Apa yang disebut reaksi fisi nuklir. Fisi inti uranium

Kelas

Pelajaran #42-43

Reaksi berantai pembelahan inti uranium. Energi nuklir dan ekologi. Radioaktivitas. Setengah hidup.

Reaksi nuklir

Reaksi nuklir adalah proses interaksi inti atom dengan inti lain atau partikel dasar, disertai dengan perubahan komposisi dan struktur inti dan pelepasan partikel sekunder atau -kuanta.

Sebagai hasil dari reaksi nuklir, isotop radioaktif baru dapat terbentuk yang tidak ada di Bumi dalam vivo.

Reaksi nuklir pertama dilakukan oleh E. Rutherford pada tahun 1919 dalam eksperimen untuk mendeteksi proton dalam produk peluruhan nuklir (lihat 9.5). Rutherford membombardir atom nitrogen dengan partikel alfa. Ketika partikel bertabrakan, reaksi nuklir terjadi, yang berlangsung sesuai dengan skema berikut:

Selama reaksi nuklir, beberapa hukum konservasi: momentum, energi, momentum sudut, muatan. Selain hukum kekekalan klasik ini, apa yang disebut hukum kekekalan berlaku dalam reaksi nuklir. muatan baryon(yaitu, jumlah nukleon - proton dan neutron). Sejumlah hukum kekekalan lain yang khusus untuk fisika nuklir dan fisika partikel elementer juga berlaku.

Reaksi nuklir dapat berlangsung ketika atom dibombardir oleh partikel bermuatan cepat (proton, neutron, partikel , ion). Reaksi pertama semacam ini dilakukan dengan menggunakan proton berenergi tinggi yang diperoleh di akselerator pada tahun 1932:

di mana M A dan M B adalah massa produk awal, M C dan M D adalah massa produk akhir reaksi. Nilai M disebut cacat massa. Reaksi nuklir dapat berlangsung dengan pelepasan (Q > 0) atau dengan penyerapan energi (Q< 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, которая называется порогом реакции.

Agar reaksi nuklir menghasilkan energi positif, energi ikat spesifik nukleon dalam inti produk awal harus lebih sedikit energi spesifik ikatan nukleon dalam inti produk akhir. Ini berarti bahwa M harus positif.

Ada dua cara yang berbeda secara mendasar untuk melepaskan energi nuklir.

1. Fisi inti berat. Berbeda dengan peluruhan radioaktif inti, disertai dengan emisi partikel atau , reaksi fisi adalah proses di mana inti yang tidak stabil dibagi menjadi dua fragmen besar dengan massa yang sebanding.

Pada tahun 1939, ilmuwan Jerman O. Hahn dan F. Strassmann menemukan fisi inti uranium. Melanjutkan penelitian yang dimulai oleh Fermi, mereka menemukan bahwa ketika uranium dibombardir dengan neutron, unsur-unsur bagian tengah sistem periodik– isotop radioaktif barium (Z = 56), kripton (Z = 36), dll.

Uranium terjadi di alam dalam bentuk dua isotop: (99,3%) dan (0,7%). Ketika dibombardir oleh neutron, inti kedua isotop dapat terpecah menjadi dua fragmen. Dalam hal ini, reaksi fisi berlangsung paling intensif dengan neutron lambat (termal), sedangkan inti masuk ke dalam reaksi fisi hanya dengan neutron cepat dengan energi orde 1 MeV.

Minat utama untuk daya nuklir mewakili reaksi fisi inti.Saat ini, sekitar 100 isotop yang berbeda dengan nomor massa dari sekitar 90 hingga 145 diketahui, yang timbul dari fisi inti ini. Dua reaksi fisi khas dari nukleus ini memiliki bentuk:

Perhatikan bahwa sebagai akibat dari fisi nuklir yang diprakarsai oleh neutron, neutron baru dihasilkan yang dapat menyebabkan reaksi fisi di inti lain. Produk fisi inti uranium-235 juga dapat berupa isotop barium, xenon, strontium, rubidium, dll.

Energi kinetik yang dilepaskan selama fisi satu inti uranium sangat besar - sekitar 200 MeV. Energi yang dilepaskan selama fisi nuklir dapat diperkirakan menggunakan energi ikat spesifik nukleon di dalam nukleus. Energi ikat spesifik nukleon pada inti dengan nomor massa A 240 adalah sekitar 7,6 MeV/nukleon, sedangkan pada inti dengan nomor massa A = 90–145 energi spesifik kira-kira sama dengan 8,5 MeV/nukleon. Oleh karena itu, pembelahan inti uranium melepaskan energi orde 0,9 MeV/nukleon, atau sekitar 210 MeV per atom uranium. Dengan fisi lengkap semua inti yang terkandung dalam 1 g uranium, energi yang sama dilepaskan seperti selama pembakaran 3 ton batu bara atau 2,5 ton minyak.

Produk fisi inti uranium tidak stabil, karena mengandung jumlah neutron yang berlebihan. Memang, rasio N / Z untuk inti terberat adalah sekitar 1,6 (Gbr. 9.6.2), untuk inti dengan nomor massa 90-145 rasio ini adalah sekitar 1,3-1,4. Oleh karena itu, inti fragmen mengalami serangkaian peluruhan - berturut-turut, akibatnya jumlah proton dalam inti meningkat, dan jumlah neutron berkurang hingga terbentuk inti yang stabil.

Dalam fisi inti uranium-235, yang disebabkan oleh tumbukan dengan neutron, 2 atau 3 neutron dilepaskan. Dalam kondisi yang menguntungkan, neutron ini dapat menabrak inti uranium lainnya dan menyebabkan mereka fisi. Pada tahap ini, 4 hingga 9 neutron sudah akan muncul, yang mampu menyebabkan peluruhan baru inti uranium, dll. Proses seperti longsoran ini disebut reaksi berantai. Skema pengembangan reaksi berantai fisi inti uranium ditunjukkan pada gambar. 9.8.1.

Gambar 9.8.1. Skema pengembangan reaksi berantai.

Agar reaksi berantai terjadi, diperlukan apa yang disebut faktor perkalian neutron lebih besar dari satu. Dengan kata lain, harus ada lebih banyak neutron di setiap generasi berikutnya daripada yang sebelumnya. Faktor perkalian ditentukan tidak hanya oleh jumlah neutron yang dihasilkan di setiap peristiwa dasar, tetapi juga oleh kondisi di mana reaksi berlangsung - beberapa neutron dapat diserap oleh inti lain atau meninggalkan zona reaksi. Neutron yang dilepaskan selama pembelahan inti uranium-235 hanya dapat menyebabkan pembelahan inti uranium yang sama, yang hanya menyumbang 0,7% dari uranium alam. Konsentrasi ini tidak cukup untuk memulai reaksi berantai. Isotop juga dapat menyerap neutron, tetapi tidak terjadi reaksi berantai.

reaksi berantai dalam uranium konten tinggi uranium-235 dapat berkembang hanya ketika massa uranium melebihi apa yang disebut massa kritis. Dalam potongan-potongan kecil uranium, sebagian besar neutron, tanpa menabrak inti apa pun, terbang keluar. Untuk uranium-235 murni, massa kritisnya sekitar 50 kg. Massa kritis uranium dapat dikurangi berkali-kali dengan menggunakan apa yang disebut moderator neutron. Faktanya adalah bahwa neutron yang dihasilkan selama peluruhan inti uranium memiliki kecepatan yang terlalu tinggi, dan kemungkinan penangkapan neutron lambat oleh inti uranium-235 ratusan kali lebih besar daripada yang cepat. Moderator neutron terbaik adalah air berat D 2 O. Saat berinteraksi dengan neutron, air biasa sendiri berubah menjadi air berat.

Moderator yang baik juga adalah grafit, yang intinya tidak menyerap neutron. Setelah interaksi elastis dengan deuterium atau inti karbon, neutron diperlambat ke kecepatan termal.

Penggunaan moderator neutron dan cangkang berilium khusus yang memantulkan neutron memungkinkan pengurangan massa kritis hingga 250 g.

Dalam bom atom, reaksi berantai nuklir yang tidak terkendali terjadi ketika: koneksi cepat dua buah uranium-235, yang masing-masing memiliki massa sedikit di bawah kritis.

Alat yang mempertahankan reaksi fisi nuklir terkendali disebut nuklir(atau atom) reaktor. Skema reaktor nuklir pada neutron lambat ditunjukkan pada gambar. 9.8.2.

Gambar 9.8.2. Skema perangkat reaktor nuklir.

Reaksi nuklir terjadi di inti reaktor, yang diisi dengan moderator dan ditusuk dengan batang yang mengandung campuran isotop uranium yang diperkaya dengan kandungan uranium-235 yang tinggi (hingga 3%). Batang kendali yang mengandung kadmium atau boron dimasukkan ke dalam inti, yang secara intensif menyerap neutron. Pengenalan batang ke inti memungkinkan Anda untuk mengontrol kecepatan reaksi berantai.

Inti didinginkan oleh pendingin yang dipompa, yang dapat berupa air atau logam dengan titik leleh rendah (misalnya, natrium, yang memiliki titik leleh 98 °C). Di pembangkit uap, cairan pendingin berpindah energi termal air, mengubahnya menjadi uap tekanan tinggi. Uap dikirim ke turbin yang terhubung ke generator listrik. Dari turbin, uap masuk ke kondensor. Untuk menghindari kebocoran radiasi, sirkuit pendingin I dan pembangkit uap II beroperasi dalam siklus tertutup.

