Relativitetsteorien siger, at masse eren særlig form for energi. Det følger heraf, at det er muligt at omdanne masse til energi og energi til masse. På det intraatomare niveau finder sådanne reaktioner sted. Især en vis mængde af massen af selve atomkernen kan meget vel blive til energi. Dette sker på flere måder. For det første kan kernen henfalde til en række mindre kerner, denne reaktion kaldes "henfald". For det andet kan mindre kerner nemt kombineres for at lave en større - dette er en fusionsreaktion. I universet er sådanne reaktioner ret almindelige. Det er tilstrækkeligt at sige, at fusionsreaktionen er stjernernes energikilde. Men henfaldsreaktionen bruges af menneskeheden ved atomreaktorer, da folk har lært at kontrollere disse komplekse processer. Men hvad er en nuklear kædereaktion? Hvordan administrerer man det?
Hvad sker der i kernen af et atom
En nuklear kædereaktion er en proces, der opstår, nårkollision af elementære partikler eller kerner med andre kerner. Hvorfor "kæde"? Dette er et sæt af sekventielle enkeltkernereaktioner. Som et resultat af denne proces ændres kvantetilstanden og nukleonsammensætningen af den oprindelige kerne, selv nye partikler opstår - reaktionsprodukter. En nuklear kædereaktion, hvis fysik gør det muligt at studere mekanismerne for interaktion af kerner med kerner og med partikler, er den vigtigste metode til at opnå nye elementer og isotoper. For at forstå forløbet af en kædereaktion skal man først beskæftige sig med enkelte.
Hvad der skal til for at reagere
For at kunne gennemføre en proces som f.eksnuklear kædereaktion, er det nødvendigt at bringe partikler (kerne og nukleon, to kerner) tættere på afstanden til radius af stærk interaktion (ca. en Fermi). Hvis afstandene er store, vil vekselvirkningen af ladede partikler være ren Coulomb. I en kernereaktion overholdes alle love: energibevarelse, vinkelmomentum, momentum, baryonisk ladning. En nuklear kædereaktion er angivet med et sæt symboler a, b, c, d. Symbol a står for den oprindelige kerne, b for den indkommende partikel, c for den nye udgående partikel og d for den resulterende kerne.
Reaktionsenergi
En nuklear kædereaktion kan finde sted som medabsorption, og med frigivelse af energi, som er lig med forskellen i partiklernes masser efter reaktionen og før den. Den absorberede energi bestemmer den minimale kinetiske energi for kollisionen, den såkaldte tærskel for en kernereaktion, ved hvilken den kan forløbe frit. Denne tærskel afhænger af de partikler, der deltager i interaktionen, og af deres karakteristika. Til at begynde med er alle partikler i en forudbestemt kvantetilstand.
Implementering af reaktionen
Den vigtigste kilde til ladede partikler, somkernen bombarderes, er en partikelaccelerator, der producerer stråler af protoner, tunge ioner og lette kerner. Langsomme neutroner produceres ved brug af atomreaktorer. For at fikse de indfaldende ladede partikler kan der bruges forskellige typer nukleare reaktioner - både fusion og henfald. Deres sandsynlighed afhænger af parametrene for de partikler, der kolliderer. Denne sandsynlighed er forbundet med sådan en egenskab som reaktionstværsnittet - værdien af det effektive areal, som karakteriserer kernen som et mål for indfaldende partikler, og som er et mål for sandsynligheden for, at partiklen og kernen indgår i interaktion. Hvis partikler med et spin uden nul deltager i reaktionen, afhænger tværsnittet direkte af deres orientering. Da de indfaldende partiklers spin ikke er helt kaotisk orienteret, men mere eller mindre ordnet, så vil alle blodlegemer blive polariseret. Den kvantitative karakteristik af de orienterede spins af strålen er beskrevet af polarisationsvektoren.
Reaktionsmekanisme
Hvad er en nuklear kædereaktion?Som nævnt er dette en sekvens af enklere reaktioner. Karakteristikaene for den indfaldende partikel og dens interaktion med kernen afhænger af massen, ladningen og den kinetiske energi. Interaktionen bestemmes af frihedsgraden af kernerne, som exciteres ved sammenstødet. At få kontrol over alle disse mekanismer giver mulighed for en sådan proces som en kontrolleret nuklear kædereaktion.
Direkte reaktioner
Hvis en ladet partikel, der rammermålkernen, kun rører den, så vil varigheden af kollisionen være lig med den, der er nødvendig for at overvinde afstanden af kernens radius. Denne nukleare reaktion kaldes direkte. Et fælles kendetegn for alle reaktioner af denne type er excitationen af et lille antal frihedsgrader. I en sådan proces, efter den første kollision, har partiklen stadig nok energi til at overvinde den nukleare attraktion. For eksempel omtales interaktioner som uelastisk neutronspredning, ladningsudveksling og direkte. Bidraget fra sådanne processer til karakteristikken kaldet "fuld sektion" er ret ringe. Imidlertid gør fordelingen af produkterne fra passagen af en direkte nuklear reaktion det muligt at bestemme sandsynligheden for emission fra strålens retningsvinkel, kvantetal, selektivitet af befolkede stater og at bestemme deres struktur.
Præligevægtsemission
Hvis partiklen ikke forlader atomkrafteninteraktion efter den første kollision, så vil den være involveret i en hel kaskade af på hinanden følgende kollisioner. Dette er faktisk det, der kaldes en nuklear kædereaktion. Som et resultat af denne situation er partiklens kinetiske energi fordelt mellem kernens bestanddele. Den samme tilstand af kernen vil gradvist blive meget mere kompliceret. Under denne proces kan energi, der er tilstrækkelig til emission af denne nukleon fra kernen, koncentreres om en nukleon eller en hel klynge (en gruppe af nukleoner). Yderligere afslapning vil føre til dannelsen af statistisk ligevægt og dannelsen af en sammensat kerne.
