नाभिकीय विखंडन अभिक्रिया किसे कहते हैं। यूरेनियम नाभिक का विखंडन

कक्षा

पाठ #42-43

श्रृंखला अभिक्रियायूरेनियम नाभिक का विखंडन। परमाणु ऊर्जा और पारिस्थितिकी। रेडियोधर्मिता। हाफ लाइफ।

परमाणु प्रतिक्रियाएं

एक परमाणु प्रतिक्रिया बातचीत की एक प्रक्रिया है परमाणु नाभिकदूसरे कोर के साथ or प्राथमिक कण, नाभिक की संरचना और संरचना में परिवर्तन और द्वितीयक कणों या -क्वांटा की रिहाई के साथ।

परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, नए रेडियोधर्मी समस्थानिक बन सकते हैं जो पृथ्वी पर नहीं हैं विवो.

पहली परमाणु प्रतिक्रिया ई. रदरफोर्ड द्वारा 1919 में परमाणु क्षय उत्पादों में प्रोटॉन का पता लगाने के प्रयोगों में की गई थी (देखें 9.5)। रदरफोर्ड ने अल्फा कणों के साथ नाइट्रोजन परमाणुओं पर बमबारी की। जब कण टकराए, तो एक परमाणु प्रतिक्रिया हुई, जो निम्नलिखित योजना के अनुसार आगे बढ़ी:

परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान, कई संरक्षण कानून: संवेग, ऊर्जा, कोणीय संवेग, आवेश। इन शास्त्रीय संरक्षण कानूनों के अलावा, तथाकथित संरक्षण कानून परमाणु प्रतिक्रियाओं में सही है। बेरियन चार्ज(अर्थात, न्यूक्लियंस की संख्या - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन)। परमाणु भौतिकी और प्राथमिक कण भौतिकी के लिए विशिष्ट कई अन्य संरक्षण कानून भी हैं।

परमाणु प्रतिक्रियाएं तब आगे बढ़ सकती हैं जब परमाणुओं पर तेजी से आवेशित कणों (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, α-कण, आयन) द्वारा बमबारी की जाती है। इस तरह की पहली प्रतिक्रिया 1932 में त्वरक पर प्राप्त उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन का उपयोग करके की गई थी:

जहां एम ए और एम बी प्रारंभिक उत्पादों के द्रव्यमान हैं, एम सी और एम डी द्रव्यमान हैं अंतिम उत्पादप्रतिक्रियाएं। मान M कहलाता है सामूहिक दोष. परमाणु प्रतिक्रियाएं रिलीज (क्यू> 0) या ऊर्जा के अवशोषण (क्यू .) के साथ आगे बढ़ सकती हैं< 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, которая называется порогом реакции.

सकारात्मक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए परमाणु प्रतिक्रिया के लिए, विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जाप्रारंभिक उत्पादों के नाभिक में न्यूक्लिऑन कम होना चाहिए विशिष्ट ऊर्जाअंतिम उत्पादों के नाभिक में न्यूक्लियॉन के बंधन। इसका मतलब है कि ΔM सकारात्मक होना चाहिए।

परमाणु ऊर्जा जारी करने के दो मौलिक रूप से भिन्न तरीके हैं।

1. भारी नाभिकों का विखंडन. नाभिक के रेडियोधर्मी क्षय के विपरीत, α- या β-कणों के उत्सर्जन के साथ, विखंडन प्रतिक्रियाएं एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक अस्थिर नाभिक तुलनीय द्रव्यमान के दो बड़े टुकड़ों में विभाजित होता है।

1939 में, जर्मन वैज्ञानिकों ओ। हैन और एफ। स्ट्रैसमैन ने यूरेनियम नाभिक के विखंडन की खोज की। फर्मी द्वारा शुरू किए गए शोध को जारी रखते हुए, उन्होंने पाया कि जब यूरेनियम पर न्यूट्रॉन की बमबारी की जाती है, तो मध्य भाग के तत्व आवधिक प्रणाली- बेरियम (Z = 56), क्रिप्टन (Z = 36), आदि के रेडियोधर्मी समस्थानिक।

यूरेनियम प्रकृति में दो समस्थानिकों के रूप में पाया जाता है: (99.3%) और (0.7%)। जब न्यूट्रॉन द्वारा बमबारी की जाती है, तो दोनों समस्थानिकों के नाभिक दो टुकड़ों में विभाजित हो सकते हैं। इस मामले में, विखंडन प्रतिक्रिया धीमी (थर्मल) न्यूट्रॉन के साथ सबसे अधिक तीव्रता से आगे बढ़ती है, जबकि नाभिक केवल 1 MeV के क्रम की ऊर्जा के साथ तेज न्यूट्रॉन के साथ विखंडन प्रतिक्रिया में प्रवेश करता है।

के लिए मुख्य रुचि परमाणु शक्तिएक नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है। वर्तमान में, लगभग 90 से 145 तक द्रव्यमान संख्या वाले लगभग 100 विभिन्न समस्थानिक ज्ञात हैं, जो इस नाभिक के विखंडन से उत्पन्न होते हैं। इस नाभिक की दो विशिष्ट विखंडन प्रतिक्रियाओं का रूप है:

ध्यान दें कि न्यूट्रॉन द्वारा शुरू किए गए परमाणु विखंडन के परिणामस्वरूप, नए न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं जो अन्य नाभिकों में विखंडन प्रतिक्रियाओं का कारण बन सकते हैं। यूरेनियम-235 नाभिक के विखंडन उत्पाद बेरियम, क्सीनन, स्ट्रोंटियम, रूबिडियम आदि के अन्य समस्थानिक भी हो सकते हैं।

एक यूरेनियम नाभिक के विखंडन के दौरान जारी गतिज ऊर्जा बहुत अधिक होती है - लगभग 200 MeV। परमाणु विखंडन के दौरान जारी ऊर्जा का अनुमान लगाया जा सकता है विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जानाभिक में नाभिक। द्रव्यमान संख्या A 240 वाले नाभिकों में नाभिकों की विशिष्ट बंधन ऊर्जा लगभग 7.6 MeV/न्यूक्लियॉन होती है, जबकि द्रव्यमान संख्या A = 90–145 वाले नाभिकों में विशिष्ट ऊर्जा लगभग 8.5 MeV/न्यूक्लियॉन के बराबर होती है। इसलिए, यूरेनियम नाभिक के विखंडन से 0.9 MeV/न्यूक्लियॉन या लगभग 210 MeV प्रति यूरेनियम परमाणु के क्रम की ऊर्जा निकलती है। 1 ग्राम यूरेनियम में निहित सभी नाभिकों के पूर्ण विखंडन के साथ, 3 टन कोयले या 2.5 टन तेल के दहन के दौरान उतनी ही ऊर्जा निकलती है।

यूरेनियम नाभिक के विखंडन उत्पाद अस्थिर होते हैं, क्योंकि उनमें न्यूट्रॉन की एक महत्वपूर्ण अतिरिक्त संख्या होती है। दरअसल, सबसे भारी नाभिक के लिए एन / जेड अनुपात लगभग 1.6 (छवि 9.6.2) है, नाभिक के लिए द्रव्यमान संख्या 90 से 145 तक यह अनुपात लगभग 1.3-1.4 है। इसलिए, खंड नाभिक लगातार β-क्षय की एक श्रृंखला का अनुभव करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप नाभिक में प्रोटॉन की संख्या बढ़ जाती है, और एक स्थिर नाभिक बनने तक न्यूट्रॉन की संख्या घट जाती है।

यूरेनियम-235 के एक नाभिक के विखंडन में, जो एक न्यूट्रॉन के साथ टकराव के कारण होता है, 2 या 3 न्यूट्रॉन निकलते हैं। अनुकूल परिस्थितियों में, ये न्यूट्रॉन अन्य यूरेनियम नाभिकों से टकरा सकते हैं और उनके विखंडन का कारण बन सकते हैं। इस स्तर पर, 4 से 9 न्यूट्रॉन पहले से ही दिखाई देंगे, जो यूरेनियम नाभिक आदि के नए क्षय करने में सक्षम हैं। इस तरह के हिमस्खलन जैसी प्रक्रिया को चेन रिएक्शन कहा जाता है। विकास योजना श्रृंखला अभिक्रियायूरेनियम नाभिक का विखंडन अंजीर में दिखाया गया है। 9.8.1.

चित्र 9.8.1। एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के विकास की योजना।

एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होने के लिए, यह आवश्यक है कि तथाकथित न्यूट्रॉन गुणन कारकएक से बड़ा था। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक बाद की पीढ़ी में पिछली पीढ़ी की तुलना में अधिक न्यूट्रॉन होने चाहिए। गुणन कारक न केवल प्रत्येक प्राथमिक घटना में उत्पन्न न्यूट्रॉन की संख्या से निर्धारित होता है, बल्कि उन परिस्थितियों से भी होता है जिनके तहत प्रतिक्रिया होती है - कुछ न्यूट्रॉन अन्य नाभिक द्वारा अवशोषित किए जा सकते हैं या प्रतिक्रिया क्षेत्र छोड़ सकते हैं। यूरेनियम -235 नाभिक के विखंडन के दौरान जारी न्यूट्रॉन केवल उसी यूरेनियम के नाभिक के विखंडन का कारण बन सकते हैं, जो कि प्राकृतिक यूरेनियम का केवल 0.7% है। यह एकाग्रता एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए अपर्याप्त है। एक आइसोटोप भी न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकता है, लेकिन कोई श्रृंखला प्रतिक्रिया नहीं होती है।

यूरेनियम में चेन रिएक्शन उच्च सामग्रीयूरेनियम-235 तभी विकसित हो सकता है जब यूरेनियम का द्रव्यमान तथाकथित से अधिक हो क्रांतिक द्रव्यमान।यूरेनियम के छोटे-छोटे टुकड़ों में अधिकांश न्यूट्रॉन बिना किसी नाभिक से टकराए बाहर निकल जाते हैं। शुद्ध यूरेनियम-235 के लिए क्रांतिक द्रव्यमान लगभग 50 किग्रा है। तथाकथित का उपयोग करके यूरेनियम के महत्वपूर्ण द्रव्यमान को कई गुना कम किया जा सकता है मध्यस्थोंन्यूट्रॉन तथ्य यह है कि यूरेनियम नाभिक के क्षय के दौरान उत्पन्न न्यूट्रॉन की गति बहुत अधिक होती है, और यूरेनियम -235 नाभिक द्वारा धीमी गति से न्यूट्रॉन को पकड़ने की संभावना तेज वाले की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक होती है। सबसे अच्छा न्यूट्रॉन मॉडरेटर है खारा पानीडी 2 ओ। न्यूट्रॉन के साथ बातचीत करते समय, साधारण पानी ही भारी पानी में बदल जाता है।

एक अच्छा मॉडरेटर ग्रेफाइट भी होता है, जिसके नाभिक न्यूट्रॉन को अवशोषित नहीं करते हैं। ड्यूटेरियम या कार्बन नाभिक के साथ लोचदार संपर्क पर, न्यूट्रॉन थर्मल वेग तक धीमा हो जाते हैं।

न्यूट्रॉन मॉडरेटर और एक विशेष बेरिलियम शेल का उपयोग जो न्यूट्रॉन को दर्शाता है, महत्वपूर्ण द्रव्यमान को 250 ग्राम तक कम करना संभव बनाता है।

परमाणु बमों में, एक अनियंत्रित परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया तब होती है जब तेज़ कनेक्शनयूरेनियम -235 के दो टुकड़े, जिनमें से प्रत्येक का द्रव्यमान महत्वपूर्ण से थोड़ा नीचे है।

एक उपकरण जो एक नियंत्रित परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया को बनाए रखता है, कहलाता है नाभिकीय(या परमाणु) रिएक्टर. योजना परमाणु भट्टीधीमी गति से न्यूट्रॉन पर अंजीर में दिखाया गया है। 9.8.2.

