www.wikidata.uk-ua.nina.az

Ядерна реакція явище перетворення ядер атомів хімічних елементів і елементарних частинок Ядерні реакції можуть відбувати

Ядерна реакція

Ядерна реакція — явище перетворення ядер атомів хімічних елементів і елементарних частинок. Ядерні реакції можуть відбуватися спонтанно, або після зіткнення ядра з високоенергетичними частинками (наприклад, фотоядерні реакції відбуваються після зіткнення з високоенергетичним гамма-квантом). Спонтанні ядерні перетворення є причиною природної радіоактивності.

Реакція між 6Li та дейтерієм з утворенням двох альфа-частинок

Як і хімічні реакції, ядерні реакції можуть бути ендотермічними й екзотермічними.

Ядерні реакції поділяються на реакції розпаду (альфа-розпад, бета-розпад і кластерний розпад), при яких ядро випромінює частики та реакції ядерного синтезу, при яких легкі ядра зливаються, утворюючи більш важкі. Особливим типом ядерної реакції є поділ ядра, при якому важке ядро розпадається на два легших ядра, зазвичай, випромінюючи при цьому нейтрони. Іншим специфічним типом ядерних реакцій є реакції захоплення, при яких ядра захоплюють нейтрон або електрон з атомної оболонки.

Історія

Першу штучно викликану ядерну реакцію спостерігав у 1919 році Ернест Резерфорд, опромінюючи альфа-частинками азот. Реакція відбувалася за схемою

Закони збереження при ядерних реакціях

Під час ядерних реакцій виконуються загальні закони збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу та електричного заряду.

Окрім того існує низка особливих законів збереження, притаманних ядерній взаємодії, наприклад, закон збереження баріонного заряду.

Енергетичний вихід ядерної реакції

Якщо сума мас спокою частинок до реакції більша за суму мас спокою частинок після реакції, то така реакція відбувається з виділенням енергії. Таку енергію називають енергетичним виходом ядерної реакції. Енергетичний вихід ядерної реакції обчислюється за формулою ΔE=Δmc2, де Δm — дефект маси, c — швидкість світла.

Канали реакції

Канал реакції — один із різних шляхів яким може піти хімічна або ядерна реакція, в результаті якої при однакових вихідних реагентах утворюються різні продукти.

Наприклад, при реакції літію з повільним протоном, утворюється проміжне ядро берилію, яке може розпастися за різними каналами:

Види ядерних реакцій

Ядерні реакції синтезу

Під час ядерних реакцій синтезу з легких ядер елементів утворюються нові, важчі ядра.

Зазвичай реакції синтезу можливі тільки за умов, коли ядра мають велику кінетичну енергію, оскільки сили електростатичного відштовхування перешкоджають зближенню однаково заряджених ядер, створюючи так званий кулонівський бар'єр.

Штучним шляхом цього вдається досягти за допомогою прискорювачів заряджених частинок, в яких іони, протони або α-частинки прискорюють електричним полем, або термоядерних реакторів, де іони речовини набувають кінетичної енергії за рахунок теплового руху. В останньому випадку мову ведуть про реакцію термоядерного синтезу.

Ядерний синтез у природі

У природі реакції синтезу розпочалися у перші хвилини після Великого вибуху. Під час первинного нуклеосинтезу з протонів утворилися лише деякі найлегші ядра (дейтерію, гелію, літію).
Наразі ядерні реакції відбуваються у ядрах зір, наприклад, у Сонці. Основним процесом є утворення ядра гелію з чотирьох протонів, що може відбуватися або в протон-протонному ланцюжку, або в циклі Бете-Вайцзекера.

У зорях, маса яких перевищує половину M☉, можуть утворюватися й інші, важчі елементи. Цей процес розпочинається з утворення ядер вуглецю у потрійній α-реакції. Утворені ядра взаємодіють із протонами та α-частинками і, таким чином, утворюються хімічні елементи аж до залізного піка.

Утворення важчих ядер (від заліза до бісмуту) відбувається у оболонках досить масивних зір на стадії червоного гіганта здебільшого завдяки s-процесу та, частково, завдяки p-процесу. Найважчі (нестабільні) ядра утворюються під час спалахів наднових.

Можливість виникнення термоядерної реакції

Цей розділ не містить посилань на джерела. Ви можете допомогти поліпшити цей розділ, додавши посилання на надійні (авторитетні) джерела. Матеріал без джерел може бути піддано сумніву та вилучено.