Turbin pembangkit listrik tenaga nuklir adalah mesin panas yang menentukan efisiensi keseluruhan pembangkit sesuai dengan hukum kedua termodinamika. Untuk pembangkit listrik tenaga nuklir modern, efisiensinya kira-kira sama. Oleh karena itu, untuk produksi 1000 MW tenaga listrik daya termal reaktor harus mencapai 3000 MW. 2000 MW harus terbawa oleh air pendingin kondensor. Ini mengarah pada pemanasan lokal badan air alami dan munculnya masalah lingkungan berikutnya.

Namun, masalah utama terdiri dari memastikan keselamatan radiasi lengkap dari orang-orang yang bekerja di pembangkit listrik tenaga nuklir dan mencegah pelepasan zat radioaktif yang tidak disengaja yang terakumulasi dalam jumlah besar di teras reaktor. Banyak perhatian diberikan pada masalah ini dalam pengembangan reaktor nuklir. Namun demikian, setelah kecelakaan di beberapa pembangkit listrik tenaga nuklir, khususnya di pembangkit listrik tenaga nuklir di Pennsylvania (AS, 1979) dan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl (1986), masalah keamanan energi nuklir menjadi sangat akut.

Bersamaan dengan reaktor nuklir yang dijelaskan di atas yang beroperasi pada neutron lambat, reaktor yang beroperasi tanpa moderator pada neutron cepat sangat menarik secara praktis. Dalam reaktor semacam itu, bahan bakar nuklir adalah campuran yang diperkaya yang mengandung setidaknya 15% isotop. Keuntungan reaktor neutron cepat adalah bahwa selama operasinya, inti uranium-238, menyerap neutron, melalui dua peluruhan - yang berurutan diubah menjadi plutonium inti, yang kemudian dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir:

Rasio pemuliaan reaktor tersebut mencapai 1,5, yaitu, untuk 1 kg uranium-235, diperoleh hingga 1,5 kg plutonium. Reaktor konvensional juga menghasilkan plutonium, tetapi dalam jumlah yang jauh lebih kecil.

Reaktor nuklir pertama dibangun pada tahun 1942 di Amerika Serikat di bawah kepemimpinan E. Fermi. Di negara kita, reaktor pertama dibangun pada tahun 1946 di bawah kepemimpinan IV Kurchatov.

2. reaksi termonuklir. Cara kedua untuk melepaskan energi nuklir dikaitkan dengan reaksi fusi. Selama fusi inti ringan dan pembentukan inti baru, sejumlah besar energi. Hal ini dapat dilihat dari ketergantungan energi ikat spesifik pada nomor massa A (Gbr. 9.6.1). Hingga inti dengan nomor massa sekitar 60, energi ikat spesifik nukleon meningkat dengan meningkatnya A. Oleh karena itu, fusi setiap inti dengan A< 60 из более легких ядер должен сопровождаться выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза будет в этом случае меньше массы первоначальных частиц.

Reaksi fusi inti ringan disebut reaksi termonuklir, karena mereka hanya dapat mengalir pada suhu yang sangat tinggi. Agar dua inti memasuki reaksi fusi, mereka harus mendekat pada jarak aksi gaya nuklir 2·10 -15 m, mengatasi tolakan listrik muatan positifnya. Untuk ini, energi kinetik rata-rata gerakan termal molekul harus melebihi energi potensial interaksi Coulomb. Perhitungan suhu T yang diperlukan untuk ini menghasilkan nilai orde 10 8 – 10 9 K. Ini adalah suhu yang sangat tinggi. Pada suhu ini, zat berada dalam keadaan terionisasi penuh, yang disebut plasma.

Energi yang dilepaskan dalam reaksi termonuklir per nukleon beberapa kali lebih tinggi daripada energi spesifik yang dilepaskan dalam reaksi berantai fisi nuklir. Jadi, misalnya, dalam reaksi fusi inti deuterium dan tritium

3,5 MeV/nukleon dilepaskan. Secara total, 17,6 MeV dilepaskan dalam reaksi ini. Ini adalah salah satu reaksi termonuklir yang paling menjanjikan.

Penerapan reaksi termonuklir terkendali akan memberi umat manusia sumber energi baru yang ramah lingkungan dan praktis tidak ada habisnya. Namun, memperoleh suhu ultra-tinggi dan menjaga plasma tetap panas hingga satu miliar derajat adalah tugas ilmiah dan teknis yang paling sulit dalam perjalanan menuju penerapan fusi termonuklir terkendali.

pada tahap ini perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi hanya reaksi fusi tak terkendali dalam bom hidrogen. Suhu tinggi yang diperlukan untuk fusi nuklir dicapai di sini dengan meledakkan bom uranium atau plutonium konvensional.

Reaksi termonuklir memainkan peran yang sangat penting dalam evolusi alam semesta. Energi radiasi Matahari dan bintang-bintang berasal dari termonuklir.

Radioaktivitas

Hampir 90% dari 2.500 inti atom yang diketahui tidak stabil. Inti yang tidak stabil secara spontan berubah menjadi inti lain dengan emisi partikel. Sifat inti ini disebut radioaktivitas. Untuk inti yang besar, ketidakstabilan muncul karena kompetisi antara gaya tarik nukleon oleh gaya nuklir dan gaya tolak Coulomb dari proton. Tidak ada inti yang stabil dengan nomor muatan Z > 83 dan nomor massa A > 209. Tetapi inti atom dengan nomor Z dan A yang jauh lebih rendah juga dapat berubah menjadi radioaktif. Jika inti mengandung lebih banyak proton daripada neutron, maka terjadi ketidakstabilan oleh kelebihan energi interaksi Coulomb. Nukleus, yang akan mengandung banyak neutron melebihi jumlah proton, tidak stabil karena fakta bahwa massa neutron melebihi massa proton. Peningkatan massa inti menyebabkan peningkatan energinya.

Fenomena radioaktivitas ditemukan pada tahun 1896 oleh fisikawan Prancis A. Becquerel, yang menemukan bahwa garam uranium memancarkan radiasi yang tidak diketahui yang dapat menembus penghalang yang tidak tembus cahaya dan menyebabkan penghitaman emulsi fotografi. Dua tahun kemudian, fisikawan Prancis M. dan P. Curie menemukan radioaktivitas thorium dan menemukan dua elemen radioaktif baru - polonium dan radium

Pada tahun-tahun berikutnya, banyak fisikawan, termasuk E. Rutherford dan murid-muridnya, terlibat dalam studi tentang sifat radiasi radioaktif. Ditemukan bahwa inti radioaktif dapat memancarkan partikel dari tiga jenis: bermuatan positif dan negatif dan netral. Ketiga jenis radiasi ini disebut radiasi -, - dan . pada gambar. 9.7.1 menunjukkan skema percobaan, yang memungkinkan untuk mendeteksi komposisi kompleks radiasi radioaktif. Dalam medan magnet, sinar dan menyimpang ke arah yang berlawanan, dan sinar menyimpang jauh lebih banyak. Sinar dalam medan magnet tidak menyimpang sama sekali.

Ketiga jenis radiasi radioaktif ini sangat berbeda satu sama lain dalam kemampuannya untuk mengionisasi atom-atom materi dan, akibatnya, dalam daya tembusnya. -radiasi memiliki daya tembus paling kecil. Di udara, dalam kondisi normal, sinar- menempuh jarak beberapa sentimeter. Sinar- jauh lebih sedikit diserap oleh materi. Mereka mampu melewati lapisan aluminium setebal beberapa milimeter. Sinar- memiliki daya tembus tertinggi, mampu menembus lapisan timah setebal 5-10 cm.

Pada dekade kedua abad ke-20 setelah penemuan oleh E. Rutherford struktur nuklir atom, telah ditetapkan dengan kuat bahwa radioaktivitas adalah sifat inti atom. Penelitian telah menunjukkan bahwa sinar- mewakili aliran partikel-α - inti helium, sinar- adalah aliran elektron, sinar- mewakili gelombang pendek radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang sangat pendek< 10 –10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, то есть является потоком частиц – γ-квантов.

peluruhan alfa. Peluruhan alfa adalah transformasi spontan inti atom dengan jumlah proton Z dan neutron N menjadi inti (anak) lain yang mengandung jumlah proton Z - 2 dan neutron N - 2. Dalam hal ini, partikel dipancarkan - inti atom helium. Contoh dari proses tersebut adalah peluruhan radium:

Partikel alfa yang dipancarkan oleh inti atom radium digunakan oleh Rutherford dalam percobaan hamburan oleh inti unsur berat. Kecepatan partikel yang dipancarkan selama peluruhan inti radium, diukur sepanjang kelengkungan lintasan dalam medan magnet, kira-kira sama dengan 1,5 10 7 m/s, dan energi kinetik yang sesuai adalah sekitar 7,5 10 -13 J (sekitar 4. 8 MeV). Nilai ini dapat dengan mudah ditentukan dari nilai yang diketahui massa inti induk dan anak serta inti helium. Meskipun kecepatan partikel yang dikeluarkan sangat besar, kecepatannya masih hanya 5% dari kecepatan cahaya, sehingga perhitungannya dapat menggunakan ekspresi non-relativistik untuk energi kinetik.