चित्र 9.8.2। परमाणु रिएक्टर के उपकरण की योजना।

परमाणु प्रतिक्रिया रिएक्टर कोर में होती है, जो एक मॉडरेटर से भरा होता है और यूरेनियम -235 (3% तक) की उच्च सामग्री के साथ यूरेनियम आइसोटोप के समृद्ध मिश्रण वाली छड़ से छेदा जाता है। कैडमियम या बोरॉन युक्त नियंत्रण छड़ें कोर में पेश की जाती हैं, जो न्यूट्रॉन को गहन रूप से अवशोषित करती हैं। कोर में छड़ की शुरूआत आपको श्रृंखला प्रतिक्रिया की गति को नियंत्रित करने की अनुमति देती है।

कोर को एक पंप किए गए शीतलक द्वारा ठंडा किया जाता है, जो कम गलनांक वाला पानी या धातु हो सकता है (उदाहरण के लिए, सोडियम, जिसका गलनांक 98 ° C होता है)। भाप जनरेटर में, शीतलक स्थानांतरित होता है तापीय ऊर्जापानी, इसे भाप में बदलना अधिक दबाव. भाप को विद्युत जनरेटर से जुड़े टर्बाइन में भेजा जाता है। टरबाइन से भाप कंडेनसर में प्रवेश करती है। विकिरण के रिसाव से बचने के लिए शीतलक I और भाप जनरेटर II के सर्किट बंद चक्रों में संचालित होते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का टरबाइन एक ऊष्मा इंजन है जो ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के अनुसार संयंत्र की समग्र दक्षता को निर्धारित करता है। आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए, दक्षता लगभग बराबर है इसलिए, 1000 मेगावाट के उत्पादन के लिए विद्युत शक्तिरिएक्टर की तापीय शक्ति 3000 मेगावाट तक पहुंचनी चाहिए। कंडेनसर को ठंडा करने वाले पानी से 2000 मेगावाट दूर किया जाना चाहिए। इससे प्राकृतिक जल निकायों के स्थानीय अति ताप और बाद में पर्यावरणीय समस्याओं का उदय होता है।

हालांकि, मुखय परेशानीइसमें परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में काम करने वाले लोगों की पूर्ण विकिरण सुरक्षा सुनिश्चित करना और रिएक्टर कोर में बड़ी मात्रा में जमा होने वाले रेडियोधर्मी पदार्थों के आकस्मिक रिलीज को रोकना शामिल है। परमाणु रिएक्टरों के विकास में इस समस्या पर बहुत ध्यान दिया जाता है। फिर भी, कुछ परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में दुर्घटनाओं के बाद, विशेष रूप से पेंसिल्वेनिया (यूएसए, 1979) में परमाणु ऊर्जा संयंत्र और चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र (1986) में, परमाणु ऊर्जा की सुरक्षा की समस्या विशेष रूप से तीव्र हो गई है।

धीमी न्यूट्रॉन पर चलने वाले उपर्युक्त परमाणु रिएक्टर के साथ, तेज न्यूट्रॉन पर मॉडरेटर के बिना काम करने वाले रिएक्टर बहुत व्यावहारिक रुचि के हैं। ऐसे रिएक्टरों में, परमाणु ईंधन एक समृद्ध मिश्रण होता है जिसमें कम से कम 15% आइसोटोप होता है। तेज न्यूट्रॉन रिएक्टरों का लाभ यह है कि उनके संचालन के दौरान, यूरेनियम -238 नाभिक, न्यूट्रॉन को अवशोषित करते हुए, दो क्रमिक β - क्षय के माध्यम से प्लूटोनियम में परिवर्तित हो जाते हैं नाभिक, जो तब परमाणु ईंधन के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं:

ऐसे रिएक्टरों का प्रजनन अनुपात 1.5 तक पहुँच जाता है, अर्थात 1 किलो यूरेनियम -235 के लिए, 1.5 किलोग्राम तक प्लूटोनियम प्राप्त होता है। पारंपरिक रिएक्टर भी प्लूटोनियम का उत्पादन करते हैं, लेकिन बहुत कम मात्रा में।

पहला परमाणु रिएक्टर 1942 में यूएसए में ई. फर्मी के नेतृत्व में बनाया गया था। हमारे देश में, पहला रिएक्टर 1946 में IV Kurchatov के नेतृत्व में बनाया गया था।

2. थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं. परमाणु ऊर्जा को मुक्त करने का दूसरा तरीका संलयन प्रतिक्रियाओं से जुड़ा है। प्रकाश नाभिक के संलयन और एक नए नाभिक के निर्माण के दौरान, एक बड़ी संख्या कीऊर्जा। इसे द्रव्यमान संख्या A (चित्र 9.6.1) पर विशिष्ट बंधन ऊर्जा की निर्भरता से देखा जा सकता है। लगभग 60 की द्रव्यमान संख्या वाले नाभिकों तक, नाभिकों की विशिष्ट बंधन ऊर्जा A के बढ़ने के साथ बढ़ती है। इसलिए, A के साथ किसी भी नाभिक का संलयन< 60 из более легких ядер должен сопровождаться выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза будет в этом случае меньше массы первоначальных частиц.

प्रकाश नाभिक की संलयन अभिक्रिया कहलाती है थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं,क्योंकि वे केवल बहुत अधिक तापमान पर ही बह सकते हैं। दो नाभिकों के लिए एक संलयन प्रतिक्रिया में प्रवेश करने के लिए, उन्हें अपने सकारात्मक आरोपों के विद्युत प्रतिकर्षण पर काबू पाने के लिए 2·10 -15 मीटर के क्रम के परमाणु बलों की कार्रवाई की दूरी पर पहुंचना चाहिए। इसके लिए औसत गतिज ऊर्जा तापीय गतिअणुओं को कूलम्ब अन्योन्यक्रिया की स्थितिज ऊर्जा से अधिक होना चाहिए। इसके लिए आवश्यक तापमान T की गणना 10 8-10 9 K के क्रम के मान की ओर ले जाती है। यह एक अत्यंत उच्च तापमान है। इस ताप पर पदार्थ पूर्ण रूप से आयनित अवस्था में होता है, जिसे कहते हैं प्लाज्मा.

प्रति न्यूक्लियॉन थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं में जारी ऊर्जा परमाणु विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रियाओं में जारी विशिष्ट ऊर्जा से कई गुना अधिक है। तो, उदाहरण के लिए, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम नाभिक की संलयन प्रतिक्रिया में

3.5 MeV/न्यूक्लियॉन जारी किया जाता है। इस अभिक्रिया में कुल मिलाकर 17.6 MeV निकलता है। यह सबसे आशाजनक थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं में से एक है।

कार्यान्वयन नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएंमानवता को एक नया पर्यावरण के अनुकूल और व्यावहारिक रूप से ऊर्जा का अटूट स्रोत देगा। हालांकि, अत्यधिक उच्च तापमान प्राप्त करना और प्लाज्मा को एक अरब डिग्री तक गर्म रखना नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के कार्यान्वयन के रास्ते में सबसे कठिन वैज्ञानिक और तकनीकी कार्य है।

पर यह अवस्थाकेवल विज्ञान और प्रौद्योगिकी का विकास हुआ है अनियंत्रित संलयन प्रतिक्रियाहाइड्रोजन बम में। परमाणु संलयन के लिए आवश्यक उच्च तापमान यहां पारंपरिक यूरेनियम या प्लूटोनियम बम विस्फोट करके प्राप्त किया जाता है।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं ब्रह्मांड के विकास में एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। सूर्य और तारों की विकिरण ऊर्जा थर्मोन्यूक्लियर मूल की है।

रेडियोधर्मिता

ज्ञात 2500 परमाणु नाभिकों में से लगभग 90% अस्थिर हैं। एक अस्थिर नाभिक अनायास कणों के उत्सर्जन के साथ अन्य नाभिकों में बदल जाता है। नाभिक के इस गुण को कहते हैं रेडियोधर्मिता. बड़े नाभिकों के लिए, नाभिकीय बलों द्वारा नाभिकों के आकर्षण और प्रोटॉनों के कूलम्ब प्रतिकर्षण के बीच प्रतिस्पर्धा के कारण अस्थिरता उत्पन्न होती है। चार्ज संख्या Z> 83 और द्रव्यमान संख्या A> 209 के साथ कोई स्थिर नाभिक नहीं हैं। लेकिन काफी कम Z और A संख्या वाले परमाणु नाभिक भी रेडियोधर्मी हो सकते हैं। यदि नाभिक में न्यूट्रॉन की तुलना में काफी अधिक प्रोटॉन होते हैं, तो अस्थिरता होती है कूलम्ब अंतःक्रियात्मक ऊर्जा की अधिकता से। नाभिक, जिसमें प्रोटॉन की संख्या से अधिक न्यूट्रॉन होते हैं, इस तथ्य के कारण अस्थिर होते हैं कि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है। नाभिक के द्रव्यमान में वृद्धि से उसकी ऊर्जा में वृद्धि होती है।

रेडियोधर्मिता की घटना की खोज 1896 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी ए। बेकरेल ने की थी, जिन्होंने पाया कि यूरेनियम लवण अज्ञात विकिरण का उत्सर्जन करते हैं जो प्रकाश के लिए अपारदर्शी बाधाओं के माध्यम से प्रवेश कर सकते हैं और फोटोग्राफिक इमल्शन को काला कर सकते हैं। दो साल बाद, फ्रांसीसी भौतिकविदों एम. और पी. क्यूरी ने थोरियम की रेडियोधर्मिता की खोज की और दो नए रेडियोधर्मी तत्वों की खोज की - पोलोनियम और रेडियम

बाद के वर्षों में, ई. रदरफोर्ड और उनके छात्रों सहित कई भौतिक विज्ञानी रेडियोधर्मी विकिरण की प्रकृति के अध्ययन में लगे हुए थे। यह पाया गया कि रेडियोधर्मी नाभिक तीन प्रकार के कणों का उत्सर्जन कर सकता है: सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज और तटस्थ। इन तीन प्रकार के विकिरणों को α-, β- और γ-विकिरण कहा जाता था। अंजीर पर। 9.7.1 प्रयोग की योजना को दर्शाता है, जिससे रेडियोधर्मी विकिरण की जटिल संरचना का पता लगाना संभव हो जाता है। एक चुंबकीय क्षेत्र में, α- और β-किरणें विपरीत दिशाओं में विचलित होती हैं, और β-किरणें बहुत अधिक विचलित होती हैं। चुंबकीय क्षेत्र में -किरणें बिल्कुल भी विचलित नहीं होती हैं।

ये तीन प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरण पदार्थ के परमाणुओं को आयनित करने की क्षमता में एक दूसरे से बहुत भिन्न होते हैं और इसके परिणामस्वरूप, उनकी मर्मज्ञ शक्ति में। α-विकिरण में सबसे कम भेदन शक्ति होती है। हवा में, सामान्य परिस्थितियों में, α-किरणें कई सेंटीमीटर की दूरी तय करती हैं। β-किरणें पदार्थ द्वारा बहुत कम अवशोषित होती हैं। वे कई मिलीमीटर मोटी एल्यूमीनियम की एक परत से गुजरने में सक्षम हैं। -किरणों में सबसे अधिक भेदन शक्ति होती है, जो 5-10 सेमी मोटी सीसे की परत से गुजरने में सक्षम होती है।

ई. रदरफोर्ड द्वारा खोज के बाद 20वीं सदी के दूसरे दशक में परमाणु संरचनापरमाणु, यह दृढ़ता से स्थापित हो गया था कि रेडियोधर्मिता है परमाणु नाभिक की संपत्ति. अध्ययनों से पता चला है कि α-किरणें α-कणों की एक धारा का प्रतिनिधित्व करती हैं - हीलियम नाभिक, β-किरणें इलेक्ट्रॉनों की एक धारा हैं, -किरणें एक लघु-तरंग का प्रतिनिधित्व करती हैं। विद्युत चुम्बकीय विकिरणअत्यंत कम तरंग दैर्ध्य के साथ< 10 –10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, то есть является потоком частиц – γ-квантов.

अल्फा क्षय. अल्फा क्षय एक परमाणु नाभिक का स्वतःस्फूर्त परिवर्तन है जिसमें प्रोटॉन Z और न्यूट्रॉन N की संख्या दूसरे (बेटी) नाभिक में होती है जिसमें प्रोटॉन Z - 2 और न्यूट्रॉन N - 2 की संख्या होती है। इस मामले में, एक α-कण उत्सर्जित होता है - हीलियम परमाणु का नाभिक। ऐसी प्रक्रिया का एक उदाहरण रेडियम का α-क्षय है:

रेडियम परमाणुओं के नाभिक द्वारा उत्सर्जित अल्फा कणों का उपयोग रदरफोर्ड द्वारा भारी तत्वों के नाभिक द्वारा प्रकीर्णन पर प्रयोगों में किया गया था। रेडियम नाभिक के α-क्षय के दौरान उत्सर्जित α-कणों की गति, चुंबकीय क्षेत्र में प्रक्षेपवक्र की वक्रता के साथ मापी जाती है, लगभग 1.5 10 7 m/s के बराबर होती है, और संबंधित गतिज ऊर्जा लगभग 7.5 10-13 होती है। जे (लगभग 4. 8 एमईवी)। यह मान आसानी से निर्धारित किया जा सकता है ज्ञात मूल्यमाता-पिता और बेटी के नाभिक और हीलियम नाभिक का द्रव्यमान। हालांकि निकाले गए α-कण की गति बहुत अधिक है, यह अभी भी प्रकाश की गति का केवल 5% है, इसलिए गणना गतिज ऊर्जा के लिए एक गैर-सापेक्ष अभिव्यक्ति का उपयोग कर सकती है।

अध्ययनों से पता चला है कि एक रेडियोधर्मी पदार्थ कई असतत ऊर्जा मूल्यों वाले α-कणों का उत्सर्जन कर सकता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि नाभिक, परमाणुओं की तरह, विभिन्न उत्तेजित अवस्थाओं में हो सकते हैं। एक बेटी नाभिक α-क्षय के दौरान इन उत्तेजित अवस्थाओं में से एक में हो सकता है। इस नाभिक के जमीनी अवस्था में बाद के संक्रमण के दौरान, एक -क्वांटम उत्सर्जित होता है। गतिज ऊर्जा के दो मूल्यों वाले α-कणों के उत्सर्जन के साथ रेडियम के α-क्षय की योजना अंजीर में दिखाई गई है। 9.7.2.

