากกว่า 99% ถูกปล่อยออกมาภายในระยะเวลาอันสั้นมาก พวกมันเรียกว่านิวตรอนพรอมต์

เมื่อศึกษากระบวนการฟิชชัน คำถามพื้นฐานเกิดขึ้น: มีนิวตรอนจำนวนเท่าใดที่เกิดขึ้นในเหตุการณ์ฟิชชันครั้งเดียว คำถามนี้มีความสำคัญเพราะหากจำนวนพวกมันโดยเฉลี่ยมาก พวกมันสามารถใช้เพื่อแยกนิวเคลียสที่ตามมาได้ กล่าวคือ มีความเป็นไปได้ที่จะสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้น เพื่อแก้ไขปัญหานี้ในปี พ.ศ. 2482-2483 ทำงานในห้องปฏิบัติการนิวเคลียร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกเกือบทั้งหมด

พลังงาน E ที่ปล่อยออกมาระหว่างฟิชชันจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของ Z 2 /A ค่าของ Z 2 /A = 17 สำหรับ 89 Y (อิตเทรียม) เหล่านั้น. ฟิชชันมีผลดีต่อนิวเคลียสทั้งหมดที่หนักกว่าอิตเทรียม เหตุใดนิวเคลียสส่วนใหญ่จึงมีความทนทานต่อฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง เพื่อตอบคำถามนี้จำเป็นต้องพิจารณากลไกการแบ่ง

ในระหว่างกระบวนการฟิชชัน รูปร่างของนิวเคลียสจะเปลี่ยนไป แกนกลางตามลำดับผ่านขั้นตอนต่อไปนี้ (รูปที่ 7.1): ลูกบอล, ทรงรี, ดัมเบล, ชิ้นส่วนรูปลูกแพร์สองชิ้น, ชิ้นส่วนทรงกลมสองชิ้น พลังงานศักย์ของนิวเคลียสเปลี่ยนแปลงอย่างไรในแต่ละระยะของฟิชชัน?
แกนเริ่มต้นพร้อมกำลังขยาย รอยู่ในรูปแบบของการปฏิวัติทรงรีที่ยาวขึ้นเรื่อยๆ ในกรณีนี้ เนื่องจากวิวัฒนาการของรูปร่างของนิวเคลียส การเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์จึงถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงของผลรวมของพื้นผิวและพลังงานคูลอมบ์ E p + E k ในกรณีนี้ พลังงานพื้นผิวจะเพิ่มขึ้นตาม พื้นที่ผิวของนิวเคลียสเพิ่มขึ้น พลังงานคูลอมบ์จะลดลงเมื่อระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโปรตอนเพิ่มขึ้น ภายใต้การเสียรูปเล็กน้อยซึ่งมีคุณลักษณะด้วยพารามิเตอร์ขนาดเล็ก แกนกลางเดิมได้มีรูปร่างเป็นทรงรีสมมาตรตามแนวแกน พลังงานพื้นผิว E" p และพลังงานคูลอมบ์ E" k เป็นฟังก์ชันของพารามิเตอร์การเปลี่ยนรูปจะเปลี่ยนไปดังต่อไปนี้:

ในอัตราส่วน (7.4–7.5) อีและ อี k คือพลังงานพื้นผิวและคูลอมบ์ของนิวเคลียสทรงกลมเริ่มต้นที่สมมาตรกัน
ในบริเวณนิวเคลียสหนัก 2E p > E k และผลรวมของพื้นผิวและพลังงานคูลอมบ์จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้น จาก (7.4) และ (7.5) ตามมาว่าเมื่อมีการเปลี่ยนรูปเล็กน้อย พลังงานพื้นผิวที่เพิ่มขึ้นจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของนิวเคลียสเพิ่มเติม และผลที่ตามมาคือฟิชชัน
ความสัมพันธ์ (7.5) ใช้ได้สำหรับการเสียรูปเล็กน้อย หากการเสียรูปมากจนแกนกลางมีรูปร่างเหมือนดัมเบลล์ พื้นผิวและแรงคูลอมบ์มีแนวโน้มที่จะแยกแกนกลางออกและทำให้ชิ้นส่วนมีรูปร่างเป็นทรงกลม ดังนั้นเมื่อความผิดปกติของนิวเคลียสเพิ่มขึ้นทีละน้อยพลังงานศักย์ของมันจะผ่านไปสูงสุด กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวและพลังงานคูลอมบ์ของนิวเคลียสขึ้นอยู่กับ r แสดงในรูปที่ 1 7.2.

การปรากฏตัวของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะช่วยป้องกันการแบ่งตัวของนิวเคลียสที่เกิดขึ้นเองในทันที ในการที่จะแยกนิวเคลียสได้นั้น จะต้องให้พลังงาน Q ซึ่งเกินความสูงของตัวกั้นฟิชชัน H พลังงานศักย์สูงสุดของนิวเคลียสฟิชชัน E + H (เช่น ทองคำ) ออกเป็นสองส่วนที่เหมือนกันคือ data 173 MeV และปริมาณพลังงาน E ที่ปล่อยออกมาระหว่างฟิชชันคือ 132 MeV ดังนั้นเมื่อนิวเคลียสของทองคำแตกตัว จำเป็นต้องเอาชนะอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นได้ประมาณ 40 MeV
ความสูงของแผงกั้นฟิชชัน H จะมากขึ้น อัตราส่วนของคูลอมบ์และพลังงานพื้นผิว E ต่อ /E p ในนิวเคลียสเริ่มต้นก็จะยิ่งต่ำลง อัตราส่วนนี้จะเพิ่มขึ้นตามพารามิเตอร์การหารที่เพิ่มขึ้น Z 2 /A (7.3) ยิ่งนิวเคลียสหนักมาก ความสูงของแผงกั้นฟิชชัน H ก็จะยิ่งต่ำลง เนื่องจากพารามิเตอร์ฟิชชัน โดยสมมติว่า Z เป็นสัดส่วนกับ A จะเพิ่มขึ้นตามเลขมวลที่เพิ่มขึ้น:

E k /E p = (a 3 Z 2)/(a 2 A) ~ A.

