Branduolio dalijimasis
Dalijantis branduoliui sunkus atomo branduolys skyla į du pagrindinius fragmentus, paprastai išlaisvindamas kelis neutronus ir daug energijos. Energija atsiranda ne vien dėl to, kad branduolys „sulūžta“: galutiniai produktai vidutiniškai yra stipriau surišti vienam nukleonui, todėl jų bendra ramybės masė mažesnė.
Nuo neutrono sugerties iki dviejų fragmentų
Skilusis branduolys, pavyzdžiui, uranas-235, gali sugerti neutroną ir sudaryti sužadintą sudėtinį branduolį. Sužadinimas leidžia branduoliui stipriai deformuotis; pakankamai pailgėjęs jis gali atsiskirti į dvi pagrindines dalis. Dalijimasis neduoda vienintelės produktų poros — stebimas fragmentų masių pasiskirstymas. Vis dėlto kiekviename įvykyje turi būti išsaugotas bendras nukleonų skaičius, elektrinis krūvis, energija ir impulsas.
Iš kur atsiranda maždaug 200 MeV
Vidutinės masės branduoliai turi didesnę ryšio energiją vienam nukleonui negu labai sunkūs branduoliai. Todėl po dalijimosi bendra fragmentų, neutronų ir kitų produktų ramybės masė yra šiek tiek mažesnė už pradinę. Masės skirtumas virsta energija pagal Q = Δmc². Tipinis ²³⁵U dalijimasis išlaisvina apie 200 MeV; didžiausia dalis tenka sunkiųjų fragmentų kinetinei energijai, o likusi — neutronams, gama spinduliams ir vėlesniems radioaktyviems skilimams.
Kodėl neutronai gali palaikyti grandininę reakciją
Vieno dalijimosi metu dažniausiai išlekia keli neutronai. Dalis jų pabėga arba sugeriami nesukeldami dalijimosi, kiti sukelia naujus įvykius. Efektyvus dauginimosi koeficientas k nusako vidutinį kartų balansą: kai k<1, grandinė slopsta; kai k=1, vidutiniškai išlieka pastovi; kai k>1, auga. Taigi „kritinė“ būsena reiškia k≈1, o ne sprogimą. Realią k vertę lemia geometrija, neutronų nuotėkis, sugertis ir lėtinimas.
Pakeiskite reikšmę – rezultatas atnaujinamas iš karto.
Greitieji ir uždelstieji komponentai
Dauguma dalijimosi neutronų atsiranda beveik iš karto, tačiau nedidelė dalis išskiriama vėliau, skylant radioaktyviems dalijimosi produktams. Šie uždelstieji neutronai labai svarbūs valdomuose reaktoriuose, nes pailgina sistemos reakcijos laiką. Patys fragmentai paprastai turi neutronų perteklių ir vėliau patiria beta skilimus bei gama perėjimus. Todėl dalijimosi energija pasiskirsto per kelias laiko skales.
Išspręsti pavyzdžiai
1. Branduolinės lygties patikra
Patikrinkite A ir Z lygtį ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n.
Sprendimas
Masės skaičių suma abiejose pusėse lygi 236, atominių skaičių — 92. Taigi tenkinamas pagrindinis A ir Z tvermės patikrinimas.
2. k reikšmė
Ką reiškia k = 0,97?
Sprendimas
Kiekviena karta vidutiniškai sukelia mažiau sėkmingų kitų dalijimųsi, todėl grandinė slopsta.
3. Energijos šaltinis
Ar energija atsiranda „nutraukus branduolinį ryšį“?
Sprendimas
Ne. Produktų bendra ramybės masė mažesnė, o ryšio energija vienam nukleonui didesnė; masės defektas virsta išlaisvinta energija.