Jaki jest powód rozszczepienia jąder uranu. Rozszczepienie jądra uranu

Klasa

Lekcja #42-43

Reakcja łańcuchowa rozszczepienia jąder uranu. Energia jądrowa i ekologia. Radioaktywność. Pół życia.

Reakcje jądrowe

Reakcja jądrowa to proces interakcji jądro atomowe z innym rdzeniem lub cząstka elementarna, której towarzyszy zmiana składu i struktury jądra oraz uwolnienie cząstek wtórnych lub kwantów γ.

W wyniku reakcji jądrowych mogą powstać nowe izotopy promieniotwórcze, których nie ma na Ziemi w żywy.

Pierwsza reakcja jądrowa została przeprowadzona przez E. Rutherforda w 1919 roku w eksperymentach wykrywających protony w produktach rozpadu jądrowego (patrz § 9.5). Rutherford bombardował atomy azotu cząstkami alfa. Gdy cząstki zderzyły się, nastąpiła reakcja jądrowa, która przebiegała według następującego schematu:

Podczas reakcji jądrowych kilka prawa ochrony: pęd, energia, moment pędu, ładunek. Oprócz tych klasycznych praw zachowania, w reakcjach jądrowych obowiązuje tak zwane prawo zachowania. ładunek barionowy(czyli liczba nukleonów - protonów i neutronów). Szereg innych przepisów dotyczących ochrony specyficznych dla Fizyka nuklearna i fizyka cząstek elementarnych.

Reakcje jądrowe mogą zachodzić, gdy atomy są bombardowane przez szybko naładowane cząstki (protony, neutrony, cząstki α, jony). Pierwsza tego typu reakcja została przeprowadzona przy użyciu wysokoenergetycznych protonów otrzymanych w akceleratorze w 1932 roku:

gdzie M A i M B to masy produktów początkowych, M C i M D to masy produkty końcowe reakcje. Nazywa się wartość ΔM wada masowa. Reakcje jądrowe mogą przebiegać z uwolnieniem (Q > 0) lub z absorpcją energii (Q< 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, которая называется порогом реакции.

Aby reakcja jądrowa miała dodatnią wydajność energetyczną, specyficzna energia wiązania nukleony w jądrach produktów początkowych muszą być mniejsze niż specyficzna energia wiązania nukleonów w jądrach produktów końcowych. Oznacza to, że ΔM musi być dodatnie.

Są dwa podstawowe różne drogi uwolnienie energii jądrowej.

1. Rozszczepienie ciężkich jąder. W przeciwieństwie do rozpadu promieniotwórczego jąder, któremu towarzyszy emisja cząstek α- lub β-, reakcje rozszczepienia są procesem, w którym niestabilne jądro dzieli się na dwa duże fragmenty o porównywalnych masach.

W 1939 roku niemieccy naukowcy O. Hahn i F. Strassmann odkryli rozszczepienie jąder uranu. Kontynuując badania rozpoczęte przez Fermiego, odkryli, że gdy uran jest bombardowany neutronami, pierwiastki części środkowej układ okresowy– radioaktywne izotopy baru (Z=56), krypton (Z=36) itp.

Uran występuje w naturze w postaci dwóch izotopów: (99,3%) i (0,7%). Podczas bombardowania neutronami jądra obu izotopów mogą rozpaść się na dwa fragmenty. W tym przypadku reakcja rozszczepienia przebiega najintensywniej z wolnymi (termicznymi) neutronami, natomiast jądra wchodzą w reakcję rozszczepienia tylko z szybkimi neutronami o energii rzędu 1 MeV.

Główne zainteresowanie energia atomowa reprezentuje reakcję rozszczepienia jądra.Obecnie znanych jest około 100 różnych izotopów o liczbach masowych od około 90 do 145, powstałych w wyniku rozszczepienia tego jądra. Dwie typowe reakcje rozszczepienia tego jądra mają postać:

Należy zauważyć, że w wyniku rozszczepienia jądrowego zainicjowanego przez neutron powstają nowe neutrony, które mogą powodować reakcje rozszczepienia w innych jądrach. Produktami rozszczepienia jąder uranu-235 mogą być również inne izotopy baru, ksenonu, strontu, rubidu itp.

Energia kinetyczna uwalniana podczas rozszczepienia jednego jądra uranu jest ogromna - około 200 MeV. Energię uwolnioną podczas rozszczepienia jądrowego można oszacować za pomocą specyficzna energia wiązania nukleony w jądrze. Energia właściwa wiązania nukleonów w jądrach z Liczba masowa A ≈ 240 to około 7,6 MeV/nukleon, podczas gdy w jądrach o liczbach masowych A = 90–145 energia właściwa wynosi około 8,5 MeV/nukleon. Dlatego rozszczepienie jądra uranu uwalnia energię rzędu 0,9 MeV/nukleon, czyli około 210 MeV na atom uranu. Przy całkowitym rozszczepieniu wszystkich jąder zawartych w 1 g uranu uwalniana jest taka sama energia, jak podczas spalania 3 ton węgla lub 2,5 tony ropy.

Produkty rozszczepienia jądra uranu są niestabilne, ponieważ zawierają znaczną nadwyżkę neutronów. Rzeczywiście, stosunek N/Z dla najcięższych jąder wynosi około 1,6 (rys. 9.6.2), dla jąder o liczbach masowych od 90 do 145 stosunek ten wynosi około 1,3–1,4. Dlatego jądra fragmentów doświadczają serii kolejnych β - rozpadów, w wyniku których liczba protonów w jądrze wzrasta, a liczba neutronów maleje, aż do powstania stabilnego jądra.

W rozszczepieniu jądra uranu-235, które jest spowodowane zderzeniem z neutronem, uwalniane są 2 lub 3 neutrony. Na korzystne warunki te neutrony mogą uderzać w inne jądra uranu i powodować ich rozszczepienie. Na tym etapie pojawi się już od 4 do 9 neutronów, zdolnych do powodowania nowych rozpadów jąder uranu itp. Taki proces podobny do lawiny nazywa się reakcją łańcuchową. Schemat rozwoju reakcja łańcuchowa rozszczepienie jąder uranu pokazano na ryc. 9.8.1.

Rysunek 9.8.1. Schemat rozwoju reakcji łańcuchowej.