(7.6)

ดังนั้นโดยทั่วไปนิวเคลียสที่หนักกว่าจึงต้องให้พลังงานน้อยลงเพื่อทำให้เกิดฟิชชันของนิวเคลียร์
ความสูงของสิ่งกีดขวางฟิชชันหายไปที่ 2E p – E k = 0 (7.5) ในกรณีนี้

2E p /E k = 2(ก 2 A)/(ก 3 Z 2)

Z 2 /A = 2a 2 /(a 3 Z 2) กลับไปยัง 49

ดังนั้น ตามแบบจำลองหยด นิวเคลียสที่มี Z 2 /A > 49 ไม่สามารถดำรงอยู่ในธรรมชาติได้ เนื่องจากพวกมันจะต้องแยกออกเป็นสองส่วนตามธรรมชาติเกือบจะในทันทีภายในเวลานิวเคลียร์ลักษณะเฉพาะประมาณ 10–22 วินาที การขึ้นอยู่กับรูปร่างและความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น H รวมถึงพลังงานฟิชชันกับค่าของพารามิเตอร์ Z 2 /A แสดงในรูปที่ 1 7.3.

ข้าว. 7.3. การพึ่งพารัศมีของรูปร่างและความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นและพลังงานฟิชชัน E ที่ค่าต่าง ๆ ของพารามิเตอร์ Z 2 /A ค่า E p + E k ถูกพล็อตบนแกนตั้ง

การแบ่งนิวเคลียสที่เกิดขึ้นเองด้วย 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 เอฟเฟกต์อุโมงค์– การผ่านของเศษฟิชชันผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น มันถูกเรียกว่าฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง ความน่าจะเป็นของฟิชชันที่เกิดขึ้นเองจะเพิ่มขึ้นตามพารามิเตอร์ฟิชชันที่เพิ่มขึ้น Z 2 /A เช่น ด้วยความสูงของอุปสรรคฟิชชันที่ลดลง โดยทั่วไป ระยะเวลาของฟิชชันที่เกิดขึ้นเองจะลดลงเมื่อเคลื่อนที่จากนิวเคลียสที่เบาลงไปสู่นิวเคลียสที่หนักกว่าจาก T 1/2 > 10 21 ปี เป็นเวลา 232 Th เป็น 0.3 วินาที เป็นเวลา 260 Rf
บังคับให้เกิดฟิชชันของนิวเคลียสด้วย 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.
ค่าต่ำสุดของพลังงานกระตุ้นของนิวเคลียสสารประกอบ E* ที่เกิดขึ้นระหว่างการจับนิวตรอนจะเท่ากับพลังงานการจับนิวตรอนในนิวเคลียส ε n นี้ ตารางที่ 7.1 เปรียบเทียบความสูงของกั้น H และพลังงานการจับกับนิวตรอน ε n สำหรับไอโซโทป Th, U และ Pu ที่เกิดขึ้นหลังจากการจับนิวตรอน พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวตรอนขึ้นอยู่กับจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส เนื่องจากพลังงานการจับคู่ พลังงานการจับของนิวตรอนคู่จึงมากกว่าพลังงานการจับของนิวตรอนคี่

ตารางที่ 7.1

ความสูงของกั้นฟิชชัน H, พลังงานจับนิวตรอน ε n

ไอโซโทป	ความสูงของสิ่งกีดขวางฟิชชัน H, MeV	ไอโซโทป	พลังงานจับนิวตรอน ε n
232 พ	5.9	233 พ	4.79
233 คุณ	5.5	234U	6.84
235U	5.75	236U	6.55
238 คุณ	5.85	239U	4.80
239 ปู่	5.5	240 ปู่	6.53

คุณลักษณะเฉพาะการแบ่งคือตามกฎแล้วชิ้นส่วนจะมีมวลต่างกัน ในกรณีของฟิชชันที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดคือ 235 U อัตราส่วนมวลของชิ้นส่วนจะอยู่ที่ค่าเฉลี่ย ~ 1.5 การกระจายมวลของชิ้นส่วนจากฟิชชันของ 235 U โดยนิวตรอนความร้อนแสดงไว้ในรูปที่ 1 7.4. สำหรับฟิชชันที่เป็นไปได้มากที่สุด ชิ้นส่วนหนักจะมีเลขมวล 139 ชิ้นเบา - 95 ในบรรดาผลิตภัณฑ์จากฟิชชันนั้น มีชิ้นส่วนที่มี A = 72 - 161 และ Z = 30 - 65 ความน่าจะเป็นของฟิชชันออกเป็นสองชิ้นส่วนของ มวลเท่ากันไม่เป็นศูนย์ เมื่อ 235 U ถูกฟิชชันด้วยนิวตรอนความร้อน ความน่าจะเป็นของฟิชชันแบบสมมาตรจะมีขนาดน้อยกว่าในกรณีของฟิชชันที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดคือแฟรกเมนต์ที่มี A = 139 และ 95
การแบ่งแบบอสมมาตรอธิบายได้จากโครงสร้างเปลือกของนิวเคลียส นิวเคลียสพยายามที่จะแยกออกในลักษณะที่ส่วนหลักของนิวเคลียสของแต่ละชิ้นส่วนก่อให้เกิดโครงกระดูกเวทย์มนตร์ที่มั่นคงที่สุด
อัตราส่วนของจำนวนนิวตรอนต่อจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส 235 U N/Z = 1.55 ในขณะที่ไอโซโทปเสถียรที่มีเลขมวลใกล้กับจำนวนมวลของชิ้นส่วน อัตราส่วนนี้คือ 1.25 − 1.45 ผลที่ตามมาคือชิ้นส่วนฟิชชันมีนิวตรอนมากเกินไปและจะต้องเป็นเช่นนั้น
β - กัมมันตภาพรังสี ดังนั้นชิ้นส่วนฟิชชันจะมีการสลายตัวของ β - ต่อเนื่องกัน และประจุของชิ้นส่วนหลักสามารถเปลี่ยนแปลงได้ 4 - 6 หน่วย ด้านล่างเป็นห่วงโซ่การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีโดยทั่วไปที่ 97 Kr ซึ่งเป็นหนึ่งในชิ้นส่วนที่เกิดขึ้นระหว่างการแยกตัวของ 235 U:

การกระตุ้นของชิ้นส่วนที่เกิดจากการละเมิดอัตราส่วนของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนซึ่งเป็นลักษณะของนิวเคลียสที่เสถียรก็ถูกลบออกเช่นกันเนื่องจากการปลดปล่อยนิวตรอนฟิชชันที่รวดเร็ว นิวตรอนเหล่านี้ถูกปล่อยออกมาจากการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนในเวลาน้อยกว่า ~ 10 -14 วินาที โดยเฉลี่ยแล้ว จะมีการปล่อยนิวตรอนพร้อมท์ 2–3 นิวตรอนในแต่ละเหตุการณ์ฟิชชัน สเปกตรัมพลังงานของพวกมันต่อเนื่องกันสูงสุดประมาณ 1 MeV พลังงานเฉลี่ยของนิวตรอนพร้อมต์มีค่าใกล้เคียงกับ 2 MeV การปล่อยนิวตรอนมากกว่าหนึ่งนิวตรอนในแต่ละเหตุการณ์ฟิชชันทำให้สามารถรับพลังงานผ่านปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันนิวเคลียร์ได้
ด้วยฟิชชันที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดที่ 235 U ด้วยนิวตรอนความร้อน ชิ้นส่วนแสง (A = 95) จะได้พลังงานจลน์เท่ากับ 100 MeV และชิ้นส่วนหนัก (A = 139) จะได้พลังงานจลน์ประมาณ 67 MeV ดังนั้น พลังงานจลน์ทั้งหมดของชิ้นส่วนคือ data 167 MeV พลังงานฟิชชันทั้งหมดในกรณีนี้คือ 200 MeV ดังนั้นพลังงานที่เหลืออยู่ (33 MeV) จะถูกกระจายไปยังผลิตภัณฑ์ฟิชชันอื่นๆ (นิวตรอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโนจากชิ้นส่วนที่สลายตัว β การแผ่รังสี γ จากชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของพวกมัน) การกระจายพลังงานฟิชชันระหว่างผลิตภัณฑ์ต่างๆ ในระหว่างการฟิชชันของ 235 U โดยนิวตรอนความร้อนแสดงไว้ในตารางที่ 7.2

ตารางที่ 7.2

การกระจายพลังงานฟิชชัน 235 U นิวตรอนความร้อน

ผลิตภัณฑ์นิวเคลียร์ฟิชชัน (NFP) เป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีมากกว่า 200 ชนิดจาก 36 ธาตุ (ตั้งแต่สังกะสีไปจนถึงแกโดลิเนียม) กิจกรรมส่วนใหญ่มาจากนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่มีอายุสั้น ดังนั้น 7, 49 และ 343 วันหลังการระเบิด กิจกรรมของ PYD จะลดลง 10, 100 และ 1,000 เท่า ตามลำดับ เมื่อเทียบกับกิจกรรมหนึ่งชั่วโมงหลังการระเบิด ผลผลิตของนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่มีนัยสำคัญทางชีวภาพมากที่สุดแสดงไว้ในตารางที่ 7.3 นอกจาก PYN แล้ว การปนเปื้อนของสารกัมมันตภาพรังสียังเกิดจากนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีของกิจกรรมเหนี่ยวนำ (3 H, 14 C, 28 Al, 24 Na, 56 Mn, 59 Fe, 60 Co เป็นต้น) และส่วนที่ไม่มีการแบ่งแยกของยูเรเนียมและพลูโทเนียม บทบาทของกิจกรรมที่เกิดขึ้นระหว่างการระเบิดแสนสาหัสนั้นยอดเยี่ยมมาก

ตารางที่ 7.3

ผลผลิตของผลิตภัณฑ์ฟิชชันบางชนิดระหว่างการระเบิดของนิวเคลียร์

นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี	ครึ่งชีวิต	ผลผลิตต่อส่วน, %	กิจกรรมต่อ 1 Mt 10 15 ตร.ม
89 ซีเนียร์	50.5 วัน	2.56	590
90 ซีเนียร์	29.12 ปี	3.5	3.9
95 ซร	65 วัน	5.07	920
103 รุ	41 วัน	5.2	1500
106 รุ	365 วัน	2.44	78
131 ไอ	8.05 วัน	2.9	4200
136 ค	13.2 วัน	0.036	32
137 ค	อายุ 30 ปี	5.57	5.9
140 บ	12.8 วัน	5.18	4700
141 ค	32.5 วัน	4.58	1600
144 ค	288 วัน	4.69	190
3ชม	12.3 ปี	0.01	2.6·10 -2

ในระหว่างการระเบิดของนิวเคลียร์ในชั้นบรรยากาศ ส่วนสำคัญของการตกตะกอน (มากถึง 50% สำหรับการระเบิดภาคพื้นดิน) จะตกใกล้กับพื้นที่ทดสอบ สารกัมมันตภาพรังสีบางชนิดยังคงอยู่ที่ส่วนล่างของชั้นบรรยากาศ และเคลื่อนที่ไปในระยะทางไกลภายใต้อิทธิพลของลม โดยคงอยู่ที่ละติจูดเดียวกันโดยประมาณ สารกัมมันตภาพรังสีที่อยู่ในอากาศประมาณหนึ่งเดือนจะค่อยๆ ตกลงสู่พื้นโลกในระหว่างการเคลื่อนไหวนี้ นิวไคลด์กัมมันตรังสีส่วนใหญ่ถูกปล่อยออกสู่ชั้นสตราโตสเฟียร์ (ที่ความสูง 10-15 กม.) ซึ่งพวกมันจะกระจายไปทั่วโลกและสลายตัวไปเป็นส่วนใหญ่
องค์ประกอบโครงสร้างต่างๆ ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีความกระตือรือร้นสูงมานานหลายทศวรรษ (ตาราง 7.4)

ตารางที่ 7.4

ค่ากิจกรรมเฉพาะ ​​(Bq/t ยูเรเนียม) ของผลิตภัณฑ์ฟิชชันหลักในองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่ถูกลบออกจากเครื่องปฏิกรณ์หลังจากสามปีของการทำงาน

นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี	0	1 วัน	120 วัน	1 ปี		10 ปี
85 ก	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 ซีเนียร์	4. 04· 10 16	3. 98· 10 16	5. 78· 10 15	2. 7· 10 14	1. 2· 10 10
90 ซีเนียร์	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 ซร	7. 29· 10 16	7. 21· 10 16	1. 99· 10 16	1. 4· 10 15	5. 14· 10 11
95 นบี	7. 23· 10 16	7. 23· 10 16	3. 57· 10 16	3. 03· 10 15	1. 14· 10 12
103 รุ	7. 08· 10 16	6. 95· 10 16	8. 55· 10 15	1. 14· 10 14	2. 97· 10 8
106 รุ	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 ไอ	4. 49· 10 16	4. 19· 10 16	1. 5· 10 12	1. 01· 10 3
134 ค	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 ค	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 บ	7. 93· 10 16	7. 51· 10 16	1. 19· 10 14	2. 03· 10 8
140 ลา	8. 19· 10 16	8. 05· 10 16	1. 37· 10 14	2. 34· 10 8
141 ซี	7. 36· 10 16	7. 25· 10 16	5. 73· 10 15	3. 08· 10 13	5. 33· 10 6
144 ซี	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 น	6. 77· 10 16	6. 70· 10 16	1. 65· 10 14	6. 11· 10 8
147 น	7. 05·10 15	7. 05· 10 15	6. 78· 10 15	5. 68· 10 15	3. 35· 10 14

ความจริงที่ว่าพลังงานถูกปล่อยออกมาในระหว่างการแตกตัวของนิวเคลียสหนักตามมาโดยตรงจากการพึ่งพาพลังงานการจับยึดจำเพาะ ε = E St (A,Z)/A บนเลขมวล A (รูปที่ 2) เมื่อเกิดฟิชชันของนิวเคลียสหนัก นิวเคลียสที่เบากว่าจะก่อตัวขึ้นโดยที่นิวคลีออนจะถูกจับกันอย่างแน่นหนามากขึ้น และพลังงานส่วนหนึ่งจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการฟิชชัน
ตามกฎแล้ว การแยกตัวของนิวเคลียร์จะมาพร้อมกับการปล่อยนิวตรอน 1–4 ตัว
ขอให้เราแสดงพลังงานฟิชชัน Q ในรูปของพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสเริ่มต้นและนิวเคลียสสุดท้าย เราเขียนพลังงานของนิวเคลียสตั้งต้น ซึ่งประกอบด้วย Z โปรตอนและ N นิวตรอน และมีมวล M(A,Z) และพลังงานยึดเหนี่ยว E st (A,Z) ในรูปแบบต่อไปนี้:

M(A,Z)c 2 = (Zm p + Nm n)c 2 – E St (A,Z)

การแบ่งนิวเคลียส (A,Z) ออกเป็น 2 ส่วน (A 1,Z 1) และ (A 2,Z 2) มาพร้อมกับการก่อตัวของ N n = เอ – เอ 1 – เอ 2 นิวตรอนพร้อมท์ ถ้านิวเคลียส (A,Z) แตกออกเป็นชิ้น ๆ มีมวล M 1 (A 1 ,Z 1), M 2 (A 2 ,Z 2) และพลังงานยึดเหนี่ยว E св1 (A 1,Z 1), E св2 (A 2 , Z 2) จากนั้นสำหรับพลังงานฟิชชัน เราจะได้นิพจน์:

Q div = (M(A,Z) – )c 2 = E sv1 (A 1 ,Z 1) + E sv (A 2 ,Z 2) – E sv (A,Z)

นอกจากนี้

A = A 1 + A 2 + N n, Z = Z 1 + Z 2

ในรูป รูปที่ 26 แสดงรูปแบบการค้นหาของเครื่องคำนวณ "นิวเคลียสฟิชชัน" พร้อมตัวอย่างการก่อตัวของข้อกำหนดการค้นหาเพื่อกำหนดเกณฑ์พลังงานและพลังงานปฏิกิริยาของฟิชชันที่เกิดขึ้นเองของนิวเคลียส 235 U ด้วยการก่อตัวของชิ้นส่วน 139 Xe และ การปล่อยนิวตรอนหนึ่งตัว

การก่อตัวของคำสั่งคำขอดำเนินการดังนี้:

• « นิวเคลียสเป็นเป้าหมาย» – 235 U (ค่าที่เลือก: Z = 92, A = 235)
• « เหตุการณ์อนุภาค" - ไม่มีอนุภาคตกกระทบ - ฟิชชันที่เกิดขึ้นเอง (ในเมนูแบบเลื่อนลงที่เลือกไว้ " ไม่มีอนุภาคบิน»);
• « (ผู้ใช้) ชิ้นส่วนที่เลือกได้» – แกนแฟรกเมนต์ เช่น 95 Sr (ค่าที่เลือกคือ Z = 38, A = 95)
• « (กำหนดโดยโปรแกรม) ชาร์ด» – 140 แกนแฟรกเมนต์ Xe (Z = 92 – 38 = 54,
  ก = 235 – 95 = 140);
• « อนุภาคทันที 1 ที่มาพร้อมกับฟิชชัน» – นิวตรอน (ค่าที่เลือกคือ Z = 0,
  ก = 1, " จำนวนอนุภาค" – 1); ในขณะเดียวกัน การอ่านส่วนที่กำหนดโดยโปรแกรม – 139 Xe (Z = 54, A = 140 – 1 = 149) จะเปลี่ยนไป

ในรูป รูปที่ 27 แสดงรูปแบบผลลัพธ์ของคำขอนี้: ชัดเจนว่าไม่มีขีดจำกัดพลังงานสำหรับการแยกตัวของนิวเคลียส 235 U นิวเคลียส 235 U มีโหมดการสลายตัว – “การปล่อยนิวตรอน”)

ในปี พ.ศ. 2477 อี. เฟอร์มี ตัดสินใจรับธาตุทรานยูเรเนียมโดยการฉายรังสี 238 U ด้วยนิวตรอน แนวคิดของ E. Fermi ก็คือว่าอันเป็นผลมาจากการสลายตัวของไอโซโทป 239 U องค์ประกอบทางเคมีโดยมีหมายเลขซีเรียล Z = 93 อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถระบุการก่อตัวขององค์ประกอบที่ 93 ได้ แต่จากการวิเคราะห์ทางเคมีกัมมันตภาพรังสีขององค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีที่ดำเนินการโดย O. Hahn และ F. Strassmann พบว่าหนึ่งในผลิตภัณฑ์ของการฉายรังสียูเรเนียมด้วยนิวตรอนคือแบเรียม (Z = 56) - องค์ประกอบทางเคมีของน้ำหนักอะตอมเฉลี่ย ในขณะที่ตามสมมติฐานของทฤษฎีแฟร์มี จะต้องได้รับธาตุทรานยูเรเนียม
แอล. ไมต์เนอร์และโอ. ฟริสช์เสนอว่านิวเคลียสของสารประกอบจับนิวตรอนโดยนิวเคลียสของยูเรเนียมนิวเคลียสจึงยุบตัวเป็นสองส่วน