Можливість проведення ядерної реакції визначається співвідношенням між енергією, яка виділяється на випромінювання електромагнітних хвиль, і енергією ядерного розщеплення. Якщо це співвідношення менше одиниці, то ядерна реакція може розвиватися. Енергія, яка випромінюється за 1 секунду у сантиметрі кубічному дорівнює

де  — швидкість електрона, - концентрація електронів на один сантиметр кубічний,  — енергія електрона (разом із енергією спокою),  — випромінювання при зіткненні електронів, (у сумі відповідає зіткненню електрона із дейтроном).

Протон у 1836 разів важчий за електрон. Як наслідок, ядра рухаються значно повільніше, ніж електрони, які миттєво встигають підлаштуватися до будь-якої зміни координат ядер. Якщо ядро знаходиться у спокої, то воно отримує від електрона кінетичну енергію, яка дорівнює де  — швидкість електрона,  — відстань до найближчого зіткнення. За цього передається повна енергія, яка дорівнює

яка приводить до

Правильне рішення дає для інтегралу значення 9. Верхня межа для виводиться з екранування, яке викликається іншими електронами.

Енергія, яка отримується при ядерних розщепленнях на 1 секунду у кубічному сантиметрі дорівнює

де  — енергія, яка виділяється при 1 акті ядерної реакції,  — перетин розщеплення,  — швидкість дейтрону.

де пов'язане із співвідношенням:

Ця формула справедлива для енергій 0,5 МеВ.

Таке значення отримується при врахуванні розігріву дейтерію на фронті ядерної детонаційної хвилі (аналогічно до теорії Я. Б. Зельдовича про нагрівання газів у детонаційній хвилі) при повній енергії ядерної реакції 4 МеВ та її рівномірному розподілі між усіма частинками (2 дейтрони й 2 електрони).

Вважаючи , отримуємо:

Детонаційна хвиля може розповсюджуватися по усьому дейтерієвому зарядові лише у тому випадку, якщо його розмір достатньо великий. Цей мінімальний розмір по порядку величини є рівним добутку швидкості звуку на час реакції. Остання визначається рівнянням

Швидкість звуку Критичний діаметр

Ця величина може бути меншою, якщо «заряд» буде знаходитися у масивній оболонці, а також завдяки тому, що буде відбуватися альтернативна реакція яка буде збільшувати енергію виділення й скорочувати час реакції.

Для термоядерної бомби краще за все підходять легкі ядра, оскільки кулонівський бар'єр для них є меншим і є меншою втрата енергії за рахунок електронів на радіацію. Тому наступні реакції є «найвигіднішими»:

Припускається, що у наступній реакції дейтерій має щільність (рідка фаза) Загальна енергія складає близько або 2,5 тони тротилового еквіваленту на сантиметр кубічний.

Поперечний перетин для реакції є наступним

1 барн

Поперечний перетин визначається за формулою

Якщо електрон проходить біля ядра, швидкість переходу електронів до випромінювання на одиницю часу та на одиницю об'єму дорівнює

де  — щільність ядер,  — атомний номер,  — швидкість електрона,  — маса електронів.

Для дейтронів

де  — температура у електронвольтах.

Швидкість утворення енергії: де  — утворення енергії на зіткнення,  — швидкість зіткнення.

Якщо б була встановлена теплова рівновага між частинками й випромінюванням, нагрівання дейтерію до необхідної температури було б неможливим. Насправді теплової рівноваги немає.

Ядерні реакції розпаду

Реакціями розпаду зумовлена альфа- та бета-радіоактивність. При альфа-розпаді з ядра вилітає альфа-частинка 4He, а масове число й зарядове числа ядра змінюються на 4 та 2 відповідно. При бета-розпаді з ядра вилітає електрон або позитрон, масове число ядра не змінюється, а зарядове збільшується або зменшується на 1. Обидва типи розпаду відбуваються спонтанно.

Поділ ядра

Невелика кількість ізотопів здатна до поділу — реакції при якій ядро ділиться на великі частини. Поділ ядра може відбуватися як спонтанно, так і вимушено — під дією інших частинок, здебільшого — нейтронів.