Aby zaszła reakcja łańcuchowa, konieczne jest, aby tzw mnożnik neutronów była większa niż jeden. Innymi słowy, w każdej kolejnej generacji powinno być więcej neutronów niż w poprzedniej. O mnożniku decyduje nie tylko liczba neutronów wytwarzanych w każdym zdarzeniu elementarnym, ale także warunki, w jakich przebiega reakcja – część neutronów może zostać wchłonięta przez inne jądra lub opuścić strefę reakcji. Neutrony uwalniane podczas rozszczepiania jąder uranu-235 mogą powodować rozszczepienie jąder tego samego uranu, który stanowi zaledwie 0,7% naturalnego uranu. To stężenie jest niewystarczające do rozpoczęcia reakcji łańcuchowej. Izotop może również absorbować neutrony, ale nie zachodzi reakcja łańcuchowa.

reakcja łańcuchowa w uranie wysoka zawartość uran-235 może powstać tylko wtedy, gdy masa uranu przekroczy tzw masa Krytyczna. W małych kawałkach uranu większość neutronów, nie uderzając w żadne jądro, wylatuje. Dla czystego uranu-235 masa krytyczna wynosi około 50 kg. Masę krytyczną uranu można wielokrotnie zmniejszać, stosując tzw moderatorzy neutrony. Faktem jest, że neutrony wytwarzane podczas rozpadu jąder uranu mają zbyt duże prędkości, a prawdopodobieństwo wychwycenia wolnych neutronów przez jądra uranu-235 jest setki razy większe niż w przypadku szybkich. Najlepszym moderatorem neutronów jest ciężka woda D 2 O. Podczas interakcji z neutronami zwykła woda sama zamienia się w ciężką wodę.

Dobrym moderatorem jest też grafit, którego jądra nie absorbują neutronów. Po elastycznej interakcji z jądrami deuteru lub węgla neutrony są spowalniane do prędkości termicznych.

Zastosowanie moderatorów neutronów i specjalnej powłoki berylowej, która odbija neutrony, umożliwia zmniejszenie masy krytycznej do 250g.

W bomby atomowe niekontrolowana reakcja łańcucha jądrowego występuje, gdy szybkie połączenie dwa kawałki uranu-235, z których każdy ma masę nieco poniżej krytycznej.

Urządzenie, które utrzymuje kontrolowaną reakcję rozszczepienia jądra, nazywa się jądrowy(lub atomowy) reaktor. Schemat reaktora jądrowego na wolnych neutronach pokazano na ryc. 9.8.2.

Rysunek 9.8.2. Schemat urządzenia reaktora jądrowego.

Reakcja jądrowa zachodzi w rdzeniu reaktora, który jest wypełniony moderatorem i przebity prętami zawierającymi wzbogaconą mieszaninę izotopów uranu o wysokiej zawartości uranu-235 (do 3%). Do rdzenia wprowadzane są pręty kontrolne zawierające kadm lub bor, które intensywnie pochłaniają neutrony. Wprowadzenie prętów do rdzenia pozwala kontrolować szybkość reakcji łańcuchowej.

Rdzeń jest chłodzony pompowanym chłodziwem, którym może być woda lub metal o niskiej temperaturze topnienia (na przykład sód, który ma temperaturę topnienia 98 °C). W wytwornicy pary chłodziwo przechodzi energia cieplna woda, zamieniając ją w parę wysokie ciśnienie. Para jest przesyłana do turbiny podłączonej do generatora elektrycznego. Z turbiny para wchodzi do skraplacza. Aby uniknąć wycieku promieniowania, obwody chłodziwa I i wytwornicy pary II pracują w cyklach zamkniętych.

Turbina elektrowni jądrowej to silnik cieplny, który określa całkowitą sprawność elektrowni zgodnie z drugą zasadą termodynamiki. Dla nowoczesnych elektrowni jądrowych sprawność jest w przybliżeniu równa. Dlatego przy produkcji 1000 MW energia elektryczna moc cieplna reaktora powinna osiągnąć 3000 MW. 2000 MW musi zostać odprowadzone przez wodę chłodzącą skraplacz. Prowadzi to do lokalnego przegrzania naturalnych zbiorników wodnych i późniejszego pojawienia się problemów środowiskowych.

Jednakże, główny problem polega na zapewnieniu pełnego bezpieczeństwa radiacyjnego osób pracujących w elektrowniach jądrowych oraz zapobieganiu przypadkowym uwolnieniom substancji promieniotwórczych, które gromadzą się w dużych ilościach w rdzeniu reaktora. Wiele uwagi poświęca się temu problemowi w rozwoju reaktorów jądrowych. Niemniej jednak po wypadkach w niektórych elektrowniach jądrowych, w szczególności w elektrowni jądrowej w Pensylwanii (USA, 1979) i elektrowni jądrowej w Czarnobylu (1986), problem bezpieczeństwa energetyki jądrowej stał się szczególnie dotkliwy.

Oprócz opisanego powyżej reaktora jądrowego działającego na neutronach wolnych, duże znaczenie praktyczne mają reaktory działające bez moderatora na neutronach prędkich. W takich reaktorach paliwem jądrowym jest wzbogacona mieszanina zawierająca co najmniej 15% izotopu.Zaletą reaktorów na neutronach prędkich jest to, że podczas ich pracy jądra uranu-238, absorbujące neutrony, poprzez dwa kolejne rozpady β - zamieniają się w pluton jądra, które następnie mogą być wykorzystane jako paliwo jądrowe:

Współczynnik rozmnażania takich reaktorów osiąga 1,5, to znaczy na 1 kg uranu-235 otrzymuje się do 1,5 kg plutonu. Konwencjonalne reaktory również produkują pluton, ale w znacznie mniejszych ilościach.

Pierwszy reaktor jądrowy zbudowano w 1942 r. w USA pod kierownictwem E. Fermiego. W naszym kraju pierwszy reaktor został zbudowany w 1946 roku pod kierownictwem IV Kurchatova.

2. reakcje termojądrowe. Drugi sposób uwalniania energii jądrowej wiąże się z reakcjami syntezy jądrowej. Podczas fuzji lekkich jąder i tworzenia nowego jądra powinna zostać uwolniona duża ilość energii. Widać to z zależności specyficznej energii wiązania od liczby masowej A (ryc. 9.6.1). Aż do jąder o liczbie masowej około 60 specyficzna energia wiązania nukleonów wzrasta wraz ze wzrostem A. Dlatego fuzja dowolnego jądra z A< 60 из более легких ядер должен сопровождаться выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза будет в этом случае меньше массы первоначальных частиц.

