Die relatiwiteitsteorie sê dat massa 'n spesiale vorm van energie is. Dit volg dat dit moontlik is om massa in energie en energie in massa om te skakel. Op die intraatomiese vlak vind sulke reaksies plaas. In die besonder kan sommige van die massa van die atoomkern self in energie verander. Dit gebeur op verskeie maniere. Eerstens kan die kern in 'n aantal kleiner kerne verval, hierdie reaksie word "verval" genoem. Tweedens kan kleiner kerne maklik kombineer om 'n groter een te maak - dit is 'n samesmeltingsreaksie. In die heelal is sulke reaksies baie algemeen. Dit is genoeg om te sê dat die samesmeltingsreaksie die bron van energie vir sterre is. Maar die vervalreaksie word deur die mensdom in kernreaktore gebruik, aangesien mense geleer het om hierdie komplekse prosesse te beheer. Maar wat is 'n kernkettingreaksie? Hoe om dit te bestuur?
Wat gebeur in die kern van 'n atoom
'n Kernkettingreaksie is 'n proses wat plaasvind wanneer elementêre deeltjies of kerne met ander kerne bots. Hoekom "ketting"? Dit is 'n stel opeenvolgende enkele kernreaksies. As gevolg van hierdie proses vind 'n verandering in die kwantumtoestand en nukleonsamestelling van die oorspronklike kern plaas, selfs nuwe deeltjies verskyn - reaksieprodukte. Die kernkettingreaksie, waarvan die fisika 'n mens toelaat om die meganismes van interaksie van kerne met kerne en met deeltjies te bestudeer, is die hoofmetode om nuwe elemente en isotope te verkry. Om die vloei van 'n kettingreaksie te verstaan, moet 'n mens eers met enkeles te doen kry.
Wat is nodig vir die reaksie
Om so 'n proses soos 'n kernkettingreaksie uit te voer, is dit nodig om deeltjies ('n kern en 'n nukleon, twee kerne) nader aan mekaar te bring op 'n afstand van die sterk interaksieradius (ongeveer een fermi). As die afstande groot is, sal die interaksie van gelaaide deeltjies suiwer Coulomb wees. In 'n kernreaksie word alle wette nagekom: behoud van energie, momentum, momentum, barionlading. 'n Kernkettingreaksie word aangedui deur die simboolversameling a, b, c, d. Die simbool a dui die oorspronklike kern aan, b die inkomende deeltjie, c die nuwe uitgaande deeltjie, en d die resulterende kern.
Reaksie-energie
'n Kernkettingreaksie kan beide met absorpsie en met die vrystelling van energie plaasvind, wat gelyk is aan die verskil in die massas deeltjies na die reaksie en voor dit. Die geabsorbeerde energie bepaal die minimum kinetiese energie van die botsing,die sogenaamde drempel van 'n kernreaksie, waarteen dit vrylik kan voortgaan. Hierdie drempel hang af van die deeltjies betrokke by die interaksie en van hul eienskappe. By die aanvanklike stadium is alle deeltjies in 'n voorafbepaalde kwantumtoestand.
Reaksie-implementering
Die hoofbron van gelaaide deeltjies wat die kern bombardeer, is die deeltjieversneller, wat strale van protone, swaar ione en ligte kerne produseer. Stadige neutrone word verkry deur die gebruik van kernreaktors. Om invallende gelaaide deeltjies te herstel, kan verskillende tipes kernreaksies, beide samesmelting en verval, gebruik word. Hul waarskynlikheid hang af van die parameters van die deeltjies wat bots. Hierdie waarskynlikheid word geassosieer met so 'n eienskap soos die reaksie-dwarssnit - die waarde van die effektiewe area, wat die kern kenmerk as 'n teiken vir invallende deeltjies en wat 'n maatstaf is van die waarskynlikheid dat die deeltjie en die kern in interaksie sal tree. As deeltjies met 'n nie-nul spin aan die reaksie deelneem, hang die deursnit direk af van hul oriëntasie. Aangesien die spins van die invallende deeltjies nie heeltemal lukraak georiënteerd is nie, maar min of meer georden is, sal alle liggaamsdele gepolariseer word. Die kwantitatiewe kenmerk van die georiënteerde straalspin word beskryf deur die polarisasievektor.