1939 року було виявлено, що ядра урану-235 здатні не лише до спонтанного поділу (на два легших ядра) з виділенням ~200 МеВ енергії та випроміненням двох-трьох нейтронів, але й до вимушеного поділу, що ініціюється нейтронами. Враховуючи, що в результаті такого поділу теж випромінюються нейтрони, які можуть викликати нові реакції вимушеного поділу сусідніх ядер урану, стала очевидною можливість ланцюгової ядерної реакції. Така реакція не відбувається у природі лише тому, що природний уран на 99,3 % складається з ізотопу урану-238, а до реакції поділу здатен лише уран-235, якого у природному урані міститься лише 0,7 %.

Механізм поділу ядра полягає в наступному: частинки у ядрі зазнають дії двох сил, притягання (сильна взаємодія) і відштовхування (електромагнітна взаємодія). Ядерні сили притягання є короткодійними, на відміну від далекодійних сил кулонівського відштовхування. Завдяки цьому, ядерні сили у ядрі є подібними до сил поверхневого натягу у краплині води — на цій аналогії побудована краплинна модель ядра. Сили притягання переважають сили відштовхування, що утримує ядро у стабільному стані. Якщо ядро з якоїсь причини набуває асиметричної форми (стає еліпсоїдом замість сфери), то воно буде коливатись подібно до краплини води у невагомості. Через короткодійність сил притягання, така деформація ядра впливає на них значно сильніше, ніж на електромагнітні сили, зміщуючи баланс сил в бік відштовхування. Якщо витягнутість еліпсоїда стане більшою за деяке критичне значення, кулонівські сили почнуть домінувати, розтягуючи ядро ще більше, надаючи йому спочатку гантелеподібної форми, а потім і розриваючи його на дві половини.

Ядро може бути переведене у асиметричний стан через зовнішнє збудження, наприклад, після зіткнення з нейтроном.

Без зовнішнього впливу ядро може перейти у такий стан завдяки тунельному ефекту, оскільки стан двох маленьких ядер є енергетично більш вигідним ніж одного великого.

Ядерні реакції в житті людей

Атомна бомба

Ланцюгову реакцію поділу атомних ядер у ХХ столітті почали застосовувати в атомних бомбах. Через те, що для інтенсивної ядерної реакції потрібно мати критичну масу (масу, необхідну для розвитку ланцюгової реакції), то для здійснення атомного вибуху декілька частин з масами, що менші за критичну, поєднуються, утворюється надкритична маса і в ній виникає ланцюгова реакція поділу, що супроводжується вивільненням великої кількості енергії — відбувається атомний вибух.

Ядерний реактор

Для перетворення теплової енергії розпаду ядер на електричну енергію використовують ядерний реактор. Як пальне у реакторі застосовується суміш ізотопів Урану-235 та Урану-238, або Плутоній-239. При потраплянні швидких нейтронів до ядра атома Урану-238 відбувається його перетворення на плутоній-239 і його подальший розпад з вивільненням енергії. Процес може бути циклічним, проте для цього необхідні реактори, які працюють на швидких нейтронах. Зараз же як основний компонент в реакторах застосовується нуклід Урану-235. Для його взаємодії зі швидкими нейтронами необхідне їх сповільнення. Як сповільнювач застосовують:

  • графіт — добре сповільнення, слабке поглинання, придатний для Урану-238 як палива
  • воду:
    • «легка вода» H2O — дуже добре сповільнення, значне поглинання нейтронів, що негативно позначається на кількості вивільненої енергії
    • важка вода D2O — дуже добре сповільнення, слабке поглинання нейтронів.

За типом води, що використовується у реакторах, D2O або H2O, реактори поділяються на важководяні та легководяні відповідно. У важководяних реакторах як пальне використовується нуклід Урану-238, у легководяних — Уран-235.

Для керування реакцією розпаду та її припинення застосовують регулювальні стрижні, що містять ізотопи бору або кадмію.

Енергію, яка виділяється під час ланцюгової реакції поділу, виводить теплоносій. Через це він нагрівається, і при потраплянні у воду він нагріває її, перетворюючи на пару (часто теплоносієм є сама вода). Пара обертає парову турбіну, яка обертає ротор генератора змінного струму.

Примітки

  1. Nuclear reaction(англ.)
  2. Водородный цикл(рос.)
  3. Цикл CNO(рос.)
  4. Звездный нуклеосинтез - источник происхождения химических элементов(рос.)
  5. Cross Section for the Reaction H2 + H2 → H1 + H3 With a Gas Target, Phys.Rev.56,383,1939. 
  6. Ніцук, 2008, с. 112.