इस प्रकार, नाभिक का α-क्षय कई मामलों में -विकिरण के साथ होता है।

α-क्षय के सिद्धांत में, यह माना जाता है कि दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन, यानी एक α-कण से युक्त समूह, नाभिक के अंदर बना सकते हैं। मूल केंद्रक α-कणों के लिए होता है संभावित कुआं, जो सीमित है संभावित बाधा. नाभिक में α-कण की ऊर्जा इस अवरोध को दूर करने के लिए अपर्याप्त है (चित्र 9.7.3)। नाभिक से किसी α-कण का निष्कासन केवल क्वांटम यांत्रिक परिघटना के कारण संभव होता है, जिसे कहा जाता है सुरंग प्रभाव. इसके अनुसार क्वांटम यांत्रिकी, संभावित अवरोध के नीचे से गुजरने वाले कण की एक गैर-शून्य संभावना है। टनलिंग की घटना में एक संभाव्य चरित्र है।

बीटा क्षय।बीटा क्षय में, नाभिक से एक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होता है। नाभिक के अंदर, इलेक्ट्रॉन मौजूद नहीं हो सकते (देखें 9.5), वे न्यूट्रॉन के प्रोटॉन में परिवर्तन के परिणामस्वरूप β-क्षय के दौरान उत्पन्न होते हैं। यह प्रक्रिया न केवल नाभिक के अंदर, बल्कि मुक्त न्यूट्रॉन के साथ भी हो सकती है। एक मुक्त न्यूट्रॉन का औसत जीवनकाल लगभग 15 मिनट होता है। जब एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में क्षय हो जाता है

मापों से पता चला कि इस प्रक्रिया में ऊर्जा के संरक्षण के नियम का स्पष्ट उल्लंघन होता है, क्योंकि न्यूट्रॉन के क्षय से उत्पन्न होने वाले प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा न्यूट्रॉन की ऊर्जा से कम होती है। 1931 में, डब्ल्यू. पाउली ने सुझाव दिया कि एक न्यूट्रॉन के क्षय के दौरान, शून्य द्रव्यमान और आवेश वाला एक और कण निकलता है, जो ऊर्जा का कुछ हिस्सा अपने साथ ले जाता है। नए कण का नाम है न्युट्रीनो(छोटा न्यूट्रॉन)। न्यूट्रिनो में आवेश और द्रव्यमान की अनुपस्थिति के कारण, यह कण पदार्थ के परमाणुओं के साथ बहुत कमजोर रूप से संपर्क करता है, इसलिए एक प्रयोग में इसका पता लगाना बेहद मुश्किल है। न्यूट्रिनो की आयनीकरण क्षमता इतनी कम है कि हवा में आयनीकरण का एक कार्य पथ के लगभग 500 किमी पर पड़ता है। यह कण 1953 में ही खोजा गया था। वर्तमान में, यह ज्ञात है कि न्यूट्रिनो की कई किस्में हैं। न्यूट्रॉन क्षय की प्रक्रिया में एक कण उत्पन्न होता है, जिसे कहते हैं इलेक्ट्रॉनिक एंटीन्यूट्रिनो. इसे प्रतीक द्वारा निरूपित किया जाता है इसलिए न्यूट्रॉन क्षय अभिक्रिया को इस प्रकार लिखा जाता है

इसी तरह की प्रक्रिया β-क्षय के दौरान नाभिक के अंदर भी होती है। परमाणु न्यूट्रॉन में से एक के क्षय के परिणामस्वरूप बनने वाले इलेक्ट्रॉन को तुरंत "मूल घर" (नाभिक) से जबरदस्त गति से बाहर निकाल दिया जाता है, जो प्रकाश की गति से केवल एक प्रतिशत के अंश से भिन्न हो सकता है। चूंकि एक इलेक्ट्रॉन, एक न्यूट्रिनो और एक बेटी नाभिक के बीच β-क्षय के दौरान जारी ऊर्जा का वितरण यादृच्छिक होता है, इसलिए β-इलेक्ट्रॉनों में एक विस्तृत श्रृंखला में अलग-अलग वेग हो सकते हैं।

β-क्षय में चार्ज नंबर Z एक से बढ़ जाता है, जबकि द्रव्यमान संख्या A अपरिवर्तित रहती है। बेटी नाभिक तत्व के समस्थानिकों में से एक का केंद्रक बन जाता है, जिसकी क्रम संख्या आवर्त सारणी में मूल नाभिक की क्रम संख्या से एक अधिक है। एक विशिष्ट उदाहरणβ-क्षय यूरेनियम के α-क्षय से उत्पन्न होने वाले थोरियम आइसोटोन के पैलेडियम में परिवर्तन के रूप में कार्य कर सकता है

गामा क्षय. α- और β-रेडियोधर्मिता के विपरीत, नाभिक की γ-रेडियोधर्मिता नाभिक की आंतरिक संरचना में परिवर्तन से जुड़ी नहीं है और इसके साथ चार्ज या द्रव्यमान संख्या में परिवर्तन नहीं होता है। α- और β-क्षय दोनों में, बेटी नाभिक कुछ उत्तेजित अवस्था में हो सकता है और इसमें ऊर्जा की अधिकता हो सकती है। उत्तेजित अवस्था से जमीनी अवस्था में नाभिक का संक्रमण एक या कई -क्वांटा के उत्सर्जन के साथ होता है, जिसकी ऊर्जा कई MeV तक पहुँच सकती है।

रेडियोधर्मी क्षय का नियम. रेडियोधर्मी सामग्री के किसी भी नमूने में बड़ी संख्या में रेडियोधर्मी परमाणु होते हैं। चूंकि रेडियोधर्मी क्षय यादृच्छिक होता है और यह निर्भर नहीं करता है बाहरी स्थितियां, तो अधूरे k . की संख्या N(t) में कमी का नियम वर्तमान क्षणनाभिक का समय t रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रिया की एक महत्वपूर्ण सांख्यिकीय विशेषता के रूप में कार्य कर सकता है।

मान लीजिए कि अक्षयित नाभिकों की संख्या N(t) कम समय में ΔN द्वारा बदल जाती है t< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

आनुपातिकता का गुणांक t = 1 s के समय में नाभिक के क्षय की प्रायिकता है। इस सूत्र का अर्थ है कि फ़ंक्शन N(t) के परिवर्तन की दर सीधे फ़ंक्शन के समानुपाती होती है।

जहां एन 0 टी = 0 पर रेडियोधर्मी नाभिक की प्रारंभिक संख्या है। समय τ = 1 / के दौरान, अशिक्षित नाभिक की संख्या ई ≈ 2.7 गुना घट जाएगी। मान कहा जाता है औसत जीवन कालरेडियोधर्मी नाभिक।

व्यावहारिक उपयोग के लिए, आधार के रूप में संख्या 2 का उपयोग करके रेडियोधर्मी क्षय के नियम को एक अलग रूप में लिखना सुविधाजनक है, न कि ई:

T का मान कहलाता है हाफ लाइफ. T समय के दौरान, रेडियोधर्मी नाभिकों की प्रारंभिक संख्या का आधा क्षय हो जाता है। T और के मान संबंध द्वारा संबंधित हैं

अर्ध-आयु मुख्य मात्रा है जो रेडियोधर्मी क्षय की दर को दर्शाती है। आधा जीवन जितना छोटा होगा, क्षय उतना ही तीव्र होगा। इस प्रकार, यूरेनियम टी के लिए 4.5 अरब वर्ष, और रेडियम टी के लिए 1600 वर्ष। इसलिए, रेडियम की गतिविधि यूरेनियम की तुलना में बहुत अधिक है। एक सेकंड के अंश के आधे जीवन के साथ रेडियोधर्मी तत्व होते हैं।

प्राकृतिक परिस्थितियों में नहीं पाया जाता है, और बिस्मथ में समाप्त होता है। रेडियोधर्मी क्षय की यह श्रृंखला होती है नाभिकीय रिएक्टर्स.

एक दिलचस्प आवेदनरेडियोधर्मिता रेडियोधर्मी समस्थानिकों की सांद्रता द्वारा पुरातात्विक और भूवैज्ञानिक खोजों को डेटिंग करने की एक विधि है। सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि रेडियोकार्बन डेटिंग है। ब्रह्मांडीय किरणों के कारण होने वाली परमाणु प्रतिक्रियाओं के कारण वातावरण में एक अस्थिर कार्बन समस्थानिक होता है। इस समस्थानिक का एक छोटा प्रतिशत सामान्य स्थिर समस्थानिक के साथ हवा में पाया जाता है। पौधे और अन्य जीव हवा से कार्बन का उपभोग करते हैं और दोनों समस्थानिकों को उसी अनुपात में जमा करते हैं जैसे वे हवा में करते हैं। पौधों की मृत्यु के बाद, वे कार्बन का उपभोग करना बंद कर देते हैं और अस्थिर आइसोटोप 5730 वर्षों के आधे जीवन के साथ बीटा-क्षय के परिणामस्वरूप धीरे-धीरे नाइट्रोजन में बदल जाता है। मार्ग सही मापप्राचीन जीवों के अवशेषों में रेडियोधर्मी कार्बन की सापेक्षिक सांद्रता उनकी मृत्यु का समय निर्धारित कर सकती है।

सभी प्रकार के रेडियोधर्मी विकिरण (अल्फा, बीटा, गामा, न्यूट्रॉन), साथ ही विद्युत चुम्बकीय विकिरण ( एक्स-रे) जीवित जीवों पर एक बहुत मजबूत जैविक प्रभाव पड़ता है, जिसमें जीवित कोशिकाओं को बनाने वाले परमाणुओं और अणुओं के उत्तेजना और आयनीकरण की प्रक्रियाएं होती हैं। आयनकारी विकिरण की क्रिया के तहत, जटिल अणु और सेलुलर संरचनाएं नष्ट हो जाती हैं, जिससे शरीर को विकिरण क्षति होती है। इसलिए, विकिरण के किसी भी स्रोत के साथ काम करते समय, सभी उपाय करना आवश्यक है विकिरण सुरक्षाजो लोग विकिरण के संपर्क में आ सकते हैं।

हालांकि, घरेलू परिस्थितियों में एक व्यक्ति को आयनकारी विकिरण के संपर्क में लाया जा सकता है। रेडॉन, एक अक्रिय, रंगहीन, रेडियोधर्मी गैस, मानव स्वास्थ्य के लिए एक गंभीर खतरा पैदा कर सकती है जैसा कि अंजीर में दिखाए गए चित्र से देखा जा सकता है। 9.7.5, रेडॉन रेडियम के α-क्षय का एक उत्पाद है और इसका आधा जीवन T = 3.82 दिन है। रेडियम मिट्टी, चट्टानों और विभिन्न में कम मात्रा में पाया जाता है भवन संरचना. अपेक्षाकृत कम जीवनकाल के बावजूद, रेडियम नाभिक के नए क्षय के कारण रेडॉन की सांद्रता लगातार भर जाती है, इसलिए रेडॉन संलग्न स्थानों में जमा हो सकता है। फेफड़ों में जाकर रेडॉन α-कणों का उत्सर्जन करता है और पोलोनियम में बदल जाता है, जो रासायनिक रूप से निष्क्रिय पदार्थ नहीं है। इसके बाद यूरेनियम श्रृंखला के रेडियोधर्मी परिवर्तनों की एक श्रृंखला होती है (चित्र 9.7.5)। विकिरण सुरक्षा और नियंत्रण पर अमेरिकी आयोग के अनुसार, औसत व्यक्ति रेडॉन से 55% आयनकारी विकिरण प्राप्त करता है और केवल 11% विकिरण से प्राप्त करता है। चिकित्सा सेवाएं. कॉस्मिक किरणों का योगदान लगभग 8% है। एक व्यक्ति को अपने जीवनकाल में प्राप्त होने वाले विकिरण की कुल खुराक कई गुना कम होती है अधिकतम स्वीकार्य खुराक(एसडीए), जो आयनकारी विकिरण के अतिरिक्त जोखिम के संपर्क में आने वाले कुछ व्यवसायों के लोगों के लिए स्थापित किया गया है।

