Bahasa MelayuMS⌄
Pembelahan nuklear
Pembelahan nuklear ialah pemisahan nukleus berat kepada dua serpihan yang lebih ringan, biasanya bersama beberapa neutron dan pelepasan tenaga. Sumber tenaga bukan sekadar “nukleus pecah”: tenaga datang daripada perbezaan tenaga pengikatan antara keadaan awal dan produk, manakala populasi neutron menentukan sama ada proses itu kekal sebagai satu peristiwa atau berkembang menjadi tindak balas berantai.
Daripada nukleus berat kepada serpihan yang lebih terikat
Selepas menangkap neutron, nukleus fisil boleh membentuk nukleus gabungan yang teruja. Bentuknya berubah lalu terbelah kepada dua serpihan, selalunya tidak sama besar, serta neutron segera. Nombor jisim dan cas dipelihara, tetapi jumlah jisim rehat produk sedikit lebih kecil; kecacatan jisim muncul sebagai tenaga melalui ΔE=Δmc².
Nukleus berat mempunyai tenaga pengikatan purata per nukleon yang lebih rendah berbanding nukleus sederhana berhampiran besi dan nikel. Pembentukan serpihan sederhana meningkatkan pengikatan keseluruhan, maka satu pembelahan boleh melepaskan kira-kira ratusan MeV. Kebanyakannya bermula sebagai tenaga kinetik serpihan dan cepat menjadi haba.
Neutron dan tindak balas berantai
Tidak semua neutron menyebabkan pembelahan seterusnya. Ada yang terlepas, ada yang diserap tanpa pembelahan, dan ada yang perlu diperlahankan. Faktor pendaraban berkesan k membandingkan populasi neutron antara generasi: k<1 bermakna rantai menyusut, k=1 keadaan kritikal mantap, dan k>1 pertumbuhan sehingga keadaan sistem berubah.
Dalam reaktor, geometri, moderator dan bahan penyerap digunakan untuk mengekalkan k hampir satu. Neutron tertunda hanya sebahagian kecil daripada pelepasan tetapi memanjangkan skala masa tindak balas, menjadikan kawalan kejuruteraan praktikal.
Nilai Q dan apa yang diukur
Nilai Q ialah beza tenaga antara keadaan awal dan produk. Pengiraan mesti menggunakan jisim atom atau jisim nuklear secara konsisten. Tenaga Q tidak semuanya muncul dalam satu bentuk: sebahagian pada serpihan dan neutron, sebahagian pada gama, dan dalam pereputan kemudian sebahagian boleh dibawa oleh neutrino.
Eksperimen mengukur spektrum serpihan, neutron dan gama. Banyak produk pembelahan kaya neutron lalu mengalami pereputan beta. Oleh sebab itu haba pereputan berterusan selepas tindak balas berantai dihentikan, dan haba baki ini penting dalam fizik keselamatan.
Mengapa hanya sesetengah isotop mudah membelah?
Kebolehbelahan bergantung pada struktur nukleus, tenaga pengujaan dan halangan pembelahan. Sesetengah isotop membelah dengan cekap selepas menangkap neutron terma, manakala yang lain memerlukan neutron lebih pantas. Jadi “nukleus berat” sahaja tidak menentukan bahan api yang berguna.
Pembelahan perlu dibezakan daripada pelakuran. Kedua-duanya boleh membebaskan tenaga apabila produk bergerak ke arah pengikatan yang lebih kuat, tetapi pembelahan bermula dengan nukleus berat, sedangkan pelakuran menggabungkan nukleus ringan sambil mengatasi tolakan elektrostatik.
Contoh berjawab
Pemuliharaan A dan Z
Penyelesaian
Semak pemuliharaan A dan Z dahulu. Neutron bebas menyumbang kepada A tetapi casnya sifar.
Mengapa sekitar 200 MeV?
Penyelesaian
Peralihan daripada nukleus berat kepada serpihan sederhana meningkatkan pengikatan keseluruhan; kecacatan jisim kecil menjadi tenaga besar melalui c².
Apakah maksud k=1?
Penyelesaian
k=1 bermakna setiap generasi neutron menggantikan dirinya secara purata, jadi kuasa boleh kekal hampir mantap.