תגובת שרשרת גרעינית. תנאים של תגובת השרשרת הגרעינית

תורת היחסות אומרת כי מונית - היא צורה מיוחדת של אנרגיה. מכאן נובע כי ניתן להמיר מסה לאנרגיה ואנרגיה לתוך המונית. במישור intraatomic, תגובות כאלה מתרחשים. בפרט, חלק המסה של גרעין האטום עשוי בהחלט להפוך לאנרגיה. זה קורה במספר דרכים. ראשית, את הליבה עלול להתפרק מספר גרעינים קטנים יותר, התגובה הזו נקראת "התמוטטות". שנית, גרעינים קטנים יותר יכולים להתחבר בקלות לקבל בעלים - תגובת סינתזה זו. ביקום, תגובות כאלה אינן נדירות. די אם אומר כי תגובת ההיתוך - מקור האנרגיה עבור הכוכבים. אבל התגובה של ריקבון שמוצגת אנושות הכורה גרעיני, כמו אנשים למדו לשלוט בתהליכים מורכבים אלה. אבל מה היא תגובת שרשרת גרעינית? כיצד לנהל אותו?

מה קורה בגרעין של אטום

תגובת שרשרת גרעינית - תהליך רץ התנגשויות של חלקיקים או גרעינים יסודיים עם גרעינים אחרים. למה היא "שרשרת"? זו קבוצה של תגובות גרעיניות יחידות רציפות. כתוצאה מתהליך זה יש שינוי של נוקליאון מצב הקוונטי ורכב בליבה, מופיעים חלקיקים חדשים ואפילו - מוצרים של התגובה. שרשרת גרעינית התגובה, הפיזיקה של אשר מאפשר לך לחקור את המנגנונים של האינטראקציה של גרעינים עם גרעינים וחלקיקים - השיטה העיקרית לייצור אלמנטים איזוטופים חדשים. על מנת להבין את תגובת השרשרת, תחילה עלינו להתמודד עם אחת.

מה שדרוש עבור תגובה

כדי ליישם תהליך כזה, כמו תגובת השרשרת הגרעינית, יש צורך להפגיש את החלקיקים (ליבת נוקליאון שתי ליבות) שנמצאים במרחק הרדיוס של אינטראקציה חזקה (כ אחת פרמי). אם המרחקים הם גדולים, האינטראקציה של חלקיקים טעונים היא גרידא קולון. בשנת התגובה הגרעינית, תוך ציות לכל החוקים: חוק שימור אנרגיה, ברגע של מומנטום, התשלום באריון. תגובת שרשרת גרעינית הוא כונה על ידי הסימנים a, b, a, d. סמל מציין ליבה, b מתחיל - חלקיק האירוע, עם - חלקיקי נפלט חדשים, ו- D מציין את הליבה כתוצאה.

אנרגיית התגובה

התגובה הגרעינית השרשרת יכולה להתבצע הוא עם הקליטה והשחרור של אנרגיה, אשר שווה פרש המסה של חלקיקים לאחר התגובה ולפני זה. האנרגיה הנספגת קובע את האנרגיה הקינטית המינימלית של התנגשות, תגובה גרעינית שנקרא סף שבו היא יכולה לזרום בחופשיות. סף זה תלוי החלקיקים כי משתתפים באינטראקציה, ועל המאפיינים שלהם. בשלב הראשוני, כל החלקיקים נמצאים במצב קוונטים מראש.

מגיב

המקור העיקרי של חלקיקים טעונים כי להפציץ את הגרעין הוא מאיץ חלקיקים, אשר מאפשרת אלומות פרוטונים, יונים כבדים גרעיני אור. ניטרונים איטיים היוצר באמצעות כורים גרעיניים. לתיקון של חלקיקים טעונים האירוע ניתן להשתמש בסוגים שונים של תגובות גרעיניות - הן סינתזה וריקבון. ההסתברות מהם תלוי בפרמטרים של החלקיקים שמתנגשים. הסתברות זו קשורה כזה מאפיין, חתך של התגובה - הערך של השטח האפקטיבי המאפיינת את הליבה כיעד החלקיקים האירוע שהינו מדד ההסתברות של חלקיקים נכנסים לגרעין ולתקשר. אם התגובה היא השתתפה חלקיקים עם ערך ספין שונה מאפס, בסעיף תלוי ישירות הנטייה שלהם. מאז האחורית של החלקיקים הנכנסים אינם מוכווני לגמרי באקראי, פחות או יותר מסודרת בצורה, כל כדוריות הן מקוטבות. איפיון כמותי של ספין-אוריינטציה מתאר את וקטור הקיטוב.

