Teorien om relativitet siger, at masse er en speciel form for energi. Det følger heraf, at det er muligt at omdanne masse til energi og energi til masse. På det intraatomiske niveau finder sådanne reaktioner sted. Især noget af selve atomkernens masse 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 meget almindelige. Det er tilstrækkeligt at sige, at fusionsreaktionen er stjernernes energikilde. Men henfaldsreaktionen bruges af menneskeheden i 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, når elementære partikler eller kerner kolliderer med andre kerner. Hvorfor "kæde"? Dette er et sæt af successive enkelte nukleare reaktioner. Som et resultat af denne proces opstår der en ændring i kvantetilstanden og nukleonsammensætningen af den oprindelige kerne, selv nye partikler opstår - reaktionsprodukter. Den nukleare 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 grundstoffer og isotoper. For at forstå strømmen af en kædereaktion skal man først beskæftige sig med enkelte.
Hvad der skal til for reaktionen
For at udføre sådan en proces som en nuklear kædereaktion, er det nødvendigt at bringe partikler (en kerne og en nukleon, to kerner) tættere på hinanden i en afstand af den stærke interaktionsradius (ca. en fermi). Hvis afstandene er store, vil vekselvirkningen af ladede partikler være ren Coulomb. I en kernereaktion overholdes alle love: bevarelse af energi, momentum, momentum, baryonladning. En nuklear kædereaktion er betegnet med symbolsættet a, b, c, d. Symbolet a angiver den oprindelige kerne, b den indkommende partikel, c den nye udgående partikel og d den resulterende kerne.
Reaktionsenergi
En kernekædereaktion kan foregå både med absorption og med frigivelse af energi, som er lig med forskellen i partikelmasserne efter reaktionen og før den. Den absorberede energi bestemmer den minimale kinetiske energi for kollisionen,den såkaldte tærskel for en kernereaktion, ved hvilken den frit kan fortsætte. Denne tærskel afhænger af de partikler, der er involveret i interaktionen og af deres karakteristika. I den indledende fase er alle partikler i en forudbestemt kvantetilstand.
Reaktionsimplementering
Den vigtigste kilde til ladede partikler, der bombarderer kernen, er partikelacceleratoren, som producerer stråler af protoner, tunge ioner og lette kerner. Langsomme neutroner opnås ved brug af atomreaktorer. For at fikse indfaldende ladede partikler kan forskellige typer nukleare reaktioner, både fusion og henfald, bruges. Deres sandsynlighed afhænger af parametrene for de partikler, der kolliderer. Denne sandsynlighed er forbundet med sådan en karakteristik som reaktionstværsnittet - værdien af det effektive areal, som karakteriserer kernen som mål for indfaldende partikler, og som er et mål for sandsynligheden for, at partiklen og kernen vil indgå i interaktion. Hvis partikler med et spin uden nul deltager i reaktionen, afhænger tværsnittet direkte af deres orientering. Da de indfaldende partiklers spins ikke er fuldstændig tilfældigt orienterede, men mere eller mindre ordnede, vil alle blodlegemer være polariserede. Den kvantitative karakteristik af de orienterede strålespind er beskrevet af polarisationsvektoren.
Reaktionsmekanisme
Hvad er en nuklear kædereaktion? Som allerede nævnt er dette en sekvens af enklere reaktioner. Den indfaldende partikels egenskaber og dens interaktion med kernen afhænger af massen, ladningen,kinetisk energi. Interaktionen er bestemt af frihedsgraden af kernerne, som exciteres under kollisionen. At få kontrol over alle disse mekanismer giver mulighed for en proces som f.eks. en kontrolleret nuklear kædereaktion.
Direkte reaktioner
Hvis en ladet partikel, der rammer målkernen, kun rører den, så vil varigheden af kollisionen være lig med den afstand, der er nødvendig for at overvinde afstanden til kernens radius. En sådan nuklear reaktion kaldes en direkte reaktion. 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 energi nok til at overvinde den nukleare attraktion. For eksempel, sådanne interaktioner som uelastisk spredning af neutroner, ladningsudveksling, og refererer til direkte. Bidraget fra sådanne processer til karakteristikken kaldet "tot alt tværsnit" er ret ubetydeligt. Imidlertid gør fordelingen af produkterne fra passagen af en direkte kernereaktion det muligt at bestemme sandsynligheden for flugt fra stråleretningsvinklen, kvantetal, selektiviteten af de befolkede stater og bestemme deres struktur.