Reaksiemeganisme
Wat is 'n kernkettingreaksie? Soos reeds genoem, is dit 'n reeks eenvoudiger reaksies. Die kenmerke van die invallende deeltjie en sy interaksie met die kern hang af van die massa, lading,kinetiese energie. Die interaksie word bepaal deur die mate van vryheid van die kerne, wat tydens die botsing opgewek word. Die verkryging van beheer oor al hierdie meganismes maak voorsiening vir 'n proses soos 'n beheerde kernkettingreaksie.
Direkte reaksies
As 'n gelaaide deeltjie wat die teikenkern tref, net daaraan raak, dan sal die duur van die botsing gelyk wees aan die afstand wat nodig is om die afstand van die kernradius te oorkom. So 'n kernreaksie word 'n direkte reaksie genoem. 'n Algemene kenmerk vir alle reaksies van hierdie tipe is die opwekking van 'n klein aantal grade van vryheid. In so 'n proses, na die eerste botsing, het die deeltjie nog genoeg energie om die kernaantrekkingskrag te oorkom. Byvoorbeeld, sulke interaksies soos onelastiese verstrooiing van neutrone, lading-uitruiling, en verwys na direkte. Die bydrae van sulke prosesse tot die eienskap wat "totale deursnit" genoem word, is redelik weglaatbaar. Die verspreiding van die produkte van die deurgang van 'n direkte kernreaksie maak dit egter moontlik om die waarskynlikheid van ontsnapping vanuit die straalrigtinghoek, kwantumgetalle, die selektiwiteit van die bevolkte state, en hul struktuur te bepaal.
Voor-ewewig-emissie
As die deeltjie nie die gebied van kerninteraksie na die eerste botsing verlaat nie, sal dit betrokke wees by 'n hele kaskade van opeenvolgende botsings. Dit is eintlik net wat 'n kernkettingreaksie genoem word. As gevolg van hierdie situasie word die kinetiese energie van die deeltjie onder mekaar verspreisamestellende dele van die kern. Die toestand van die kern self sal geleidelik baie meer ingewikkeld raak. Tydens hierdie proses kan 'n sekere nukleon of 'n hele groep ('n groep nukleone) energie konsentreer wat voldoende is vir die vrystelling van hierdie nukleon vanaf die kern. Verdere ontspanning sal lei tot die vorming van statistiese ewewig en die vorming van 'n saamgestelde kern.
Kettingreaksies
Wat is 'n kernkettingreaksie? Dit is die volgorde van sy samestellende dele. Dit wil sê, veelvuldige opeenvolgende enkele kernreaksies wat deur gelaaide deeltjies veroorsaak word, verskyn as reaksieprodukte in die vorige stappe. Wat is 'n kernkettingreaksie? Byvoorbeeld, die splitsing van swaar kerne, wanneer veelvuldige splitsingsgebeure geïnisieer word deur neutrone wat tydens vorige verval verkry is.
Kenmerke van 'n kernkettingreaksie
Onder alle chemiese reaksies word kettingreaksies wyd gebruik. Deeltjies met ongebruikte bindings speel die rol van vrye atome of radikale. In 'n proses soos 'n kernkettingreaksie word die meganisme van die voorkoms daarvan verskaf deur neutrone, wat nie 'n Coulomb-versperring het nie en die kern opwek by absorpsie. As die nodige deeltjie in die medium verskyn, dan veroorsaak dit 'n ketting van daaropvolgende transformasies wat sal voortduur totdat die ketting breek as gevolg van die verlies van die draerdeeltjie.
Waarom die diensverskaffer verlore is
Daar is net twee redes vir die verlies van die draerdeeltjie van 'n aaneenlopende ketting van reaksies. Die eerste is die absorpsie van die deeltjie sonder die proses van emissiesekondêr. Die tweede is die vertrek van die deeltjie buite die limiet van die volume van die stof wat die kettingproses ondersteun.