92 U + n → 56 บา + 36 Kr + xn

กระบวนการฟิชชันของยูเรเนียมจะมาพร้อมกับการปรากฏตัวของนิวตรอนทุติยภูมิ (x > 1) ซึ่งสามารถทำให้เกิดการแตกตัวของนิวเคลียสของยูเรเนียมอื่น ๆ ได้ ซึ่งเปิดโอกาสให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันขึ้น - นิวตรอนหนึ่งตัวสามารถก่อให้เกิดกิ่งก้าน สายโซ่ฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียม ในกรณีนี้ จำนวนนิวเคลียสที่แยกตัวควรเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ เอ็น. บอร์และเจ. วีลเลอร์คำนวณพลังงานวิกฤตที่จำเป็นสำหรับนิวเคลียส 236 U ซึ่งเกิดขึ้นจากการดักจับนิวตรอนด้วยไอโซโทป 235 U เพื่อแยกตัว ค่านี้คือ 6.2 MeV ซึ่งน้อยกว่าพลังงานกระตุ้นของไอโซโทป 236 U ที่เกิดขึ้นระหว่างการจับนิวตรอนความร้อน 235 U ดังนั้น เมื่อจับนิวตรอนความร้อน จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันที่ 235 U สำหรับ ไอโซโทปที่พบมากที่สุดคือ 238 U พลังงานวิกฤตคือ 5.9 MeV ในขณะที่เมื่อจับนิวตรอนความร้อน พลังงานกระตุ้นของนิวเคลียส 239 U ที่เกิดขึ้นจะอยู่ที่ 5.2 MeV เท่านั้น ดังนั้นปฏิกิริยาลูกโซ่ของการฟิชชันของไอโซโทปที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ 238 U ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนความร้อนจึงเป็นไปไม่ได้ ในเหตุการณ์ฟิชชันครั้งหนึ่ง พลังงานจะถูกปล่อยออกมา หยาบคาย 200 MeV (สำหรับการเปรียบเทียบใน ปฏิกิริยาเคมีการเผาไหม้ในเหตุการณ์ปฏิกิริยาหนึ่งจะปล่อยพลังงาน data 10 eV) ความเป็นไปได้ในการสร้างเงื่อนไขสำหรับปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันได้เปิดโอกาสในการใช้พลังงานของปฏิกิริยาลูกโซ่เพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูและอาวุธปรมาณู เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกสร้างโดย E. Fermi ในสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2485 ในสหภาพโซเวียต เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกเปิดตัวภายใต้การนำของ I. Kurchatov ในปี พ.ศ. 2489 ในปี พ.ศ. 2497 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกเริ่มดำเนินการใน Obninsk ปัจจุบัน พลังงานไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประมาณ 440 เครื่องใน 30 ประเทศ
ในปี 1940 G. Flerov และ K. Petrzhak ค้นพบการแยกตัวของยูเรเนียมที่เกิดขึ้นเอง ความซับซ้อนของการทดลองเห็นได้จากตัวเลขต่อไปนี้ ครึ่งชีวิตบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งตัวที่เกิดขึ้นเองของไอโซโทป 238 U คือ 10 16 –10 17 ปี ในขณะที่ระยะเวลาการสลายตัวของไอโซโทป 238 U คือ 4.5∙10 9 ปี ช่องทางการสลายตัวหลักของไอโซโทป 238 U คือการสลายตัวของα เพื่อที่จะสังเกตฟิชชันที่เกิดขึ้นเองของไอโซโทป 238 U จำเป็นต้องบันทึกเหตุการณ์ฟิชชันหนึ่งเหตุการณ์กับพื้นหลังของเหตุการณ์การสลายตัวของ α 10 7 –10 8 8
ความน่าจะเป็นของฟิชชันที่เกิดขึ้นเองนั้นถูกกำหนดโดยการซึมผ่านของสิ่งกีดขวางฟิชชันเป็นหลัก ความน่าจะเป็นของฟิชชันที่เกิดขึ้นเองจะเพิ่มขึ้นตามประจุนิวเคลียร์ที่เพิ่มขึ้น เพราะ ในกรณีนี้ พารามิเตอร์การหาร Z 2 /A จะเพิ่มขึ้น ในไอโซโทป Z< 92-95 деление происходит преимущественно с образованием двух осколков деления с отношением масс тяжёлого и лёгкого осколков 3:2. В изотопах Z >100 ฟิชชันแบบสมมาตรมีอิทธิพลเหนือการก่อตัวของชิ้นส่วนที่มีมวลเท่ากัน เมื่อประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้น สัดส่วนของฟิชชันที่เกิดขึ้นเองเมื่อเปรียบเทียบกับการสลายตัวของ α จะเพิ่มขึ้น

ไอโซโทป	ครึ่งชีวิต	ช่องทางการสลายตัว
235U	7.04·10 8 ปี	α (100%), เอสเอฟ (7·10 -9%)
238 คุณ	4.47 10 9 ปี	α (100%), เอสเอฟ (5.5·10 -5%)
240 ปู่	6.56·10 3 ปี	α (100%), เอสเอฟ (5.7·10 -6%)
242 ปู่	3.75 10 5 ปี	α (100%), เอสเอฟ (5.5·10 -4%)
246 ซม	4.76·10 3 ปี	α (99.97%), เอสเอฟ (0.03%)
252 ซ	2.64 ปี	α (96.91%), เอสเอฟ (3.09%)
254 อ้างอิง	60.5 ปี	α (0.31%), เอสเอฟ (99.69%)
256 อ้างอิง	12.3 ปี	α (7.04·10 -8%), เอสเอฟ (100%)

การแยกตัวของนิวเคลียร์ เรื่องราว

2477- E. Fermi ผู้ฉายรังสียูเรเนียมด้วยนิวตรอนความร้อนค้นพบนิวเคลียสของกัมมันตภาพรังสีในกลุ่มผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาซึ่งไม่สามารถระบุลักษณะของสารดังกล่าวได้
L. Szilard หยิบยกแนวคิดเรื่องปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