Før-ligevægtsemission
Hvis partiklen ikke forlader området med nuklear interaktion efter den første kollision, vil den være involveret i en hel kaskade af på hinanden følgende kollisioner. Dette er faktisk bare det, der kaldes en nuklear kædereaktion. Som et resultat af denne situation er partiklens kinetiske energi fordelt mellembestanddele af kernen. Selve kernens tilstand vil gradvist blive meget mere kompliceret. Under denne proces kan en bestemt nukleon eller en hel klynge (en gruppe af nukleoner) koncentrere energi, der er tilstrækkelig til at udsende denne nukleon fra kernen. 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 successive enkelte nukleare reaktioner forårsaget af ladede partikler vises som reaktionsprodukter i de foregående trin. Hvad er en nuklear kædereaktion? For eksempel fission af tunge kerner, når flere fissionsbegivenheder initieres af neutroner opnået under tidligere henfald.
Funktioner ved en nuklear kædereaktion
Blandt alle kemiske reaktioner er kædereaktioner meget brugt. Partikler med ubrugte bindinger spiller rollen som frie atomer eller radikaler. I en proces såsom 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, der vil fortsætte, indtil kæden brister på grund af tabet af bærerpartiklen.
Hvorfor er mobilselskabet tabt
Der er kun to årsager til tabet af bærerpartiklen i en kontinuerlig kæde af reaktioner. Den første er absorptionen af partiklen uden emissionsprocessensekundær. Den anden er partiklens afgang ud over grænsen for volumenet af det stof, der understøtter kædeprocessen.
To typer processer
Hvis kun en enkelt bærerpartikel fødes i hver periode af kædereaktionen, 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 forgrening? En af de sekundære partikler opnået i den forrige akt vil fortsætte den kæde, der startede tidligere, mens de andre vil skabe nye reaktioner, der også vil forgrene sig. Denne proces vil konkurrere med de processer, der fører til pausen. Den resulterende situation vil give anledning til specifikke kritiske og begrænsende fænomener. For eksempel, hvis der er flere brud end rent nye kæder, så vil selvopretholde reaktionen være umulig. Selvom det exciteres kunstigt ved at indføre det nødvendige antal partikler i et givet medium, vil processen stadig henfalde med tiden (norm alt ret hurtigt). Hvis antallet af nye kæder overstiger antallet af brud, vil en nuklear kædereaktion begynde at sprede sig gennem stoffet.
Kritisk tilstand
Den kritiske tilstand adskiller området af materiens tilstand med en udviklet selvopretholdende kædereaktion, og det område, hvor denne reaktion overhovedet er umulig. Denne parameter er karakteriseret ved lighed mellem antallet af nye kredsløb og antallet af mulige pauser. Ligesom tilstedeværelsen af en fri bærerpartikel, den kritisketilstand er hovedpunktet i en sådan liste som "betingelser for gennemførelse af en nuklear kædereaktion." Opnåelsen af denne tilstand kan bestemmes af en række mulige faktorer. Sp altningen af kernen i et tungt grundstof exciteres af kun én neutron. Som et resultat af en proces som en kernefissionskædereaktion produceres flere neutroner. Derfor kan denne proces producere en forgrenet reaktion, hvor neutroner vil fungere som bærere. I det tilfælde, hvor hastigheden af neutronfanger uden fission eller undslipper (tabshastighed) kompenseres af multiplikationshastigheden af bærerpartikler, vil kædereaktionen fortsætte i en stationær tilstand. Denne lighed karakteriserer multiplikationsfaktoren. I ovenstående tilfælde er det lig med én. Inden for atomkraft er det på grund af indførelsen af en negativ feedback mellem hastigheden af energifrigivelse og multiplikationsfaktoren muligt at kontrollere forløbet af en kernereaktion. Hvis denne koefficient er større end én, vil reaktionen udvikle sig eksponentielt. Ukontrollerede kædereaktioner bruges i atomvåben.
Nuklear kædereaktion i energi
Reaktiviteten af en reaktor bestemmes af et stort antal 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 en temperaturkoefficient (for kølemiddel, for uran, for grafit). Der er også afhængige karakteristika med hensyn til kraft, med hensyn til barometriske indikatorer, i form af 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 strømmen af en nuklear kædereaktion - tilstedeværelsen af et stof, der er i stand til at opdele og frigive fra sig selv under henfaldet et vist antal elementære partikler, som som et resultat, vil forårsage fission af de resterende kerner. Som et sådant stof bruges ofte uran-238, uranium-235, plutonium-239. Under passagen af en nuklear kædereaktion vil disse grundstoffers isotoper 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 reaktionshandlingerne. Der er langsomme og hurtige neutroner, for for at kernen i et atom kan gå i opløsning, skal disse partikler flyve med en vis hastighed.
