Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

24.6: Процеси ядерного поділу

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19531

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Ядерне поділ вперше було виявлено двома німецькими вченими, Фріцем Штрасманом і Отто Ханом, в 1930-х роках. Вони почали свою роботу з бомбардування урану нейтронами, сподіваючись створити більші елементи. Натомість вони були дуже здивовані, виявивши\(\ce{Ba}\) -141, набагато менший елемент. Вони негайно зв'язалися з колегою вченим у цій галузі Ліза Мейтнер, яка провела розрахунки, щоб продемонструвати, що поділ відбувся.

    Ядерний поділ

    Радіоактивний розпад шляхом виділення альфа- або бета-частинок - не єдиний спосіб утворення нових ізотопів. Коли нейтрон стикається з ядром, ядро розщеплюється на два ізотопи, кожен з яких становить приблизно половину маси вихідного атома. Невелика кількість маси «залишилося» і виділяється як енергія, як передбачено відомим рівнянням Ейнштейна\(E = mc^2\), яке стосується маси та енергії. Цей процес відомий як ядерний поділ. Нейтрон повинен бути «повільним» нейтроном, що рухається зі швидкістю, приблизно такою, як у молекул газу при тій же температурі в системі, що виробляє нейтрони. Швидкісні («швидкі») нейтрони не призведуть до ядерного поділу.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Розщеплення ядра урану, що утворюється при зіткненні з нейтроном.

    Наведений вище приклад ілюструє основний процес ядерного поділу. Нейтрон (як правило, виробляється якимось контрольованим процесом, зазвичай не природною подією) стикається з атомом\(\ce{U}\) -235. На мить утворюється атом\(\ce{U}\) -236, який потім розщеплюється на два менших атома (\(\ce{Kr}\)-93 та\(\ce{Ba}\) -141) на діаграмі. Цей процес призводить до вивільнення трьох нових нейтронів, які потім можуть ініціювати реакції поділу з більшою кількістю атомів. Пізніше ми побачимо, як це поширення нейтронів може бути використано в реакторі для вироблення електроенергії.

    Розширений варіант цього процесу можна побачити на малюнку нижче. Не кожне зіткнення нейтрона з\(\ce{U}\) -235 призводить до реакції поділу. Нейтрон від початкового процесу поділу може вражати атом\(\ce{U}\) -238, що не продовжує процес. Інший нейтрон може не зіткнутися з ядром, а загубитися в навколишньому середовищі. Однак третій нейтрон, отриманий в результаті початкового зіткнення, може зіткнутися з більш\(\ce{U}\) -235 і продовжувати ланцюгову реакцію, щоб виробляти більше нейтронів.

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Реакція поділу з\(\ce{U}\) -235.

    Типові реакції ядерного поділу балансують за масою. Загальна маса реагентів дорівнює загальній масі продуктів:

    \[\ce{^{235}_{92}U} + \ce{^1_0n} \rightarrow \ce{^{92}_{36}Kr} + \ce{^{142}_{56}Ba} + 2 \ce{^1_0n} + \text{energy}\nonumber \]

    Ліворуч від рівняння є 236 одиниць маси і 236 одиниць маси праворуч. Таким же чином ми бачимо 92 протона зліва і 92 праворуч. Енергія, яка вивільняється, - це енергія зв'язку, яка утримує ядро разом.

    Інший набір продуктів поділу від\(\ce{U}\) -235 можна побачити в наступній реакції:

    \[\ce{^{235}_{92}U} + \ce{^1_0n} \rightarrow \ce{^{95}_{42}Mo} + \ce{^{139}_{57}La} + 2 \ce{^1_0n} + \text{energy}\nonumber \]

    Знову ж таки, ми бачимо, що загальна кількість одиниць маси та протонів дорівнює по обидва боки рівняння.

    Резюме

    • Ядерне ділення - це процес зіткнення нейтрона з ядром. Ядро розщеплюється на два ізотопи, кожен з яких становить приблизно половину маси вихідного атома. Невелика кількість маси «залишається» і виділяється як енергія.
    • Проілюстровано приклади процесів ділення ядер.