Penelitian telah menunjukkan bahwa zat radioaktif dapat memancarkan partikel dengan beberapa nilai energi diskrit. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa inti dapat, seperti atom, dalam keadaan tereksitasi yang berbeda. Inti anak dapat berada di salah satu keadaan tereksitasi ini selama peluruhan . Selama transisi berikutnya dari nukleus ini ke keadaan dasar, kuantum dipancarkan. Skema peluruhan radium dengan emisi partikel dengan dua nilai energi kinetik ditunjukkan pada gambar. 9.7.2.

Dengan demikian, peluruhan inti dalam banyak kasus disertai dengan radiasi .

Dalam teori peluruhan , diasumsikan bahwa gugus yang terdiri dari dua proton dan dua neutron, yaitu partikel , dapat terbentuk di dalam inti. Inti induk adalah untuk -partikel potensi sumur, yang terbatas penghalang potensial. Energi partikel dalam nukleus tidak cukup untuk mengatasi penghalang ini (Gbr. 9.7.3). Pengeluaran partikel dari nukleus hanya mungkin terjadi karena fenomena mekanika kuantum yang disebut efek terowongan. Berdasarkan mekanika kuantum, ada probabilitas bukan nol partikel lewat di bawah penghalang potensial. Fenomena tunneling memiliki karakter probabilistik.

peluruhan beta. Dalam peluruhan beta, elektron dipancarkan dari nukleus. Di dalam inti, elektron tidak dapat eksis (lihat 9.5), elektron muncul selama peluruhan sebagai akibat dari transformasi neutron menjadi proton. Proses ini dapat terjadi tidak hanya di dalam nukleus, tetapi juga dengan neutron bebas. Masa hidup rata-rata neutron bebas adalah sekitar 15 menit. Ketika neutron meluruh menjadi proton dan elektron

Pengukuran menunjukkan bahwa dalam proses ini jelas ada pelanggaran hukum kekekalan energi, karena energi total proton dan elektron yang timbul dari peluruhan neutron lebih kecil daripada energi neutron. Pada tahun 1931, W. Pauli menyarankan bahwa selama peluruhan neutron, partikel lain dengan massa dan muatan nol dilepaskan, yang menghilangkan sebagian energi bersamanya. Partikel baru bernama neutrino(neutron kecil). Karena tidak adanya muatan dan massa dalam neutrino, partikel ini berinteraksi sangat lemah dengan atom-atom materi, sehingga sangat sulit untuk mendeteksinya dalam percobaan. Kemampuan ionisasi neutrino sangat kecil sehingga satu aksi ionisasi di udara jatuh pada jarak kira-kira 500 km dari lintasan. Partikel ini baru ditemukan pada tahun 1953. Saat ini, diketahui ada beberapa jenis neutrino. Dalam proses peluruhan neutron, dihasilkan partikel yang disebut antineutrino elektronik. Dilambangkan dengan simbol Oleh karena itu, reaksi peluruhan neutron ditulis sebagai

Proses serupa juga terjadi di dalam inti selama peluruhan . Sebuah elektron yang terbentuk sebagai hasil peluruhan salah satu neutron nuklir segera dikeluarkan dari "rumah induk" (inti) dengan kecepatan luar biasa, yang dapat berbeda dari kecepatan cahaya hanya dalam sepersekian persen. Karena distribusi energi yang dilepaskan selama peluruhan antara elektron, neutrino dan inti anak adalah acak, elektron dapat memiliki kecepatan yang berbeda pada rentang yang luas.

Dalam -pembusukan nomor tagihan Z bertambah satu, sedangkan nomor massa A tetap tidak berubah. Inti anak ternyata menjadi inti dari salah satu isotop unsur, yang nomor serinya dalam tabel periodik satu lebih tinggi dari nomor seri inti aslinya. Contoh tipikal peluruhan dapat berfungsi sebagai transformasi thorium isoton yang timbul dari peluruhan uranium menjadi paladium

Peluruhan gamma. Tidak seperti - dan -radioaktivitas, -radioaktivitas inti tidak terkait dengan perubahan struktur internal inti dan tidak disertai dengan perubahan muatan atau nomor massa. Dalam peluruhan dan , inti anak dapat berada dalam keadaan tereksitasi dan memiliki energi berlebih. Transisi inti dari keadaan tereksitasi ke keadaan dasar disertai dengan emisi satu atau beberapa -kuanta, yang energinya dapat mencapai beberapa MeV.

Hukum peluruhan radioaktif. Setiap sampel bahan radioaktif mengandung sejumlah besar atom radioaktif. Karena peluruhan radioaktif bersifat acak dan tidak bergantung pada kondisi eksternal, maka hukum penurunan bilangan N(t) dari k . yang tidak mengalami peluruhan saat ini waktu t inti dapat berfungsi sebagai karakteristik statistik penting dari proses peluruhan radioaktif.

Biarkan jumlah inti yang tidak membusuk N(t) berubah sebesar N selama periode waktu yang singkat t< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

Koefisien proporsionalitas adalah peluang peluruhan inti dalam waktu t = 1 s. Rumus ini berarti bahwa laju perubahan fungsi N(t) berbanding lurus dengan fungsi itu sendiri.

dimana N 0 adalah jumlah awal inti radioaktif pada t = 0. Selama waktu = 1 / , jumlah inti yang tidak membusuk akan berkurang e 2,7 kali. Nilai disebut waktu hidup rata-rata inti radioaktif.

Untuk penggunaan praktis, lebih mudah untuk menulis hukum peluruhan radioaktif dalam bentuk yang berbeda, menggunakan angka 2 sebagai basis, dan bukan e:

Nilai T disebut setengah hidup. Selama waktu T, setengah dari jumlah awal inti radioaktif meluruh. Nilai T dan dihubungkan oleh relasi

Waktu paruh adalah kuantitas utama yang mencirikan laju peluruhan radioaktif. Semakin pendek waktu paruh, semakin intens pembusukan. Jadi, untuk uranium T 4,5 miliar tahun, dan untuk radium T 1600 tahun. Oleh karena itu, aktivitas radium jauh lebih tinggi daripada uranium. Ada unsur radioaktif dengan waktu paruh sepersekian detik.

Tidak ditemukan dalam kondisi alami, dan berakhir dengan bismut Rangkaian peluruhan radioaktif ini terjadi di reaktor nuklir.

Aplikasi yang menarik radioaktivitas adalah metode penanggalan temuan arkeologis dan geologis dengan konsentrasi isotop radioaktif. Metode yang paling umum digunakan adalah penanggalan radiokarbon. Isotop karbon yang tidak stabil terjadi di atmosfer karena reaksi nuklir yang disebabkan oleh sinar kosmik. Sebagian kecil dari isotop ini ditemukan di udara bersama dengan isotop stabil yang biasa.Tumbuhan dan organisme lain mengkonsumsi karbon dari udara dan mengakumulasi kedua isotop dalam proporsi yang sama seperti yang mereka lakukan di udara. Setelah tanaman mati, mereka berhenti mengkonsumsi karbon, dan sebagai akibat dari peluruhan , isotop yang tidak stabil secara bertahap berubah menjadi nitrogen dengan waktu paruh 5730 tahun. jalan pengukuran yang akurat Konsentrasi relatif karbon radioaktif dalam sisa-sisa organisme purba dapat menentukan waktu kematian mereka.

Semua jenis radiasi radioaktif (alfa, beta, gamma, neutron), serta radiasi elektromagnetik ( sinar X) memiliki efek biologis yang sangat kuat pada organisme hidup, yang terdiri dari proses eksitasi dan ionisasi atom dan molekul yang membentuk sel hidup. Di bawah aksi radiasi pengion, molekul kompleks dan struktur seluler dihancurkan, yang menyebabkan kerusakan radiasi pada tubuh. Oleh karena itu, ketika bekerja dengan sumber radiasi apa pun, perlu untuk mengambil semua tindakan untuk: perlindungan radiasi orang yang mungkin terkena radiasi.

Namun, seseorang dapat terkena radiasi pengion dalam kondisi domestik. Radon, gas radioaktif yang inert, tidak berwarna, dapat menimbulkan bahaya serius bagi kesehatan manusia, seperti yang dapat dilihat dari diagram yang ditunjukkan pada Gambar. 9.7.5, radon adalah produk peluruhan radium dan memiliki waktu paruh T = 3,82 hari. Radium ditemukan dalam jumlah kecil di tanah, batu, dan berbagai struktur bangunan. Meskipun umurnya relatif singkat, konsentrasi radon terus diisi ulang karena peluruhan baru inti radium, sehingga radon dapat terakumulasi dalam ruang tertutup. Masuk ke paru-paru, radon memancarkan partikel- dan berubah menjadi polonium, yang bukan zat inert secara kimia. Ini diikuti oleh rantai transformasi radioaktif dari seri uranium (Gbr. 9.7.5). Menurut American Commission on Radiation Safety and Control, rata-rata orang menerima 55% radiasi pengion dari radon dan hanya 11% dari pelayanan medis. Kontribusi sinar kosmik sekitar 8%. Dosis total radiasi yang diterima seseorang dalam seumur hidup jauh lebih sedikit dosis maksimum yang diijinkan(SDA), yang ditetapkan untuk orang-orang dari profesi tertentu yang terpapar radiasi pengion tambahan.