Джерела

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Yaderna reakciya yavishe peretvorennya yader atomiv himichnih elementiv i elementarnih chastinok Yaderni reakciyi mozhut vidbuvatisya spontanno abo pislya zitknennya yadra z visokoenergetichnimi chastinkami napriklad fotoyaderni reakciyi vidbuvayutsya pislya zitknennya z visokoenergetichnim gamma kvantom Spontanni yaderni peretvorennya ye prichinoyu prirodnoyi radioaktivnosti Reakciya mizh 6Li ta dejteriyem z utvorennyam dvoh alfa chastinokYak i himichni reakciyi yaderni reakciyi mozhut buti endotermichnimi j ekzotermichnimi Yaderni reakciyi podilyayutsya na reakciyi rozpadu alfa rozpad beta rozpad i klasternij rozpad pri yakih yadro viprominyuye chastiki ta reakciyi yadernogo sintezu pri yakih legki yadra zlivayutsya utvoryuyuchi bilsh vazhki Osoblivim tipom yadernoyi reakciyi ye podil yadra pri yakomu vazhke yadro rozpadayetsya na dva legshih yadra zazvichaj viprominyuyuchi pri comu nejtroni Inshim specifichnim tipom yadernih reakcij ye reakciyi zahoplennya pri yakih yadra zahoplyuyut nejtron abo elektron z atomnoyi obolonki Zmist 1 Istoriya 2 Zakoni zberezhennya pri yadernih reakciyah 3 Energetichnij vihid yadernoyi reakciyi 4 Kanali reakciyi 5 Vidi yadernih reakcij 5 1 Yaderni reakciyi sintezu 5 1 1 Yadernij sintez u prirodi 5 1 2 Mozhlivist viniknennya termoyadernoyi reakciyi 5 2 Yaderni reakciyi rozpadu 5 3 Podil yadra 6 Yaderni reakciyi v zhitti lyudej 6 1 Atomna bomba 6 2 Yadernij reaktor 7 Primitki 8 DzherelaIstoriya RedaguvatiPershu shtuchno viklikanu yadernu reakciyu sposterigav u 1919 roci Ernest Rezerford oprominyuyuchi alfa chastinkami azot 1 Reakciya vidbuvalasya za shemoyu 7 14 N a 8 17 O p displaystyle 7 14 text N alpha rightarrow 8 17 text O p Zakoni zberezhennya pri yadernih reakciyah RedaguvatiPid chas yadernih reakcij vikonuyutsya zagalni zakoni zberezhennya energiyi impulsu momentu impulsu ta elektrichnogo zaryadu Okrim togo isnuye nizka osoblivih zakoniv zberezhennya pritamannih yadernij vzayemodiyi napriklad zakon zberezhennya barionnogo zaryadu Energetichnij vihid yadernoyi reakciyi RedaguvatiYaksho suma mas spokoyu chastinok do reakciyi bilsha za sumu mas spokoyu chastinok pislya reakciyi to taka reakciya vidbuvayetsya z vidilennyam energiyi Taku energiyu nazivayut energetichnim vihodom yadernoyi reakciyi Energetichnij vihid yadernoyi reakciyi obchislyuyetsya za formuloyu DE Dmc2 de Dm defekt masi c shvidkist svitla Kanali reakciyi RedaguvatiKanal reakciyi odin iz riznih shlyahiv yakim mozhe piti himichna abo yaderna reakciya v rezultati yakoyi pri odnakovih vihidnih reagentah utvoryuyutsya rizni produkti Napriklad pri reakciyi litiyu z povilnim protonom utvoryuyetsya promizhne yadro beriliyu yake mozhe rozpastisya za riznimi kanalami 7 Li p 8 Be 7 Li p 2 4 He 8 Be g 7 Li p 6 Li d displaystyle 7 text Li p rightarrow 8 text Be rightarrow left begin matrix 7 text Li p 2 4 text He 8 text Be gamma 7 text Li p 6 text Li d end matrix right Vidi yadernih reakcij RedaguvatiYaderni reakciyi sintezu Redaguvati Dokladnishe Yadernij sintezPid chas yadernih reakcij sintezu z legkih yader elementiv utvoryuyutsya novi vazhchi yadra Zazvichaj reakciyi sintezu mozhlivi tilki za umov koli yadra mayut veliku kinetichnu