상대성 이론에 따르면 질량은특별한 형태의 에너지. 따라서 질량을 에너지로, 에너지를 질량으로 변환하는 것이 가능합니다. 원자 내 수준에서 이러한 반응이 발생합니다. 특히 원자핵 자체의 질량 중 일부는 에너지로 변환될 수 있습니다. 이것은 여러 가지 방법으로 발생합니다. 첫째, 핵은 여러 개의 더 작은 핵으로 붕괴할 수 있으며, 이 반응을 "붕괴"라고 합니다. 둘째, 더 작은 핵은 쉽게 결합하여 더 큰 핵을 만들 수 있습니다. 이것이 융합 반응입니다. 우주에서는 그러한 반응이 매우 일반적입니다. 핵융합 반응이 별의 에너지원이라고 해도 과언이 아니다. 그러나 인간은 이러한 복잡한 과정을 제어하는 법을 배웠기 때문에 붕괴 반응은 원자로에서 인류에 의해 사용됩니다. 그러나 핵 연쇄 반응이란 무엇입니까? 그것을 관리하는 방법?
원자핵에서 일어나는 일
핵 연쇄 반응은 다음과 같은 경우에 일어나는 과정입니다.소립자나 핵이 다른 핵과 충돌하는 것. 왜 "체인"입니까? 이것은 일련의 연속적인 단일 핵 반응입니다. 이 과정의 결과로 원래 핵의 양자 상태와 핵자 구성의 변화가 발생하고 새로운 입자 인 반응 생성물도 나타납니다. 물리학을 통해 핵과 핵 및 입자와의 상호 작용 메커니즘을 연구할 수 있는 핵 연쇄 반응은 새로운 원소와 동위 원소를 얻는 주요 방법입니다. 연쇄 반응의 흐름을 이해하려면 먼저 단일 반응을 다루어야 합니다.
반응에 필요한 것
등의 과정을 수행하기 위해핵 연쇄 반응의 경우 강한 상호 작용 반경(약 1페르미)의 거리에서 입자(핵과 핵자, 두 개의 핵)를 서로 더 가깝게 만드는 것이 필요합니다. 거리가 크면 하전 입자의 상호 작용은 순전히 쿨롱입니다. 핵 반응에서는 에너지 보존, 운동량, 운동량, 중입자 전하와 같은 모든 법칙이 관찰됩니다. 핵 연쇄 반응은 기호 집합 a, b, c, d로 표시됩니다. 기호 a는 원래 핵, b는 들어오는 입자, c는 새로운 나가는 입자, d는 결과 핵을 나타냅니다.
반응 에너지
핵 연쇄 반응은 다음과 같이 일어날 수 있습니다.흡수 및 에너지 방출로, 반응 후와 반응 전의 입자 질량의 차이와 같습니다. 흡수된 에너지는 충돌의 최소 운동 에너지, 이른바 핵 반응의 임계값을 결정하며, 이 에너지에서 자유롭게 진행할 수 있습니다. 이 임계값은 상호 작용에 관련된 입자와 특성에 따라 다릅니다. 초기 단계에서 모든 입자는 미리 결정된 양자 상태에 있습니다.
반응의 구현
전하를 띤 입자의 주원인,충격을 받은 핵은 양성자, 중이온 및 가벼운 핵의 빔을 생성하는 입자 가속기입니다. 느린 중성자는 원자로를 사용하여 얻습니다. 입사 하전 입자를 고정하기 위해 핵융합 및 붕괴의 다양한 유형의 핵 반응을 사용할 수 있습니다. 그들의 확률은 충돌하는 입자의 매개변수에 따라 다릅니다. 이 확률은 반응 단면과 같은 특성과 관련이 있습니다. 유효 면적의 값은 핵을 입사 입자의 대상으로 특성화하고 입자와 핵이 상호 작용할 확률의 척도입니다. 스핀이 0이 아닌 입자가 반응에 참여하는 경우 단면적은 방향에 직접적으로 의존합니다. 입사 입자의 스핀은 완전히 혼돈되지 않고 다소 질서가 있기 때문에 모든 소체는 분극될 것입니다. 지향된 빔 스핀의 양적 특성은 편광 벡터로 설명됩니다.
