Görelilik teorisi, kütlenin özel bir enerji şekli olduğunu söyler. Buradan kütleyi enerjiye ve enerjiyi kütleye dönüştürmenin mümkün olduğu sonucu çıkar. Atom içi düzeyde, bu tür reaksiyonlar meydana gelir. Özellikle, atom çekirdeğinin kütlesinin bir kısmı pekala enerjiye dönüşebilir. Bu birkaç şekilde olur. İlk olarak, çekirdek birkaç küçük çekirdeğe bozunabilir, bu reaksiyona "çürüme" denir. İkincisi, daha küçük çekirdekler daha büyük bir tane yapmak için kolayca birleşebilir - bu bir füzyon reaksiyonudur. Evrende bu tür reaksiyonlar çok yaygındır. Füzyon reaksiyonunun yıldızlar için enerji kaynağı olduğunu söylemek yeterlidir. Ancak insanlar bu karmaşık süreçleri kontrol etmeyi öğrendiğinden, bozunma reaksiyonu insanlık tarafından nükleer reaktörlerde kullanılır. Ama nükleer zincirleme reaksiyon nedir? Nasıl yönetilir?
Bir atomun çekirdeğinde ne olur
Bir nükleer zincir reaksiyonu, temel parçacıklar veya çekirdekler diğer çekirdeklerle çarpıştığında meydana gelen bir süreçtir. Neden "zincir"? Bu, bir dizi ardışık tek nükleer reaksiyondur. Bu sürecin bir sonucu olarak, orijinal çekirdeğin kuantum durumunda ve nükleon bileşiminde bir değişiklik meydana gelir, hatta yeni parçacıklar ortaya çıkar - reaksiyon ürünleri. Fiziği, çekirdeklerin çekirdeklerle ve parçacıklarla etkileşim mekanizmalarını incelemeye izin veren nükleer zincir reaksiyonu, yeni elementler ve izotoplar elde etmenin ana yöntemidir. Bir zincirleme reaksiyonun akışını anlamak için önce tekil olanlarla ilgilenmek gerekir.
Reaksiyon için gerekenler
Nükleer zincir reaksiyonu gibi bir işlemi gerçekleştirmek için parçacıkları (bir çekirdek ve bir nükleon, iki çekirdek) güçlü etkileşim yarıçapı (yaklaşık bir fermi) mesafesinde birbirine yaklaştırmak gerekir.. Mesafeler büyükse, yüklü parçacıkların etkileşimi tamamen Coulomb olacaktır. Bir nükleer reaksiyonda, tüm yasalar gözlenir: enerjinin korunumu, momentum, momentum, baryon yükü. Bir nükleer zincir reaksiyonu, a, b, c, d sembol seti ile gösterilir. a sembolü orijinal çekirdeği, b gelen parçacığı, c yeni giden parçacığı ve d ortaya çıkan çekirdeği gösterir.
Reaksiyon enerjisi
Bir nükleer zincir reaksiyonu hem absorpsiyon hem de enerji salınımı ile gerçekleşebilir; bu, reaksiyondan sonra ve ondan önceki parçacıkların kütlelerindeki farka eşittir. Absorbe edilen enerji, çarpışmanın minimum kinetik enerjisini belirler,serbestçe ilerleyebileceği bir nükleer reaksiyonun sözde eşiği. Bu eşik, etkileşime dahil olan parçacıklara ve özelliklerine bağlıdır. İlk aşamada, tüm parçacıklar önceden belirlenmiş bir kuantum durumundadır.
Reaksiyon uygulaması
Çekirdeği bombalayan yüklü parçacıkların ana kaynağı, proton demetleri, ağır iyonlar ve hafif çekirdekler üreten parçacık hızlandırıcıdır. Nükleer reaktörler kullanılarak yavaş nötronlar elde edilir. Gelen yüklü parçacıkları sabitlemek için, hem füzyon hem de bozunma gibi farklı nükleer reaksiyonlar kullanılabilir. Olasılıkları çarpışan parçacıkların parametrelerine bağlıdır. Bu olasılık, reaksiyon kesiti gibi bir özellik ile ilişkilidir - çekirdeği gelen parçacıklar için bir hedef olarak karakterize eden ve parçacık ile çekirdeğin etkileşime girme olasılığının bir ölçüsü olan etkili alanın değeri. Sıfır olmayan spinli parçacıklar reaksiyonda yer alırsa, kesit doğrudan yönelimlerine bağlıdır. Gelen parçacıkların dönüşleri tamamen rastgele değil, az ya da çok düzenli olduğu için, tüm cisimcikler polarize olacaktır. Yönlendirilmiş ışın dönüşlerinin nicel özelliği, polarizasyon vektörü ile tanımlanır.