energiyu oskilki sili elektrostatichnogo vidshtovhuvannya pereshkodzhayut zblizhennyu odnakovo zaryadzhenih yader stvoryuyuchi tak zvanij kulonivskij bar yer Shtuchnim shlyahom cogo vdayetsya dosyagti za dopomogoyu priskoryuvachiv zaryadzhenih chastinok v yakih ioni protoni abo a chastinki priskoryuyut elektrichnim polem abo termoyadernih reaktoriv de ioni rechovini nabuvayut kinetichnoyi energiyi za rahunok teplovogo ruhu V ostannomu vipadku movu vedut pro reakciyu termoyadernogo sintezu Yadernij sintez u prirodi Redaguvati Dokladnishe NukleosintezU prirodi reakciyi sintezu rozpochalisya u pershi hvilini pislya Velikogo vibuhu Pid chas pervinnogo nukleosintezu z protoniv utvorilisya lishe deyaki najlegshi yadra dejteriyu geliyu litiyu Narazi yaderni reakciyi vidbuvayutsya u yadrah zir napriklad u Sonci Osnovnim procesom ye utvorennya yadra geliyu z chotiroh protoniv sho mozhe vidbuvatisya abo v proton protonnomu lancyuzhku 2 abo v cikli Bete Vajczekera 3 U zoryah masa yakih perevishuye polovinu M mozhut utvoryuvatisya j inshi vazhchi elementi Cej proces rozpochinayetsya z utvorennya yader vuglecyu u potrijnij a reakciyi Utvoreni yadra vzayemodiyut iz protonami ta a chastinkami i takim chinom utvoryuyutsya himichni elementi azh do zaliznogo pika Utvorennya vazhchih yader vid zaliza do bismutu vidbuvayetsya u obolonkah dosit masivnih zir na stadiyi chervonogo giganta zdebilshogo zavdyaki s procesu ta chastkovo zavdyaki p procesu Najvazhchi nestabilni yadra utvoryuyutsya pid chas spalahiv nadnovih 4 Mozhlivist viniknennya termoyadernoyi reakciyi Redaguvati Cej rozdil ne mistit posilan na dzherela Vi mozhete dopomogti polipshiti cej rozdil dodavshi posilannya na nadijni avtoritetni dzherela Material bez dzherel mozhe buti piddano sumnivu ta vilucheno Mozhlivist provedennya yadernoyi reakciyi viznachayetsya spivvidnoshennyam mizh energiyeyu yaka vidilyayetsya na viprominyuvannya elektromagnitnih hvil i energiyeyu yadernogo rozsheplennya Yaksho ce spivvidnoshennya menshe odinici to yaderna reakciya mozhe rozvivatisya Energiya yaka viprominyuyetsya za 1 sekundu u santimetri kubichnomu dorivnyuyeU r 16 3 e 2 ℏ c 1 S e 2 m c 2 2 V e N 2 E displaystyle U r frac 16 3 frac e 2 hbar c 1 mathfrak S frac e 2 mc 2 2 V e N 2 E de V e displaystyle V e shvidkist elektrona N N koncentraciya elektroniv na odin santimetr kubichnij E E energiya elektrona razom iz energiyeyu spokoyu S displaystyle mathfrak S viprominyuvannya pri zitknenni elektroniv S 1 displaystyle mathfrak S cong 1 u sumi vidpovidaye zitknennyu elektrona iz dejtronom Proton u 1836 raziv vazhchij za elektron Yak naslidok yadra ruhayutsya znachno povilnishe nizh elektroni yaki mittyevo vstigayut pidlashtuvatisya do bud yakoyi zmini koordinat yader Yaksho yadro znahoditsya u spokoyi to vono otrimuye vid elektrona kinetichnu energiyu yaka dorivnyuye e 2 v b displaystyle e 2 vb de v v shvidkist elektrona b displaystyle b vidstan do najblizhchogo zitknennya Za cogo peredayetsya povna energiya yaka dorivnyuye 1 2 M e 2 v b 2 2 p b d b v n 2 displaystyle int frac 1 2M e 2 vb 2 2 pi b db cdot vn 2 yaka privodit do4 p M e 4 n 2 v 1 b d b displaystyle frac 4 pi M frac e 4 n 2 v int frac 1 b db Pravilne rishennya daye dlya integralu znachennya 9 Verhnya