반응 메커니즘
핵 연쇄 반응이란 무엇입니까?이미 언급했듯이 이것은 더 간단한 반응의 연속입니다. 입사 입자의 특성과 핵과의 상호 작용은 질량, 전하 및 운동 에너지에 따라 다릅니다. 상호 작용은 충돌 중에 여기되는 핵의 자유도에 의해 결정됩니다. 이러한 모든 메커니즘을 제어하면 제어된 핵 연쇄 반응과 같은 프로세스를 수행할 수 있습니다.
직접적인 반응
충돌하는 하전 입자가 있으면목표 핵이 그것에 닿기만 하면 충돌 지속 시간은 핵 반경의 거리를 극복하는 데 필요한 거리와 같습니다. 이와 같은 핵반응을 직접반응이라고 한다. 이 유형의 모든 반응에 대한 공통된 특성은 적은 수의 자유도의 여기입니다. 이러한 과정에서 첫 번째 충돌 후 입자는 여전히 핵 인력을 극복하기에 충분한 에너지를 가지고 있습니다. 예를 들어 중성자의 비탄성 산란, 전하 교환과 같은 상호 작용은 직접 참조합니다. "전체 단면"이라고 하는 특성에 대한 이러한 프로세스의 기여는 매우 무시할 수 있습니다. 그러나 직접 핵 반응 통과 생성물의 분포를 통해 빔 방향 각도, 양자 수, 인구 상태의 선택성에서 벗어날 확률을 결정하고 구조를 결정할 수 있습니다.
사전 평형 방출
입자가 핵 영역을 벗어나지 않으면첫 번째 충돌 후 상호 작용이 발생하면 연속적인 충돌의 전체 캐스케이드에 관련됩니다. 이것은 실제로 핵 연쇄 반응이라고 불리는 것입니다. 이 상황의 결과로 입자의 운동 에너지는 핵의 구성 부분에 분산됩니다. 핵 자체의 상태는 점차적으로 훨씬 더 복잡해질 것입니다. 이 과정에서 특정 핵자 또는 전체 클러스터(핵자 그룹)는 핵에서 이 핵자를 방출하기에 충분한 에너지를 집중할 수 있습니다. 추가 완화는 통계적 평형의 형성과 복합 핵의 형성으로 이어질 것입니다.
연쇄 반응
핵 연쇄 반응이란 무엇입니까?이것은 구성 부품의 순서입니다. 즉, 하전 입자에 의해 발생하는 여러 번의 연속적인 단일 핵 반응이 이전 단계의 반응 생성물로 나타납니다. 핵 연쇄 반응이란 무엇입니까? 예를 들어, 무거운 핵의 핵분열은 여러 핵분열 사건이 이전 붕괴 동안 얻은 중성자에 의해 시작될 때입니다.
핵 연쇄 반응의 특징
모든 화학반응 중에서 가장널리 퍼진 것은 체인이었습니다. 사용되지 않은 결합이 있는 입자는 자유 원자 또는 라디칼의 역할을 합니다. 핵 연쇄 반응과 같은 과정에서 발생 메커니즘은 쿨롱 장벽이 없고 흡수 시 핵을 여기시키는 중성자에 의해 제공됩니다. 필요한 입자가 매체에 나타나면 캐리어 입자의 손실로 인해 체인이 끊어질 때까지 계속되는 후속 변환 체인이 발생합니다.
캐리어를 잃어버린 이유
캐리어 입자가 손실되는 이유는 두 가지뿐입니다.연속적인 반응 연쇄. 첫 번째는 이차 입자의 방출 과정 없이 입자의 흡수로 구성됩니다. 두 번째는 연쇄 과정을 지원하는 물질의 부피 한계를 넘어 입자의 이탈입니다.