Energi E yang dilepaskan selama fisi meningkat dengan meningkatnya Z 2 /A. Nilai Z 2 /A = 17 untuk 89 Y (yttrium). Itu. fisi secara energetik menguntungkan untuk semua inti yang lebih berat dari itrium. Mengapa sebagian besar inti tahan terhadap pembelahan spontan? Untuk menjawab pertanyaan ini, perlu diperhatikan mekanisme pembagiannya.

Selama pembelahan, bentuk inti berubah. Nukleus secara berurutan melewati tahap-tahap berikut (Gbr. 7.1): bola, ellipsoid, halter, dua fragmen berbentuk buah pir, dua fragmen bulat. Bagaimana energi potensial inti berubah pada berbagai tahap fisi?
Inti awal dengan pembesaran r mengambil bentuk ellipsoid revolusi yang semakin memanjang. Dalam hal ini, karena evolusi bentuk inti, perubahan energi potensialnya ditentukan oleh perubahan jumlah energi permukaan dan energi Coulomb E p + E k. Dalam hal ini, energi permukaan meningkat, karena luas permukaan nukleus meningkat. Energi Coulomb berkurang dengan bertambahnya jarak rata-rata antara proton. Jika, dengan sedikit deformasi, dicirikan oleh parameter kecil , inti awal berbentuk ellipsoid simetris aksial, energi permukaan E" p dan energi Coulomb E" k sebagai fungsi dari perubahan parameter deformasi sebagai berikut:

Dalam rasio (7,4–7,5) E n dan E k adalah energi permukaan dan Coulomb dari inti simetris bola awal.
Di wilayah inti berat, 2E n > Ek, dan jumlah energi permukaan dan Coulomb meningkat dengan bertambahnya . Ini mengikuti dari (7.4) dan (7.5) bahwa pada deformasi kecil, peningkatan energi permukaan mencegah perubahan lebih lanjut dalam bentuk nukleus dan, akibatnya, fisi.
Relasi (7.5) berlaku untuk regangan kecil . Jika deformasi begitu besar sehingga inti berbentuk halter, maka permukaan dan gaya Coulomb cenderung memisahkan inti dan memberikan fragmen bentuk bola. Jadi, dengan peningkatan bertahap dalam deformasi nukleus, energi potensialnya melewati maksimum. Plot energi permukaan dan Coulomb inti sebagai fungsi dari r ditunjukkan pada gambar. 7.2.

Kehadiran penghalang potensial mencegah fisi nuklir spontan seketika. Agar inti dapat membelah, perlu diberikan energi Q yang melebihi tinggi penghalang fisi H. Energi potensial maksimum inti fisil E + H (misalnya emas) menjadi dua fragmen identik adalah ≈ 173 MeV , dan energi E yang dilepaskan selama fisi adalah 132 MeV . Jadi, selama pembelahan inti emas, perlu untuk mengatasi penghalang potensial dengan ketinggian sekitar 40 MeV.
Ketinggian penghalang fisi H semakin besar, semakin kecil rasio Coulomb dan energi permukaan E terhadap /E p di inti awal. Rasio ini, pada gilirannya, meningkat dengan peningkatan parameter pembagian Z 2 /A (7.3). Semakin berat nukleus, semakin rendah ketinggian penghalang fisi H, karena parameter fisi, dengan asumsi bahwa Z sebanding dengan A, meningkat dengan meningkatnya nomor massa:

E k / E p \u003d (a 3 Z 2) / (a ​​2 A) ~ A.

(7.6)

Oleh karena itu, inti yang lebih berat umumnya perlu disuplai dengan energi yang lebih sedikit untuk menyebabkan fisi nuklir.
Ketinggian penghalang fisi menghilang pada 2E p – Ec = 0 (7,5). Pada kasus ini

2E p / E k \u003d 2 (a 2 A) / (a ​​3 Z 2),

Z 2 /A \u003d 2a 2 / (a ​​3 Z 2) 49.

Jadi, menurut model drop, inti dengan Z 2 /A > 49 tidak dapat eksis di alam, karena mereka harus secara spontan membelah menjadi dua fragmen hampir seketika dalam waktu nuklir karakteristik dari urutan 10-22 detik. Ketergantungan bentuk dan ketinggian penghalang potensial H, serta energi fisi, pada nilai parameter Z 2 /A ditunjukkan pada Gambar. 7.3.

Beras. 7.3. Ketergantungan radial dari bentuk dan ketinggian penghalang potensial dan energi fisi E pada berbagai nilai parameter Z 2 /A. Nilai E p + E k diplot pada sumbu vertikal.

Fisi nuklir spontan dengan Z 2 /A< 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 >10 21 tahun untuk 232 Th hingga 0,3 detik untuk 260 Rf.
Fisi nuklir paksa dengan Z 2 /A< 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.
Nilai minimum energi eksitasi inti senyawa E* yang terbentuk selama penangkapan neutron sama dengan energi ikat neutron dalam inti ini n . Tabel 7.1 membandingkan tinggi penghalang H dan energi ikat neutron n untuk isotop Th, U, Pu yang terbentuk setelah penangkapan neutron. Energi ikat neutron bergantung pada jumlah neutron dalam inti. Karena energi berpasangan, energi ikat neutron genap lebih besar daripada energi ikat neutron ganjil.

Tabel 7.1

Tinggi penghalang fisi H, energi ikat neutron n

Isotop	Tinggi penghalang fisi H, MeV	Isotop	Energi ikat neutron n
232Th	5.9	233Th	4.79
233 U	5.5	234 U	6.84
235 U	5.75	236 U	6.55
238 U	5.85	239 U	4.80
239 Pu	5.5	240 Pu	6.53

fitur karakteristik fisi adalah bahwa fragmen cenderung memiliki massa yang berbeda. Dalam kasus pembelahan 235 U yang paling mungkin, rasio massa fragmen rata-rata ~1,5. Distribusi massa fragmen fisi 235 U oleh neutron termal ditunjukkan pada Gambar. 7.4. Untuk fisi yang paling mungkin, fragmen berat memiliki nomor massa 139, ringan - 95. Di antara produk fisi ada fragmen dengan A = 72 - 161 dan Z = 30 - 65. Probabilitas fisi menjadi dua fragmen massa yang sama tidak sama dengan nol. Dalam fisi 235 U oleh neutron termal, probabilitas fisi simetris kira-kira tiga kali lipat lebih rendah daripada dalam kasus fisi yang paling mungkin menjadi fragmen dengan A = 139 dan 95.
Fisi asimetris dijelaskan oleh struktur cangkang nukleus. Nukleus cenderung membelah sedemikian rupa sehingga bagian utama nukleon dari setiap fragmen membentuk inti magis yang paling stabil.
Perbandingan jumlah neutron dengan jumlah proton dalam inti 235 U N/Z = 1,55, sedangkan isotop stabil, yang memiliki nomor massa mendekati nomor massa fragmen, rasio ini adalah 1,25 1,45. Akibatnya, fragmen fisi berubah menjadi sangat kelebihan muatan dengan neutron dan harus
- radioaktif. Oleh karena itu, fragmen fisi mengalami - peluruhan berturut-turut, dan muatan fragmen primer dapat berubah sebesar 4 - 6 unit. Di bawah ini adalah rantai karakteristik peluruhan radioaktif 97 Kr - salah satu fragmen yang terbentuk selama fisi 235 U:

Eksitasi fragmen, yang disebabkan oleh pelanggaran rasio jumlah proton dan neutron, yang merupakan karakteristik inti stabil, juga dihilangkan karena emisi neutron fisi yang cepat. Neutron ini dipancarkan oleh fragmen yang bergerak dalam waktu kurang dari ~ 10 -14 detik. Rata-rata, 2 3 neutron cepat dipancarkan dalam setiap peristiwa fisi. Spektrum energi mereka kontinu dengan maksimum sekitar 1 MeV. Energi rata-rata neutron cepat mendekati 2 MeV. Emisi lebih dari satu neutron dalam setiap peristiwa fisi memungkinkan untuk memperoleh energi melalui reaksi berantai fisi nuklir.
Dalam fisi yang paling mungkin dari 235 U oleh neutron termal, sebuah fragmen ringan (A = 95) memperoleh energi kinetik 100 MeV, dan yang berat (A = 139) memperoleh sekitar 67 MeV. Jadi, energi kinetik total fragmen adalah 167 MeV. Energi fisi total dalam hal ini adalah 200 MeV. Dengan demikian, energi yang tersisa (33 MeV) didistribusikan di antara produk fisi lainnya (neutron, elektron, dan antineutrino - peluruhan fragmen, radiasi fragmen dan produk peluruhannya). Distribusi energi fisi antara produk yang berbeda selama fisi 235 U oleh neutron termal diberikan pada Tabel 7.2.

Tabel 7.2

Distribusi energi fisi 235 U neutron termal

Produk fisi nuklir (NFs) adalah campuran kompleks lebih dari 200 isotop radioaktif dari 36 elemen (dari seng hingga gadolinium). Sebagian besar aktivitas terdiri dari radionuklida berumur pendek. Jadi, setelah 7, 49, dan 343 hari setelah ledakan, aktivitas PND menurun masing-masing 10, 100, dan 1000 kali, dibandingkan dengan aktivitas satu jam setelah ledakan. Hasil radionuklida yang paling signifikan secara biologis disajikan pada Tabel 7.3. Selain PND, kontaminasi radioaktif disebabkan oleh radionuklida aktivitas induksi (3 H, 14 C, 28 Al, 24 Na, 56 Mn, 59 Fe, 60 Co, dll.) dan bagian uranium dan plutonium yang tidak terbagi. Peran aktivitas induksi dalam ledakan termonuklir sangat besar.

