Ядрено делене
При делене на тежко ядро масата и енергията на свързване се разпределят между по-леки фрагменти, свободни неутрони и лъчение. Деленето е едновременно единична ядрена реакция и възможно начало на неутронна верижна реакция.
Основна идея и определение
Типичното делене започва, когато тежко ядро улови неутрон и образува възбудено съставно ядро. То може да се деформира и раздели на два главни фрагмента. A и Z трябва да се балансират за всички фрагменти и свободни неутрони.
Механизъм и количествен модел
Енергията идва от разликата в общата енергия на свързване между началното и крайното състояние. Около 200 MeV на делене е полезен мащаб; енергията отива главно в кинетична енергия на фрагментите, неутрони и гама лъчение. Q=Δmc² свързва масовия дефект с енергията.
Какво показват измерванията и изчисленията
Свободните неутрони могат да предизвикват нови деления. Факторът k описва веригата: k<1 е подкритично, k=1 критично, k>1 надкритично. Изтичане и поглъщане без делене намаляват броя неутрони за следващото поколение.
Ограничения и връзки
Моментните неутрони се появяват почти веднага, а закъснелите след бета-разпад на някои продукти. Макар делът им да е малък, те променят времевия мащаб на верижната реакция и са решаващи за управлението.
Решени примери
Задача 1
Изчисли x в ²³⁵U+n→¹⁴¹Ba+⁹²Kr+x n.
Решение
Масово число: 236=141+92+x, следователно x=3. Заряд: 92=56+36.
Задача 2
Изчисли Q при Δm=0,215 u и 1 u c²=931,5 MeV.
Решение
Q=0,215×931,5=200,3 MeV, приблизително 200 MeV.
Задача 3
k=0,97 и N₀=1000. Колко неутрона има след 10 поколения?
Решение
N₁₀=1000·0,97¹⁰≈737. Понеже k<1, веригата отслабва.
Типичното делене започва, когато тежко ядро улови неутрон и образува възбудено съставно ядро. То може да се деформира и раздели на два главни фрагмента. A и Z трябва да се балансират за всички фрагменти и свободни неутрони. Енергията идва от разликата в общата енергия на свързване между началното и крайното състояние. Около 200 MeV на делене е полезен мащаб; енергията отива главно в кинетична енергия на фрагментите, неутрони и гама лъчение. Q=Δmc² свързва масовия дефект с енергията. Свободните неутрони могат да предизвикват нови деления. Факторът k описва веригата: k<1 е подкритично, k=1 критично, k>1 надкритично. Изтичане и поглъщане без делене намаляват броя неутрони за следващото поколение. Моментните неутрони се появяват почти веднага, а закъснелите след бета-разпад на някои продукти. Макар делът им да е малък, те променят времевия мащаб на верижната реакция и са решаващи за управлението.
При реална проба математическият модел трябва да се свърже с поведението на материала и измервателната система. Загуба или добавяне на изотопи, самопоглъщане на лъчението, фон, крайна ефективност на детектора и химично фракциониране могат да променят измерения сигнал, без да променят самия закон за разпад. Затова заключението е добре да се проверява с контролна проба, независима калибрация или втори изотопен метод, когато е възможно. Проверка на порядъка трябва да предхожда излишните десетични знаци. При ядрените реакции запазването на A, Z и електричния заряд е силна проверка, а при активност и датиране експоненциалният закон и логиката на полуразпада трябва да съответстват на измерените отношения. Правилно число, получено по грешна причина, не е надеждно научно обяснение.