Relativitetsteorien sier at masse er en spesiell form for energi. Det følger at det er mulig å omdanne masse til energi og energi til masse. På det intraatomiske nivået finner slike reaksjoner sted. Spesielt kan noe av massen til selve atomkjernen godt bli til energi. Dette skjer på flere måter. For det første kan kjernen forfalle til en rekke mindre kjerner, denne reaksjonen kalles "forfall". For det andre kan mindre kjerner lett kombineres for å lage en større - dette er en fusjonsreaksjon. I universet er slike reaksjoner svært vanlige. Det er nok å si at fusjonsreaksjonen er energikilden for stjerner. Men forfallsreaksjonen brukes av menneskeheten i atomreaktorer, siden folk har lært å kontrollere disse komplekse prosessene. Men hva er en kjernefysisk kjedereaksjon? Hvordan administrerer jeg det?
Hva skjer i kjernen til et atom
En kjernefysisk kjedereaksjon er en prosess som oppstår når elementærpartikler eller kjerner kolliderer med andre kjerner. Hvorfor "kjede"? Dette er et sett med påfølgende enkeltkjernereaksjoner. Som et resultat av denne prosessen oppstår en endring i kvantetilstanden og nukleonsammensetningen til den opprinnelige kjernen, til og med nye partikler vises - reaksjonsprodukter. Kjernekjedereaksjonen, hvis fysikk lar en studere mekanismene for interaksjon av kjerner med kjerner og med partikler, er hovedmetoden for å oppnå nye elementer og isotoper. For å forstå flyten av en kjedereaksjon, må man først forholde seg til enkeltstående.
Hva som trengs for reaksjonen
For å gjennomføre en slik prosess som en kjernefysisk kjedereaksjon, er det nødvendig å bringe partikler (en kjerne og en nukleon, to kjerner) nærmere hverandre i en avstand fra den sterke interaksjonsradiusen (ca. en fermi). Hvis avstandene er store, vil samspillet mellom ladede partikler være rent Coulomb. I en kjernefysisk reaksjon blir alle lover observert: bevaring av energi, momentum, momentum, baryonladning. En kjernefysisk kjedereaksjon er betegnet med symbolsettet a, b, c, d. Symbolet a angir den opprinnelige kjernen, b den innkommende partikkelen, c den nye utgående partikkelen, og d den resulterende kjernen.
Reaksjonsenergi
En kjernefysisk kjedereaksjon kan skje både med absorpsjon og med frigjøring av energi, som er lik forskjellen i partikkelmassene etter reaksjonen og før den. Den absorberte energien bestemmer minimum kinetisk energi for kollisjonen,den såk alte terskelen for en kjernefysisk reaksjon, hvor den fritt kan fortsette. Denne terskelen avhenger av partiklene som er involvert i interaksjonen og deres egenskaper. I det innledende stadiet er alle partikler i en forhåndsbestemt kvantetilstand.
Reaksjonsimplementering
Hovedkilden til ladede partikler som bombarderer kjernen er partikkelakseleratoren, som produserer stråler av protoner, tunge ioner og lette kjerner. Langsomme nøytroner oppnås ved bruk av atomreaktorer. For å fikse innfallende ladede partikler kan forskjellige typer kjernefysiske reaksjoner, både fusjon og forfall, brukes. Sannsynligheten deres avhenger av parametrene til partiklene som kolliderer. Denne sannsynligheten er assosiert med en slik karakteristikk som reaksjonstverrsnittet - verdien av det effektive området, som karakteriserer kjernen som mål for innfallende partikler og som er et mål på sannsynligheten for at partikkelen og kjernen vil inngå i samspill. Hvis partikler med et spinn som ikke er null deltar i reaksjonen, avhenger tverrsnittet direkte av deres orientering. Siden spinnene til de innfallende partiklene ikke er helt tilfeldig orientert, men mer eller mindre ordnet, vil alle korpuskler være polarisert. Den kvantitative karakteristikken til de orienterte strålespinnene er beskrevet av polarisasjonsvektoren.