Nazywa się reakcje fuzji lekkich jąder reakcje termojądrowe, ponieważ mogą płynąć tylko w bardzo wysokich temperaturach. Aby dwa jądra weszły w reakcję fuzji, muszą zbliżyć się na odległość działania sił jądrowych rzędu 2·10 -15 m, pokonując elektryczne odpychanie ich dodatnich ładunków. W tym celu średnia energia kinetyczna ruch termiczny cząsteczki muszą przekraczać energię potencjalną oddziaływania kulombowskiego. Obliczenie wymaganej temperatury T do tego prowadzi do wartości rzędu 108 –10 9 K. Jest to ekstremalnie wysoka temperatura. W tej temperaturze substancja znajduje się w stanie w pełni zjonizowanym, który nazywa się osocze.

Energia uwalniana w reakcjach termojądrowych na nukleon jest kilkakrotnie wyższa niż energia właściwa uwalniana w reakcjach łańcuchowych rozszczepienia jądra. Na przykład w reakcji fuzji jąder deuteru i trytu

Uwalnia się 3,5 MeV/nukleon. Łącznie w tej reakcji uwalniane jest 17,6 MeV. To jedna z najbardziej obiecujących reakcji termojądrowych.

Realizacja kontrolowane reakcje termojądrowe da ludzkości nowe, przyjazne dla środowiska i praktycznie niewyczerpane źródło energii. Jednak uzyskanie ultrawysokich temperatur i zamknięcie plazmy rozgrzanej do miliarda stopni to najtrudniejsze naukowo-techniczne zadanie na drodze do wdrożenia kontrolowanej termicznej fuzja nuklearna.

Na ten etap rozwój nauki i technologii był tylko niekontrolowana reakcja fuzji w bombie wodorowej. Wysoką temperaturę wymaganą do fuzji jądrowej osiąga się tutaj poprzez detonację konwencjonalnej bomby uranowej lub plutonowej.

Reakcje termojądrowe odgrywają niezwykle ważną rolę w ewolucji Wszechświata. Energia promieniowania Słońca i gwiazd ma pochodzenie termojądrowe.

Radioaktywność

Prawie 90% znanych 2500 jąder atomowych jest niestabilnych. Niestabilne jądro samorzutnie przekształca się w inne jądra z emisją cząstek. Ta właściwość jąder nazywa się radioaktywność. W przypadku dużych jąder niestabilność powstaje w wyniku konkurencji między przyciąganiem nukleonów przez siły jądrowe a kulombowskim odpychaniem protonów. Nie ma stabilnych jąder o liczbie ładunku Z > 83 i liczbie masowej A > 209. Ale jądra atomowe o znacznie niższych liczbach Z i A mogą również okazać się radioaktywne. Jeśli jądro zawiera znacznie więcej protonów niż neutronów, powoduje to niestabilność przez nadmiar energii oddziaływania kulombowskiego . Jądra, które zawierałyby duży nadmiar neutronów w stosunku do liczby protonów, są niestabilne ze względu na fakt, że masa neutronu przekracza masę protonu. Wzrost masy jądra prowadzi do wzrostu jego energii.

Zjawisko radioaktywności odkrył w 1896 roku francuski fizyk A. Becquerel, który odkrył, że sole uranu emitują nieznane promieniowanie, które może przenikać przez bariery nieprzezroczyste dla światła i powodować zaczernienie emulsji fotograficznej. Dwa lata później francuscy fizycy M. i P. Curie odkryli promieniotwórczość toru i odkryli dwa nowe pierwiastki promieniotwórcze - polon i rad

W kolejnych latach wielu fizyków, w tym E. Rutherford i jego uczniowie, zajmowało się badaniem natury promieniowania radioaktywnego. Stwierdzono, że jądra promieniotwórcze mogą emitować cząstki trzech typów: naładowanych dodatnio i ujemnie oraz obojętnych. Te trzy rodzaje promieniowania nazwano promieniowaniem α-, β- i γ. Na ryc. 9.7.1 przedstawia schemat eksperymentu, który umożliwia wykrycie złożonego składu promieniowania radioaktywnego. W polu magnetycznym promienie α i β odchylają się w przeciwnych kierunkach, a promienie β odchylają się znacznie bardziej. Promienie γ w polu magnetycznym w ogóle nie odbiegają.

Te trzy rodzaje promieniowania radioaktywnego znacznie różnią się między sobą zdolnością do jonizacji atomów materii, a co za tym idzie, zdolnością przenikania. Promieniowanie α ma najmniejszą moc przenikania. W powietrzu, w normalnych warunkach, promienie α przemieszczają się na odległość kilku centymetrów. Promienie β są znacznie mniej absorbowane przez materię. Są w stanie przejść przez warstwę aluminium o grubości kilku milimetrów. Promienie γ mają największą zdolność przenikania, będąc w stanie przejść przez warstwę ołowiu o grubości 5–10 cm.

W drugiej dekadzie XX wieku po odkryciu przez E. Rutherforda struktura jądrowa atomów, ustalono, że radioaktywność jest właściwość jąder atomowych. Badania wykazały, że promienie α reprezentują strumień cząstek α ​​- jądra helu, promienie β to strumień elektronów, promienie γ reprezentują fale krótkie promieniowanie elektromagnetyczne o ekstremalnie krótkiej długości fali λ< 10 –10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, то есть является потоком частиц – γ-квантов.

Rozpad alfa. Rozpad alfa to spontaniczna transformacja jądra atomowego o liczbie protonów Z i neutronów N w inne jądro (córki) zawierające liczbę protonów Z - 2 i neutronów N - 2. W tym przypadku emitowana jest cząstka α - jądro atomu helu. Przykładem takiego procesu jest rozpad α radu:

Cząstki alfa emitowane przez jądra atomów radu zostały wykorzystane przez Rutherforda w eksperymentach nad rozpraszaniem przez jądra pierwiastków ciężkich. Prędkość cząstek α ​​emitowanych podczas rozpadu α ​​jąder radu, mierzona wzdłuż krzywizny trajektorii w polu magnetycznym, wynosi w przybliżeniu 1,5 10 7 m/s, a odpowiadająca im energia kinetyczna wynosi około 7,5 10 -13 J (około 4,8 MeV). Wartość tę można łatwo określić na podstawie znane wartości masy jądra macierzystego i potomnego oraz jądra helu. Chociaż prędkość wyrzuconej cząstki α jest ogromna, nadal wynosi tylko 5% prędkości światła, więc w obliczeniach można użyć nierelatywistycznego wyrażenia na energię kinetyczną.