mezha dlya b displaystyle b vivoditsya z ekranuvannya yake viklikayetsya inshimi elektronami Energiya yaka otrimuyetsya pri yadernih rozsheplennyah na 1 sekundu u kubichnomu santimetri dorivnyuyeU d 2 s c V d N 2 e displaystyle U d sqrt 2 sigma c V d N 2 varepsilon de e varepsilon energiya yaka vidilyayetsya pri 1 akti yadernoyi reakciyi s c displaystyle sigma c peretin rozsheplennya V d displaystyle V d shvidkist dejtronu U r U d 1 S 120 x displaystyle frac U r U d frac 1 mathfrak S 120x de x x pov yazane iz s c displaystyle sigma c spivvidnoshennyam s c x 10 24 sm 2 displaystyle sigma c x cdot 10 24 text sm 2 Cya formula spravedliva dlya energij 0 5 MeV Take znachennya otrimuyetsya pri vrahuvanni rozigrivu dejteriyu na fronti yadernoyi detonacijnoyi hvili analogichno do teoriyi Ya B Zeldovicha pro nagrivannya gaziv u detonacijnij hvili pri povnij energiyi yadernoyi reakciyi 4 MeV ta yiyi rivnomirnomu rozpodili mizh usima chastinkami 2 dejtroni j 2 elektroni Vvazhayuchi x 1 20 displaystyle x 1 20 5 otrimuyemo U r U c 1 S 6 displaystyle frac U r U c frac 1 mathfrak S 6 Detonacijna hvilya mozhe rozpovsyudzhuvatisya po usomu dejteriyevomu zaryadovi lishe u tomu vipadku yaksho jogo rozmir dostatno velikij Cej minimalnij rozmir po poryadku velichini ye rivnim dobutku shvidkosti zvuku na chas reakciyi Ostannya viznachayetsya rivnyannyamt L V d 1 2 N s c V d displaystyle tau frac Lambda V d frac 1 sqrt 2 N sigma c V d Shvidkist zvuku c 2 3 V d displaystyle c cong frac 2 3 V d Kritichnij diametrd c t 3 2 2 N s c 1 2 metra displaystyle d cong c cdot tau cong frac 3 2 sqrt 2 N sigma c cong frac 1 2 text metra Cya velichina mozhe buti menshoyu yaksho zaryad bude znahoditisya u masivnij obolonci a takozh zavdyaki tomu sho bude vidbuvatisya alternativna reakciya D D n H e 3 displaystyle D D n He 3 yaka bude zbilshuvati energiyu vidilennya j skorochuvati chas reakciyi Dlya termoyadernoyi bombi krashe za vse pidhodyat legki yadra oskilki kulonivskij bar yer dlya nih ye menshim i ye menshoyu vtrata energiyi za rahunok elektroniv na radiaciyu Tomu nastupni reakciyi ye najvigidnishimi D D T p 3 98 MeV H e 3 n 3 24 MeV displaystyle D D rightarrow begin cases T p 3 98 text MeV He 3 n 3 24 text MeV end cases Pripuskayetsya sho u nastupnij reakciyi dejterij maye shilnist ridka faza 4 2 10 22 atm sm 3 displaystyle 4 2 cdot 10 22 text atm sm 3 Zagalna energiya skladaye blizko 10 17 erg sm 3 displaystyle 10 17 text erg sm 3 abo 2 5 toni trotilovogo ekvivalentu na santimetr kubichnij Poperechnij peretin dlya reakciyi D D n displaystyle D D n ye nastupnim 10 24 sm 2 displaystyle 10 24 text sm 2 1 barn E keV displaystyle E text keV 16 displaystyle 16 20 displaystyle 20 40 displaystyle 40 120 displaystyle 120 300 displaystyle 300 s barn displaystyle sigma text barn 0 00025 displaystyle 0 00025 0 0005 displaystyle 0 0005 0 0043 displaystyle 0 0043 0 02 displaystyle 0 02 0 05 displaystyle 0 05 Poperechnij peretin viznachayetsya za formuloyus c o n s t v 2 exp 2 p 137 c v displaystyle sigma frac mathrm const v 2 exp frac 2 pi 137 frac c v Yaksho elektron prohodit bilya yadra shvidkist perehodu elektroniv do viprominyuvannya na odinicyu chasu ta na odinicyu ob yemu dorivnyuye d w d t r a d 16 3 e 6 n 2 Z 3 v c 3 ℏ m 64 