Reaksjonsmekanisme
Hva er en kjernefysisk kjedereaksjon? Som allerede nevnt er dette en sekvens av enklere reaksjoner. Egenskapene til den innfallende partikkelen og dens interaksjon med kjernen avhenger av massen, ladningen,kinetisk energi. Samspillet bestemmes av frihetsgraden til kjernene, som eksiteres under kollisjonen. Å få kontroll over alle disse mekanismene muliggjør en prosess som en kontrollert kjernefysisk kjedereaksjon.
Direkte reaksjoner
Hvis en ladet partikkel som treffer målkjernen bare berører den, vil varigheten av kollisjonen være lik avstanden som er nødvendig for å overvinne avstanden til kjerneradiusen. En slik kjernefysisk reaksjon kalles en direkte reaksjon. Et felles kjennetegn for alle reaksjoner av denne typen er eksiteringen av et lite antall frihetsgrader. I en slik prosess, etter den første kollisjonen, har partikkelen fortsatt nok energi til å overvinne atomattraksjonen. For eksempel, slike interaksjoner som uelastisk spredning av nøytroner, ladningsutveksling, og refererer til direkte. Bidraget fra slike prosesser til karakteristikken som kalles "tot alt tverrsnitt" er ganske ubetydelig. Imidlertid gjør fordelingen av produktene fra passering av en direkte kjernereaksjon det mulig å bestemme sannsynligheten for rømming fra stråleretningsvinkelen, kvantetall, selektiviteten til de befolkede statene og bestemme deres struktur.
Førlikevektsutslipp
Hvis partikkelen ikke forlater området for kjernefysisk interaksjon etter den første kollisjonen, vil den være involvert i en hel kaskade av påfølgende kollisjoner. Dette er faktisk bare det som kalles en kjernefysisk kjedereaksjon. Som et resultat av denne situasjonen er den kinetiske energien til partikkelen fordelt mellombestanddeler av kjernen. Tilstanden til selve kjernen vil gradvis bli mye mer komplisert. Under denne prosessen kan et visst nukleon eller en hel klynge (en gruppe nukleoner) konsentrere energi som er tilstrekkelig for utslipp av dette nukleonet fra kjernen. Ytterligere avspenning vil føre til dannelse av statistisk likevekt og dannelse av en sammensatt kjerne.
kjedereaksjoner
Hva er en kjernefysisk kjedereaksjon? Dette er sekvensen av dens bestanddeler. Det vil si at flere suksessive enkeltkjernereaksjoner forårsaket av ladede partikler vises som reaksjonsprodukter i de foregående trinnene. Hva er en kjernefysisk kjedereaksjon? For eksempel fisjon av tunge kjerner, når flere fisjonshendelser initieres av nøytroner oppnådd under tidligere henfall.
Funksjoner ved en kjernefysisk kjedereaksjon
Blant alle kjemiske reaksjoner er kjedereaksjoner mye brukt. Partikler med ubrukte bindinger spiller rollen som frie atomer eller radikaler. I en prosess som en kjernefysisk kjedereaksjon, er mekanismen for dens forekomst gitt av nøytroner, som ikke har en Coulomb-barriere og eksiterer kjernen ved absorpsjon. Hvis den nødvendige partikkelen dukker opp i mediet, forårsaker den en kjede av påfølgende transformasjoner som vil fortsette til kjeden bryter på grunn av tapet av bærerpartikkelen.
Hvorfor operatøren er tapt
Det er bare to årsaker til tapet av bærerpartikkelen i en kontinuerlig kjede av reaksjoner. Den første er absorpsjonen av partikkelen uten utslippsprosessensekundær. Den andre er at partikkelen går utover grensen for volumet til stoffet som støtter kjedeprosessen.