Reaksiyon mekanizması
Nükleer zincir reaksiyonu nedir? Daha önce de belirtildiği gibi, bu daha basit reaksiyonların bir dizisidir. Gelen parçacığın özellikleri ve çekirdekle etkileşimi kütleye, yüke,kinetik enerji. Etkileşim, çarpışma sırasında uyarılan çekirdeklerin serbestlik derecesi ile belirlenir. Tüm bu mekanizmaların kontrolünü kazanmak, kontrollü bir nükleer zincir reaksiyonu gibi bir sürece izin verir.
Doğrudan reaksiyonlar
Hedef çekirdeğe çarpan yüklü bir parçacık yalnızca ona dokunursa, çarpışmanın süresi çekirdek yarıçapının mesafesini aşmak için gereken mesafeye eşit olacaktır. Böyle bir nükleer reaksiyona doğrudan reaksiyon denir. Bu türdeki tüm tepkimelerin ortak özelliği, az sayıda serbestlik derecesinin uyarılmasıdır. Böyle bir süreçte, ilk çarpışmadan sonra, parçacık hala nükleer çekimin üstesinden gelmek için yeterli enerjiye sahiptir. Örneğin, nötronların esnek olmayan saçılması, yük değişimi gibi etkileşimler ve doğrudan bakın. Bu tür süreçlerin "toplam enkesit" olarak adlandırılan özelliğe katkısı oldukça önemsizdir. Bununla birlikte, doğrudan bir nükleer reaksiyonun geçişinin ürünlerinin dağılımı, ışın yönü açısından kaçış olasılığını, kuantum sayılarını, nüfuslu durumların seçiciliğini ve yapılarını belirlemeyi mümkün kılar.
Denge öncesi emisyon
Parçacık, ilk çarpışmadan sonra nükleer etkileşim bölgesini terk etmezse, ardışık çarpışmalar dizisinin tamamına dahil olacaktır. Bu aslında nükleer zincir reaksiyonu denilen şeydir. Bu durumun bir sonucu olarak parçacığın kinetik enerjisi parçacıklar arasında dağılır.çekirdeği oluşturan parçalar. Çekirdeğin kendisinin durumu yavaş yavaş çok daha karmaşık hale gelecektir. Bu işlem sırasında, belirli bir nükleon veya bütün bir küme (bir grup nükleon), bu nükleonun çekirdekten yayılması için yeterli enerjiyi konsantre edebilir. Daha fazla gevşeme, istatistiksel dengenin oluşmasına ve bir bileşik çekirdeğin oluşumuna yol açacaktır.
Zincir reaksiyonları
Nükleer zincir reaksiyonu nedir? Bu, onu oluşturan parçaların sırasıdır. Yani, yüklü parçacıkların neden olduğu çok sayıda ardışık tek nükleer reaksiyon, önceki adımlarda reaksiyon ürünleri olarak görünür. Nükleer zincir reaksiyonu nedir? Örneğin, önceki bozunmalar sırasında elde edilen nötronlar tarafından birden fazla fisyon olayının başlatıldığı ağır çekirdeklerin fisyonudur.
Nükleer zincir reaksiyonunun özellikleri
Tüm kimyasal reaksiyonlar arasında zincirleme reaksiyonlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanılmayan bağlara sahip parçacıklar, serbest atomların veya radikallerin rolünü oynar. Nükleer zincir reaksiyonu gibi bir süreçte, oluşum mekanizması, bir Coulomb bariyerine sahip olmayan ve absorpsiyon üzerine çekirdeği uyaran nötronlar tarafından sağlanır. Ortamda gerekli parçacık belirirse, taşıyıcı parçacığın kaybı nedeniyle zincir kopana kadar devam edecek olan sonraki dönüşümlerin zincirine neden olur.
Taşıyıcı neden kayboldu
Sürekli bir reaksiyonlar zincirinin taşıyıcı parçacığının kaybolmasının sadece iki nedeni vardır. Birincisi, partikülün emisyon süreci olmaksızın emilmesidir.ikincil. İkincisi, parçacığın zincirleme sürecini destekleyen maddenin hacim sınırının ötesinde ayrılmasıdır.