3 2 p e 6 Z 3 m c 3 ℏ n 2 k T m displaystyle frac dw dt rad frac 16 3 frac e 6 n 2 Z 3 v c 3 hbar m frac 64 3 sqrt 2 pi frac e 6 Z 3 mc 3 hbar n 2 sqrt frac kT m de n n shilnist yader Z Z atomnij nomer v v shvidkist elektrona m m masa elektroniv Dlya dejtroniv d w d t r a d 1 68 10 25 n 2 8 erg sm 3 sek 2 97 10 20 8 erg sm 3 sek displaystyle frac dw dt rad 1 68 cdot 10 25 n 2 sqrt theta quad text erg text sm 3 text sek 2 97 cdot 10 20 sqrt theta quad text erg text sm 3 text sek de 8 theta temperatura u elektronvoltah Shvidkist utvorennya energiyi d w d t R w displaystyle frac dw dt Rw de w w utvorennya energiyi na zitknennya R 2 2 10 12 n 2 8 2 3 e 187 8 8 1 3 1 sm 3 c displaystyle R 2 2 cdot 10 12 n 2 theta 2 3 e 187 8 theta 1 3 frac 1 text sm 3 cdot c shvidkist zitknennya Yaksho b bula vstanovlena teplova rivnovaga mizh chastinkami j viprominyuvannyam nagrivannya dejteriyu do neobhidnoyi temperaturi bulo b nemozhlivim Naspravdi teplovoyi rivnovagi nemaye Yaderni reakciyi rozpadu Redaguvati Dokladnishe RadioaktivnistReakciyami rozpadu zumovlena alfa ta beta radioaktivnist Pri alfa rozpadi z yadra vilitaye alfa chastinka 4He a masove chislo j zaryadove chisla yadra zminyuyutsya na 4 ta 2 vidpovidno Pri beta rozpadi z yadra vilitaye elektron abo pozitron masove chislo yadra ne zminyuyetsya a zaryadove zbilshuyetsya abo zmenshuyetsya na 1 Obidva tipi rozpadu vidbuvayutsya spontanno Podil yadra Redaguvati Dokladnishe Podil yadraNevelika kilkist izotopiv zdatna do podilu reakciyi pri yakij yadro dilitsya na veliki chastini Podil yadra mozhe vidbuvatisya yak spontanno tak i vimusheno pid diyeyu inshih chastinok zdebilshogo nejtroniv 1939 roku bulo viyavleno sho yadra uranu 235 zdatni ne lishe do spontannogo podilu na dva legshih yadra z vidilennyam 200 MeV energiyi ta viprominennyam dvoh troh nejtroniv ale j do vimushenogo podilu sho iniciyuyetsya nejtronami Vrahovuyuchi sho v rezultati takogo podilu tezh viprominyuyutsya nejtroni yaki mozhut viklikati novi reakciyi vimushenogo podilu susidnih yader uranu stala ochevidnoyu mozhlivist lancyugovoyi yadernoyi reakciyi Taka reakciya ne vidbuvayetsya u prirodi lishe tomu sho prirodnij uran na 99 3 skladayetsya z izotopu uranu 238 a do reakciyi podilu zdaten lishe uran 235 yakogo u prirodnomu urani mistitsya lishe 0 7 Mehanizm podilu yadra polyagaye v nastupnomu chastinki u yadri zaznayut diyi dvoh sil prityagannya silna vzayemodiya i vidshtovhuvannya elektromagnitna vzayemodiya Yaderni sili prityagannya ye korotkodijnimi na vidminu vid dalekodijnih sil kulonivskogo vidshtovhuvannya Zavdyaki comu yaderni sili u yadri ye podibnimi do sil poverhnevogo natyagu u kraplini vodi na cij analogiyi pobudovana kraplinna model yadra Sili prityagannya perevazhayut sili vidshtovhuvannya sho utrimuye yadro u stabilnomu stani Yaksho yadro z yakoyis prichini nabuvaye asimetrichnoyi formi staye elipsoyidom zamist sferi to vono bude kolivatis podibno do kraplini vodi u nevagomosti Cherez korotkodijnist sil prityagannya taka deformaciya yadra vplivaye na nih znachno silnishe nizh na elektromagnitni sili zmishuyuchi balans sil v bik vidshtovhuvannya Yaksho vityagnutist elipsoyida stane bilshoyu za deyake kritichne znachennya kulonivski sili pochnut dominuvati roztyaguyuchi