विखंडन के दौरान जारी ऊर्जा E, Z 2/A बढ़ने के साथ बढ़ती है। 89 Y (yttrium) के लिए Z 2 /A = 17 का मान। वे। विखंडन yttrium से भारी सभी नाभिकों के लिए ऊर्जावान रूप से अनुकूल है। अधिकांश नाभिक स्वतःस्फूर्त विखंडन के प्रतिरोधी क्यों होते हैं? इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, विभाजन के तंत्र पर विचार करना आवश्यक है।

विखंडन के दौरान, नाभिक का आकार बदल जाता है। नाभिक क्रमिक रूप से निम्नलिखित चरणों से गुजरता है (चित्र। 7.1): एक गेंद, एक दीर्घवृत्त, एक डम्बल, दो नाशपाती के आकार के टुकड़े, दो गोलाकार टुकड़े। नाभिक की स्थितिज ऊर्जा विखंडन के विभिन्न चरणों में कैसे बदलती है?
आवर्धन के साथ प्रारंभिक कोर आरक्रांति के तेजी से बढ़े हुए दीर्घवृत्त का रूप ले लेता है। इस मामले में, नाभिक के आकार के विकास के कारण, इसकी संभावित ऊर्जा में परिवर्तन सतह और कूलम्ब ऊर्जा ई पी + ई के के योग में परिवर्तन से निर्धारित होता है। इस मामले में, सतह ऊर्जा बढ़ जाती है, चूंकि नाभिक का पृष्ठीय क्षेत्रफल बढ़ता है। जैसे-जैसे प्रोटॉनों के बीच औसत दूरी बढ़ती है, कूलम्ब ऊर्जा घटती जाती है। यदि, एक छोटे से पैरामीटर द्वारा विशेषता एक मामूली विरूपण के साथ, प्रारंभिक कोर एक अक्षीय रूप से सममित दीर्घवृत्त का रूप लेता है, सतह ऊर्जा ई "पी और कूलम्ब ऊर्जा ई" के रूप में विरूपण पैरामीटर परिवर्तन के कार्य निम्नानुसार हैं:

अनुपात में (7.4-7.5) इएन और इ k प्रारंभिक गोलाकार सममित नाभिक की सतह और कूलम्ब ऊर्जाएँ हैं।
भारी नाभिक के क्षेत्र में 2E n > E और सतह और कूलम्ब ऊर्जाओं का योग बढ़ने के साथ बढ़ता है। यह (7.4) और (7.5) से इस प्रकार है कि, छोटे विकृतियों पर, सतह ऊर्जा में वृद्धि नाभिक के आकार में और परिवर्तन को रोकती है और, परिणामस्वरूप, विखंडन।
संबंध (7.5) छोटे उपभेदों के लिए मान्य है। यदि विरूपण इतना अधिक है कि नाभिक एक डम्बल का रूप ले लेता है, तो सतह और कूलम्ब बल नाभिक को अलग करने और टुकड़ों को एक गोलाकार आकार देने की प्रवृत्ति रखते हैं। इस प्रकार, नाभिक के विरूपण में क्रमिक वृद्धि के साथ, इसकी स्थितिज ऊर्जा अधिकतम से गुजरती है। r के कार्य के रूप में नाभिक की सतह और कूलम्ब ऊर्जाओं का प्लॉट अंजीर में दिखाया गया है। 7.2.

एक संभावित अवरोध की उपस्थिति तात्कालिक स्वतःस्फूर्त परमाणु विखंडन को रोकती है। नाभिक को विभाजित करने के लिए, इसे ऊर्जा क्यू देने की आवश्यकता है जो विखंडन बाधा एच की ऊंचाई से अधिक है। एक विखंडनीय नाभिक ई + एच (उदाहरण के लिए, सोना) की अधिकतम संभावित ऊर्जा दो समान टुकड़ों में है ≈ 173 MeV , और विखंडन के दौरान जारी ऊर्जा E 132 MeV है। इस प्रकार, सोने के नाभिक के विखंडन के दौरान, लगभग 40 MeV की ऊंचाई के साथ एक संभावित अवरोध को दूर करना आवश्यक है।
विखंडन अवरोध H की ऊँचाई जितनी अधिक होगी, प्रारंभिक नाभिक में कूलम्ब और सतह ऊर्जा E से /E p का अनुपात उतना ही छोटा होगा। यह अनुपात, बदले में, विभाजन पैरामीटर Z 2 /A (7.3) में वृद्धि के साथ बढ़ता है। नाभिक जितना भारी होगा, विखंडन बाधा H की ऊंचाई उतनी ही कम होगी, क्योंकि विखंडन पैरामीटर, इस धारणा के तहत कि Z, A के समानुपाती है, बढ़ती द्रव्यमान संख्या के साथ बढ़ता है:

ई के / ई पी \u003d (ए 3 जेड 2) / (ए 2 ए) ~ ए।

(7.6)

इसलिए, नाभिकीय विखंडन का कारण बनने के लिए भारी नाभिकों को आम तौर पर कम ऊर्जा की आपूर्ति करने की आवश्यकता होती है।
विखंडन अवरोध की ऊंचाई 2E p - Ec = 0 (7.5) पर गायब हो जाती है। इस मामले में

2ई पी / ई के \u003d 2 (ए 2 ए) / (ए 3 जेड 2),

जेड 2 / ए \u003d 2 ए 2 / (ए 3 जेड 2) 49।

इस प्रकार, ड्रॉप मॉडल के अनुसार, Z 2 /A> 49 वाले नाभिक प्रकृति में मौजूद नहीं हो सकते हैं, क्योंकि उन्हें 10–22 s के क्रम के एक विशिष्ट परमाणु समय में लगभग तुरंत दो टुकड़ों में विभाजित होना चाहिए। संभावित बाधा एच के आकार और ऊंचाई की निर्भरता, साथ ही साथ विखंडन ऊर्जा, पैरामीटर जेड 2 / ए के मूल्य पर अंजीर में दिखाया गया है। 7.3.

चावल। 7.3. पैरामीटर Z 2 /A के विभिन्न मूल्यों पर संभावित अवरोध और विखंडन ऊर्जा E के आकार और ऊंचाई की रेडियल निर्भरता। E p + E k का मान ऊर्ध्वाधर अक्ष पर आलेखित किया जाता है।

Z 2 /A . के साथ सहज परमाणु विखंडन< 49, для которых высота барьера H не равна нулю, с точки зрения классической физики невозможно. Однако в квантовой механике такое деление возможно за счет туннельного эффекта – прохождения осколков деления через потенциальный барьер. Оно носит название спонтанного деления. Вероятность спонтанного деления растет с увеличением параметра деления Z 2 /A, т. е. с уменьшением высоты барьера деления. В целом период спонтанного деления уменьшается при переходе от менее тяжелых ядер к более тяжелым от T 1/2 >260 आरएफ के लिए 232 वें से 0.3 एस के लिए 10 21 साल।
Z 2 /A . के साथ जबरन परमाणु विखंडन< 49 может быть вызвано их возбуждением фотонами, нейтронами, протонами, дейтронами, a частицами и другими частицами, если вносимая в ядро энергия достаточна для преодоления барьера деления.
एक न्यूट्रॉन को पकड़ने के दौरान बनने वाले यौगिक नाभिक E* की उत्तेजना ऊर्जा का न्यूनतम मान इस नाभिक में न्यूट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा के बराबर होता है n । तालिका 7.1 न्यूट्रॉन कैप्चर के बाद बने Th, U, Pu समस्थानिकों के लिए बाधा ऊंचाई H और न्यूट्रॉन बाध्यकारी ऊर्जा ε n की तुलना करती है। न्यूट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या पर निर्भर करती है। युग्मन ऊर्जा के कारण सम न्यूट्रॉन की बंधन ऊर्जा विषम न्यूट्रॉन की बंधन ऊर्जा से अधिक होती है।

तालिका 7.1

विखंडन बाधा ऊंचाई एच, न्यूट्रॉन बाध्यकारी ऊर्जा n

आइसोटोप	विखंडन बाधा ऊंचाई एच, मेव	आइसोटोप	न्यूट्रॉन बाध्यकारी ऊर्जा n
232Th	5.9	233थ	4.79
233 यू	5.5	234 यू	6.84
235 यू	5.75	236 यू	6.55
238 यू	5.85	239 यू	4.80
239 पु	5.5	240 पु	6.53

अभिलक्षणिक विशेषताविखंडन यह है कि टुकड़ों में अलग-अलग द्रव्यमान होते हैं। 235 यू के सबसे संभावित विखंडन के मामले में, टुकड़ा द्रव्यमान अनुपात औसतन ~ 1.5 है। थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा 235 यू विखंडन अंशों का द्रव्यमान वितरण अंजीर में दिखाया गया है। 7.4. सबसे संभावित विखंडन के लिए, एक भारी टुकड़े की द्रव्यमान संख्या 139 है, एक हल्का - 95। विखंडन उत्पादों में ए = 72 - 161 और जेड = 30 - 65 के साथ टुकड़े होते हैं। दो टुकड़ों में विखंडन की संभावना बराबर द्रव्यमान शून्य के बराबर नहीं है। थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा 235 यू के विखंडन में, सममित विखंडन की संभावना ए = 139 और 95 के साथ टुकड़ों में सबसे संभावित विखंडन के मामले में परिमाण के लगभग तीन क्रम कम है।
असममित विखंडन को नाभिक की खोल संरचना द्वारा समझाया गया है। नाभिक इस तरह विभाजित होता है कि प्रत्येक टुकड़े के नाभिक का मुख्य भाग सबसे स्थिर जादुई कोर बनाता है।
235 UN/Z = 1.55 के नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या से न्यूट्रॉनों की संख्या का अनुपात, जबकि स्थिर समस्थानिक, जिनकी द्रव्यमान संख्या टुकड़ों की द्रव्यमान संख्या के करीब है, यह अनुपात 1.25 - 1.45 है। नतीजतन, विखंडन के टुकड़े न्यूट्रॉन के साथ अत्यधिक अतिभारित हो जाते हैं और होना चाहिए
β - रेडियोधर्मी। इसलिए, विखंडन के टुकड़े क्रमिक β - क्षय का अनुभव करते हैं, और प्राथमिक टुकड़े का आवेश 4 - 6 इकाइयों तक बदल सकता है। नीचे 97 Kr के रेडियोधर्मी क्षय की एक विशिष्ट श्रृंखला है - 235 U के विखंडन के दौरान बनने वाले टुकड़ों में से एक:

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या के अनुपात के उल्लंघन के कारण टुकड़ों की उत्तेजना, जो स्थिर नाभिक की विशेषता है, शीघ्र विखंडन न्यूट्रॉन के उत्सर्जन के कारण भी हटा दी जाती है। ये न्यूट्रॉन ~ 10 -14 s से कम समय में टुकड़ों को हिलाने से उत्सर्जित होते हैं। प्रत्येक विखंडन घटना में औसतन 2 - 3 शीघ्र न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। उनका ऊर्जा स्पेक्ट्रम अधिकतम 1 MeV के साथ निरंतर है। एक त्वरित न्यूट्रॉन की औसत ऊर्जा 2 MeV के करीब होती है। प्रत्येक विखंडन घटना में एक से अधिक न्यूट्रॉन का उत्सर्जन परमाणु विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया के माध्यम से ऊर्जा प्राप्त करना संभव बनाता है।
थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा 235 U के सबसे संभावित विखंडन में, एक प्रकाश टुकड़ा (A = 95) 100 MeV की गतिज ऊर्जा प्राप्त करता है, और एक भारी (A = 139) लगभग 67 MeV प्राप्त करता है। इस प्रकार, टुकड़ों की कुल गतिज ऊर्जा 167 MeV है। इस मामले में कुल विखंडन ऊर्जा 200 MeV है। इस प्रकार, शेष ऊर्जा (33 MeV) अन्य विखंडन उत्पादों (बीटा के न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉनों और एंटीन्यूट्रिनो - टुकड़ों के क्षय, टुकड़ों के γ-विकिरण और उनके क्षय उत्पादों) के बीच वितरित की जाती है। थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा 235 U के विखंडन के दौरान विभिन्न उत्पादों के बीच विखंडन ऊर्जा का वितरण तालिका 7.2 में दिया गया है।