Badania wykazały, że substancja radioaktywna może emitować cząstki α o kilku dyskretnych wartościach energii. Tłumaczy się to tym, że jądra mogą znajdować się, podobnie jak atomy, w różnych stanach wzbudzonych. Jądro potomne może znajdować się w jednym z tych stanów wzbudzonych podczas rozpadu α. Podczas późniejszego przejścia tego jądra do stanu podstawowego emitowany jest kwant γ. Schemat rozpadu radu α ​​z emisją cząstek α ​​o dwóch wartościach energii kinetycznych pokazano na ryc. 9.7.2.

Tak więc rozpadowi α jąder towarzyszy w wielu przypadkach promieniowanie γ.

W teorii rozpadu α ​​zakłada się, że wewnątrz jądra mogą tworzyć się grupy składające się z dwóch protonów i dwóch neutronów, czyli cząstki α. Jądro macierzyste jest dla cząstek α potencjalna dziura, który jest ograniczony potencjalna bariera. Energia cząstki α w jądrze jest niewystarczająca do pokonania tej bariery (ryc. 9.7.3). Wyrzucenie cząstki α z jądra jest możliwe tylko dzięki zjawisku mechaniki kwantowej zwanemu efekt tunelowy. Zgodnie z mechaniką kwantową istnieje niezerowe prawdopodobieństwo przejścia cząstki pod potencjalną barierą. Zjawisko tunelowania ma charakter probabilistyczny.

Rozpad beta. W rozpadzie beta z jądra emitowany jest elektron. Wewnątrz jąder elektrony nie mogą istnieć (patrz § 9.5), powstają podczas rozpadu β w wyniku przemiany neutronu w proton. Proces ten może zachodzić nie tylko wewnątrz jądra, ale także w przypadku wolnych neutronów. Średni czas życia wolnego neutronu wynosi około 15 minut. Kiedy neutron rozpada się na proton i elektron

Pomiary wykazały, że w tym procesie dochodzi do wyraźnego naruszenia prawa zachowania energii, ponieważ całkowita energia protonu i elektronu powstająca w wyniku rozpadu neutronu jest mniejsza niż energia neutronu. W 1931 r. W. Pauli zasugerował, że podczas rozpadu neutronu uwalniana jest inna cząstka o zerowej masie i ładunku, która zabiera część energii. Nowa cząsteczka nosi nazwę neutrin(mały neutron). Ze względu na brak ładunku i masy w neutrinie, cząsteczka ta bardzo słabo oddziałuje z atomami materii, więc niezwykle trudno jest ją wykryć w eksperymencie. Zdolność jonizacyjna neutrin jest tak mała, że ​​jeden akt jonizacji w powietrzu spada na około 500 km toru. Cząstka ta została odkryta dopiero w 1953 roku. Obecnie wiadomo, że istnieje kilka odmian neutrin. W procesie rozpadu neutronów powstaje cząstka, która nazywa się elektroniczne antyneutrino. Jest to oznaczone symbolem W związku z tym reakcja rozpadu neutronów jest zapisana jako

Podobny proces zachodzi również wewnątrz jąder podczas rozpadu β. Elektron powstały w wyniku rozpadu jednego z neutronów jądrowych jest natychmiast wyrzucany z „domu macierzystego” (jądra) z ogromną prędkością, która może różnić się od prędkości światła tylko o ułamek procenta. Ponieważ rozkład energii uwalnianej podczas rozpadu β między elektronem, neutrinem i jądrem potomnym jest przypadkowy, β-elektrony mogą mieć różne prędkości w szerokim zakresie.

Podczas rozpadu β liczba ładunku Z wzrasta o jeden, podczas gdy liczba masowa A pozostaje niezmieniona. Okazuje się, że jądro potomne jest jądrem jednego z izotopów pierwiastka, którego numer seryjny w układzie okresowym jest o jeden wyższy od numeru seryjnego jądra pierwotnego. Typowy przykładβ-rozpad może służyć jako przemiana izotonu toru powstającego z rozpadu α ​​uranu w pallad

Zanik gamma. W przeciwieństwie do radioaktywności α i β, radioaktywność γ jąder nie jest związana ze zmianą struktury wewnętrznej jądra i nie towarzyszy jej zmiana liczby ładunków lub masy. Zarówno w rozpadzie α, jak i β jądro potomne może być w pewnym stanie wzbudzonym i mieć nadmiar energii. Przejściu jądra ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego towarzyszy emisja jednego lub kilku kwantów γ, których energia może osiągnąć kilka MeV.

Prawo rozpadu promieniotwórczego. Każda próbka materiału radioaktywnego zawiera ogromną liczbę radioaktywnych atomów. Ponieważ rozpad promieniotwórczy jest losowy i nie zależy od warunki zewnętrzne, to prawo zmniejszania liczby N(t) nierozłożonego k obecna chwila czas t jąder może służyć jako ważna cecha statystyczna procesu rozpadu promieniotwórczego.

Niech liczba nierozłożonych jąder N(t) zmieni się o ΔN w krótkim okresie czasu Δt< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

Współczynnik proporcjonalności λ to prawdopodobieństwo rozpadu jądra w czasie Δt = 1 s. Wzór ten oznacza, że ​​tempo zmian funkcji N(t) jest wprost proporcjonalne do samej funkcji.

gdzie N 0 jest początkową liczbą jąder promieniotwórczych w t = 0. W czasie τ = 1 / λ liczba nierozłożonych jąder zmniejszy się o e 2,7 razy. Wartość τ nazywa się średni czas życia jądro promieniotwórcze.

Ze względów praktycznych wygodnie jest napisać prawo rozpadu promieniotwórczego w innej postaci, używając jako podstawy liczby 2, a nie e:

Wartość T nazywa się pół życia. W czasie T rozpada się połowa początkowej liczby jąder promieniotwórczych. Wartości T i τ są powiązane relacją

Okres półtrwania jest główną wielkością charakteryzującą szybkość rozpadu promieniotwórczego. Im krótszy okres półtrwania, tym intensywniejszy rozpad. Tak więc dla uranu T 4,5 miliarda lat, a dla radu T 1600 lat. Dlatego aktywność radu jest znacznie wyższa niż uranu. Istnieją pierwiastki promieniotwórcze, których okres półtrwania wynosi ułamek sekundy.

Nie występuje w warunkach naturalnych, kończy się bizmutem Ta seria rozpadów promieniotwórczych występuje w reaktor nuklearny .