2482− O. Hahn และ F. Strassmann ค้นพบแบเรียมท่ามกลางผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา
L. Meitner และ O. Frisch เป็นคนแรกที่ประกาศว่าภายใต้อิทธิพลของนิวตรอน ยูเรเนียมถูกแบ่งออกเป็นสองชิ้นส่วนที่มีมวลใกล้เคียงกัน
เอ็น. บอร์และเจ. วีลเลอร์ให้การตีความเชิงปริมาณของการแยกตัวของนิวเคลียร์โดยการแนะนำพารามิเตอร์ของฟิชชัน
Ya. Frenkel พัฒนาทฤษฎีหยดของการแยกตัวของนิวเคลียร์โดยนิวตรอนช้า
L. Szilard, E. Wigner, E. Fermi, J. Wheeler, F. Joliot-Curie, Y. Zeldovich, Y. Khariton ยืนยันความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ฟิชชันที่เกิดขึ้นในยูเรเนียม

1940− G. Flerov และ K. Pietrzak ค้นพบปรากฏการณ์การแยกตัวของนิวเคลียสยูเรเนียม U ที่เกิดขึ้นเอง

2485− อี. แฟร์มีดำเนินการปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันแบบควบคุมในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูเครื่องแรก

พ.ศ. 2488− การทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ครั้งแรก (เนวาดา สหรัฐอเมริกา) กองทหารอเมริกันทิ้งระเบิดปรมาณูในเมืองฮิโรชิมาของญี่ปุ่น (6 สิงหาคม) และนางาซากิ (9 สิงหาคม)

2489− ภายใต้การนำของ I.V. Kurchatov ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกในยุโรปเปิดตัว

1954− มีการเปิดตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลก (Obninsk, สหภาพโซเวียต)

การแยกตัวของนิวเคลียร์ตั้งแต่ปี 1934 เป็นต้นมา E. Fermi เริ่มใช้นิวตรอนเพื่อโจมตีอะตอม ตั้งแต่นั้นมา จำนวนนิวเคลียสที่เสถียรหรือมีกัมมันตภาพรังสีที่ได้จากการแปลงสภาพโดยธรรมชาติได้เพิ่มขึ้นเป็นหลายร้อย และเกือบทุกตำแหน่งในตารางธาตุก็เต็มไปด้วยไอโซโทป
อะตอมที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ทั้งหมดนี้อยู่ในตำแหน่งเดียวกันในตารางธาตุกับอะตอมที่ถูกทิ้งระเบิดหรือสถานที่ใกล้เคียง ดังนั้น ข้อพิสูจน์ของฮาห์นและสตราสมันน์ในปี พ.ศ. 2481 ว่าเมื่อถูกโจมตีด้วยนิวตรอนที่องค์ประกอบสุดท้ายของตารางธาตุทำให้เกิดความรู้สึกที่ยิ่งใหญ่−ยูเรเนียม−การสลายตัวเกิดขึ้นเป็นธาตุที่อยู่ตรงกลางตารางธาตุ พวกเขาแสดงที่นี่ ประเภทต่างๆการสลายตัว อะตอมที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่ไม่เสถียรและสลายตัวต่อไปทันที บางส่วนมีครึ่งชีวิตวัดเป็นวินาที ดังนั้น ฮาห์นจึงต้องใช้วิธีวิเคราะห์ของกูรีเพื่อยืดเวลากระบวนการที่รวดเร็วเช่นนี้ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าองค์ประกอบต้นน้ำของยูเรเนียม โพรแทกติเนียม และทอเรียม ก็แสดงการสลายตัวที่คล้ายกันเมื่อสัมผัสกับนิวตรอน แม้ว่าพลังงานนิวตรอนที่สูงกว่าจำเป็นต่อการสลายตัวที่จะเกิดขึ้นมากกว่าในกรณีของยูเรเนียมก็ตาม นอกจากนี้ในปี 1940 G. N. Flerov และ K. A. Petrzhak ค้นพบการแยกตัวของนิวเคลียสยูเรเนียมที่เกิดขึ้นเองโดยมีค่าครึ่งชีวิตที่ใหญ่ที่สุดที่รู้จักจนถึงปัจจุบัน: ประมาณ 2· 10 15 ปี; ข้อเท็จจริงข้อนี้ชัดเจนเนื่องจากนิวตรอนที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการนี้ สิ่งนี้ทำให้สามารถเข้าใจได้ว่าทำไมตารางธาตุ "ธรรมชาติ" จึงลงท้ายด้วยธาตุทั้งสามที่มีชื่อ ธาตุทรานยูเรเนียมเป็นที่รู้จักแล้ว แต่พวกมันไม่เสถียรมากจนสลายตัวอย่างรวดเร็ว
การแยกตัวของยูเรเนียมด้วยนิวตรอนทำให้สามารถใช้พลังงานปรมาณูได้ ซึ่งหลายคนจินตนาการว่าเป็น "ความฝันของจูลส์ เวิร์น"

เอ็ม. เลา “ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์”

1939 O. Hahn และ F. Strassmann ทำการฉายรังสีเกลือยูเรเนียมด้วยนิวตรอนความร้อน ค้นพบแบเรียม (Z = 56) ในบรรดาผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา

ออตโต กันน์ (1879 – 1968)

ฟิชชันนิวเคลียร์คือการแบ่งนิวเคลียสออกเป็นสองนิวเคลียส (น้อยกว่าสาม) นิวเคลียสที่มีมวลใกล้เคียงกัน ซึ่งเรียกว่าชิ้นส่วนฟิชชัน ในระหว่างฟิชชันอนุภาคอื่น ๆ ก็ปรากฏขึ้นเช่นกัน - นิวตรอน, อิเล็กตรอน, อนุภาคα จากผลของฟิชชัน พลังงานประมาณ 200 MeV จะถูกปล่อยออกมา ฟิชชันสามารถเกิดขึ้นเองหรือถูกบังคับภายใต้อิทธิพลของอนุภาคอื่น ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นนิวตรอน
คุณลักษณะที่เป็นลักษณะเฉพาะของฟิชชันคือ ตามปกติแล้ว ชิ้นส่วนฟิชชันจะมีมวลแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ กล่าวคือ ฟิชชันแบบอสมมาตรมีอิทธิพลเหนือกว่า ดังนั้น ในกรณีของฟิชชันที่เป็นไปได้มากที่สุดของไอโซโทปยูเรเนียม 236 U อัตราส่วนมวลชิ้นส่วนคือ 1.46 ชิ้นส่วนที่หนักมีเลขมวล 139 (ซีนอน) และชิ้นส่วนที่เบามีเลขมวล 95 (สตรอนเทียม) เมื่อคำนึงถึงการปล่อยนิวตรอนพร้อมต์สองตัว ปฏิกิริยาฟิชชันที่กำลังพิจารณาจะมีรูปแบบ