तालिका 7.2

विखंडन ऊर्जा वितरण 235 यू थर्मल न्यूट्रॉन

परमाणु विखंडन उत्पाद (एनएफ) 36 तत्वों (जस्ता से गैडोलीनियम तक) के 200 से अधिक रेडियोधर्मी समस्थानिकों का एक जटिल मिश्रण है। अधिकांश गतिविधि अल्पकालिक रेडियोन्यूक्लाइड से बनी होती है। इस प्रकार, विस्फोट के 7, 49 और 343 दिनों के बाद, पीएनडी की गतिविधि विस्फोट के एक घंटे बाद की गतिविधि की तुलना में क्रमशः 10, 100 और 1000 गुना कम हो जाती है। सबसे जैविक रूप से महत्वपूर्ण रेडियोन्यूक्लाइड की उपज तालिका 7.3 में दी गई है। पीएनडी के अलावा, रेडियोधर्मी संदूषण प्रेरित गतिविधि के रेडियोन्यूक्लाइड (3 एच, 14 सी, 28 एएल, 24 ना, 56 एमएन, 59 फे, 60 सह, आदि) और यूरेनियम और प्लूटोनियम के अविभाजित हिस्से के कारण होता है। थर्मोन्यूक्लियर विस्फोटों में प्रेरित गतिविधि की भूमिका विशेष रूप से महान है।

तालिका 7.3

परमाणु विस्फोट में कुछ विखंडन उत्पादों का विमोचन

रेडियोन्यूक्लाइड	हाफ लाइफ	प्रति डिवीजन आउटपुट,%	गतिविधि प्रति 1 एमटी, 10 15 बीक्यू
89श्री	50.5 दिन	2.56	590
90श्री	29.12 साल पुराना	3.5	3.9
95 Zr	65 दिन	5.07	920
103 रु	41 दिन	5.2	1500
106 रु	365 दिन	2.44	78
131 मैं	8.05 दिन	2.9	4200
136Cs	13.2 दिन	0.036	32
137Cs	30 साल	5.57	5.9
140 बा	12.8 दिन	5.18	4700
141सी	32.5 दिन	4.58	1600
144सी	288 दिन	4.69	190
3 ज	12.3 साल पुराना	0.01	2.6 10 -2

वायुमंडल में परमाणु विस्फोटों के दौरान, वर्षा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा (जमीन विस्फोटों में 50% तक) परीक्षण क्षेत्र के पास पड़ता है। रेडियोधर्मी पदार्थों का एक हिस्सा वायुमंडल के निचले हिस्से में बना रहता है और हवा के प्रभाव में लंबी दूरी तक चलता है, लगभग एक ही अक्षांश पर रहता है। लगभग एक महीने तक हवा में रहने के कारण इस गति के दौरान रेडियोधर्मी पदार्थ धीरे-धीरे पृथ्वी पर गिरते हैं। अधिकांश रेडियोन्यूक्लाइड समताप मंडल (10÷15 किमी की ऊंचाई तक) में छोड़े जाते हैं, जहां वे विश्व स्तर पर फैले हुए हैं और बड़े पैमाने पर क्षय हो जाते हैं।
परमाणु रिएक्टरों के डिजाइन के विभिन्न तत्वों में दशकों से उच्च गतिविधि है (तालिका 7.4)

तालिका 7.4

तीन साल के ऑपरेशन के बाद रिएक्टर से हटाए गए ईंधन तत्वों में मुख्य विखंडन उत्पादों के विशिष्ट गतिविधि मूल्य (बीक्यू / टी यूरेनियम)

रेडियोन्यूक्लाइड	0	एक दिन	120 दिन	1 वर्ष		10 वर्ष
85 किलो	5. 78· 10 14	5. 78· 10 14	5. 66· 10 14	5. 42· 10 14	4. 7· 10 14	3. 03· 10 14
89श्री	4. 04· 10 16	3. 98· 10 16	5. 78· 10 15	2. 7· 10 14	1. 2· 10 10
90श्री	3. 51· 10 15	3. 51· 10 15	3. 48· 10 15	3. 43· 10 15	3. 26· 10 15	2. 75· 10 15
95 Zr	7. 29· 10 16	7. 21· 10 16	1. 99· 10 16	1. 4· 10 15	5. 14· 10 11
95Nb	7. 23· 10 16	7. 23· 10 16	3. 57· 10 16	3. 03· 10 15	1. 14· 10 12
103 रु	7. 08· 10 16	6. 95· 10 16	8. 55· 10 15	1. 14· 10 14	2. 97· 10 8
106 रु	2. 37· 10 16	2. 37· 10 16	1. 89· 10 16	1. 19· 10 16	3. 02· 10 15	2. 46· 10 13
131 मैं	4. 49· 10 16	4. 19· 10 16	1. 5· 10 12	1. 01· 10 3
134Cs	7. 50· 10 15	7. 50· 10 15	6. 71· 10 15	5. 36· 10 15	2. 73· 10 15	2. 6· 10 14
137Cs	4. 69· 10 15	4. 69· 10 15	4. 65· 10 15	4. 58· 10 15	4. 38· 10 15	3. 73· 10 15
140 बा	7. 93· 10 16	7. 51· 10 16	1. 19· 10 14	2. 03· 10 8
140ला	8. 19· 10 16	8. 05· 10 16	1. 37· 10 14	2. 34· 10 8
141 सीई	7. 36· 10 16	7. 25· 10 16	5. 73· 10 15	3. 08· 10 13	5. 33· 10 6
144 सीई	5. 44· 10 16	5. 44· 10 16	4. 06· 10 16	2. 24· 10 16	3. 77· 10 15	7. 43· 10 12
143 अपराह्न	6. 77· 10 16	6. 70· 10 16	1. 65· 10 14	6. 11· 10 8
147 अपराह्न	7. 05 10 15	7. 05· 10 15	6. 78· 10 15	5. 68· 10 15	3. 35· 10 14

1939 में जर्मन वैज्ञानिकों ओटो हैन और फ्रिट्ज स्ट्रैसमैन द्वारा न्यूट्रॉन के साथ बमबारी करके यूरेनियम नाभिक के विखंडन की खोज की गई थी।

ओटो हैन (1879-1968)
जर्मन भौतिक विज्ञानी, रेडियोकैमिस्ट्री के क्षेत्र में अग्रणी वैज्ञानिक। यूरेनियम के विखंडन की खोज की, कई रेडियोधर्मी तत्व

फ़्रिट्ज़ स्ट्रैसमैन (1902-1980)
जर्मन भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ। कार्य परमाणु रसायन विज्ञान, परमाणु विखंडन से संबंधित हैं। विखंडन प्रक्रिया को रासायनिक प्रमाण दिया

आइए इस घटना के तंत्र पर विचार करें। चित्र 162, पारंपरिक रूप से एक परमाणु यूरेनियम के नाभिक को दर्शाता है। एक अतिरिक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के बाद, नाभिक उत्तेजित और विकृत हो जाता है, एक लम्बी आकृति प्राप्त करता है (चित्र। 162, बी)।

चावल। 162. एक न्यूट्रॉन के प्रभाव में यूरेनियम नाभिक के विखंडन की प्रक्रिया जो इसमें गिर गई है

आप पहले से ही जानते हैं कि नाभिक में दो प्रकार के बल कार्य करते हैं: प्रोटॉन के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण बल, जो नाभिक को तोड़ते हैं, और सभी नाभिकों के बीच परमाणु आकर्षक बल, जिसके कारण नाभिक का क्षय नहीं होता है। लेकिन परमाणु बल कम दूरी के होते हैं, इसलिए, एक लंबे नाभिक में, वे अब नाभिक के उन हिस्सों को नहीं पकड़ सकते हैं जो एक दूसरे से बहुत दूर हैं। इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकारक बलों की कार्रवाई के तहत, नाभिक दो भागों में टूट जाता है (चित्र 162, सी), जो विभिन्न दिशाओं में बड़ी गति से बिखरता है और 2-3 न्यूट्रॉन का उत्सर्जन करता है।

यह पता चला है कि नाभिक की आंतरिक ऊर्जा का हिस्सा उड़ने वाले टुकड़ों और कणों की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। पर्यावरण में टुकड़े तेजी से कम हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनकी गतिज ऊर्जा माध्यम की आंतरिक ऊर्जा (यानी, इसके घटक कणों की बातचीत और थर्मल गति की ऊर्जा में) में परिवर्तित हो जाती है।

बड़ी संख्या में यूरेनियम नाभिकों के एक साथ विखंडन के साथ आंतरिक ऊर्जायूरेनियम के आसपास का वातावरण और, तदनुसार, इसका तापमान उल्लेखनीय रूप से बढ़ जाता है (यानी, पर्यावरण गर्म हो जाता है)।

इस प्रकार, यूरेनियम नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया ऊर्जा की रिहाई के साथ आगे बढ़ती है वातावरण.

परमाणुओं के नाभिक में निहित ऊर्जा विशाल है। उदाहरण के लिए, 1 ग्राम यूरेनियम में मौजूद सभी नाभिकों के पूर्ण विखंडन से उतनी ही ऊर्जा निकलती है जितनी 2.5 टन तेल के दहन के दौरान निकलती है। परमाणु नाभिक की आंतरिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलने के लिए, परमाणु ऊर्जा संयंत्र तथाकथित का उपयोग करते हैं परमाणु विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रियाएं.

आइए हम यूरेनियम समस्थानिक के परमाणु विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया के तंत्र पर विचार करें। एक न्यूट्रॉन पर कब्जा करने के परिणामस्वरूप यूरेनियम परमाणु (चित्र। 163) के नाभिक को तीन न्यूट्रॉन उत्सर्जित करते हुए दो भागों में विभाजित किया गया था। इनमें से दो न्यूट्रॉन ने दो और नाभिकों की विखंडन प्रतिक्रिया का कारण बना, इस प्रकार चार न्यूट्रॉन का उत्पादन किया। ये, बदले में, चार नाभिकों के विखंडन का कारण बने, जिसके बाद नौ न्यूट्रॉन बने, आदि।

एक श्रृंखला प्रतिक्रिया इस तथ्य के कारण संभव है कि प्रत्येक नाभिक के विखंडन के दौरान 2-3 न्यूट्रॉन बनते हैं, जो अन्य नाभिकों के विखंडन में भाग ले सकते हैं।

चित्र 163 एक श्रृंखला प्रतिक्रिया आरेख दिखाता है जिसमें कुल गणनायूरेनियम के एक टुकड़े में मुक्त न्यूट्रॉन समय के साथ हिमस्खलन की तरह बढ़ते हैं। तदनुसार, परमाणु विखंडन की संख्या और प्रति इकाई समय में जारी ऊर्जा में तेजी से वृद्धि होती है। इसलिए, ऐसी प्रतिक्रिया विस्फोटक होती है (यह परमाणु बम में होती है)।

चावल। 163. यूरेनियम नाभिक के विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया

एक अन्य विकल्प संभव है, जिसमें समय के साथ मुक्त न्यूट्रॉनों की संख्या घटती जाती है। इस मामले में, श्रृंखला प्रतिक्रिया बंद हो जाती है। इसलिए, ऐसी प्रतिक्रिया का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए भी नहीं किया जा सकता है।

शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए, केवल ऐसी श्रृंखला प्रतिक्रिया की ऊर्जा का उपयोग करना संभव है जिसमें समय के साथ न्यूट्रॉन की संख्या नहीं बदलती है।

कैसे सुनिश्चित करें कि न्यूट्रॉन की संख्या हर समय स्थिर रहती है? इस समस्या को हल करने के लिए, यह जानना आवश्यक है कि कौन से कारक यूरेनियम के एक टुकड़े में मुक्त न्यूट्रॉन की कुल संख्या में वृद्धि और कमी को प्रभावित करते हैं जिसमें एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है।

ऐसा ही एक कारक यूरेनियम का द्रव्यमान है। तथ्य यह है कि परमाणु विखंडन के दौरान उत्सर्जित प्रत्येक न्यूट्रॉन अन्य नाभिकों के विखंडन का कारण नहीं बनता है (चित्र 163 देखें)। यदि यूरेनियम के एक टुकड़े का द्रव्यमान (और, तदनुसार, आकार) बहुत छोटा है, तो कई न्यूट्रॉन इससे बाहर निकल जाएंगे, उनके पास अपने रास्ते में नाभिक से मिलने का समय नहीं है, इसके विखंडन का कारण बनता है और इस प्रकार एक नई पीढ़ी उत्पन्न करता है प्रतिक्रिया जारी रखने के लिए आवश्यक न्यूट्रॉन। इस मामले में, श्रृंखला प्रतिक्रिया बंद हो जाएगी। प्रतिक्रिया को न रुकने के लिए, यूरेनियम के द्रव्यमान को तक बढ़ाना आवश्यक है निश्चित मूल्यबुलाया गंभीर.