Ciekawa aplikacja radioaktywność to metoda datowania znalezisk archeologicznych i geologicznych na podstawie stężenia izotopów promieniotwórczych. Najczęściej stosowaną metodą jest datowanie radiowęglowe. Nie stabilny izotop węgiel występuje w atmosferze w wyniku reakcji jądrowych wywołanych promieniowaniem kosmicznym. Niewielki procent tego izotopu znajduje się w powietrzu wraz ze zwykłym stabilnym izotopem.Rośliny i inne organizmy zużywają węgiel z powietrza i gromadzą oba izotopy w takiej samej proporcji jak w powietrzu. Po śmierci rośliny przestają zużywać węgiel, a w wyniku rozpadu β niestabilny izotop stopniowo zamienia się w azot o okresie półtrwania 5730 lat. sposób dokładny pomiar Względne stężenie węgla radioaktywnego w szczątkach dawnych organizmów może determinować czas ich śmierci.

Promieniowanie radioaktywne wszelkiego rodzaju (alfa, beta, gamma, neutrony), a także promieniowanie elektromagnetyczne ( promienie rentgenowskie) mają bardzo silny biologiczny wpływ na organizmy żywe, który polega na procesach wzbudzania i jonizacji atomów i cząsteczek tworzących żywe komórki. Pod wpływem promieniowania jonizującego niszczone są złożone cząsteczki i struktury komórkowe, co prowadzi do uszkodzenia radiacyjnego organizmu. Dlatego podczas pracy z dowolnym źródłem promieniowania należy podjąć wszelkie środki, aby: ochrona przed promieniowaniem osoby, które mogą być narażone na promieniowanie.

Jednak osoba może być narażona na promieniowanie jonizujące i warunki życia. Radon, obojętny, bezbarwny, radioaktywny gaz, może stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego, co widać na schemacie przedstawionym na ryc. 9.7.5, radon jest produktem rozpadu α ​​radu i ma okres półtrwania T = 3,82 dni. Rad znajduje się w niewielkich ilościach w glebie, skałach i różnych konstrukcje budowlane. Pomimo stosunkowo krótkiego czasu życia, koncentracja radonu jest stale uzupełniana z powodu nowych rozpadów jąder radu, dzięki czemu radon może gromadzić się w zamkniętych przestrzeniach. Dostając się do płuc radon emituje cząstki α i zamienia się w polon, który nie jest substancją chemicznie obojętną. Następnie następuje łańcuch przemian radioaktywnych serii uranu (ryc. 9.7.5). Według Amerykańskiej Komisji ds. Bezpieczeństwa i Kontroli Radiacyjnej, przeciętny człowiek otrzymuje 55% promieniowania jonizującego z radonu i tylko 11% z usługi medyczne. Udział promieni kosmicznych wynosi około 8%. Całkowita dawka promieniowania, jaką człowiek otrzymuje w ciągu życia, jest wielokrotnie mniejsza maksymalna dopuszczalna dawka(SDA), który jest ustanowiony dla osób wykonujących określone zawody narażonych na dodatkowe narażenie na promieniowanie jonizujące.

Reakcje rozszczepienia jądrowego- reakcje rozszczepienia, które polegają na tym, że ciężkie jądro pod wpływem neutronów, a jak się później okazało, innych cząstek, dzieli się na kilka jąder lżejszych (fragmentów), najczęściej na dwa jądra o zbliżonej masie.

Cechą rozszczepienia jądrowego jest to, że towarzyszy mu emisja dwóch lub trzech neutronów wtórnych, zwanych neutrony rozszczepienia. Ponieważ dla średnich jąder liczba neutronów jest w przybliżeniu równa liczbie protonów ( N/Z ≈ 1), a dla ciężkich jąder liczba neutronów znacznie przekracza liczbę protonów ( N/Z ≈ 1.6), następnie powstałe fragmenty rozszczepienia są przeładowane neutronami, w wyniku czego uwalniają neutrony rozszczepienia. Jednak emisja neutronów rozszczepienia nie eliminuje całkowicie przeciążenia jąder fragmentów przez neutrony. Prowadzi to do tego, że fragmenty są radioaktywne. Mogą podlegać serii β - -transformacji, którym towarzyszy emisja kwantów γ. Ponieważ rozpadowi β - - towarzyszy przemiana neutronu w proton, to po łańcuchu przemian β - - stosunek neutronów do protonów we fragmencie osiągnie wartość odpowiadającą stabilnemu izotopowi. Na przykład podczas rozszczepienia jądra uranu U

U+ n → Xe + Sr +2 n(265.1)

odłamek rozszczepienia W wyniku trzech aktów β - rozpadu Xe zamienia się w stabilny izotop lantanu La:

Heh → Cs → Ba → La.

Fragmenty rozszczepienia mogą być różne, więc reakcja (265.1) nie jest jedyną prowadzącą do rozszczepienia U.

Większość neutronów jest emitowana niemal natychmiast podczas rozszczepienia ( t≤ 10 -14 s), a część (około 0,7%) jest emitowana przez fragmenty rozszczepienia jakiś czas po rozszczepieniu (0,05 s ≤ t≤ 60 s). Pierwsze z nich to natychmiastowy, drugi - opóźniony.Średnio na każde rozszczepienie emitowane jest 2,5 neutronu. Mają stosunkowo szerokie spektrum energii, od 0 do 7 MeV, ze średnią energią około 2 MeV na neutron.

Z obliczeń wynika, że ​​rozszczepieniu jąder powinno towarzyszyć również uwolnienie duża liczba energia. Rzeczywiście, energia właściwa wiązania jąder o średniej masie wynosi około 8,7 MeV, podczas gdy dla jąder ciężkich wynosi 7,6 MeV. W konsekwencji rozszczepienie ciężkiego jądra na dwa fragmenty powinno uwolnić energię równą około 1,1 MeV na nukleon.

Teoria rozszczepienia jąder atomowych (N. Bohr, Ya. I. Frenkel) została oparta na modelu kropli jądra. Jądro traktowane jest jako kropla nieściśliwej cieczy naładowanej elektrycznie (o gęstości równej jądrowej i przestrzegającej praw mechanika kwantowa), których cząstki, gdy neutron wnika do jądra, dochodzą do ruch oscylacyjny, w wyniku czego jądro zostaje rozerwane na dwie części, rozlatujące się z wielką energią.

Prawdopodobieństwo rozszczepienia jądra zależy od energii neutronów. Na przykład, jeśli neutrony o wysokiej energii powodują rozszczepienie prawie wszystkich jąder, to neutrony o energii kilku megaelektronowoltów - tylko ciężkie jądra ( ALE>210), Neutrony z energia aktywacji(minimalna energia niezbędna do realizacji reakcji rozszczepienia jądra) rzędu 1 MeV, powodują rozszczepienie jąder uranu U, toru Th, protaktynu Pa, plutonu Pu. Jądra U, Pu i U, Th są podzielone neutronami termicznymi (dwa ostatnie izotopy nie występują w naturze, są pozyskiwane sztucznie).