รางวัลโนเบลสาขาเคมี
พ.ศ. 2487 (ค.ศ. 1944) – ทุมแกน
สำหรับการค้นพบปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียมโดยนิวตรอน

เศษฟิชชัน

การพึ่งพามวลเฉลี่ยของกลุ่มชิ้นส่วนเบาและหนักบนมวลของนิวเคลียสฟิสไซล์

การค้นพบการแยกตัวของนิวเคลียร์ 2482

ฉันมาถึงสวีเดน ที่ซึ่งลิซ ไมต์เนอร์ต้องทนทุกข์ทรมานจากความเหงา และฉันก็ตัดสินใจไปเยี่ยมเธอในวันคริสต์มาสเหมือนหลานชายผู้อุทิศตน เธออาศัยอยู่ในโรงแรมเล็กๆ Kungälv ใกล้โกเธนเบิร์ก ฉันพบเธอตอนอาหารเช้า เธอคิดถึงจดหมายที่เธอเพิ่งได้รับจากกาน ฉันสงสัยมากเกี่ยวกับเนื้อหาของจดหมายซึ่งรายงานการก่อตัวของแบเรียมเมื่อยูเรเนียมถูกฉายรังสีด้วยนิวตรอน อย่างไรก็ตาม เธอถูกดึงดูดด้วยโอกาสนี้ เราเดินบนหิมะ เธอเดินเท้า ฉันเล่นสกี (เธอบอกว่าเธอสามารถเดินไปได้โดยไม่ล้มข้างหลังฉัน และเธอก็พิสูจน์แล้ว) เมื่อสิ้นสุดการเดินเราก็สามารถสรุปข้อสรุปได้แล้ว แกนกลางไม่แตกออก และชิ้นส่วนต่างๆ ก็ไม่หลุดออกจากมัน แต่นี่เป็นกระบวนการที่ชวนให้นึกถึงแบบจำลองหยดนิวเคลียสของบอร์มากกว่า นิวเคลียสสามารถยืดและแบ่งได้เหมือนหยดหนึ่ง จากนั้นฉันก็ค้นคว้าวิธีการ ค่าไฟฟ้านิวเคลียสลดแรงตึงผิว ซึ่งเท่าที่ผมสร้างได้ ก็ลดลงเหลือศูนย์ที่ Z = 100 และอาจมียูเรเนียมต่ำมาก Lise Meitner ทำงานเพื่อหาพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวแต่ละครั้งอันเนื่องมาจากข้อบกพร่องของมวล เธอมีความชัดเจนมากเกี่ยวกับเส้นโค้งข้อบกพร่องมวล ปรากฎว่าเนื่องจากการขับไล่ไฟฟ้าสถิต องค์ประกอบฟิชชันจะได้รับพลังงานประมาณ 200 MeV และสิ่งนี้สอดคล้องกับพลังงานที่เกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องมวลอย่างแน่นอน ดังนั้น กระบวนการนี้สามารถดำเนินการแบบคลาสสิกล้วนๆ โดยไม่ต้องเรียกใช้แนวคิดของการผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งแน่นอนว่าจะไม่มีประโยชน์ที่นี่
เราใช้เวลาสองสามวันด้วยกันในช่วงคริสต์มาส จากนั้นฉันก็กลับมาที่โคเปนเฮเกนและแทบไม่มีเวลาแจ้งให้ Bohr ทราบถึงแนวคิดของเราในขณะที่เขากำลังขึ้นเรือที่จะออกเดินทางไปสหรัฐอเมริกา ฉันจำได้ว่าเขาตบหน้าผากทันทีที่ฉันเริ่มพูดและอุทาน:“ โอ้พวกเราช่างโง่เขลาจริงๆ! เราควรสังเกตสิ่งนี้ก่อนหน้านี้” แต่เขาไม่สังเกตและไม่มีใครสังเกตเห็น
Lise Meitner และฉันเขียนบทความ ในเวลาเดียวกัน เราติดต่อกันทางโทรศัพท์ทางไกลจากโคเปนเฮเกนไปยังสตอกโฮล์ม

O. Frisch บันทึกความทรงจำ ยูเอฟเอ็น 2511 ต. 96 ฉบับที่ 4 หน้า 697.

การแยกตัวของนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเอง

ในการทดลองที่อธิบายไว้ด้านล่าง เราใช้วิธีที่ Frisch เสนอเป็นครั้งแรกในการบันทึกกระบวนการแยกตัวของนิวเคลียร์ ห้องไอออไนซ์ที่มีแผ่นเคลือบด้วยชั้นยูเรเนียมออกไซด์เชื่อมต่อกับเครื่องขยายสัญญาณเชิงเส้นที่กำหนดค่าในลักษณะที่ระบบตรวจไม่พบอนุภาค α ที่ปล่อยออกมาจากยูเรเนียม แรงกระตุ้นจากชิ้นส่วนซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าแรงกระตุ้นจากอนุภาค α มาก จะปลดล็อกเอาท์พุตไทราตรอน และถือเป็นรีเลย์เชิงกล
ห้องไอออไนซ์ได้รับการออกแบบเป็นพิเศษในรูปแบบของตัวเก็บประจุแบบแบนหลายชั้นโดยมีพื้นที่รวม 15 แผ่นต่อ 1,000 ตารางเซนติเมตร แผ่นซึ่งอยู่ห่างจากกัน 3 มม. ถูกเคลือบด้วยชั้นของยูเรเนียมออกไซด์ 10 -20 มก./ซม 2 .
ในการทดลองแรกๆ ด้วยแอมพลิฟายเออร์ที่กำหนดค่าสำหรับการนับชิ้นส่วน เป็นไปได้ที่จะสังเกตพัลส์ที่เกิดขึ้นเอง (ในกรณีที่ไม่มีแหล่งกำเนิดนิวตรอน) บนรีเลย์และออสซิลโลสโคป จำนวนของพัลส์เหล่านี้มีน้อย (6 ใน 1 ชั่วโมง) ดังนั้นจึงเป็นที่เข้าใจได้ว่าปรากฏการณ์นี้ไม่สามารถสังเกตได้ด้วยกล้องประเภทปกติ...
เรามักจะคิดอย่างนั้น ผลที่เราสังเกตเห็นน่าจะเป็นผลมาจากชิ้นส่วนที่เกิดจากการแตกตัวของยูเรเนียมที่เกิดขึ้นเอง...