द्रव्यमान में वृद्धि के साथ श्रृंखला प्रतिक्रिया क्यों संभव हो जाती है? एक टुकड़े का द्रव्यमान जितना बड़ा होता है, उसके आयाम उतने ही बड़े होते हैं और जिस पथ में न्यूट्रॉन चलते हैं वह उतना ही लंबा होता है। इस मामले में, न्यूट्रॉन के नाभिक से मिलने की संभावना बढ़ जाती है। तदनुसार, परमाणु विखंडन की संख्या और उत्सर्जित न्यूट्रॉन की संख्या में वृद्धि होती है।

यूरेनियम के एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान पर, नाभिक के विखंडन के दौरान दिखाई देने वाले न्यूट्रॉन की संख्या खोए हुए न्यूट्रॉन की संख्या के बराबर हो जाती है (अर्थात, बिना विखंडन के नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया जाता है और टुकड़े से बाहर उड़ जाता है)।

इसलिए, उनकी कुल संख्या अपरिवर्तित रहती है। इस मामले में, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया हो सकती है लंबे समय तक, बिना रुके और एक विस्फोटक चरित्र प्राप्त किए बिना।

• यूरेनियम का सबसे छोटा द्रव्यमान जिस पर श्रृंखला अभिक्रिया संभव है, क्रांतिक द्रव्यमान कहलाता है।

यदि यूरेनियम का द्रव्यमान क्रांतिक से अधिक है, तो मुक्त न्यूट्रॉन की संख्या में तेज वृद्धि के परिणामस्वरूप, श्रृंखला प्रतिक्रिया एक विस्फोट की ओर ले जाती है, और यदि यह महत्वपूर्ण से कम है, तो प्रतिक्रिया एक के कारण आगे नहीं बढ़ती है मुक्त न्यूट्रॉन की कमी।

न केवल यूरेनियम के द्रव्यमान को बढ़ाकर, बल्कि एक विशेष परावर्तक खोल का उपयोग करके भी न्यूट्रॉन के नुकसान को कम करना संभव है (जो नाभिक के साथ प्रतिक्रिया किए बिना यूरेनियम से बाहर निकलते हैं)। ऐसा करने के लिए, यूरेनियम का एक टुकड़ा एक पदार्थ से बने खोल में रखा जाता है जो न्यूट्रॉन को अच्छी तरह से दर्शाता है (उदाहरण के लिए, बेरिलियम)। इस खोल से परावर्तित होकर, न्यूट्रॉन यूरेनियम में लौट आते हैं और परमाणु विखंडन में भाग ले सकते हैं।

ऐसे कई अन्य कारक हैं जिन पर श्रृंखला प्रतिक्रिया की संभावना निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, यदि यूरेनियम के एक टुकड़े में अन्य रासायनिक तत्वों की बहुत अधिक अशुद्धियाँ हैं, तो वे अधिकांश न्यूट्रॉन को अवशोषित कर लेते हैं और प्रतिक्रिया रुक जाती है।

यूरेनियम में तथाकथित न्यूट्रॉन मॉडरेटर की उपस्थिति भी प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को प्रभावित करती है। तथ्य यह है कि धीमी न्यूट्रॉन की कार्रवाई के तहत यूरेनियम -235 के नाभिक के विखंडन की सबसे अधिक संभावना है। परमाणु विखंडन तेज न्यूट्रॉन पैदा करता है। यदि तेज न्यूट्रॉन को धीमा कर दिया जाता है, तो उनमें से अधिकांश यूरेनियम -235 नाभिक द्वारा इन नाभिकों के बाद के विखंडन के साथ कब्जा कर लिया जाएगा। ग्रेफाइट, पानी, भारी पानी (जिसमें ड्यूटेरियम, हाइड्रोजन का एक समस्थानिक 2 की द्रव्यमान संख्या के साथ) और कुछ अन्य जैसे पदार्थ मॉडरेटर के रूप में उपयोग किए जाते हैं। ये पदार्थ केवल न्यूट्रॉन को धीमा कर देते हैं, लगभग उन्हें अवशोषित किए बिना।

इस प्रकार, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया की संभावना यूरेनियम के द्रव्यमान, इसमें अशुद्धियों की मात्रा, एक खोल और एक मॉडरेटर की उपस्थिति और कुछ अन्य कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है।

यूरेनियम-235 के एक गोलाकार टुकड़े का क्रांतिक द्रव्यमान लगभग 50 किग्रा है। इसके अलावा, इसकी त्रिज्या केवल 9 सेमी है, क्योंकि यूरेनियम का घनत्व बहुत अधिक है।

मॉडरेटर और परावर्तक खोल का उपयोग करके और अशुद्धियों की मात्रा को कम करके, यूरेनियम के महत्वपूर्ण द्रव्यमान को 0.8 किलोग्राम तक कम करना संभव है।

प्रशन

1. परमाणु विखंडन केवल तभी क्यों शुरू हो सकता है जब यह अवशोषित न्यूट्रॉन की क्रिया के तहत विकृत हो जाता है?
2. परमाणु विखंडन के परिणामस्वरूप क्या बनता है?
3. नाभिक की आंतरिक ऊर्जा का एक भाग विखंडन के दौरान किस ऊर्जा में गुजरता है; पर्यावरण में मंदी के दौरान यूरेनियम नाभिक के टुकड़ों की गतिज ऊर्जा?
4. यूरेनियम नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया कैसे आगे बढ़ती है - पर्यावरण में ऊर्जा की रिहाई के साथ या इसके विपरीत, ऊर्जा के अवशोषण के साथ?
5. चित्र 163 की सहायता से श्रृंखला अभिक्रिया की क्रियाविधि का वर्णन कीजिए।
6. यूरेनियम का क्रांतिक द्रव्यमान कितना होता है?
7. यदि यूरेनियम का द्रव्यमान क्रांतिक से कम हो तो क्या श्रृंखला अभिक्रिया संभव है; अधिक आलोचनात्मक? क्यों?

>> यूरेनियम विखंडन

107 यूरेनस नाभिक का विखंडन

केवल कुछ भारी तत्वों के नाभिकों को ही भागों में विभाजित किया जा सकता है। नाभिक के विखंडन के दौरान, दो या तीन न्यूट्रॉन और -किरणें उत्सर्जित होती हैं। उसी समय, बहुत सारी ऊर्जा निकलती है।

यूरेनियम विखंडन की खोज।यूरेनियम नाभिक के विखंडन की खोज 1938 में जर्मन वैज्ञानिकों ओ. हैन और एफ. स्ट्रैसमैन। उन्होंने स्थापित किया कि जब यूरेनियम पर न्यूट्रॉन की बमबारी होती है, तो आवधिक प्रणाली के मध्य भाग के तत्व उत्पन्न होते हैं: बेरियम, क्रिप्टन, आदि। हालांकि, इस तथ्य की सही व्याख्या यूरेनियम नाभिक के विखंडन के रूप में ठीक है, जिसने न्यूट्रॉन पर कब्जा कर लिया था। 1939 की शुरुआत में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी ओ। फ्रिस्क ने ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी एल। मीटनर के साथ मिलकर काम किया।

न्यूट्रॉन का कब्जा नाभिक की स्थिरता को नष्ट कर देता है। नाभिक उत्तेजित हो जाता है और अस्थिर हो जाता है, जिससे उसका विभाजन टुकड़ों में हो जाता है। परमाणु विखंडन संभव है क्योंकि एक भारी नाभिक का शेष द्रव्यमान विखंडन के दौरान उत्पन्न होने वाले टुकड़ों के शेष द्रव्यमान के योग से अधिक होता है। इसलिए, विखंडन के साथ शेष द्रव्यमान में कमी के बराबर ऊर्जा का विमोचन होता है।

भारी नाभिक के विखंडन की संभावना को द्रव्यमान संख्या A पर विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा की निर्भरता के ग्राफ का उपयोग करके भी समझाया जा सकता है (चित्र 13.11 देखें)। आवधिक प्रणाली में रहने वाले तत्वों के परमाणु नाभिक की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा अंतिम स्थान(ए 200), आवधिक प्रणाली (ए 100) के मध्य में स्थित तत्वों के नाभिक में विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा से लगभग 1 MeV कम। अतः आवर्त प्रणाली के मध्य भाग में भारी नाभिकों के तत्वों के नाभिकों में विखंडन की प्रक्रिया ऊर्जावान रूप से अनुकूल होती है। विखंडन के बाद, सिस्टम न्यूनतम आंतरिक ऊर्जा वाली स्थिति में चला जाता है। आखिरकार, नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा जितनी अधिक होती है, नाभिक के उत्पन्न होने पर उतनी ही अधिक ऊर्जा निकलती है और, परिणामस्वरूप, नवगठित प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा कम होती है।

परमाणु विखंडन के दौरान, प्रति न्यूक्लियॉन बाध्यकारी ऊर्जा 1 MeV तक बढ़ जाती है, और जारी की गई कुल ऊर्जा बहुत बड़ी होनी चाहिए - लगभग 200 MeV। किसी और के तहत नहीं परमाणु प्रतिक्रिया(विखंडन से संबंधित नहीं) इतनी बड़ी ऊर्जाएँ नहीं निकलती हैं।

यूरेनियम नाभिक के विखंडन के दौरान जारी ऊर्जा के प्रत्यक्ष माप ने उपरोक्त विचारों की पुष्टि की और 200 MeV का मान दिया। इसके अलावा, इस ऊर्जा का अधिकांश भाग (168 MeV) टुकड़ों की गतिज ऊर्जा पर पड़ता है। चित्र 13.13 में आप एक बादल कक्ष में विखंडनीय यूरेनियम के टुकड़ों के निशान देखते हैं।

नाभिकीय विखंडन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा नाभिकीय उत्पत्ति के बजाय इलेक्ट्रोस्टैटिक की होती है। उनके कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण टुकड़ों में उत्पन्न होने वाली बड़ी गतिज ऊर्जा।

परमाणु विखंडन का तंत्र।नाभिक के ड्रॉप मॉडल के आधार पर नाभिकीय विखंडन की प्रक्रिया को समझाया जा सकता है। इस मॉडल के अनुसार, नाभिकों का एक गुच्छा आवेशित द्रव की एक बूंद जैसा दिखता है (चित्र 13.14, a)। नाभिकीय बलों के बीच परमाणु बल कम दूरी के होते हैं, जैसे तरल अणुओं के बीच कार्य करने वाले बल। प्रोटॉन के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की मजबूत ताकतों के साथ, जो नाभिक को अलग करने की प्रवृत्ति रखते हैं, अभी भी आकर्षण के बड़े परमाणु बल हैं। ये बल नाभिक को विघटित होने से बचाते हैं।

यूरेनियम-235 का नाभिक गोलाकार होता है। एक अतिरिक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के बाद, यह उत्तेजित होता है और विकृत होने लगता है, एक लम्बी आकृति प्राप्त करता है (चित्र 13.14, बी)। कोर तब तक खिंचता रहेगा जब तक कि विस्तारित कोर के हिस्सों के बीच प्रतिकारक बल इस्थमस में अभिनय करने वाली आकर्षक ताकतों पर हावी नहीं होने लगते (चित्र 13.14, सी)। उसके बाद, इसे दो भागों में तोड़ दिया जाता है (चित्र 13.14, डी)।

कूलम्ब प्रतिकर्षण बलों की कार्रवाई के तहत, ये टुकड़े प्रकाश की गति के 1/30 के बराबर गति से अलग हो जाते हैं।

विखंडन के दौरान न्यूट्रॉन का उत्सर्जन।परमाणु विखंडन का मूल तथ्य विखंडन के दौरान दो या तीन न्यूट्रॉन का उत्सर्जन है। इससे यह संभव हुआ प्रायोगिक उपयोगइंट्रान्यूक्लियर ऊर्जा।