yadro she bilshe nadayuchi jomu spochatku gantelepodibnoyi formi a potim i rozrivayuchi jogo na dvi polovini 6 Yadro mozhe buti perevedene u asimetrichnij stan cherez zovnishnye zbudzhennya napriklad pislya zitknennya z nejtronom Bez zovnishnogo vplivu yadro mozhe perejti u takij stan zavdyaki tunelnomu efektu oskilki stan dvoh malenkih yader ye energetichno bilsh vigidnim nizh odnogo velikogo Yaderni reakciyi v zhitti lyudej RedaguvatiAtomna bomba Redaguvati Dokladnishe Atomna bombaLancyugovu reakciyu podilu atomnih yader u HH stolitti pochali zastosovuvati v atomnih bombah Cherez te sho dlya intensivnoyi yadernoyi reakciyi potribno mati kritichnu masu masu neobhidnu dlya rozvitku lancyugovoyi reakciyi to dlya zdijsnennya atomnogo vibuhu dekilka chastin z masami sho menshi za kritichnu poyednuyutsya utvoryuyetsya nadkritichna masa i v nij vinikaye lancyugova reakciya podilu sho suprovodzhuyetsya vivilnennyam velikoyi kilkosti energiyi vidbuvayetsya atomnij vibuh Yadernij reaktor Redaguvati Dokladnishe Yadernij reaktorDlya peretvorennya teplovoyi energiyi rozpadu yader na elektrichnu energiyu vikoristovuyut yadernij reaktor Yak palne u reaktori zastosovuyetsya sumish izotopiv Uranu 235 ta Uranu 238 abo Plutonij 239 Pri potraplyanni shvidkih nejtroniv do yadra atoma Uranu 238 vidbuvayetsya jogo peretvorennya na plutonij 239 i jogo podalshij rozpad z vivilnennyam energiyi Proces mozhe buti ciklichnim prote dlya cogo neobhidni reaktori yaki pracyuyut na shvidkih nejtronah Zaraz zhe yak osnovnij komponent v reaktorah zastosovuyetsya nuklid Uranu 235 Dlya jogo vzayemodiyi zi shvidkimi nejtronami neobhidne yih spovilnennya Yak spovilnyuvach zastosovuyut grafit dobre spovilnennya slabke poglinannya pridatnij dlya Uranu 238 yak paliva vodu legka voda H2O duzhe dobre spovilnennya znachne poglinannya nejtroniv sho negativno poznachayetsya na kilkosti vivilnenoyi energiyi vazhka voda D2O duzhe dobre spovilnennya slabke poglinannya nejtroniv Za tipom vodi sho vikoristovuyetsya u reaktorah D2O abo H2O reaktori podilyayutsya na vazhkovodyani ta legkovodyani vidpovidno U vazhkovodyanih reaktorah yak palne vikoristovuyetsya nuklid Uranu 238 u legkovodyanih Uran 235 Dlya keruvannya reakciyeyu rozpadu ta yiyi pripinennya zastosovuyut regulyuvalni strizhni sho mistyat izotopi boru abo kadmiyu Energiyu yaka vidilyayetsya pid chas lancyugovoyi reakciyi podilu vivodit teplonosij Cherez ce vin nagrivayetsya i pri potraplyanni u vodu vin nagrivaye yiyi peretvoryuyuchi na paru chasto teplonosiyem ye sama voda Para obertaye parovu turbinu yaka obertaye rotor generatora zminnogo strumu Primitki Redaguvati Nuclear reaction angl Vodorodnyj cikl ros Cikl CNO ros Zvezdnyj nukleosintez istochnik proishozhdeniya himicheskih elementov ros Cross Section for the Reaction H2 H2 H1 H3 With a Gas Target Phys Rev 56 383 1939 Nicuk 2008 s 112 Dzherela RedaguvatiPavlovich V M 2009 Fizika yadernih reaktoriv Chornobil NAN Ukrayini Institut problem bezpeki AES ISBN 978 966 02 5204 2 Yu A Nicuk Yaderna fizika Navchalnij posibnik dlya studentiv fizichnih fakultetiv universitetiv Odesa Odeskij nacionalnij universitet im I I Mechnikova 2008 168 s Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Yaderna reakciya amp oldid 33038683