ฟิชชันที่เกิดขึ้นเองควรนำมาประกอบกับหนึ่งในไอโซโทป U ที่ไม่ถูกกระตุ้นซึ่งมีครึ่งชีวิตที่ได้รับจากการประเมินผลลัพธ์ของเรา:

คุณ 238 – 10 16 ~ 10 17 ปี,
คุณ 235 – 10 14 ~ 10 15 ปี,
คุณ 234 – 10 12 ~ 10 13 ปี.

การสลายตัวของไอโซโทป 238 คุณ

การแยกตัวของนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นเอง

ครึ่งชีวิตของไอโซโทปฟิสไซล์ที่เกิดขึ้นเอง Z = 92 - 100

ระบบทดลองระบบแรกที่มีโครงตาข่ายยูเรเนียม-กราไฟท์ถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2484 ภายใต้การนำของอี. เฟอร์มี มันเป็นลูกบาศก์กราไฟท์ที่มีขอบยาว 2.5 ม. บรรจุยูเรเนียมออกไซด์ประมาณ 7 ตัน บรรจุในภาชนะเหล็ก ซึ่งวางอยู่ในลูกบาศก์โดยมีระยะห่างเท่ากัน แหล่งกำเนิดนิวตรอน RaBe ถูกวางไว้ที่ด้านล่างของโครงตาข่ายยูเรเนียม-กราไฟท์ ค่าสัมประสิทธิ์การสืบพันธุ์ในระบบดังกล่าวคือ data 0.7 ยูเรเนียมออกไซด์มีสิ่งเจือปนตั้งแต่ 2 ถึง 5% ความพยายามเพิ่มเติมมุ่งเป้าไปที่การรับวัสดุที่บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น และภายในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2485 ก็ได้รับยูเรเนียมออกไซด์ ซึ่งมีสารเจือปนน้อยกว่า 1% จำเป็นต้องใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน จำนวนมากกราไฟท์และยูเรเนียม - ประมาณหลายตัน สิ่งเจือปนจะต้องมีน้อยกว่าสองสามส่วนต่อล้าน เครื่องปฏิกรณ์ซึ่งประกอบขึ้นเมื่อปลายปี พ.ศ. 2485 โดยเฟอร์มีที่มหาวิทยาลัยชิคาโก มีรูปทรงทรงกลมที่ไม่สมบูรณ์ซึ่งถูกตัดออกจากด้านบน ประกอบด้วยยูเรเนียม 40 ตัน และกราไฟท์ 385 ตัน ในตอนเย็นของวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2485 หลังจากถอดแท่งดูดซับนิวตรอนออก ก็พบว่าเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ภายในเครื่องปฏิกรณ์ ค่าสัมประสิทธิ์ที่วัดได้คือ 1.0006 ในตอนแรก เครื่องปฏิกรณ์ทำงานที่ระดับพลังงาน 0.5 วัตต์ ภายในวันที่ 12 ธันวาคม กำลังไฟเพิ่มขึ้นเป็น 200 วัตต์ ต่อจากนั้น เครื่องปฏิกรณ์ถูกย้ายไปยังสถานที่ที่ปลอดภัยกว่า และเพิ่มกำลังเป็นหลายกิโลวัตต์ ในเวลาเดียวกัน เครื่องปฏิกรณ์ใช้ยูเรเนียม-235 0.002 กรัมต่อวัน

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกในสหภาพโซเวียต

อาคารสำหรับเครื่องปฏิกรณ์วิจัยนิวเคลียร์เครื่องแรกในสหภาพโซเวียต F-1 สร้างเสร็จภายในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2489
หลังจากดำเนินการทดลองที่จำเป็นทั้งหมดแล้ว ระบบควบคุมและป้องกันสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการพัฒนา ขนาดของเครื่องปฏิกรณ์ได้ถูกสร้างขึ้น การทดลองที่จำเป็นทั้งหมดได้ดำเนินการกับแบบจำลองเครื่องปฏิกรณ์ ความหนาแน่นของนิวตรอนถูกกำหนดบน ได้รับบล็อกกราไฟท์หลายรุ่น (ที่เรียกว่าความบริสุทธิ์ของนิวเคลียร์) และ (หลังการตรวจสอบทางกายภาพของนิวตรอน) บล็อกยูเรเนียมในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2489 พวกเขาเริ่มสร้างเครื่องปฏิกรณ์ F-1
รัศมีรวมของเครื่องปฏิกรณ์คือ 3.8 ม. ต้องใช้กราไฟท์ 400 ตันและยูเรเนียม 45 ตัน เครื่องปฏิกรณ์ถูกประกอบเป็นชั้นๆ และเวลา 15.00 น. ของวันที่ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2489 ชั้นสุดท้ายที่ 62 ได้ถูกประกอบขึ้น หลังจากถอดแท่งควบคุมฉุกเฉินออก ก้านควบคุมก็ถูกยกขึ้น การนับความหนาแน่นของนิวตรอนเริ่มขึ้น และเวลา 18.00 น. ของวันที่ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2489 เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกในสหภาพโซเวียตก็มีชีวิตขึ้นมาและเริ่มทำงาน ถือเป็นชัยชนะที่น่าตื่นเต้นสำหรับนักวิทยาศาสตร์ผู้สร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และสำหรับชาวโซเวียตทั้งหมด และหนึ่งปีครึ่งต่อมา ในวันที่ 10 มิถุนายน พ.ศ. 2491 เครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมที่มีน้ำในช่องทางถึงภาวะวิกฤติ และในไม่ช้า การผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ชนิดใหม่ทางอุตสาหกรรมก็เริ่มขึ้น คือ พลูโทเนียม