Kædereaktioner
Hvad er en nuklear kædereaktion?Dette er rækkefølgen af dets bestanddele. Det vil sige, at flere sekventielle enkeltkernereaktioner forårsaget af ladede partikler vises som reaktionsprodukter i de foregående trin. Hvad kaldes en nuklear kædereaktion? For eksempel fission af tunge kerner, når flere fissionsbegivenheder initieres af neutroner opnået i tidligere henfald.
Funktioner af en nuklear kædereaktion
Blandt alle kemiske reaktioner, den størstekæden blev spredt. Partikler med ubrugte bindinger fungerer som frie atomer eller radikaler. I en sådan proces som en nuklear kædereaktion er mekanismen for dens forekomst tilvejebragt af neutroner, som ikke har en Coulomb-barriere og exciterer kernen ved absorption. Hvis den nødvendige partikel dukker op i mediet, forårsager det en kæde af efterfølgende transformationer, som vil fortsætte, indtil kæden brister på grund af tabet af bærerpartiklen.
Hvorfor er mediet tabt?
Der er kun to årsager til tabet af en bærerpartikel.kontinuerlig kæde af reaktioner. Den første er absorptionen af en partikel uden processen med sekundær emission. Den anden er afgang af en partikel ud over volumengrænsen for det stof, der understøtter kædeprocessen.
To typer processer
Hvis der i hver periode af kædereaktionen er fødtkun en enkelt partikelbærer, så kan denne proces kaldes uforgrenet. Det kan ikke føre til frigivelse af energi i stor skala. Hvis der er mange bærerpartikler, kaldes dette en forgrenet reaktion. Hvad er en nuklear kædereaktion med en gaffel? En af de sekundære partikler opnået i den forrige akt vil fortsætte den kæde, der er påbegyndt tidligere, mens andre vil skabe nye reaktioner, der også vil forgrene sig. Opsigelsesprocesser vil konkurrere med denne proces. Den resulterende situation vil generere specifikke kritiske og begrænsende fænomener. For eksempel, hvis der er flere pauser end rent nye kredsløb, så vil selvopretholde reaktionen være umulig. Selvom du exciterer det kunstigt ved at indføre det nødvendige antal partikler i det givne medium, vil processen stadig henfalde over tid (normalt ret hurtigt). Hvis antallet af nye kæder overstiger antallet af brud, vil nuklear kædereaktionen begynde at sprede sig i hele stoffet.
Kritisk situation
Kritisk tilstand adskiller statsområdetstoffer med en udviklet selvopretholdende kædereaktion, og et område, hvor denne reaktion overhovedet er umulig. Denne parameter er karakteriseret ved ligheden mellem antallet af nye kredsløb og antallet af mulige pauser. Ligesom tilstedeværelsen af en fri bærerpartikel er den kritiske tilstand hovedpunktet på en sådan liste som "betingelser for implementering af en nuklear kædereaktion." Opnåelse af denne tilstand kan bestemmes af en række mulige faktorer. Fission af en tung grundstofkerne exciteres af kun én neutron. Som et resultat af en proces som en kernefissionskædereaktion produceres flere neutroner. Følgelig kan denne proces producere en forgrenet reaktion, hvor neutroner vil fungere som bærere. I det tilfælde, hvor hastigheden af neutronfanger uden fission eller emission (tabshastigheden) kompenseres af multiplikationshastigheden af bærerpartikler, vil kædereaktionen fortsætte i en stationær tilstand. Denne lighed karakteriserer multiplikationsfaktoren. I ovenstående tilfælde er det lig med én. I atomkraftteknik er det på grund af indførelsen af negativ feedback mellem energifrigivelseshastigheden og multiplikationsfaktoren muligt at kontrollere forløbet af kernereaktionen. Hvis denne koefficient er mere end én, vil reaktionen udvikle sig eksponentielt. Ukontrollerede kædereaktioner bruges i atomvåben.
Nuklear kædereaktion i kraftteknik
Reaktorens reaktivitet bestemmes af den storeantallet af processer, der finder sted i dens kerne. Alle disse påvirkninger er bestemt af den såkaldte reaktivitetskoefficient. Effekten af ændringer i temperaturen af grafitstænger, kølemidler eller uran på reaktorens reaktivitet og intensiteten af en sådan proces som en nuklear kædereaktion er karakteriseret ved temperaturkoefficienten (for kølevæsken, for uran, for grafit). Der er også afhængige karakteristika med hensyn til kraft, barometriske indikatorer, dampindikatorer. For at opretholde en nuklear reaktion i en reaktor er det nødvendigt at omdanne nogle grundstoffer til andre. For at gøre dette er det nødvendigt at tage højde for betingelserne for forløbet af en nuklear kædereaktion - tilstedeværelsen af et stof, der er i stand til at spalte og frigive fra sig selv under henfald en vis mængde elementære partikler, som som et resultat , vil forårsage fission af de resterende kerner. Uran-238, uran-235, plutonium-239 bruges ofte som et sådant stof. Under passagen af en nuklear kædereaktion vil isotoper af disse grundstoffer henfalde og danne to eller flere andre kemikalier. I denne proces udsendes de såkaldte "gamma" stråler, der sker en intens frigivelse af energi, der dannes to eller tre neutroner, der er i stand til at fortsætte reaktionens handlinger. Skeln mellem langsomme og hurtige neutroner, for for at kernen i et atom kan gå i opløsning, skal disse partikler flyve med en vis hastighed.
