Nuklear Spaltung

Bei der nuklearer Spaltung deelt sech e schwéiere Kär an zwee Haaptfragmenter, meeschtens zesumme mat e puer Neutronen an enger grousser Energiefräisetzung. D’Energie kënnt net einfach dovun, datt de Kär “brécht”: d’Produkter si am Duerchschnëtt méi staark pro Nukleon gebonnen.

Vun der Neutronefaangung zu zwee Fragmenter

E fissile Kär wéi Uran-235 kann e Neutron ophuelen an en excitéierte Verbindungskär bilden. D’Deformatioun kann esou grouss ginn, datt de Kär sech deelt. Et gëtt net nëmmen eng méiglech Duechterkombinatioun, mee eng Verdeelung vu Fragmentmassen an kineteschen Energien.

Kärladung an Nukleonenzuel bleiwen an all Kanal erhalen. D’Fragmenter entstinn staark excitéiert a kënnen prompt Neutronen a Gamma-Photone fräisetzen, éier spéider Zerfäll se a méi stabil Nukliden iwwerféieren.

Wou ongeféier 200 MeV hierkommen

De Energiebilan gëtt mam Q-Wäert geschriwwen: Q = (m_ufanks − m_schluss)c². Bei villen Spaltunge vu schwéiere Käre läit Q an der Géigend vun 200 MeV. De gréissten Deel gëtt kinetesch Energie vun de Fragmenter; de Rescht geet a Neutronen, Gamma-Stralung a spéider Zerfäll.

D’Kurv vun der Bindungsenergie pro Nukleon erkläert d’Richtung. Käre mat mëttlerer Mass si meeschtens méi staark pro Nukleon gebonnen wéi ganz schwéier Kären. D’Ofnam vun der totaler Roumass entsprécht genee der fräigesater Energie.

Firwat Neutronen eng Kettenreaktioun droe kënnen

Eng Spaltung kann méi wéi ee Neutron fräisetzen, deen eng weider Spaltung ausléist. De Multiplikatiounsfaktor k fasst de Bilan zesummen: k<1 stierft aus, k=1 bleift stationär, k>1 wiisst. “Kritesch” heescht hei k=1, net automatesch explosiv.

k hänkt vun der Neutroneproduktioun, Leckage, Absorptioun ouni Spaltung an der Wahrscheinlechkeet fir eng nei Spaltung of. Geometrie, Materialzesummesetzung an Neutronenergie sinn dofir physikalesch relevant.

Prompt a verspéit Komponenten

Déi meescht Spaltungsneutrone kommen bal direkt. Eng kleng Fraktioun gëtt méi spéit vu bestëmmte Spaltungsprodukter emittéiert. Dës verspéit Neutronen si rar, mee si verlängeren d’Zäitskala vun enger kontrolléierbarer Kettenreaktioun entscheedend.

Och d’Energie kënnt an Etappen: séier Fragmenter a prompt Stralung, duerno Beta- a Gamma-Zerfäll vun de Produkter. E komplette Bilan muss also soen, wéi eng Produkter a wéi eng Zäitspan matgerechent ginn.

Gerechent Beispiller

1. Nukleonen a Kärladung

Léisung

Bei ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n ass d’Massenzuel op béide Säiten 236: 235+1 = 141+92+3. Och d’Kärladung ass 92 = 56+36.

2. Wat bedeit k = 0,97?

Léisung

Well k<1, produzéiert all Generatioun manner effektiv Neutronen. D’Kettenreaktioun stierft aus.

3. Energiequell

Léisung

D’Produkter hunn eng méi kleng total Roumass a si méi staark pro Nukleon gebonnen. D’Massendifferenz gëtt iwwer Q=Δmc² als Energie fräigesat.