Kodola skaldīšana
Kodola skaldīšanā smags atoma kodols sadalās divos galvenajos fragmentos, parasti izdalot vairākus neitronus un lielu enerģiju. Enerģijas avots nav tikai tas, ka kodols „sadalās”: gala produkti vidēji ir ciešāk saistīti uz vienu nukleonu un tiem ir mazāka kopējā miera masa.
No neitrona uztveršanas līdz diviem fragmentiem
Skaldāms kodols, piemēram, urāns-235, var uztvert neitronu un izveidot ierosinātu saliktu kodolu. Ierosme ļauj kodolam stipri deformēties; pietiekami izstiepts kodols var sadalīties divās galvenajās daļās. Skaldīšanās nerada vienu noteiktu meitkodolu pāri — novēro fragmentu masu sadalījumu. Tomēr katrā notikumā kopumā jāsaglabā nukleonu skaits, elektriskais lādiņš, enerģija un impulss.
No kurienes rodas aptuveni 200 MeV
Vidējas masas kodoliem saites enerģija uz nukleonu ir lielāka nekā ļoti smagiem kodoliem. Tāpēc pēc skaldīšanās fragmentu, neitronu un citu produktu kopējā miera masa ir nedaudz mazāka nekā sākotnējai sistēmai. Masas starpība pārvēršas enerģijā saskaņā ar Q = Δmc². Tipiska ²³⁵U skaldīšanās dod ap 200 MeV; lielākā daļa ir smago fragmentu kinētiskā enerģija, bet daļa nonāk neitronos, gamma starojumā un vēlākajās radioaktīvajās sabrukšanās.
Kāpēc neitroni var uzturēt ķēdes reakciju
Vienā skaldīšanās notikumā parasti izdalās vairāki neitroni. Daži izkļūst no sistēmas vai tiek absorbēti bez jaunas skaldīšanās, bet citi izraisa nākamo notikumu. Efektīvais reizināšanas koeficients k raksturo vidējo līdzsvaru starp paaudzēm: k<1 ķēde dziest, k=1 vidēji ir stacionāra, k>1 pieaug. Tādēļ „kritisks” reaktoru fizikā nozīmē k≈1, nevis sprādzienu. Ģeometrija, neitronu noplūde, absorbcija un palēnināšana nosaka faktisko k.
Mainiet vērtību — rezultāts tiek atjaunināts uzreiz.
Tūlītējie un aizkavētie komponenti
Lielākā daļa skaldīšanās neitronu rodas gandrīz uzreiz, taču neliela daļa parādās vēlāk no radioaktīviem skaldīšanās produktiem. Šie aizkavētie neitroni ir būtiski vadāmai reaktora darbībai, jo tie ievērojami pagarina reakcijas laika mērogu. Fragmenti parasti ir neitroniem bagāti un pēc tam piedzīvo beta sabrukšanas un gamma pārejas. Tādēļ pilnā skaldīšanās enerģija izdalās vairākos laika posmos.
Atrisināti piemēri
1. Kodolreakcijas vienādojuma pārbaude
Pārbaudiet A un Z vienādojumam ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n.
Risinājums
Masas skaitļu summa abās pusēs ir 236, atomskaitļu summa — 92. Tātad izpildās pamata A un Z saglabāšanās pārbaude.
2. k interpretācija
Ko nozīmē k = 0,97?
Risinājums
Katra paaudze vidēji rada mazāk sekmīgu nākamo skaldīšanos, tāpēc ķēde dziest.
3. Enerģijas avots
Vai enerģiju rada vienkārša „kodolsaites pārraušana“?
Risinājums
Nē. Produktiem ir mazāka kopējā miera masa un lielāka saites enerģija uz nukleonu; masas defekts pārvēršas izdalītajā enerģijā.