Neutrony wtórne emitowane podczas rozszczepienia jądra mogą powodować nowe zdarzenia rozszczepienia, co umożliwia przeprowadzenie reakcja łańcuchowa rozszczepienia- reakcja jądrowa, w której cząstki powodujące reakcję powstają jako produkty tej reakcji. Łańcuchowa reakcja rozszczepienia charakteryzuje się mnożnik k neutronów, co jest równe stosunkowi liczby neutronów w danej generacji do ich liczby w poprzedniej generacji. Warunek konieczny dla rozwoju reakcji łańcuchowej rozszczepienia jest wymóg k ≥ 1.

Okazuje się, że nie wszystkie powstałe w ten sposób neutrony wtórne powodują późniejsze rozszczepienie jądra, co prowadzi do obniżenia współczynnika mnożenia. Po pierwsze, ze względu na skończone wymiary rdzeń(przestrzeń, w której zachodzi cenna reakcja) oraz wysoka penetracja neutronów, niektóre z nich opuszczą jądro, zanim zostaną wychwycone przez jakiekolwiek jądro. Po drugie, część neutronów jest wychwytywana przez jądra nierozszczepialnych zanieczyszczeń, które zawsze znajdują się w jądrze.Ponadto wraz z rozszczepieniem mogą zachodzić konkurencyjne procesy wychwytywania radiacyjnego i rozpraszania nieelastycznego.

Mnożnik zależy od charakteru materiału rozszczepialnego, a dla danego izotopu od jego ilości oraz wielkości i kształtu strefy aktywnej. Minimalne wymiary strefa aktywna, w której możliwa jest reakcja łańcuchowa, nazywa się krytyczne wymiary. Minimalna masa materiału rozszczepialnego znajdującego się w układzie o krytycznych rozmiarach, niezbędna do realizacji reakcja łańcuchowa, nazywa masa Krytyczna.

Tempo rozwoju reakcji łańcuchowych jest inne. Zostawiać T -średni czas

życie jednego pokolenia i N to liczba neutronów w danym pokoleniu. W następnym pokoleniu ich liczba to kN,t. e. wzrost liczby neutronów na pokolenie dN = kN – N = N(k- jeden). Wzrost liczby neutronów na jednostkę czasu, czyli tempo wzrostu reakcji łańcuchowej,

. (266.1)

Całkując (266.1), otrzymujemy

,

gdzie N0 jest liczbą neutronów w początkowym momencie czasu, oraz N- ich liczba na raz t. N jest określony przez znak ( k- jeden). Na k>1 idzie rozwijanie odpowiedzi. liczba podziałów stale rośnie, a reakcja może stać się wybuchowa. Na k=1 idzie samopodtrzymująca się odpowiedź w którym liczba neutronów nie zmienia się w czasie. Na k <1 идет zanikanie reakcji,

Reakcje łańcuchowe dzielą się na kontrolowane i niekontrolowane. Na przykład wybuch bomby atomowej jest niekontrolowaną reakcją. Aby zapobiec wybuchowi bomby atomowej podczas przechowywania, U (lub Pu) w niej jest podzielony na dwie odległe od siebie części o masach poniżej krytycznej. Następnie za pomocą zwykłej eksplozji masy te zbliżają się do siebie, całkowita masa materiału rozszczepialnego staje się bardziej krytyczna i następuje wybuchowa reakcja łańcuchowa, której towarzyszy natychmiastowe uwolnienie ogromnej ilości energii i wielkie zniszczenia. Reakcja wybuchowa rozpoczyna się z powodu dostępnych spontanicznych neutronów rozszczepienia lub neutronów promieniowania kosmicznego. Zarządzany reakcje łańcuchowe przeprowadzane w reaktorach jądrowych.

Rozszczepienie jądrowe to rozszczepienie ciężkiego atomu na dwa fragmenty o w przybliżeniu równej masie, któremu towarzyszy uwolnienie dużej ilości energii.

Odkrycie rozszczepienia jądrowego zapoczątkowało nową erę - „epokę atomową”. Potencjał jego ewentualnego wykorzystania oraz stosunek ryzyka do korzyści z jego wykorzystania wygenerował nie tylko wiele osiągnięć socjologicznych, politycznych, gospodarczych i naukowych, ale także poważne problemy. Nawet z czysto naukowego punktu widzenia powstał proces rozszczepienia jądrowego duża liczbałamigłówki i komplikacje, a ich pełne teoretyczne wyjaśnienie jest kwestią przyszłości.

Udostępnianie się opłaca

Energie wiązania (na nukleon) różnią się dla różnych jąder. Cięższe mają niższe energie wiązania niż te znajdujące się w środku układu okresowego.

Oznacza to, że w przypadku jąder ciężkich o liczbie atomowej większej niż 100, korzystne jest podzielenie na dwa mniejsze fragmenty, uwalniając w ten sposób energię, która jest przekształcana w energię kinetyczną fragmentów. Ten proces nazywa się dzieleniem

Zgodnie z krzywą stabilności, która pokazuje zależność liczby protonów od liczby neutronów dla stabilnych nuklidów, cięższe jądra preferują więcej neutronów (w porównaniu z liczbą protonów) niż lżejsze. Sugeruje to, że wraz z procesem rozszczepiania zostaną wyemitowane „zapasowe” neutrony. Ponadto przejmą również część uwolnionej energii. Badanie rozszczepienia jądrowego atomu uranu wykazało, że uwalniane są 3-4 neutrony: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n.

Liczba atomowa (i masa atomowa) fragmentu nie jest równa połowie masy atomowej rodzica. Różnica między masami atomów powstałych w wyniku rozszczepienia wynosi zwykle około 50. To prawda, że ​​przyczyna tego nie jest jeszcze do końca jasna.

Energie wiązania 238 U, 145 La i 90 Br wynoszą odpowiednio 1803, 1198 i 763 MeV. Oznacza to, że w wyniku tej reakcji uwalniana jest energia rozszczepienia jądra uranu, równa 1198 + 763-1803 = 158 MeV.

Spontaniczny podział

Procesy spontanicznego rozszczepiania są znane w przyrodzie, ale są bardzo rzadkie. Przeciętny czas trwania tego procesu wynosi około 10 17 lat, a np. średni czas rozpadu alfa tego samego radionuklidu wynosi około 10 11 lat.

Powodem tego jest to, że aby podzielić się na dwie części, jądro musi najpierw zostać zdeformowane (rozciągnięte) do kształtu elipsoidalnego, a następnie, zanim ostatecznie podzieli się na dwa fragmenty, uformować „szyjkę” pośrodku.