두 가지 유형의 프로세스
연쇄 반응의 각 기간에 태어난다면단일 캐리어 입자만 있는 경우 이 프로세스를 비분지형이라고 할 수 있습니다. 대규모 에너지 방출로 이어질 수 없습니다. 캐리어 입자가 많은 경우 이를 분지 반응이라고 합니다. 분지하는 핵 연쇄 반응이란 무엇입니까? 이전 액트에서 얻은 2차 입자 중 하나는 이전에 시작된 연쇄를 계속하고 다른 입자는 분기할 새로운 반응을 생성합니다. 이 프로세스는 중단으로 이어지는 프로세스와 경쟁합니다. 결과적인 상황은 특정한 중요하고 제한적인 현상을 일으킬 것입니다. 예를 들어, 완전히 새로운 사슬보다 더 많은 파손이 있는 경우 반응을 자체적으로 유지하는 것은 불가능합니다. 주어진 매질에 필요한 수의 입자를 도입하여 인위적으로 여기되더라도 그 과정은 여전히 시간이 지남에 따라 붕괴됩니다(보통은 더 빨리). 새로운 사슬의 수가 끊어진 횟수를 초과하면 핵 연쇄 반응이 물질 전체에 퍼지기 시작합니다.
중대한 상황
임계 상태는 상태 영역을 분리합니다.자체 지속 연쇄 반응이 발달된 물질 및 이 반응이 전혀 불가능한 영역. 이 매개변수는 새 회로 수와 가능한 중단 수 사이의 평등을 특징으로 합니다. 자유 캐리어 입자의 존재와 마찬가지로 임계 상태는 "핵 연쇄 반응의 실행을 위한 조건"과 같은 목록의 주요 항목입니다. 이 상태의 달성은 여러 가지 가능한 요인에 의해 결정될 수 있습니다. 무거운 원소의 핵분열은 단 하나의 중성자에 의해 여기됩니다. 핵분열 연쇄 반응과 같은 과정의 결과로 더 많은 중성자가 생성됩니다. 따라서 이 과정은 중성자가 운반체로 작용하는 분지 반응을 생성할 수 있습니다. 핵분열 또는 탈출 없이 중성자가 포획되는 속도(손실률)가 캐리어 입자의 증식 속도로 보상되는 경우 연쇄 반응은 정지 모드에서 진행됩니다. 이 평등은 곱셈 계수를 특징으로 합니다. 위의 경우 1과 같습니다. 원자력에서는 에너지 방출 속도와 곱셈 계수 사이에 음의 되먹임이 도입되기 때문에 핵 반응 과정을 제어할 수 있습니다. 이 계수가 1보다 크면 반응이 기하급수적으로 진행됩니다. 통제되지 않은 연쇄 반응은 핵무기에 사용됩니다.
에너지의 핵 연쇄 반응
반응기의 반응성은 큰 값에 의해 결정됩니다.활성 영역에서 발생하는 프로세스의 수입니다. 이러한 모든 영향은 소위 반응성 계수에 의해 결정됩니다. 흑연 막대, 냉각제 또는 우라늄의 온도 변화가 원자로의 반응성과 핵 연쇄 반응과 같은 과정의 강도에 미치는 영향은 온도 계수(냉각재, 우라늄, 흑연)로 특성화됩니다. 전력 측면에서, 기압 지표 측면에서, 증기 지표 측면에서 종속적인 특성도 있습니다. 원자로에서 핵 반응을 유지하려면 일부 요소를 다른 요소로 전환해야 합니다. 이렇게하려면 핵 연쇄 반응의 흐름에 대한 조건을 고려해야합니다. 붕괴하는 동안 자체적으로 분열하고 방출 할 수있는 물질의 존재는 결과적으로 특정 수의 기본 입자를 방출합니다. , 나머지 핵의 분열을 일으킬 것입니다. 이러한 물질로 우라늄-238, 우라늄-235, 플루토늄-239가 자주 사용됩니다. 핵 연쇄 반응이 진행되는 동안 이러한 원소의 동위 원소는 붕괴되어 두 가지 이상의 다른 화학 물질을 형성합니다. 이 과정에서 소위 "감마"선이 방출되고 강렬한 에너지 방출이 발생하며 2 또는 3개의 중성자가 형성되어 반응을 계속할 수 있습니다. 느린 중성자와 빠른 중성자가 있습니다. 원자핵이 분해되기 위해서는 이 입자들이 일정한 속도로 날아야 하기 때문입니다.
