Kjarnaklofnun

Þegar þungur kjarni klofnar skiptast massi og bindiorka milli léttari brota, frjálsra nifteinda og geislunar. Kjarnaklofnun þarf bæði að skilja sem einstakt kjarnahvarf og sem mögulega byrjun keðjuverkunar.

Grunnhugmynd og skilgreining

Dæmigerð klofnun byrjar þegar þungur kjarni fangar nifteind og myndar örvaðan samsettan kjarna. Hann getur aflagaðst og klofnað í tvö meginbrot. Massatalan A og hleðslutalan Z verða að jafnast þegar öll brot og frjálsar nifteindir eru taldar.

²³⁵U + n → fragmenter + 2–3 nQ ≈ 200 MeVMendeleev · Kjarnaklofnun
Líkan og lykilsamband

Gangverk og tölulegt líkan

Orkan kemur úr mismun á heildarbindiorku upphafs- og lokaafurða. Um 200 MeV á klofnun er gagnleg stærðargráða; hún fer einkum í hreyfiorku brota, nifteindir og gammageislun. Q=Δmc² tengir massamun við orkulosun.

k<1 · k=1 · k>1subkritisk · kritisk · superkritiskMendeleev · Kjarnaklofnun
Líkan og lykilsamband

Hvað mælingar og reikningar segja

Frjálsar nifteindir geta valdið nýjum klofnunum. Margföldunarstuðullinn k lýsir keðjunni: k<1 er undirkritískt, k=1 kritískt og k>1 yfirkritískt. Leki og gleypni án klofnunar minnka fjölda nifteinda í næstu kynslóð.

Takmarkanir og tengsl

Skjótar nifteindir fylgja klofnuninni nær samstundis en seinkaðar nifteindir koma eftir beta-hrörnun ákveðinna klofnunarafurða. Litla seinkaða hlutfallið breytir tímakvarðanum og skiptir miklu fyrir stýringu keðjuverkunar.

Leyst dæmi

Verkefni 1

Reiknaðu x í ²³⁵U+n→¹⁴¹Ba+⁹²Kr+x n.

Lausn

Massatala: 236=141+92+x, því x=3. Hleðsla: 92=56+36.

Verkefni 2

Reiknaðu Q þegar Δm=0,215 u og 1 u c²=931,5 MeV.

Lausn

Q=0,215×931,5=200,3 MeV, um 200 MeV.

Verkefni 3

k=0,97 og N₀=1000. Hversu margar nifteindir eru eftir 10 kynslóðir?

Lausn

N₁₀=1000·0,97¹⁰≈737. Þar sem k<1 dregur úr keðjunni.

Dæmigerð klofnun byrjar þegar þungur kjarni fangar nifteind og myndar örvaðan samsettan kjarna. Hann getur aflagaðst og klofnað í tvö meginbrot. Massatalan A og hleðslutalan Z verða að jafnast þegar öll brot og frjálsar nifteindir eru taldar. Orkan kemur úr mismun á heildarbindiorku upphafs- og lokaafurða. Um 200 MeV á klofnun er gagnleg stærðargráða; hún fer einkum í hreyfiorku brota, nifteindir og gammageislun. Q=Δmc² tengir massamun við orkulosun. Frjálsar nifteindir geta valdið nýjum klofnunum. Margföldunarstuðullinn k lýsir keðjunni: k<1 er undirkritískt, k=1 kritískt og k>1 yfirkritískt. Leki og gleypni án klofnunar minnka fjölda nifteinda í næstu kynslóð. Skjótar nifteindir fylgja klofnuninni nær samstundis en seinkaðar nifteindir koma eftir beta-hrörnun ákveðinna klofnunarafurða. Litla seinkaða hlutfallið breytir tímakvarðanum og skiptir miklu fyrir stýringu keðjuverkunar.

Í raunverulegu sýni þarf að tengja stærðfræðilíkanið við hegðun efnisins og mælitækisins. Tap eða viðbót samsæta, sjálfgleypni geislunar, bakgrunnur, endanleg nýtni nema og efnafræðileg sundrun geta breytt mældu merki án þess að sjálft hrörnunarlögmálið breytist. Því er æskilegt að styðja niðurstöðu með viðmiðunarsýni, óháðri kvörðun eða öðru samsætukerfi þegar það er hægt. Stærðargráðumat á líka að koma á undan óþarflega mörgum aukastöfum. Í kjarnareikningi eru varðveisla A, Z og rafhleðslu sterkar prófanir, en í virkni og aldursgreiningu verða veldisfallið og helmingunarrökin að passa mæld samsætuhlutföll. Rétt tala sem fæst af röngum ástæðum er ekki traust vísindaleg skýring.