Potencjalna bariera

W stanie odkształconym na rdzeń działają dwie siły. Jednym z nich jest zwiększona energia powierzchniowa (napięcie powierzchniowe kropli cieczy wyjaśnia jej kulisty kształt), a drugim jest odpychanie kulombowskie między fragmentami rozszczepienia. Razem tworzą potencjalną barierę.

Podobnie jak w przypadku rozpadu alfa, aby nastąpiło spontaniczne rozszczepienie jądra atomu uranu, fragmenty muszą pokonać tę barierę za pomocą tunelowania kwantowego. Bariera wynosi około 6 MeV, jak w przypadku rozpadu alfa, ale prawdopodobieństwo tunelowania cząstki alfa jest znacznie większe niż w przypadku znacznie cięższego produktu rozszczepienia atomu.

wymuszony podział

O wiele bardziej prawdopodobne jest wywołane rozszczepienie jądra uranu. W tym przypadku jądro macierzyste jest napromieniowane neutronami. Jeśli rodzic ją wchłonie, wiążą się, uwalniając energię wiązania w postaci energii wibracyjnej, która może przekroczyć 6 MeV wymagane do pokonania bariery potencjału.

Tam, gdzie energia dodatkowego neutronu jest niewystarczająca do pokonania bariery potencjału, padający neutron musi mieć minimalną energię kinetyczną, aby móc wywołać rozszczepienie atomu. W przypadku 238 U energia wiązania dodatkowych neutronów jest o około 1 MeV krótka. Oznacza to, że rozszczepienie jądra uranu jest indukowane tylko przez neutron o energii kinetycznej większej niż 1 MeV. Z drugiej strony izotop 235 U ma jeden niesparowany neutron. Gdy jądro wchłonie dodatkowy, tworzy z nim parę iw wyniku tego parowania pojawia się dodatkowa energia wiązania. To wystarczy, aby uwolnić ilość energii niezbędną do pokonania przez jądro bariery potencjału, a rozszczepienie izotopu następuje po zderzeniu z dowolnym neutronem.

rozpad beta

Chociaż reakcja rozszczepienia emituje trzy lub cztery neutrony, fragmenty nadal zawierają więcej neutronów niż ich stabilne izobary. Oznacza to, że fragmenty rozszczepienia są ogólnie niestabilne wobec rozpadu beta.

Na przykład, gdy następuje rozszczepienie uranu 238U, stabilnym izobarem o A = 145 jest neodym 145Nd, co oznacza, że ​​fragment lantanu 145La rozpada się w trzech etapach, za każdym razem emitując elektron i antyneutrino, aż do utworzenia stabilnego nuklidu. Stabilny izobar o A = 90 to cyrkon 90 Zr, dlatego fragment rozszczepiający brom 90 Br rozkłada się w pięciu etapach łańcucha rozpadu β.

Te łańcuchy rozpadów beta uwalniają dodatkową energię, która prawie w całości jest zabierana przez elektrony i antyneutrina.

Reakcje jądrowe: rozszczepienie jąder uranu

Bezpośrednia emisja neutronu z nuklidu, w którym jest ich zbyt wiele, aby zapewnić stabilność jądra, jest mało prawdopodobna. Chodzi o to, że nie ma odpychania kulombowskiego, a więc energia powierzchniowa ma tendencję do utrzymywania wiązania neutronu z rodzicem. Czasami jednak tak się dzieje. Na przykład fragment rozszczepienia 90 Br w pierwszym etapie rozpadu beta wytwarza krypton-90, który może znajdować się w stanie wzbudzonym o energii wystarczającej do pokonania energii powierzchniowej. W takim przypadku emisja neutronów może zachodzić bezpośrednio z utworzeniem kryptonu-89. wciąż niestabilny w odniesieniu do rozpadu β, dopóki nie zostanie przekształcony w stabilny itr-89, tak że krypton-89 rozpada się w trzech etapach.

Rozszczepienie jąder uranu: reakcja łańcuchowa

Neutrony emitowane w reakcji rozszczepienia mogą zostać wchłonięte przez inne jądro macierzyste, które następnie samo ulega indukowanemu rozszczepieniu. W przypadku uranu-238, trzy produkowane neutrony wychodzą z energią poniżej 1 MeV (energia uwalniana podczas rozszczepienia jądra uranu - 158 MeV - jest głównie zamieniana na energię kinetyczną fragmentów rozszczepienia). ), więc nie mogą powodować dalszego rozszczepienia tego nuklidu. Niemniej jednak, przy znacznym stężeniu rzadkiego izotopu 235 U, te wolne neutrony mogą zostać wychwycone przez jądra 235 U, co rzeczywiście może powodować rozszczepienie, ponieważ w tym przypadku nie ma progu energii, poniżej którego rozszczepienie nie jest indukowane.

To jest zasada reakcji łańcuchowej.

Rodzaje reakcji jądrowych

Niech k będzie liczbą neutronów wytworzonych w próbce materiału rozszczepialnego w etapie n tego łańcucha podzieloną przez liczbę neutronów wytworzonych w etapie n - 1. Liczba ta będzie zależeć od tego, ile neutronów wytworzonych w etapie n - 1 zostanie zaabsorbowanych przez jądro, które może być zmuszone do podziału.

Jeśli k< 1, то цепная реакция просто выдохнется и процесс остановится очень быстро. Именно это и происходит в природной в которой концентрация 235 U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.

Jeżeli k > 1, to reakcja łańcuchowa będzie rosła aż do zużycia całego materiału rozszczepialnego, co osiąga się poprzez wzbogacenie naturalnej rudy w celu uzyskania odpowiednio dużego stężenia uranu-235. Dla próbki kulistej wartość k wzrasta wraz ze wzrostem prawdopodobieństwa absorpcji neutronów, które zależy od promienia kuli. Dlatego masa U musi przekraczać pewną ilość, aby nastąpiło rozszczepienie jąder uranu (reakcja łańcuchowa).

Jeżeli k = 1, to zachodzi reakcja kontrolowana. Jest to stosowane w reaktorach jądrowych. Proces ten jest kontrolowany przez rozmieszczenie w uranie pręcików kadmu lub boru, które pochłaniają większość neutronów (pierwiastki te mają zdolność wychwytywania neutronów). Rozszczepienie jądra uranu jest automatycznie sterowane poprzez przesuwanie prętów w taki sposób, aby wartość k pozostawała równa jeden.