Twee tipes proses
As slegs 'n enkele draerdeeltjie in elke periode van die kettingreaksie gebore word, kan hierdie proses onvertakt genoem word. Dit kan nie lei tot die vrystelling van energie op groot skaal nie. As daar baie draerdeeltjies is, word dit 'n vertakte reaksie genoem. Wat is 'n kernkettingreaksie met vertakking? Een van die sekondêre deeltjies wat in die vorige wet verkry is, sal die ketting voortsit wat vroeër begin is, terwyl die ander nuwe reaksies sal skep wat ook sal vertak. Hierdie proses sal meeding met die prosesse wat tot die breek lei. Die gevolglike situasie sal aanleiding gee tot spesifieke kritieke en beperkende verskynsels. Byvoorbeeld, as daar meer breek as suiwer nuwe kettings is, sal selfonderhoudende reaksie onmoontlik wees. Selfs al word dit kunsmatig opgewek deur die vereiste aantal deeltjies in 'n gegewe medium in te voer, sal die proses steeds mettertyd verval (gewoonlik redelik vinnig). As die aantal nuwe kettings die aantal breuke oorskry, sal 'n kernkettingreaksie deur die stof begin versprei.
Kritiese toestand
Die kritieke toestand skei die area van die toestand van materie met 'n ontwikkelde selfonderhoudende kettingreaksie, en die area waar hierdie reaksie glad onmoontlik is. Hierdie parameter word gekenmerk deur gelykheid tussen die aantal nuwe stroombane en die aantal moontlike onderbrekings. Soos die teenwoordigheid van 'n vrye draerdeeltjie, die kritiekestaat is die hoofitem in so 'n lys as "voorwaardes vir die implementering van 'n kernkettingreaksie." Die bereiking van hierdie toestand kan deur 'n aantal moontlike faktore bepaal word. Die splyting van die kern van 'n swaar element word deur net een neutron opgewek. As gevolg van 'n proses soos 'n kernsplytingskettingreaksie word meer neutrone geproduseer. Daarom kan hierdie proses 'n vertakte reaksie produseer, waar neutrone as draers sal optree. In die geval wanneer die tempo van neutron vang sonder splitsing of ontsnap (verliestempo) vergoed word deur die tempo van vermenigvuldiging van draerdeeltjies, dan sal die kettingreaksie in 'n stilstaande modus voortgaan. Hierdie gelykheid kenmerk die vermenigvuldigingsfaktor. In bogenoemde geval is dit gelyk aan een. In kernkrag, as gevolg van die bekendstelling van 'n negatiewe terugvoer tussen die tempo van energievrystelling en die vermenigvuldigingsfaktor, is dit moontlik om die verloop van 'n kernreaksie te beheer. As hierdie koëffisiënt groter as een is, sal die reaksie eksponensieel ontwikkel. Onbeheerde kettingreaksies word in kernwapens gebruik.
Kernkettingreaksie in energie
Die reaktiwiteit van 'n reaktor word bepaal deur 'n groot aantal prosesse wat in sy kern plaasvind. Al hierdie invloede word deur die sogenaamde reaktiwiteitskoëffisiënt bepaal. Die effek van veranderinge in die temperatuur van grafietstawe, koelmiddels of uraan op die reaktiwiteit van die reaktor en die intensiteit van so 'n proses soos 'n kernkettingreaksie word gekenmerk deur 'n temperatuurkoëffisiënt (vir koelmiddel, vir uraan, vir grafiet). Daar is ook afhanklike eienskappe in terme van krag, in terme van barometriese aanwysers, in terme van stoom aanwysers. Om 'n kernreaksie in 'n reaktor te handhaaf, is dit nodig om sommige elemente in ander om te skakel. Om dit te doen, is dit nodig om die voorwaardes vir die vloei van 'n kernkettingreaksie in ag te neem - die teenwoordigheid van 'n stof wat in staat is om 'n sekere aantal elementêre deeltjies tydens verval te verdeel en vry te stel, wat as gevolg daarvan, sal die splyting van die oorblywende kerne veroorsaak. As so 'n stof word uraan-238, uraan-235, plutonium-239 dikwels gebruik. Tydens die verloop van 'n kernkettingreaksie sal die isotope van hierdie elemente verval en twee of meer ander chemikalieë vorm. In hierdie proses word die sogenaamde "gamma" strale uitgestraal, 'n intense vrystelling van energie vind plaas, twee of drie neutrone word gevorm, wat in staat is om die reaksiehandelinge voort te sit. Daar is stadige en vinnige neutrone, want om die kern van 'n atoom te laat disintegreer, moet hierdie deeltjies teen 'n sekere spoed vlieg.