מנגנון התגובה

מהי תגובת שרשרת גרעינית? כפי שכבר הוזכר, הוא רצף של תגובות פשוטות. פרטים של החלקיקים האירוע האינטראקציה שלו עם הליבה תלויים מסה, מטען חשמלי, אנרגיה קינטית. אינטראקציה נקבע לפי מידת החופש של גרעינים, אשר שמחים כאשר התנגשות. השגת שליטה על כל המנגנונים הללו מאפשר תהליך כגון תגובת שרשרת גרעינית מבוקרת.

תגובות ישירות

אם חלקיק טעון שפוגע גרעין היעד, רק נוגע בו, משך ההתנגשות עדיין צורך להתגבר על מרחק רדיוס הגרעין. תגובה גרעינית זו נקראת ישירה. מאפיין משותף לכל התגובות מסוג זה הוא תחילתו של מספר קטן של דרגות חופש. בתהליך זה, אחרי חלקיק ההתנגשות הראשון יש עדיין מספיק אנרגיה כדי להתגבר על המשיכה הגרעינית. לדוגמא, אינטראקציות כאלה, כמו פיזור ניטרונים הקשיח, לחייב חליפין, והם ישר. תרומתו של תהליכים כאלה מאפיין שנקרא "חתך הכולל" די אומללה. עם זאת, קו ההפצה למוצר עובר תגובה גרעינית כדי לקבוע את ההסתברות של פליטה של הזווית לכיוון הקורה, מספרי קוונטי מדינות מאוכלסות סלקטיביות ולקבוע את המבנה שלהם.

פליטת טרום שיווי משקל

אם החלקיק אינו משאיר בתחום שיתוף פעולה גרעיני לאחר ההתנגשות הראשונה, זה יהיה מעורב מפל של התנגשויות רצופות. זהו בעצם בדיוק מה נקרא תגובת השרשרת הגרעינית. כתוצאה מכך, במצב כזה את האנרגיה הקינטית של החלקיקים מופץ בקרב חלקי המרכיבים של הקרנל. המדינה מאוד באותה של הגרעין תהפוך בהדרגה הרבה יותר מסובך. במהלך תהליך זה בכמה נוקליאון או אשכול שלם (קבוצת הנוקליאון) אנרגיה יכולה להיות ממוקדת, זה מספיק בשביל הפליטה של נוקליאון מהגרעין. הקלה נוספת תגרום שיווי משקל סטטיסטי ויצירת גרעין מתחם.

תגובת שרשרת

מהי תגובת שרשרת גרעינית? רצף זה של החלקים המרכיבים אותה. כלומר מספר רצוף תגובות גרעיניות יחידות שנגרמו על ידי חלקיקים טעונים להופיע כמוצרי תגובה בשלבים הקודמים. מה נקרא תגובת שרשרת גרעינית? לדוגמא, ביקוע של גרעינים כבדים, כאשר אירועי ביקוע מרובים יזם שהגיעו לידי קודם דועך ניטרונים.

מאפיינים של תגובת שרשרת גרעינית

בין כל התהליכים הכימיים שהוא קבל שרשרת הפצה רחבה. חלקיקים עם חיבורים שאינם בשימוש למלא את התפקיד של רדיקלים חופשיים או אטומים. בתהליך זה, כמו תגובת השרשרת הגרעינית, המנגנון כמובן שלה לספק ניטרונים אשר יש מחסום קולון ולרגש את הגרעין על קליטה. אם המדיום מופיע חלקיק הכרחי, זה גורם לשרשרת של טרנספורמציות הבאים, אשר ימשיכו scission שרשרת עקב האובדן של החלקיקים המובילים.

למה מוביל לאיבוד

ישנן רק שתי סיבות להפסד של חלקיקים המובילים לתגובות שרשרת רציפות. הראשון הוא ספיגה של חלקיקים בלי תהליך פליטת משנית. השני - עוזב את החלקיקים במסגרת החומר התומך בתהליך השרשרת.