Tabel 7.3

Pelepasan beberapa produk fisi dalam ledakan nuklir

Radionuklida	Setengah hidup	Keluaran per divisi, %	Aktivitas per 1 Mt, 10 15 Bq
89Sr	50,5 hari	2.56	590
90Sr	29,12 tahun	3.5	3.9
95 Zr	65 hari	5.07	920
103 Ru	41 hari	5.2	1500
106 Ru	365 hari	2.44	78
131 aku	8,05 hari	2.9	4200
136Cs	13,2 hari	0.036	32
137Cs	30 tahun	5.57	5.9
140 Ba	12,8 hari	5.18	4700
141Cs	32,5 hari	4.58	1600
144Cs	288 hari	4.69	190
3H	12,3 tahun	0.01	2.6 10 -2

Selama ledakan nuklir di atmosfer, sebagian besar presipitasi (hingga 50% dalam ledakan tanah) jatuh di dekat area pengujian. Bagian dari zat radioaktif disimpan di bagian bawah atmosfer dan, di bawah pengaruh angin, bergerak dalam jarak yang jauh, tetap berada pada garis lintang yang sama. Berada di udara selama sekitar satu bulan, zat radioaktif selama gerakan ini secara bertahap jatuh ke Bumi. Sebagian besar radionuklida dilepaskan ke stratosfer (sampai ketinggian 10÷15 km), di mana mereka tersebar secara global dan sebagian besar membusuk.
Berbagai elemen desain reaktor nuklir memiliki aktivitas yang tinggi selama beberapa dekade (Tabel 7.4)

Tabel 7.4

Nilai aktivitas spesifik (Bq/t uranium) dari produk fisi utama dalam elemen bahan bakar yang dikeluarkan dari reaktor setelah tiga tahun beroperasi

Radionuklida	0	1 hari	120 hari	1 tahun		10 tahun
85 kr	5. 78· 10 14	5. 78· 10 14	5. 66· 10 14	5. 42· 10 14	4. 7· 10 14	3. 03· 10 14
89Sr	4. 04· 10 16	3. 98· 10 16	5. 78· 10 15	2. 7· 10 14	1. 2· 10 10
90Sr	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 Ru	7. 08· 10 16	6. 95· 10 16	8. 55· 10 15	1. 14· 10 14	2. 97· 10 8
106 Ru	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 aku	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 Ba	7. 93· 10 16	7. 51· 10 16	1. 19· 10 14	2. 03· 10 8
140la	8. 19· 10 16	8. 05· 10 16	1. 37· 10 14	2. 34· 10 8
141 Ce	7. 36· 10 16	7. 25· 10 16	5. 73· 10 15	3. 08· 10 13	5. 33· 10 6
144 Ce	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 sore	6. 77· 10 16	6. 70· 10 16	1. 65· 10 14	6. 11· 10 8
147 sore	7. 05 10 15	7. 05· 10 15	6. 78· 10 15	5. 68· 10 15	3. 35· 10 14

Fisi inti uranium dengan membombardirnya dengan neutron ditemukan pada tahun 1939 oleh ilmuwan Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassmann.

Otto Hahn (1879-1968)
Fisikawan Jerman, ilmuwan perintis di bidang radiokimia. Menemukan fisi uranium, sejumlah elemen radioaktif

Fritz Strassmann (1902-1980)
Fisikawan dan kimiawan Jerman. Karya-karyanya berhubungan dengan kimia nuklir, fisi nuklir. Memberikan bukti kimia untuk proses fisi

Mari kita pertimbangkan mekanisme fenomena ini. Gambar 162, secara konvensional menggambarkan inti atom uranium. Setelah menyerap neutron ekstra, nukleus tereksitasi dan berubah bentuk, memperoleh bentuk memanjang (Gbr. 162, b).

Beras. 162. Proses fisi inti uranium di bawah pengaruh neutron yang jatuh ke dalamnya

Anda telah mengetahui bahwa dua jenis gaya bekerja dalam inti: gaya tolak elektrostatik antara proton, yang cenderung memecah inti, dan gaya tarik inti antara semua nukleon, yang menyebabkan inti tidak meluruh. Tetapi gaya nuklir adalah jarak pendek, oleh karena itu, dalam inti yang memanjang, mereka tidak dapat lagi menahan bagian-bagian inti yang sangat jauh satu sama lain. Di bawah aksi gaya tolak elektrostatik, nukleus terbelah menjadi dua bagian (Gbr. 162, c), yang menyebar ke arah yang berbeda dengan kecepatan tinggi dan memancarkan 2-3 neutron.

Ternyata sebagian energi internal inti diubah menjadi energi kinetik pecahan dan partikel terbang. Fragmen dengan cepat melambat di lingkungan, akibatnya energi kinetiknya diubah menjadi energi internal medium (yaitu, menjadi energi interaksi dan gerakan termal partikel penyusunnya).

Dengan fisi simultan sejumlah besar inti uranium energi dalam lingkungan di sekitar uranium dan, karenanya, suhunya meningkat secara nyata (yaitu, lingkungan memanas).

Jadi, reaksi fisi inti uranium berlangsung dengan pelepasan energi dalam lingkungan.

Energi yang terkandung dalam inti atom sangat besar. Misalnya, dengan fisi lengkap semua inti yang ada dalam 1 g uranium, jumlah energi yang sama akan dilepaskan seperti yang dilepaskan selama pembakaran 2,5 ton minyak. Untuk mengubah energi internal inti atom menjadi energi listrik, pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan apa yang disebut reaksi berantai fisi nuklir.

Mari kita perhatikan mekanisme reaksi berantai dari fisi nuklir isotop uranium. Inti atom uranium (Gbr. 163) akibat penangkapan satu neutron terbagi menjadi dua bagian, sekaligus memancarkan tiga neutron. Dua dari neutron ini menyebabkan reaksi fisi dua inti lagi, sehingga menghasilkan empat neutron. Ini, pada gilirannya, menyebabkan pembelahan empat inti, setelah itu sembilan neutron terbentuk, dll.

Reaksi berantai dimungkinkan karena fakta bahwa selama pembelahan setiap inti, 2-3 neutron terbentuk, yang dapat mengambil bagian dalam pembelahan inti lain.

Gambar 163 menunjukkan diagram reaksi berantai di mana: jumlah total neutron bebas dalam sepotong uranium meningkat seperti longsoran salju seiring waktu. Sejalan dengan itu, jumlah fisi nuklir dan energi yang dilepaskan per satuan waktu meningkat tajam. Oleh karena itu, reaksi semacam itu bersifat eksplosif (terjadi dalam bom atom).

Beras. 163. Reaksi berantai fisi inti uranium

Pilihan lain dimungkinkan, di mana jumlah neutron bebas berkurang seiring waktu. Dalam hal ini, reaksi berantai berhenti. Oleh karena itu, reaksi seperti itu juga tidak dapat digunakan untuk menghasilkan listrik.

Untuk tujuan damai, adalah mungkin untuk menggunakan energi hanya dari reaksi berantai di mana jumlah neutron tidak berubah dari waktu ke waktu.

Bagaimana memastikan bahwa jumlah neutron tetap konstan sepanjang waktu? Untuk mengatasi masalah ini, perlu diketahui faktor-faktor apa yang mempengaruhi kenaikan dan penurunan jumlah total neutron bebas dalam sepotong uranium tempat berlangsungnya reaksi berantai.

Salah satu faktor tersebut adalah massa uranium. Faktanya adalah bahwa tidak setiap neutron yang dipancarkan selama fisi nuklir menyebabkan fisi inti lainnya (lihat Gambar 163). Jika massa (dan, karenanya, ukuran) sepotong uranium terlalu kecil, maka banyak neutron akan terbang keluar darinya, tidak punya waktu untuk bertemu dengan nukleus dalam perjalanan mereka, menyebabkan fisi dan dengan demikian menghasilkan generasi baru. neutron yang diperlukan untuk melanjutkan reaksi. Dalam hal ini, reaksi berantai akan berhenti. Agar reaksi tidak berhenti, perlu untuk meningkatkan massa uranium ke nilai tertentu ditelepon kritis.

Mengapa reaksi berantai menjadi mungkin dengan peningkatan massa? Semakin besar massa sepotong, semakin besar dimensinya dan semakin panjang jalur yang dilalui neutron di dalamnya. Dalam hal ini, kemungkinan neutron bertemu inti meningkat. Dengan demikian, jumlah fisi nuklir dan jumlah neutron yang dipancarkan meningkat.

Pada massa kritis uranium, jumlah neutron yang muncul selama fisi inti menjadi sama dengan jumlah neutron yang hilang (yaitu, ditangkap oleh inti tanpa fisi dan terbang keluar dari potongan).

Oleh karena itu, jumlah total mereka tetap tidak berubah. Dalam hal ini, reaksi berantai dapat terjadi lama, tanpa henti dan tanpa memperoleh karakter eksplosif.

