Jedrska cepitev
Jedrska cepitev razdeli težko jedro na dva glavna fragmenta, navadno z oddajo več nevtronov in velike količine energije. Energija ne nastane preprosto zato, ker jedro poči: produkti so v povprečju močneje vezani na nukleon kot zelo težko začetno jedro, zato ima končni sistem manjšo mirovno maso.
Od zajetja nevtrona do fragmentov
Cepljivo jedro, na primer uran-235, lahko zajame nevtron in tvori vzbujeno sestavljeno jedro. Vzbujanje omogoči deformacijo in po prehodu cepitvene pregrade se sistem razdeli na dva glavna fragmenta. Ne nastane ena sama določena dvojica produktov; opazimo porazdelitev mas in nabojev fragmentov.
Ohranjeni morajo biti število nukleonov, električni naboj, energija in gibalna količina. Osnovni pregled enačbe zato primerja A in Z na obeh straneh, popolna bilanca pa vključuje tudi kinetično energijo, gama fotone, nevtrone in vzbujanje fragmentov.
Od kod približno 200 MeV
Jedra srednjih mas imajo večjo vezavno energijo na nukleon kot zelo težka jedra. Produkti cepitve imajo zato nekoliko manjšo skupno mirovno maso kot začetni sistem. Razlika se pokaže kot Q = Δmc².
Tipična cepitev urana-235 sprosti približno 200 MeV. Največji del je kinetična energija težkih fragmentov, dodatne dele pa odnesejo nevtroni, takojšnje gama sevanje in poznejši radioaktivni razpadi produktov.
Preveri faktor množenja
Zakaj nevtroni lahko vzdržujejo verigo
Ena cepitev navadno sprosti več nevtronov. Nekateri uidejo, nekateri se absorbirajo brez nove cepitve, drugi pa povzročijo nove dogodke. Efektivni faktor množenja k povzema povprečno ravnovesje med generacijami.
Pri k < 1 veriga slabi, pri k = 1 je povprečno stalna, pri k > 1 pa raste. Kritično zato matematično pomeni k = 1 in ni sopomenka za eksplozijo. Dejanski k je odvisen od geometrije, sestave, energij nevtronov in izgub.
Takojšnji in zakasnjeni nevtroni
Večina cepitvenih nevtronov nastane praktično takoj. Majhen delež se pojavi pozneje pri radioaktivnih pretvorbah nekaterih produktov cepitve. Zakasnjenih nevtronov je malo, vendar bistveno podaljšajo časovni odziv nadzorovanega sistema.
Fragmenti so pogosto bogati z nevtroni in po začetni cepitvi nadaljujejo z beta in gama razpadi. Pozneje sproščena energija je del celotne bilance in pojasni preostalo toploto cepitvenih produktov.
Energijska bilanca in cepitvena pregrada
Pozitivna Q-vrednost pomeni, da ima končno stanje nižjo mirovno energijo, ne pomeni pa, da se vsako težko jedro cepi po zajetju poljubnega nevtrona. Pomembni so zgradba jedra, pridobljena vzbujevalna energija in višina cepitvene pregrade.
Nekatere nuklide lahko cepijo toplotni nevtroni, drugi zahtevajo hitrejše nevtrone. Razlika izvira iz energijske bilance in jedrske zgradbe, ne iz preprostega pravila, da se veliko jedro vedno zlahka cepi.
Rešeni primeri
1. Bilanca A in Z
Rešitev
Za ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3n dobimo A = 236 na obeh straneh in Z = 92. Enačba izpolni ohranitev A in Z.
2. Pomen k = 0,97
Rešitev
Ker je k < 1, vsaka generacija povzroči manj naslednjih cepitev. Veriga zamira.
3. Izvor energije
Rešitev
Produkti imajo večjo vezavno energijo na nukleon in manjšo skupno mirovno maso.