שני סוגים של תהליך

אם היחידה נולדה מוביל חלקיקים בלבד בכל תגובת תקופת שרשרת, אז התהליך הזה יכול להיקרא unbranched. זה לא יכול להוביל לשחרור אנרגיה בקנה מידה גדול. אם יש חלקיקים מובילים רבים, זה נקרא תגובה מסועפת. מהי תגובת שרשרת גרעינית עם הסתעפות? אחת קבל בשעת המעשה הקודם של חלקיקים משניים ממשיך החל לפני בשרשרת, אבל האחרים ייצרו תגובות חדשות כי גם להסתעף. עם התהליך הזה יתחרה תהליכים להוביל שבירה. המצב שנוצר יהיה להצמיח תופעה קריטית שולית ספציפית. לדוגמא, אם הרצף של יותר מ שרשרות חדשות לחלוטין, את התמיכה העצמית תגובה בלתי אפשרית. גם אם להלהיב אותה מציג באופן מלאכותי לתוך המספר רצוי הבינוני של חלקיקים, התהליך ימשיך לדעוך עם זמן (בדרך כלל די מהר). אם מספר השרשרות החדשות יעלה את מספר ההפסקות, תגובת השרשרת תתחיל להתפשט ברחבי החומר.

מצב קריטי

אזור קריטי מופרד מדינות מצב של תגובת שרשרת עצמית לקיום מתקדמת משנה ואת האזור שבו התגובה הזו אינה אפשרית כלל. פרמטר זה מתאפיין שוויון בין מספר המעגלים החדשים ומספר ההפסקות אפשריות. כמו הנוכחות של המדינה הקריטית המוביל החלקיק חופשי הוא הפריט העיקרי ברשימה כמו "תנאים של תגובת השרשרת הגרעינית." הישג של מצב זה יכול להיקבע על ידי מספר גורמים אפשריים. חלוקת גרעין יסוד כבד הוא מתרגש רק על ידי ניטרונים אחד. כתוצאה מתהליך זה, כמו תגובת שרשרת של ביקוע גרעיני, יש יותר נויטרונים. כתוצאה מכך, תהליך זה עלול לייצר קני תגובה שבו ספקים וניטרונים יפעלו. במקרה שבו שיעור הנויטרונים לוכד ללא (שיעור פסד) חלוקה או יציאות יפוצו חלקיקים המוביל רבייה מהירה, תגובת השרשרת תמשיך במצב נייח. משוואה זו מתארת את מקדם ההכפלה. במקרה זה שווה אחדות הנ"ל. בשנת כוח גרעיני עקב כניסתה של משוב שלילי בין שיעור שחרור אנרגיה ואת מקדם ההכפלה יכול להתממש מלאה של תגובות גרעיניות. אם היחס הזה הוא גדול מאחד, אז התגובה תפתח אקספוננציאלית. תגובת שרשרת מבוקרת לשמש נשק גרעיני.

תגובת שרשרת גרעינית במגזר האנרגיה

תגובתיות של הכור נקבעת על ידי מספר רב של תהליכים המתרחשים באזור שלה הפעיל. כל ההשפעות האלה נקבעים על ידי מקדם שנקרא של תגובתיות. השפעת שינויי טמפרטורה של מוטות גרפיט, נוזלי קירור או תגובתיות אורניום הכור ואת עוצמת תהליך הפעפוע כגון תגובת שרשרת גרעינית, מאופיינים מקדם הטמפרטורה (עבור נוזל הקירור, האורניום, על גרפיט). יש גם תלות של המאפיינים של כוח, על פי אינדיקטורים הברומטרי של פרמטרי קיטור. כדי לשמור את התגובה הגרעינית בכור הצורך בהמרת אלמנט אחד לתוך השני. לשם כך יש צורך לקחת בחשבון את תנאי הזרימה של תגובת השרשרת הגרעינית - הנוכחות של חומר שהוא מסוגל לחלק ולהקצות את עצמם כתוצאה מההתפרקות של מספר חלקיקים יסודיים אשר, וכתוצאה מכך, יגרום לשאר הליבות החלוקות. כחומר כזה משמש לעתים קרובות אורניום 238, אורניום 235, פלוטוניום-239. במהלך המעבר של השרשרת הגרעינית איזוטופים תגובה של אלמנטים אלה יתפוררו ויוצרים שניים או יותר חומרים כימיים אחרים. בתהליך זה, זה נפלט שנקרא "גמא" -rays, שחרור אנרגיה אינטנסיבי, נוצר שניים או שלושה ניטרונים מעשים מסוגלים להמשיך התגובה. הבחנה בין ניטרונים איטיים ומהירים, כי על מנת בגרעין האטום התפורר, חלקיקים אלה צריכים לטוס במהירות מסוימת.