• Massa terkecil uranium yang memungkinkan terjadinya reaksi berantai disebut massa kritis.

Jika massa uranium lebih dari kritis, maka sebagai akibat dari peningkatan tajam jumlah neutron bebas, reaksi berantai menyebabkan ledakan, dan jika kurang dari kritis, maka reaksi tidak berlangsung karena kekurangan neutron bebas.

Dimungkinkan untuk mengurangi hilangnya neutron (yang terbang keluar dari uranium tanpa bereaksi dengan inti) tidak hanya dengan meningkatkan massa uranium, tetapi juga dengan menggunakan cangkang reflektif khusus. Untuk melakukan ini, sepotong uranium ditempatkan dalam cangkang yang terbuat dari zat yang memantulkan neutron dengan baik (misalnya, berilium). Tercermin dari cangkang ini, neutron kembali ke uranium dan dapat mengambil bagian dalam fisi nuklir.

Ada beberapa faktor lain yang menjadi dasar kemungkinan terjadinya reaksi berantai. Misalnya, jika sepotong uranium mengandung terlalu banyak pengotor unsur kimia lain, maka mereka menyerap sebagian besar neutron dan reaksi berhenti.

Kehadiran moderator neutron yang disebut dalam uranium juga mempengaruhi jalannya reaksi. Faktanya adalah bahwa inti uranium-235 kemungkinan besar akan mengalami fisi di bawah aksi neutron lambat. Fisi nuklir menghasilkan neutron cepat. Jika neutron cepat diperlambat, maka sebagian besar akan ditangkap oleh inti uranium-235 dengan fisi berikutnya dari inti tersebut. Zat seperti grafit, air, air berat (termasuk deuterium, isotop hidrogen dengan nomor massa 2), dan beberapa lainnya digunakan sebagai moderator. Zat-zat ini hanya memperlambat neutron, hampir tanpa menyerapnya.

Dengan demikian, kemungkinan reaksi berantai ditentukan oleh massa uranium, jumlah pengotor di dalamnya, keberadaan cangkang dan moderator, dan beberapa faktor lainnya.

Massa kritis dari sepotong bola uranium-235 adalah sekitar 50 kg. Apalagi radiusnya hanya 9 cm, karena uranium memiliki kerapatan yang sangat tinggi.

Dengan menggunakan moderator dan cangkang reflektif dan mengurangi jumlah pengotor, dimungkinkan untuk mengurangi massa kritis uranium menjadi 0,8 kg.

pertanyaan

1. Mengapa fisi nuklir dapat dimulai hanya ketika terdeformasi di bawah aksi neutron yang diserap?
2. Apa yang terbentuk sebagai hasil dari fisi nuklir?
3. Dalam energi apa sebagian energi internal nukleus lewat selama pembelahannya; energi kinetik fragmen inti uranium selama perlambatan mereka di lingkungan?
4. Bagaimana reaksi fisi inti uranium berlangsung - dengan pelepasan energi ke lingkungan atau, sebaliknya, dengan penyerapan energi?
5. Jelaskan mekanisme reaksi berantai menggunakan Gambar 163.
6. Berapa massa kritis uranium?
7. Apakah mungkin terjadi reaksi berantai jika massa uranium lebih kecil dari massa kritisnya; lebih kritis? Mengapa?

>> fisi uranium

107 FISI NUKLEI URANIUS

Hanya inti dari beberapa elemen berat yang dapat dibagi menjadi beberapa bagian. Selama fisi inti, dua atau tiga neutron dan sinar - dipancarkan. Pada saat yang sama, banyak energi dilepaskan.

Penemuan fisi uranium. Fisi inti uranium ditemukan pada tahun 1938 oleh ilmuwan Jerman O. Hahn dan F. Strassmann. Mereka menetapkan bahwa ketika uranium dibombardir dengan neutron, unsur-unsur dari bagian tengah sistem periodik muncul: barium, kripton, dll. Namun, interpretasi yang benar dari fakta ini persis seperti fisi inti uranium yang menangkap neutron diberikan di awal tahun 1939 oleh fisikawan Inggris O. Frisch bersama dengan fisikawan Austria L. Meitner.

Penangkapan neutron menghancurkan stabilitas inti. Nukleus tereksitasi dan menjadi tidak stabil, yang menyebabkan pembelahannya menjadi fragmen. Fisi nuklir dimungkinkan karena massa istirahat inti berat lebih besar daripada jumlah massa sisa fragmen yang muncul selama fisi. Oleh karena itu, terjadi pelepasan energi yang setara dengan penurunan massa diam yang menyertai fisi.

Kemungkinan pembelahan inti berat juga dapat dijelaskan dengan menggunakan grafik ketergantungan energi ikat spesifik pada nomor massa A (lihat Gambar 13.11). Energi ikat spesifik inti atom unsur yang menempati sistem periodik tempat terakhir(A 200), kira-kira 1 MeV lebih kecil dari energi ikat spesifik dalam inti unsur yang terletak di tengah sistem periodik (A 100). Oleh karena itu, proses pembelahan inti berat menjadi inti unsur di bagian tengah sistem periodik sangat menguntungkan. Setelah fisi, sistem masuk ke keadaan dengan energi internal minimal. Lagi pula, semakin besar energi ikat inti, semakin besar energi yang harus dilepaskan ketika inti muncul dan, akibatnya, semakin rendah energi internal sistem yang baru terbentuk.

Selama fisi nuklir, energi ikat per nukleon meningkat sebesar 1 MeV, dan total energi yang dilepaskan harus besar - sekitar 200 MeV. Tidak ada yang lain reaksi nuklir(tidak terkait dengan fisi) energi sebesar itu tidak dilepaskan.

Pengukuran langsung dari energi yang dilepaskan selama fisi inti uranium mengkonfirmasi pertimbangan di atas dan memberikan nilai 200 MeV. Selain itu, sebagian besar energi ini (168 MeV) jatuh pada energi kinetik fragmen. Pada Gambar 13.13 Anda melihat jejak fragmen uranium fisil di ruang awan.

Energi yang dilepaskan selama fisi nuklir lebih bersifat elektrostatik daripada nuklir. Energi kinetik besar yang dimiliki fragmen muncul karena gaya tolak Coulomb mereka.

mekanisme fisi nuklir. Proses fisi nuklir dapat dijelaskan berdasarkan model jatuhnya nukleus. Menurut model ini, sekelompok nukleon menyerupai setetes cairan bermuatan (Gbr. 13.14, a). Gaya nuklir antara nukleon adalah jarak pendek, seperti gaya yang bekerja antara molekul cair. Seiring dengan gaya tolak-menolak elektrostatik yang kuat antara proton, yang cenderung merobek inti, ada gaya tarik inti yang lebih besar lagi. Gaya-gaya ini menjaga inti agar tidak hancur.

Inti uranium-235 berbentuk bulat. Setelah menyerap neutron ekstra, ia tereksitasi dan mulai berubah bentuk, memperoleh bentuk memanjang (Gbr. 13.14, b). Inti akan diregangkan sampai gaya tolak menolak antara bagian inti yang memanjang mulai mendominasi gaya tarik menarik yang bekerja di tanah genting (Gbr. 13.14, c). Setelah itu, robek menjadi dua bagian (Gbr. 13.14, d).

Di bawah aksi gaya tolak Coulomb, pecahan-pecahan ini terbang terpisah dengan kecepatan yang sama dengan 1/30 kecepatan cahaya.

Emisi neutron selama fisi. Fakta mendasar dari fisi nuklir adalah emisi dua atau tiga neutron selama fisi. Ini memungkinkan penggunaan praktis energi intranuklear.

Dimungkinkan untuk memahami mengapa neutron bebas dipancarkan dari pertimbangan berikut. Diketahui bahwa rasio jumlah neutron terhadap jumlah proton dalam inti stabil meningkat dengan meningkatnya nomor atom. Oleh karena itu, dalam fragmen yang timbul dari fisi, jumlah relatif neutron ternyata lebih besar daripada yang diizinkan untuk inti atom yang terletak di tengah tabel periodik. Akibatnya, beberapa neutron dilepaskan dalam proses fisi. Energi mereka adalah berbagai arti- dari beberapa juta elektron volt hingga sangat kecil, mendekati nol.

Fisi biasanya terjadi menjadi fragmen, yang massanya berbeda sekitar 1,5 kali. Fragmen ini sangat radioaktif, karena mengandung jumlah neutron yang berlebihan. Sebagai hasil dari serangkaian peluruhan berturut-turut, isotop stabil akhirnya diperoleh.

Sebagai kesimpulan, kami mencatat bahwa ada juga fisi spontan inti uranium. Ditemukan oleh fisikawan Soviet G. N. Flerov dan K. A. Petrzhak pada tahun 1940. Waktu paruh untuk fisi spontan adalah 10 16 tahun. Ini dua juta kali lebih lama dari waktu paruh peluruhan uranium.

Reaksi fisi nuklir disertai dengan pelepasan energi.