İki tür süreç
Zincir reaksiyonunun her periyodunda yalnızca tek bir taşıyıcı parçacık doğarsa, bu sürece dalsız denilebilir. Büyük ölçekte enerji salınımına yol açamaz. Çok sayıda taşıyıcı parçacık varsa buna dallanmış reaksiyon denir. Dallanma ile nükleer zincir reaksiyonu nedir? Bir önceki perdede elde edilen ikincil parçacıklardan biri daha önce başlatılan zinciri devam ettirirken, diğerleri de dallanacak yeni reaksiyonlar yaratacaktır. Bu süreç, kırılmaya yol açan süreçlerle rekabet edecek. Ortaya çıkan durum, belirli kritik ve sınırlayıcı fenomenlere yol açacaktır. Örneğin, tamamen yeni zincirlerden daha fazla kırılma varsa, reaksiyonun kendi kendini sürdürmesi imkansız olacaktır. Gerekli sayıda parçacığı belirli bir ortama sokarak yapay olarak uyarılsa bile, süreç zamanla (genellikle oldukça hızlı bir şekilde) bozulmaya devam edecektir. Yeni zincir sayısı kırılma sayısını aşarsa, madde boyunca bir nükleer zincir reaksiyonu yayılmaya başlayacaktır.
Kritik durum
Kritik durum, gelişmiş bir kendi kendine devam eden zincirleme reaksiyon ile maddenin halinin alanını ve bu reaksiyonun hiç mümkün olmadığı alanı ayırır. Bu parametre, yeni devrelerin sayısı ile olası kesintilerin sayısı arasındaki eşitlik ile karakterize edilir. Serbest bir taşıyıcı parçacığın varlığı gibi, kritikdevlet, "nükleer zincir reaksiyonunun uygulanması için koşullar" gibi bir listedeki ana maddedir. Bu durumun başarısı, bir dizi olası faktör tarafından belirlenebilir. Ağır bir elementin çekirdeğinin fisyonunu sadece bir nötron harekete geçirir. Nükleer fisyon zincir reaksiyonu gibi bir işlemin sonucu olarak daha fazla nötron üretilir. Bu nedenle, bu işlem, nötronların taşıyıcı olarak hareket edeceği dallı bir reaksiyon üretebilir. Nötron hızının fisyon olmadan yakalanması veya kaçması (kayıp hızı) taşıyıcı parçacıkların çoğalma hızı ile dengelenmesi durumunda, zincirleme reaksiyon durağan bir modda ilerleyecektir. Bu eşitlik çarpma faktörünü karakterize eder. Yukarıdaki durumda, bire eşittir. Nükleer enerjide, enerji salınım hızı ile çarpma faktörü arasında negatif bir geri beslemenin devreye girmesi nedeniyle, bir nükleer reaksiyonun gidişatını kontrol etmek mümkündür. Bu katsayı birden büyükse, reaksiyon üstel olarak gelişecektir. Nükleer silahlarda kontrolsüz zincirleme reaksiyonlar kullanılıyor.
Enerjide nükleer zincir reaksiyonu
Bir reaktörün reaktivitesi, çekirdeğinde meydana gelen çok sayıda işlem tarafından belirlenir. Tüm bu etkiler, sözde reaktivite katsayısı tarafından belirlenir. Grafit çubukların, soğutucu sıvıların veya uranyumun sıcaklığındaki değişikliklerin reaktörün reaktivitesi üzerindeki etkisi ve nükleer zincir reaksiyonu gibi bir işlemin yoğunluğu, bir sıcaklık katsayısı (soğutucu için, uranyum için, grafit için) ile karakterize edilir. Güç açısından, barometrik göstergeler açısından, buhar göstergeleri açısından da bağımlı özellikler vardır. Bir reaktörde nükleer reaksiyonu sürdürmek için bazı elementleri diğerlerine dönüştürmek gerekir. Bunu yapmak için, bir nükleer zincir reaksiyonunun akış koşullarını - bozunma sırasında belirli sayıda temel parçacığı bölebilen ve serbest bırakabilen bir maddenin varlığı - dikkate almak gerekir., kalan çekirdeklerin bölünmesine neden olur. Böyle bir madde olarak uranyum-238, uranyum-235, plütonyum-239 sıklıkla kullanılır. Bir nükleer zincir reaksiyonunun geçişi sırasında, bu elementlerin izotopları bozunacak ve iki veya daha fazla başka kimyasal oluşturacaktır. Bu süreçte, sözde "gama" ışınları yayılır, yoğun bir enerji salınımı meydana gelir, reaksiyon eylemlerini sürdürebilen iki veya üç nötron oluşur. Yavaş ve hızlı nötronlar vardır, çünkü bir atomun çekirdeğinin parçalanabilmesi için bu parçacıkların belirli bir hızda uçması gerekir.