यह समझना संभव है कि निम्नलिखित कारणों से मुक्त न्यूट्रॉन क्यों उत्सर्जित होते हैं। यह ज्ञात है कि स्थिर नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के साथ न्यूट्रॉन की संख्या का अनुपात परमाणु संख्या में वृद्धि के साथ बढ़ता है। इसलिए, विखंडन के दौरान उत्पन्न होने वाले टुकड़ों में, न्यूट्रॉन की सापेक्ष संख्या आवर्त सारणी के मध्य में स्थित परमाणुओं के नाभिक के लिए अनुमेय से अधिक हो जाती है। नतीजतन, विखंडन प्रक्रिया में कई न्यूट्रॉन जारी किए जाते हैं। उनकी ऊर्जा है विभिन्न अर्थ- कई मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट से लेकर बहुत छोटा, शून्य के करीब।

विखंडन आमतौर पर टुकड़ों में होता है, जिनमें से द्रव्यमान लगभग 1.5 गुना भिन्न होता है। ये टुकड़े अत्यधिक रेडियोधर्मी होते हैं, क्योंकि इनमें न्यूट्रॉन की मात्रा अधिक होती है। क्रमिक-क्षय की एक श्रृंखला के परिणामस्वरूप, स्थिर समस्थानिक अंततः प्राप्त होते हैं।

अंत में, हम ध्यान दें कि यूरेनियम नाभिक का स्वतःस्फूर्त विखंडन भी होता है। इसकी खोज सोवियत भौतिकविदों जी.एन. फ्लेरोव और के.ए. पेट्रज़क ने 1940 में की थी। सहज विखंडन के लिए आधा जीवन 10 16 वर्ष है। यह यूरेनियम क्षय के आधे जीवन से दो मिलियन गुना अधिक है।

परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है।

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1934 में, ई. फर्मी ने 238 U को न्यूट्रॉन से विकिरणित करके ट्रांसयूरेनियम तत्व प्राप्त करने का निर्णय लिया। ई. फर्मी का विचार था कि 239 यू समस्थानिक के β-क्षय के परिणामस्वरूप, रासायनिक तत्वपरमाणु क्रमांक Z = 93 के साथ। हालांकि, 93वें तत्व के गठन की पहचान करना संभव नहीं था। इसके बजाय, ओ। हैन और एफ। स्ट्रैसमैन द्वारा किए गए रेडियोधर्मी तत्वों के रेडियोकेमिकल विश्लेषण के परिणामस्वरूप, यह दिखाया गया था कि न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम विकिरण के उत्पादों में से एक बेरियम (जेड = 56) है - मध्यम परमाणु भार का एक रासायनिक तत्व जबकि, फर्मी सिद्धांत की धारणा के अनुसार ट्रांसयूरेनियम तत्वों का उत्पादन किया जाना चाहिए था।
एल. मीटनर और ओ. फ्रिस्क ने सुझाव दिया कि यूरेनियम नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन को पकड़ने के परिणामस्वरूप, यौगिक नाभिक दो भागों में टूट जाता है

92 यू + एन → 56 बा + 36 कर + एक्सएन।

यूरेनियम विखंडन की प्रक्रिया माध्यमिक न्यूट्रॉन (x> 1) की उपस्थिति के साथ होती है जो अन्य यूरेनियम नाभिक के विखंडन का कारण बन सकती है, जिससे विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया होने की संभावना खुल जाती है - एक न्यूट्रॉन एक शाखित श्रृंखला को जन्म दे सकता है यूरेनियम नाभिक के विखंडन से। इस मामले में, अलग किए गए नाभिकों की संख्या में तेजी से वृद्धि होनी चाहिए। एन। बोहर और जे। व्हीलर ने 236 यू नाभिक के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण ऊर्जा की गणना की, जो 235 यू आइसोटोप द्वारा न्यूट्रॉन के कब्जा करने के परिणामस्वरूप विभाजित होने के परिणामस्वरूप बनाई गई थी। यह मान 6.2 MeV है, जो 236 यू समस्थानिक की उत्तेजना ऊर्जा से कम है, जो एक थर्मल न्यूट्रॉन 235 यू के कब्जा के दौरान बनता है। इसलिए, जब थर्मल न्यूट्रॉन पर कब्जा कर लिया जाता है, तो 235 यू की एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया संभव है। अधिकांश के लिए सामान्य समस्थानिक 238 U, क्रांतिक ऊर्जा 5.9 MeV है, जबकि जब एक थर्मल न्यूट्रॉन को कैप्चर किया जाता है, तो परिणामी 239 U नाभिक की उत्तेजना ऊर्जा केवल 5.2 MeV होती है। इसलिए, थर्मल न्यूट्रॉन की कार्रवाई के तहत प्रकृति में सबसे आम आइसोटोप 238 यू के विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया असंभव है। एक विखंडन घटना में, 200 MeV की ऊर्जा निकलती है (तुलना के लिए, in . में) रसायनिक प्रतिक्रियाप्रतिक्रिया के एक कार्य में दहन, 10 eV की ऊर्जा जारी की जाती है)। एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए स्थितियां बनाने की संभावना ने परमाणु रिएक्टर और परमाणु हथियार बनाने के लिए श्रृंखला प्रतिक्रिया की ऊर्जा का उपयोग करने की संभावनाएं खोलीं। पहला परमाणु रिएक्टर 1942 में यूएसए में ई। फर्मी द्वारा बनाया गया था। यूएसएसआर में, 1946 में आई। कुरचटोव के नेतृत्व में पहला परमाणु रिएक्टर लॉन्च किया गया था। 1954 में, ओबनिंस्क में दुनिया के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन शुरू हुआ। वर्तमान में, दुनिया भर के 30 देशों में लगभग 440 परमाणु रिएक्टरों में विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है।
1940 में, जी। फ्लेरोव और के। पेट्रज़क ने यूरेनियम के सहज विखंडन की खोज की। निम्नलिखित आंकड़े प्रयोग की जटिलता की गवाही देते हैं। 238 यू आइसोटोप के सहज विखंडन के संबंध में आंशिक आधा जीवन 10 16-10 17 वर्ष है, जबकि 238 यू आइसोटोप की क्षय अवधि 4.5∙10 9 वर्ष है। 238 यू आइसोटोप के लिए मुख्य क्षय चैनल α-क्षय है। 238 यू समस्थानिक के सहज विखंडन का निरीक्षण करने के लिए, 10 7-10 8 α-क्षय घटनाओं की पृष्ठभूमि के खिलाफ एक विखंडन घटना को पंजीकृत करना आवश्यक था।
सहज विखंडन की संभावना मुख्य रूप से विखंडन अवरोध की पारगम्यता से निर्धारित होती है। नाभिक के आवेश में वृद्धि के साथ सहज विखंडन की संभावना बढ़ जाती है, क्योंकि। यह विभाजन पैरामीटर Z 2 /A को बढ़ाता है। Z समस्थानिकों में< 92-95 деление происходит преимущественно с образованием двух осколков деления с отношением масс тяжёлого и лёгкого осколков 3:2. В изотопах Z >100, सममितीय विखंडन समान द्रव्यमान के टुकड़ों के निर्माण के साथ प्रबल होता है। जैसे-जैसे नाभिक का आवेश बढ़ता है, α-क्षय की तुलना में स्वतः विखंडन का अनुपात बढ़ता जाता है।

आइसोटोप	हाफ लाइफ	क्षय के चैनल
235 यू	7.04 10 8 वर्ष	α (100%), एसएफ (7 10-9%)
238 यू	4.47 10 9 वर्ष	α (100%), एस एफ (5.5 10-5%)
240 पु	6.56 10 3 वर्ष	α (100%), एस एफ (5.7 10-6%)
242 पु	3.75 10 5 वर्ष	α (100%), एस एफ (5.5 10-4%)
246 सेमी	4.76 10 3 वर्ष	α (99.97%), एसएफ (0.03%)
252 सीएफ	2.64 वर्ष	α (96.91%), एसएफ (3.09%)
254 सीएफ	60.5 साल पुराना	α (0.31%), एसएफ (99.69%)
256 सीएफ	12.3 साल पुराना	α (7.04 10 -8%), एसएफ (100%)

परमाणु विखंडन। कहानी

1934- ई। फर्मी, थर्मल न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम का विकिरण, प्रतिक्रिया उत्पादों के बीच रेडियोधर्मी नाभिक पाया, जिसकी प्रकृति स्थापित नहीं की जा सकी।
एल। स्ज़ीलार्ड ने परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के विचार को सामने रखा।

1939- ओ। हैन और एफ। स्ट्रैसमैन ने प्रतिक्रिया उत्पादों के बीच बेरियम की खोज की।
एल. मीटनर और ओ. फ्रिस्क ने पहली बार घोषणा की कि न्यूट्रॉन की क्रिया के तहत, यूरेनियम को द्रव्यमान में तुलनीय दो टुकड़ों में विभाजित किया गया था।
एन. बोहर और जे. व्हीलर ने विखंडन पैरामीटर की शुरुआत करके परमाणु विखंडन की मात्रात्मक व्याख्या दी।
हां। फ्रेंकेल ने धीमी न्यूट्रॉन द्वारा परमाणु विखंडन के ड्रॉप सिद्धांत को विकसित किया।
एल। स्ज़ीलार्ड, ई। विग्नर, ई। फर्मी, जे। व्हीलर, एफ। जोलियट-क्यूरी, हां। ज़ेल्डोविच, यू। खारिटन ​​ने यूरेनियम में होने वाली परमाणु विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया की संभावना की पुष्टि की।

1940- जी. फ्लेरोव और के. पेट्रझाक ने यू यूरेनियम नाभिक के स्वतःस्फूर्त विखंडन की घटना की खोज की।

1942- ई। फर्मी ने पहले परमाणु रिएक्टर में एक नियंत्रित विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया की।

1945- परमाणु हथियारों का पहला परीक्षण (नेवादा, यूएसए)। जापानी शहरों हिरोशिमा (6 अगस्त) और नागासाकी (9 अगस्त) पर परमाणु बम गिराए गए।

1946- आई.वी. के नेतृत्व में। यूरोप में पहला रिएक्टर कुरचतोव लॉन्च किया गया था।

1954- दुनिया का पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र शुरू किया गया था (ओबनिंस्क, यूएसएसआर)।

परमाणु विखंडन।1934 से, ई. फर्मी ने परमाणुओं पर बमबारी करने के लिए न्यूट्रॉन का उपयोग करना शुरू किया। तब से, कृत्रिम परिवर्तन द्वारा प्राप्त स्थिर या रेडियोधर्मी नाभिक की संख्या कई सैकड़ों तक बढ़ गई है, और आवर्त सारणी में लगभग सभी स्थान आइसोटोप से भर गए हैं।
इन सभी परमाणु प्रतिक्रियाओं में उत्पन्न होने वाले परमाणुओं ने आवर्त सारणी में बमबारी वाले परमाणु, या पड़ोसी स्थानों के समान स्थान पर कब्जा कर लिया। इसलिए, 1938 में हैन और स्ट्रैसमैन द्वारा इस तथ्य का प्रमाण कि जब न्यूट्रॉन आवधिक प्रणाली के अंतिम तत्व पर बमबारी करते हैं−यूरेनियम−उन तत्वों में क्षय जो आवर्त प्रणाली के मध्य भागों में हैं। यहां परफॉर्म कर रहे हैं विभिन्न प्रकारक्षय। जो परमाणु उत्पन्न होते हैं वे अधिकतर अस्थिर होते हैं और तुरंत आगे क्षय हो जाते हैं; कुछ का आधा जीवन सेकंड में मापा जाता है, इसलिए गण को आवेदन करना पड़ा विश्लेषणात्मक विधिक्यूरी इतनी तेज प्रक्रिया को लंबा करने के लिए। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यूरेनियम, प्रोटैक्टीनियम और थोरियम के सामने के तत्व भी न्यूट्रॉन की क्रिया के तहत समान क्षय दिखाते हैं, हालांकि यूरेनियम के मामले की तुलना में क्षय शुरू होने के लिए उच्च न्यूट्रॉन ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसके साथ ही, 1940 में, G. N. Flerov और K. A. Petrzhak ने यूरेनियम नाभिक के सहज विखंडन की खोज की, जो उस समय तक ज्ञात सबसे लंबे आधे जीवन के साथ था: लगभग 2· 10 15 वर्ष; प्रक्रिया में निकले न्यूट्रॉनों के कारण यह तथ्य स्पष्ट हो जाता है। तो यह समझना संभव था कि "प्राकृतिक" आवधिक प्रणाली तीन नामित तत्वों के साथ क्यों समाप्त होती है। ट्रांसयूरेनियम तत्व अब ज्ञात हैं, लेकिन वे इतने अस्थिर हैं कि वे जल्दी से क्षय हो जाते हैं।
न्यूट्रॉन के माध्यम से यूरेनियम का विखंडन अब परमाणु ऊर्जा का उपयोग करना संभव बनाता है, जिसे पहले से ही "जूल्स वर्ने का सपना" के रूप में कई लोगों द्वारा कल्पना की जा चुकी है।