Isi pelajaran ringkasan pelajaran mendukung bingkai pelajaran presentasi metode akselerasi teknologi interaktif Praktik tugas dan latihan ujian mandiri lokakarya, pelatihan, kasus, pencarian pekerjaan rumah pertanyaan diskusi pertanyaan retoris dari siswa Ilustrasi audio, klip video, dan multimedia foto, gambar grafik, tabel, skema humor, anekdot, lelucon, perumpamaan komik, ucapan, teka-teki silang, kutipan Add-on abstrak artikel chip untuk boks ingin tahu buku teks dasar dan tambahan glosarium istilah lainnya Memperbaiki buku pelajaran dan pelajaranmengoreksi kesalahan dalam buku teks memperbarui fragmen dalam buku teks elemen inovasi dalam pelajaran menggantikan pengetahuan usang dengan yang baru Hanya untuk guru pelajaran yang sempurna rencana kalender untuk setahun pedoman program diskusi Pelajaran Terintegrasi

Pada tahun 1934, E. Fermi memutuskan untuk mendapatkan elemen transuranium dengan menyinari 238 U dengan neutron. Ide E. Fermi adalah bahwa sebagai akibat dari peluruhan dari isotop 239 U, unsur kimia dengan nomor atom Z = 93. Namun, tidak mungkin untuk mengidentifikasi pembentukan unsur ke-93. Sebaliknya, sebagai hasil analisis radiokimia unsur radioaktif yang dilakukan oleh O. Hahn dan F. Strassmann, ditunjukkan bahwa salah satu produk penyinaran uranium dengan neutron adalah barium (Z = 56) - unsur kimia dengan berat atom sedang. , sedangkan menurut asumsi teori Fermi unsur transuranium seharusnya diperoleh.
L. Meitner dan O. Frisch mengemukakan bahwa akibat penangkapan neutron oleh inti uranium, inti senyawa terpecah menjadi dua bagian.

92 U + n → 56 Ba + 36 Kr + xn.

Proses fisi uranium disertai dengan munculnya neutron sekunder (x > 1) yang dapat menyebabkan pembelahan inti uranium lainnya, sehingga membuka potensi terjadinya reaksi berantai fisi – satu neutron dapat menimbulkan rantai bercabang dari pembelahan inti uranium. Dalam hal ini, jumlah inti yang terpisah harus meningkat secara eksponensial. N. Bohr dan J. Wheeler menghitung energi kritis yang dibutuhkan untuk inti 236 U, yang terbentuk sebagai hasil penangkapan neutron oleh isotop 235 U, untuk membelah. Nilai ini adalah 6,2 MeV, yang lebih kecil dari energi eksitasi dari isotop 236 U yang terbentuk selama penangkapan neutron termal 235 U. Oleh karena itu, ketika neutron termal ditangkap, reaksi berantai fisi 235 U dimungkinkan. isotop umum 238 U, energi kritisnya adalah 5,9 MeV, sedangkan ketika neutron termal ditangkap, energi eksitasi dari inti 239 U yang dihasilkan hanya 5,2 MeV. Oleh karena itu, reaksi berantai fisi yang paling umum di alam isotop 238 U di bawah aksi neutron termal tidak mungkin. Dalam satu peristiwa fisi, energi 200 MeV dilepaskan (sebagai perbandingan, dalam reaksi kimia pembakaran dalam satu tindakan reaksi, energi 10 eV dilepaskan). Kemungkinan menciptakan kondisi untuk reaksi berantai fisi membuka prospek untuk menggunakan energi reaksi berantai untuk membuat reaktor atom dan senjata atom. Reaktor nuklir pertama dibangun oleh E. Fermi di Amerika Serikat pada tahun 1942. Di Uni Soviet, reaktor nuklir pertama diluncurkan di bawah kepemimpinan I. Kurchatov pada tahun 1946. Pada tahun 1954, pembangkit listrik tenaga nuklir pertama di dunia mulai beroperasi di Obninsk. Saat ini, energi listrik dihasilkan di sekitar 440 reaktor nuklir di 30 negara di seluruh dunia.
Pada tahun 1940, G. Flerov dan K. Petrzhak menemukan fisi spontan uranium. Angka-angka berikut membuktikan kompleksitas percobaan. Waktu paruh parsial sehubungan dengan fisi spontan isotop 238 U adalah 10 16 –10 17 tahun, sedangkan periode peluruhan isotop 238 U adalah 4,5∙109 tahun. Saluran peluruhan utama untuk isotop 238 U adalah peluruhan . Untuk mengamati pembelahan spontan dari isotop 238 U, perlu untuk mendaftarkan satu peristiwa pembelahan dengan latar belakang 10 7 –108 peristiwa peluruhan .
Probabilitas fisi spontan terutama ditentukan oleh permeabilitas penghalang fisi. Probabilitas fisi spontan meningkat dengan peningkatan muatan inti, karena. ini meningkatkan parameter pembagian Z 2 /A. Dalam isotop Z< 92-95 деление происходит преимущественно с образованием двух осколков деления с отношением масс тяжёлого и лёгкого осколков 3:2. В изотопах Z >100, pembelahan simetris mendominasi dengan pembentukan fragmen dengan massa yang sama. Ketika muatan inti meningkat, proporsi fisi spontan meningkat dibandingkan dengan peluruhan .

Isotop	Setengah hidup	saluran pembusukan
235 U	7.04 10 8 tahun	(100%), SF (7 10 -9%)
238 U	4,47 10 9 tahun	(100%), SF (5,5 10 -5%)
240 Pu	6.56 10 3 tahun	(100%), SF (5,7 10 -6%)
242 Pu	3,75 10 5 tahun	(100%), SF (5,5 10 -4%)
246 cm	4.76 10 3 tahun	(99,97%), SF (0,03%)
252 cf	2.64 tahun	(96,91%), SF (3,09%)
254 cf	60,5 tahun	(0,31%), SF (99,69%)
256 cf	12,3 tahun	(7,04 10 -8%), SF (100%)

Fisi nuklir. Cerita

1934- E. Fermi, menyinari uranium dengan neutron termal, menemukan inti radioaktif di antara produk reaksi, yang sifatnya tidak dapat ditentukan.
L. Szilard mengemukakan gagasan reaksi berantai nuklir.

1939 O. Hahn dan F. Strassmann menemukan barium di antara produk reaksi.
L. Meitner dan O. Frisch mengumumkan untuk pertama kalinya bahwa di bawah aksi neutron, uranium dipecah menjadi dua fragmen yang sebanding dalam massa.
N. Bohr dan J. Wheeler memberikan interpretasi kuantitatif fisi nuklir dengan memperkenalkan parameter fisi.
Ya, Frenkel mengembangkan teori jatuhnya fisi nuklir oleh neutron lambat.
L. Szilard, E. Wigner, E. Fermi, J. Wheeler, F. Joliot-Curie, Ya. Zeldovich, Yu. Khariton membuktikan kemungkinan reaksi berantai fisi nuklir yang terjadi di uranium.

1940 G. Flerov dan K. Petrzhak menemukan fenomena fisi spontan inti uranium U.

1942 E. Fermi melakukan reaksi berantai fisi terkontrol di reaktor atom pertama.

1945 Uji coba pertama senjata nuklir (Nevada, AS). Bom atom dijatuhkan di kota-kota Jepang, Hiroshima (6 Agustus) dan Nagasaki (9 Agustus).

1946 Di bawah kepemimpinan I.V. Kurchatov, reaktor pertama di Eropa diluncurkan.

1954 Pembangkit listrik tenaga nuklir pertama di dunia diluncurkan (Obninsk, USSR).

Fisi nuklir.Sejak 1934, E. Fermi mulai menggunakan neutron untuk membombardir atom. Sejak itu, jumlah inti stabil atau radioaktif yang diperoleh melalui transformasi buatan telah meningkat menjadi ratusan, dan hampir semua tempat dalam tabel periodik telah diisi dengan isotop.
Atom-atom yang timbul dalam semua reaksi nuklir ini menempati tempat yang sama dalam tabel periodik sebagai atom yang dibombardir, atau tempat-tempat yang berdekatan. Oleh karena itu, pembuktian oleh Hahn dan Strassmann pada tahun 1938 tentang fakta bahwa ketika neutron membombardir elemen terakhir dari sistem periodik−uranium−meluruh menjadi unsur-unsur yang berada di bagian tengah sistem periodik. Tampil di sini jenis yang berbeda membusuk. Atom-atom yang muncul sebagian besar tidak stabil dan segera meluruh lebih lanjut; beberapa memiliki waktu paruh yang diukur dalam hitungan detik, jadi Gan harus mendaftar metode analitis Curie untuk memperpanjang proses yang begitu cepat. Penting untuk dicatat bahwa unsur-unsur di depan uranium, protaktinium dan thorium, juga menunjukkan peluruhan serupa di bawah aksi neutron, meskipun energi neutron yang lebih tinggi diperlukan untuk peluruhan untuk memulai daripada dalam kasus uranium. Bersamaan dengan ini, pada tahun 1940, G. N. Flerov dan K. A. Petrzhak menemukan fisi spontan inti uranium dengan waktu paruh terpanjang yang diketahui hingga saat itu: sekitar 2· 10 15 tahun; fakta ini menjadi jelas karena neutron dilepaskan dalam proses. Jadi adalah mungkin untuk memahami mengapa sistem periodik "alami" berakhir dengan tiga elemen bernama. Unsur transuranium sekarang diketahui, tetapi mereka sangat tidak stabil sehingga cepat meluruh.
Fisi uranium melalui neutron sekarang memungkinkan untuk menggunakan energi atom, yang telah dibayangkan oleh banyak orang sebagai "impian Jules Verne."