To typer prosess
Hvis bare en enkelt bærerpartikkel blir født i hver periode av kjedereaksjonen, kan denne prosessen kalles uforgrenet. Det kan ikke føre til frigjøring av energi i stor skala. Hvis det er mange bærerpartikler, kalles dette en forgrenet reaksjon. Hva er en kjernefysisk kjedereaksjon med forgrening? En av de sekundære partiklene som ble oppnådd i forrige akt vil fortsette kjeden som startet tidligere, mens de andre vil skape nye reaksjoner som også vil forgrene seg. Denne prosessen vil konkurrere med prosessene som fører til bruddet. Den resulterende situasjonen vil gi opphav til spesifikke kritiske og begrensende fenomener. For eksempel, hvis det er flere brudd enn rene nye kjeder, vil selvopprettholde reaksjonen være umulig. Selv om den eksiteres kunstig ved å introdusere det nødvendige antallet partikler i et gitt medium, vil prosessen fortsatt forfalle med tiden (vanligvis ganske raskt). Hvis antallet nye kjeder overstiger antall brudd, vil en kjernefysisk kjedereaksjon begynne å spre seg gjennom hele stoffet.
Kritisk tilstand
Den kritiske tilstanden skiller området av materiens tilstand med en utviklet selvopprettholdende kjedereaksjon, og området der denne reaksjonen er umulig i det hele tatt. Denne parameteren er preget av likhet mellom antall nye kretser og antall mulige brudd. Som tilstedeværelsen av en fri bærerpartikkel, den kritiskestat er hovedposten i en slik liste som "betingelser for gjennomføring av en kjernefysisk kjedereaksjon." Oppnåelsen av denne tilstanden kan bestemmes av en rekke mulige faktorer. Fisjonen av kjernen til et tungt grunnstoff eksiteres av bare ett nøytron. Som et resultat av en prosess som en kjernefysisk kjedereaksjon, produseres flere nøytroner. Derfor kan denne prosessen produsere en forgrenet reaksjon, hvor nøytroner vil fungere som bærere. I tilfelle når hastigheten på nøytronfangst uten fisjon eller rømming (taphastighet) kompenseres av multiplikasjonshastigheten av bærerpartikler, vil kjedereaksjonen fortsette i en stasjonær modus. Denne likheten kjennetegner multiplikasjonsfaktoren. I tilfellet ovenfor er det lik én. I kjernekraft er det mulig å kontrollere forløpet av en kjernefysisk reaksjon på grunn av innføringen av en negativ tilbakemelding mellom hastigheten på energifrigjøringen og multiplikasjonsfaktoren. Hvis denne koeffisienten er større enn én, vil reaksjonen utvikle seg eksponentielt. Ukontrollerte kjedereaksjoner brukes i atomvåpen.
Kernefysisk kjedereaksjon i energi
Reaktiviteten til en reaktor bestemmes av et stort antall prosesser som skjer i dens kjerne. Alle disse påvirkningene bestemmes av den såk alte reaktivitetskoeffisienten. Effekten av endringer i temperaturen til grafittstaver, kjølevæsker eller uran på reaktiviteten til reaktoren og intensiteten til en slik prosess som en kjernefysisk kjedereaksjon er preget av en temperaturkoeffisient (for kjølevæske, for uran, for grafitt). Det er også avhengige egenskaper når det gjelder kraft, når det gjelder barometriske indikatorer, når det gjelder dampindikatorer. For å opprettholde en kjernefysisk reaksjon i en reaktor, er det nødvendig å konvertere noen grunnstoffer til andre. For å gjøre dette er det nødvendig å ta hensyn til betingelsene for flyten av en kjernefysisk kjedereaksjon - tilstedeværelsen av et stoff som er i stand til å dele seg og frigjøre fra seg selv under forfall et visst antall elementære partikler, som som et resultat, vil forårsake fisjon av de gjenværende kjernene. Som et slikt stoff brukes ofte uran-238, uran-235, plutonium-239. Under passasjen av en kjernefysisk kjedereaksjon vil isotopene til disse elementene forfalle og danne to eller flere andre kjemikalier. I denne prosessen sendes de såk alte "gamma"-strålene ut, en intens frigjøring av energi oppstår, to eller tre nøytroner dannes som er i stand til å fortsette reaksjonshandlingene. Det finnes langsomme og raske nøytroner, for for at kjernen til et atom skal gå i oppløsning, må disse partiklene fly med en viss hastighet.