एम. लाउ, भौतिकी का इतिहास

1939 ओ। हैन और एफ। स्ट्रैसमैन, थर्मल न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम लवण को विकिरणित करते हुए, प्रतिक्रिया उत्पादों बेरियम (जेड = 56) के बीच खोजा गया।

ओटो गुन्नो (1879 – 1968)

नाभिकीय विखंडन एक समान द्रव्यमान वाले दो (शायद ही कभी तीन) नाभिकों में एक नाभिक का विभाजन होता है, जिसे विखंडन टुकड़े कहा जाता है। विखंडन के दौरान अन्य कण भी उत्पन्न होते हैं - न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन, α-कण। विखंडन के परिणामस्वरूप, ~ 200 MeV की ऊर्जा निकलती है। विखंडन अन्य कणों की क्रिया के तहत सहज या मजबूर हो सकता है, सबसे अधिक बार न्यूट्रॉन।
विखंडन की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि विखंडन के टुकड़े, एक नियम के रूप में, द्रव्यमान में काफी भिन्न होते हैं, अर्थात, असममित विखंडन प्रबल होता है। इस प्रकार, यूरेनियम समस्थानिक 236 यू के सबसे संभावित विखंडन के मामले में, खंड द्रव्यमान अनुपात 1.46 है। एक भारी टुकड़े की द्रव्यमान संख्या 139 (क्सीनन) होती है, और एक हल्के टुकड़े की द्रव्यमान संख्या 95 (स्ट्रोंटियम) होती है। दो त्वरित न्यूट्रॉन के उत्सर्जन को ध्यान में रखते हुए, माना विखंडन प्रतिक्रिया का रूप है

रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार
1944 - ओ। गण।
न्यूट्रॉन द्वारा यूरेनियम नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया की खोज के लिए।

विखंडन शार्ड्स

विखंडनीय नाभिक के द्रव्यमान पर प्रकाश और भारी समूहों के औसत द्रव्यमान की निर्भरता।

परमाणु विखंडन की खोज। 1939

मैं स्वीडन आया, जहां लिस मीटनर अकेलेपन से पीड़ित थे, और एक समर्पित भतीजे के रूप में, मैंने क्रिसमस पर उनसे मिलने का फैसला किया। वह गोथेनबर्ग के पास छोटे से होटल कुंगलव में रहती थी। मैंने उसे नाश्ते पर पकड़ लिया। उसने उस पत्र पर विचार किया जो उसे अभी-अभी हान से मिला था। मुझे पत्र की सामग्री के बारे में बहुत संदेह था, जिसमें न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम को विकिरणित करके बेरियम के गठन की सूचना दी गई थी। हालाँकि, वह इस अवसर से आकर्षित थी। हम बर्फ में चले, वह चली, मैंने स्की की (उसने कहा कि वह मेरे पीछे पड़े बिना ऐसा कर सकती है, और उसने इसे साबित कर दिया)। वॉक के अंत तक हम पहले से ही कुछ निष्कर्ष निकालने में सक्षम थे; नाभिक विभाजित नहीं हुआ, और टुकड़े इससे नहीं उड़े, लेकिन यह एक ऐसी प्रक्रिया थी जो बोहर नाभिक के ड्रॉप मॉडल के समान थी; एक बूँद की तरह, केन्द्रक लम्बा और विभाजित हो सकता है। तब मैंने पता लगाया कि कैसे आवेशन्यूक्लियॉन सतह के तनाव को कम करता है, जैसा कि मैं स्थापित करने में सक्षम हूं, Z = 100 पर शून्य हो जाता है और, शायद, यूरेनियम के लिए बहुत छोटा है। Lise Meitner एक बड़े पैमाने पर दोष के कारण प्रत्येक क्षय के दौरान जारी ऊर्जा का निर्धारण करने में लगा हुआ था। उसे द्रव्यमान दोष वक्र का बहुत स्पष्ट विचार था। यह पता चला कि इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के कारण, विखंडन तत्व लगभग 200 MeV की ऊर्जा प्राप्त करेंगे, और यह सिर्फ एक द्रव्यमान दोष से जुड़ी ऊर्जा के अनुरूप है। इसलिए, प्रक्रिया एक संभावित बाधा से गुजरने की अवधारणा को शामिल किए बिना विशुद्ध रूप से शास्त्रीय रूप से आगे बढ़ सकती है, जो निश्चित रूप से यहां बेकार हो जाएगी।
हमने क्रिसमस पर दो या तीन दिन एक साथ बिताए। फिर मैं कोपेनहेगन लौट आया और बोहर को हमारे विचार के बारे में बताने का समय ही नहीं मिला जब वह पहले से ही यूएसए के लिए स्टीमर में सवार था। मुझे याद है कि जैसे ही मैंने बोलना शुरू किया, उसने अपना माथा कैसे थपथपाया और कहा: "ओह, हम कितने मूर्ख थे! हमें इस पर जल्द ध्यान देना चाहिए था।" लेकिन उसने ध्यान नहीं दिया, और किसी ने ध्यान नहीं दिया।
Lise Meitner और मैंने एक लेख लिखा था। साथ ही, हम लंबी दूरी के टेलीफोन कोपेनहेगन - स्टॉकहोम द्वारा लगातार संपर्क में रहे।

ओ फ्रिस्क, संस्मरण। यूएफएन। 1968. टी. 96, अंक 4, पृ. 697.

स्वतःस्फूर्त परमाणु विखंडन

नीचे वर्णित प्रयोगों में, हमने परमाणु विखंडन की प्रक्रियाओं को रिकॉर्ड करने के लिए पहले फ्रिस्क द्वारा प्रस्तावित विधि का उपयोग किया था। यूरेनियम ऑक्साइड की एक परत के साथ लेपित प्लेटों के साथ एक आयनीकरण कक्ष एक रैखिक एम्पलीफायर से इस तरह से जुड़ा होता है कि यूरेनियम से उत्सर्जित α कण सिस्टम द्वारा पंजीकृत नहीं होते हैं; टुकड़ों से आवेग, जो α-कणों के आवेगों से बहुत बड़े होते हैं, आउटपुट थायराट्रॉन को अनलॉक करते हैं और इसे एक यांत्रिक रिले माना जाता है।
एक आयनीकरण कक्ष को विशेष रूप से एक बहुपरत फ्लैट संधारित्र के रूप में डिजाइन किया गया था जिसमें कुल क्षेत्रफल के साथ 1000 सेमी में 15 प्लेटें। एक दूसरे से 3 मिमी की दूरी पर स्थित प्लेटें, यूरेनियम ऑक्साइड 10-20 मिलीग्राम / सेमी की एक परत के साथ लेपित थीं। 2 .
अंशों को गिनने के लिए ट्यून किए गए एम्पलीफायर के साथ पहले प्रयोगों में, रिले और ऑसिलोस्कोप पर सहज (न्यूट्रॉन स्रोत की अनुपस्थिति में) दालों का निरीक्षण करना संभव था। इन आवेगों की संख्या छोटी थी (6 प्रति 1 घंटे), और यह काफी समझ में आता है, इसलिए इस घटना को सामान्य प्रकार के कैमरों के साथ नहीं देखा जा सकता है ...
हम सोचते हैं कि हम जो प्रभाव देखते हैं, उसका श्रेय यूरेनियम के स्वतःस्फूर्त विखंडन से उत्पन्न टुकड़ों को दिया जाना चाहिए ...

सहज विखंडन को हमारे परिणामों के मूल्यांकन से प्राप्त आधे जीवन के साथ एक अप्रकाशित यू समस्थानिक के लिए जिम्मेदार ठहराया जाना चाहिए:

यू 238 – 10 16 ~ 10 17 वर्षों,
यू 235 – 10 14 ~ 10 15 वर्षों,
यू 234 – 10 12 ~ 10 13 वर्षों।

आइसोटोप क्षय 238 यू

स्वतःस्फूर्त परमाणु विखंडन

अनायास विखंडनीय समस्थानिकों का आधा जीवन Z = 92 - 100

यूरेनियम-ग्रेफाइट जाली के साथ पहली प्रायोगिक प्रणाली 1941 में ई। फर्मी के निर्देशन में बनाई गई थी। यह 2.5 मीटर लंबी पसली वाला ग्रेफाइट क्यूब था, जिसमें लगभग 7 टन यूरेनियम ऑक्साइड था, जो लोहे के बर्तनों में बंद था, जिसे क्यूब में एक दूसरे से समान दूरी पर रखा गया था। यूरेनियम-ग्रेफाइट जाली के तल पर एक राबी न्यूट्रॉन स्रोत रखा गया था। ऐसी प्रणाली में गुणन कारक ≈0.7 था। यूरेनियम ऑक्साइड में 2 से 5% अशुद्धियाँ होती हैं। आगे के प्रयासों को और अधिक प्राप्त करने की दिशा में निर्देशित किया गया था स्वच्छ सामग्रीऔर मई 1942 तक यूरेनियम ऑक्साइड प्राप्त हो गया, जिसमें अशुद्धता 1% से कम थी। एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया सुनिश्चित करने के लिए, कई टन के क्रम में बड़ी मात्रा में ग्रेफाइट और यूरेनियम का उपयोग करना आवश्यक था। अशुद्धियों को प्रति मिलियन कुछ भागों से कम होना था। शिकागो विश्वविद्यालय में फर्मी द्वारा 1942 के अंत तक इकट्ठे किए गए रिएक्टर का आकार ऊपर से कटे हुए एक अधूरे गोलाकार आकार का था। इसमें 40 टन यूरेनियम और 385 टन ग्रेफाइट था। 2 दिसंबर, 1942 की शाम को जब न्यूट्रॉन अवशोषक छड़ें हटा दी गईं, तो पता चला कि रिएक्टर के अंदर एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया हो रही थी। मापा गुणांक 1.0006 था। प्रारंभ में, रिएक्टर 0.5 W के शक्ति स्तर पर संचालित होता था। 12 दिसंबर तक इसकी शक्ति को बढ़ाकर 200 वाट कर दिया गया था। इसके बाद, रिएक्टर को और अधिक में ले जाया गया सुरक्षित जगह, और इसकी शक्ति को कई kW तक बढ़ा दिया गया था। इस मामले में, रिएक्टर ने प्रति दिन 0.002 ग्राम यूरेनियम-235 की खपत की।

यूएसएसआर में पहला परमाणु रिएक्टर

यूएसएसआर में पहले एफ -1 अनुसंधान परमाणु रिएक्टर की इमारत जून 1946 तक तैयार हो गई थी।
सभी आवश्यक प्रयोग किए जाने के बाद, रिएक्टर नियंत्रण और सुरक्षा प्रणाली विकसित की गई, रिएक्टर के आयाम स्थापित किए गए, रिएक्टर मॉडल के साथ सभी आवश्यक प्रयोग किए गए, कई मॉडलों पर न्यूट्रॉन घनत्व निर्धारित किया गया, ग्रेफाइट ब्लॉक प्राप्त किए गए (तथाकथित परमाणु शुद्धता) और (न्यूट्रॉन-भौतिक जांच के बाद) यूरेनियम ब्लॉक, नवंबर 1946 में F-1 रिएक्टर का निर्माण शुरू हुआ।
रिएक्टर की कुल त्रिज्या 3.8 मीटर थी। इसमें 400 टन ग्रेफाइट और 45 टन यूरेनियम की आवश्यकता थी। रिएक्टर को परतों में इकट्ठा किया गया था, और 25 दिसंबर, 1946 को दोपहर 3 बजे, अंतिम, 62 वीं परत को इकट्ठा किया गया था। तथाकथित आपातकालीन छड़ों के निष्कर्षण के बाद, नियंत्रण छड़ को हटा दिया गया, न्यूट्रॉन घनत्व की गिनती शुरू हुई, और 25 दिसंबर, 1946 को 18:00 बजे, यूएसएसआर में पहला रिएक्टर जीवन में आया और काम करना शुरू कर दिया। यह वैज्ञानिकों के लिए एक रोमांचक जीत थी - परमाणु रिएक्टर के निर्माता और सब कुछ सोवियत लोग. डेढ़ साल बाद, 10 जून, 1948 को, चैनलों में पानी के साथ औद्योगिक रिएक्टर एक महत्वपूर्ण स्थिति में पहुंच गया और जल्द ही एक नए प्रकार के परमाणु ईंधन - प्लूटोनियम का औद्योगिक उत्पादन शुरू हुआ।