M. Laue, Sejarah Fisika

1939 O. Hahn dan F. Strassmann, menyinari garam uranium dengan neutron termal, ditemukan di antara produk reaksi barium (Z = 56)

Otto Gunn (1879 – 1968)

Fisi nuklir adalah pemecahan inti menjadi dua (jarang tiga) inti dengan massa yang sama, yang disebut fragmen fisi. Selama fisi, partikel lain juga muncul - neutron, elektron, partikel . Sebagai hasil dari fisi, energi sebesar ~200 MeV dilepaskan. Fisi bisa spontan atau dipaksakan di bawah aksi partikel lain, paling sering neutron.
Ciri khas fisi adalah bahwa fragmen fisi, sebagai suatu peraturan, berbeda secara signifikan dalam massa, mis., fisi asimetris mendominasi. Jadi, dalam kasus fisi yang paling mungkin dari isotop uranium 236 U, rasio massa fragmen adalah 1,46. Sebuah fragmen berat memiliki nomor massa 139 (xenon), dan sebuah fragmen ringan memiliki nomor massa 95 (strontium). Dengan mempertimbangkan emisi dua neutron cepat, reaksi fisi yang dipertimbangkan memiliki bentuk:

Hadiah Nobel dalam Kimia
1944 - O. Gan.
Untuk penemuan reaksi fisi inti uranium oleh neutron.

pecahan fisi

Ketergantungan massa rata-rata kelompok fragmen ringan dan berat pada massa inti fisil.

Penemuan fisi nuklir. 1939

Saya datang ke Swedia, di mana Lise Meitner menderita kesepian, dan sebagai keponakan yang setia, saya memutuskan untuk mengunjunginya saat Natal. Dia tinggal di hotel kecil Kungälv dekat Gothenburg. Aku menangkapnya saat sarapan. Dia mempertimbangkan surat yang baru saja dia terima dari Han. Saya sangat skeptis tentang isi surat itu, yang melaporkan pembentukan barium dengan menyinari uranium dengan neutron. Namun, dia tertarik dengan kesempatan ini. Kami berjalan di salju, dia berjalan, saya bermain ski (dia mengatakan bahwa dia bisa melakukan ini tanpa jatuh di belakang saya, dan dia membuktikannya). Pada akhir perjalanan kami sudah dapat merumuskan beberapa kesimpulan; nukleus tidak terbelah, dan potongan-potongan tidak terbang darinya, tetapi itu adalah proses yang agak mirip dengan model jatuhnya nukleus Bohr; seperti setetes, inti bisa memanjang dan membelah. Kemudian saya menjelajahi caranya muatan listrik nukleon mengurangi tegangan permukaan, yang, seperti yang telah saya tetapkan, turun menjadi nol pada Z = 100 dan, mungkin, sangat kecil untuk uranium. Lise Meitner terlibat dalam menentukan energi yang dilepaskan selama setiap peluruhan karena cacat massa. Dia memiliki gagasan yang sangat jelas tentang kurva cacat massa. Ternyata karena tolakan elektrostatik, elemen fisi akan memperoleh energi sekitar 200 MeV, dan ini hanya sesuai dengan energi yang terkait dengan cacat massa. Oleh karena itu, proses tersebut dapat berlangsung murni secara klasikal tanpa melibatkan konsep melewati penghalang potensial, yang tentu saja tidak akan berguna di sini.
Kami menghabiskan dua atau tiga hari bersama selama Natal. Kemudian saya kembali ke Kopenhagen dan hampir tidak punya waktu untuk memberi tahu Bohr tentang ide kami pada saat dia sudah menaiki kapal uap ke AS. Saya ingat bagaimana dia menampar dahinya segera setelah saya mulai berbicara dan berseru: “Oh, betapa bodohnya kami! Kita seharusnya menyadari ini lebih awal." Tapi dia tidak memperhatikan, dan tidak ada yang memperhatikan.
Lise Meitner dan saya menulis sebuah artikel. Pada saat yang sama, kami terus berhubungan melalui telepon jarak jauh Kopenhagen - Stockholm.

O. Frisch, Memoar. UFN. 1968. T. 96, edisi 4, hal. 697.

Fisi nuklir spontan

Dalam percobaan yang dijelaskan di bawah ini, kami menggunakan metode yang pertama kali diusulkan oleh Frisch untuk merekam proses fisi nuklir. Ruang ionisasi dengan pelat yang dilapisi dengan lapisan uranium oksida dihubungkan ke penguat linier yang disetel sedemikian rupa sehingga partikel yang dipancarkan dari uranium tidak terdaftar oleh sistem; impuls dari fragmen, yang jauh lebih besar daripada impuls dari partikel , membuka kunci output thyratron dan dianggap sebagai relai mekanis.
Ruang ionisasi dirancang khusus dalam bentuk kapasitor datar multilayer dengan dengan luas total 15 pelat dalam 1000 cm. Pelat yang terletak pada jarak 3 mm satu sama lain, dilapisi dengan lapisan uranium oksida 10-20 mg/cm 2 .
Dalam percobaan pertama dengan amplifier yang disetel untuk menghitung fragmen, dimungkinkan untuk mengamati pulsa spontan (tanpa adanya sumber neutron) pada relai dan osiloskop. Jumlah impuls ini kecil (6 per 1 jam), dan cukup dapat dimengerti, oleh karena itu, fenomena ini tidak dapat diamati dengan kamera jenis biasa ...
Kita cenderung berpikir bahwa efek yang kita amati harus dikaitkan dengan fragmen yang dihasilkan dari fisi spontan uranium ...

Fisi spontan harus dikaitkan dengan salah satu isotop U yang tidak tereksitasi dengan waktu paruh yang diperoleh dari evaluasi hasil kami:

kamu 238 – 10 16 ~ 10 17 bertahun-tahun,
kamu 235 – 10 14 ~ 10 15 bertahun-tahun,
kamu 234 – 10 12 ~ 10 13 bertahun-tahun.

peluruhan isotop 238 kamu

Fisi nuklir spontan

Waktu paruh isotop fisil spontan Z = 92 - 100

Sistem eksperimental pertama dengan kisi uranium-grafit dibangun pada tahun 1941 di bawah arahan E. Fermi. Itu adalah kubus grafit dengan panjang rusuk 2,5 m, mengandung sekitar 7 ton uranium oksida, tertutup dalam bejana besi, yang ditempatkan di kubus pada jarak yang sama satu sama lain. Sebuah sumber neutron RaBe ditempatkan di bagian bawah kisi uranium-grafit. Faktor perkalian dalam sistem seperti itu adalah -0,7. Uranium oksida mengandung 2 hingga 5% pengotor. Upaya lebih lanjut diarahkan untuk mendapatkan lebih banyak bahan bersih dan pada Mei 1942, uranium oksida diperoleh, di mana pengotornya kurang dari 1%. Untuk memastikan reaksi berantai fisi, perlu menggunakan sejumlah besar grafit dan uranium - dalam urutan beberapa ton. Pengotor harus kurang dari beberapa bagian per juta. Reaktor, yang dirakit pada akhir tahun 1942 oleh Fermi di Universitas Chicago, memiliki bentuk spheroid yang tidak lengkap yang dipotong dari atas. Isinya 40 ton uranium dan 385 ton grafit. Pada malam tanggal 2 Desember 1942, setelah batang penyerap neutron dilepas, ditemukan bahwa reaksi berantai nuklir sedang berlangsung di dalam reaktor. Koefisien yang diukur adalah 1,0006. Awalnya, reaktor beroperasi pada tingkat daya 0,5 W. Pada 12 Desember, dayanya ditingkatkan menjadi 200 watt. Selanjutnya, reaktor dipindahkan ke lebih tempat yang aman, dan kekuatannya ditingkatkan menjadi beberapa kW. Dalam hal ini, reaktor mengkonsumsi 0,002 g uranium-235 per hari.

Reaktor nuklir pertama di Uni Soviet

Bangunan untuk reaktor nuklir penelitian F-1 pertama di Uni Soviet telah siap pada Juni 1946.
Setelah semua percobaan yang diperlukan dilakukan, sistem kontrol dan proteksi reaktor dikembangkan, dimensi reaktor ditetapkan, semua percobaan yang diperlukan dilakukan dengan model reaktor, kepadatan neutron ditentukan pada beberapa model, blok grafit diperoleh (yang disebut kemurnian nuklir) dan (setelah pemeriksaan fisik neutron) blok uranium, pada November 1946 pembangunan reaktor F-1 dimulai.
Jari-jari total reaktor adalah 3,8 m, membutuhkan 400 ton grafit dan 45 ton uranium. Reaktor dirakit berlapis-lapis, dan pada pukul 3 sore tanggal 25 Desember 1946, lapisan ke-62 yang terakhir dipasang. Setelah ekstraksi yang disebut batang darurat, batang kendali diangkat, kerapatan neutron mulai dihitung, dan pada pukul 18:00 tanggal 25 Desember 1946, reaktor pertama di Uni Soviet hidup kembali. Itu adalah kemenangan yang menarik bagi para ilmuwan - pencipta reaktor nuklir dan segalanya orang soviet. Satu setengah tahun kemudian, pada 10 Juni 1948, reaktor industri dengan air di saluran mencapai keadaan kritis dan segera memulai produksi industri bahan bakar nuklir jenis baru - plutonium.