>> rozszczepienie uranu

§ 107 ROZDZIAŁ JĄDRÓW URANIUSZA

Tylko jądra niektórych ciężkich pierwiastków można podzielić na części. Podczas rozszczepiania jąder emitowane są dwa lub trzy neutrony i promienie . Jednocześnie uwalnia się dużo energii.

Odkrycie rozszczepienia uranu. Rozszczepienie jąder uranu odkryli w 1938 r. niemieccy naukowcy O. Hahn i F. Strassmanna. Ustalili, że kiedy uran jest bombardowany neutronami, powstają elementy środkowej części układu okresowego: bar, krypton itp. Jednak poprawną interpretację tego faktu właśnie jako rozszczepienie jądra uranu, które przechwyciło neutron, podano na początek 1939 roku przez fizyka angielskiego O. Frischa wraz z fizykiem austriackim L. Meitnerem.

Wychwytywanie neutronu niszczy stabilność jądra. Jądro jest wzbudzone i staje się niestabilne, co prowadzi do jego podziału na fragmenty. Rozszczepienie jądrowe jest możliwe, ponieważ masa spoczynkowa ciężkiego jądra jest większa niż suma mas spoczynkowych fragmentów, które powstają podczas rozszczepienia. Dlatego następuje uwolnienie energii równoważne zmniejszeniu masy spoczynkowej, która towarzyszy rozszczepieniu.

Możliwość rozszczepienia ciężkich jąder można również wyjaśnić za pomocą wykresu zależności energii wiązania specyficznego od liczby masowej A (patrz ryc. 13.11). Energia właściwa wiązania jąder atomowych pierwiastków zajmujących układ okresowy ostatnie miejsca(A 200), około 1 MeV mniej niż energia właściwa wiązania w jądrach pierwiastków znajdujących się w środku układu okresowego (A 100). Dlatego proces rozszczepiania ciężkich jąder na jądra pierwiastków w środkowej części układu okresowego jest energetycznie korzystny. Po rozszczepieniu system przechodzi w stan z minimalną energią wewnętrzną. W końcu im większa energia wiązania jądra, tym większa energia musi zostać uwolniona w tworzeniu jądra, a w konsekwencji mniej energia wewnętrzna nowo utworzony system.

Podczas rozszczepienia jądrowego energia wiązania na nukleon wzrasta o 1 MeV, a całkowita uwolniona energia musi być ogromna – około 200 MeV. Żadna inna reakcja jądrowa (niezwiązana z rozszczepieniem) nie uwalnia tak dużych energii.

Bezpośrednie pomiary energii uwalnianej podczas rozszczepienia jądra uranu potwierdziły powyższe rozważania i dały wartość 200 MeV. Co więcej, większość tej energii (168 MeV) przypada na energię kinetyczną fragmentów. Na rysunku 13.13 widać ślady fragmentów rozszczepialnego uranu w komorze mgłowej.

Energia uwalniana podczas rozszczepienia jądrowego ma raczej pochodzenie elektrostatyczne niż jądrowe. Duża energia kinetyczna, jaką mają fragmenty, powstaje w wyniku ich odpychania kulombowskiego.

mechanizm rozszczepienia jądrowego. Proces rozszczepienia jądra można wyjaśnić na podstawie modelu kropli jądra. Zgodnie z tym modelem wiązka nukleonów przypomina kroplę naładowanej cieczy (ryc. 13.14, a). Siły jądrowe między nukleonami są bliskiego zasięgu, podobnie jak siły działające między cząsteczkami cieczy. Wraz z silnymi siłami odpychania elektrostatycznego między protonami, które mają tendencję do rozrywania jądra, nadal występują duże siły przyciągania jądrowego. Siły te zapobiegają rozpadowi jądra.

Jądro uranu-235 jest kuliste. Po wchłonięciu dodatkowego neutronu jest wzbudzany i zaczyna się odkształcać, nabierając wydłużonego kształtu (ryc. 13.14, b). Rdzeń będzie rozciągany, aż siły odpychające między połówkami wydłużonego rdzenia zaczną przeważać nad siłami przyciągania działającymi w przesmyku (ryc. 13.14, c). Następnie jest rozdarty na dwie części (ryc. 13.14, d).

Pod wpływem sił odpychających kulomba fragmenty te rozlatują się z prędkością równą 1/30 prędkości światła.

Emisja neutronów podczas rozszczepienia. Podstawowym faktem rozszczepienia jądrowego jest emisja dwóch lub trzech neutronów podczas rozszczepienia. To sprawiło, że było to możliwe praktyczne użycie energia wewnątrzjądrowa.

Z poniższych rozważań można zrozumieć, dlaczego emitowane są swobodne neutrony. Wiadomo, że stosunek liczby neutronów do liczby protonów w stabilnych jądrach rośnie wraz ze wzrostem liczby atomowej. Dlatego we fragmentach powstających w wyniku rozszczepienia względna liczba neutronów okazuje się większa niż dopuszczalna dla jąder atomów znajdujących się w środku układu okresowego pierwiastków. W rezultacie w procesie rozszczepienia uwalnianych jest kilka neutronów. Ich energia jest różne znaczenia- od kilku milionów elektronowoltów do bardzo małych, bliskich zeru.

Rozszczepienie zwykle zachodzi na fragmenty, których masy różnią się około 1,5 raza. Fragmenty te są wysoce radioaktywne, ponieważ zawierają nadmiar neutronów. W wyniku serii następujących po sobie rozpadów ostatecznie otrzymuje się stabilne izotopy.

Podsumowując, zauważamy, że zachodzi również spontaniczne rozszczepienie jąder uranu. Został odkryty przez radzieckich fizyków G. N. Flerova i K. A. Petrzhaka w 1940 roku. Okres półtrwania dla spontanicznego rozszczepienia wynosi 10 16 lat. To dwa miliony razy dłużej niż okres połowicznego rozpadu uranu.

Reakcji rozszczepienia jądrowego towarzyszy uwolnienie energii.

Treść lekcji podsumowanie lekcji wsparcie ramka prezentacja lekcji metody akceleracyjne technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia samokontrola warsztaty, szkolenia, case, questy praca domowa pytania do dyskusji pytania retoryczne od studentów Ilustracje audio, wideoklipy i multimedia fotografie, obrazki grafika, tabele, schematy humor, anegdoty, żarty, komiksy przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły chipy dla dociekliwych ściągawki podręczniki podstawowe i dodatkowe słowniczek pojęć inne Doskonalenie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu w podręczniku elementów innowacji na lekcji zastępując przestarzałą wiedzę nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarza przez rok wytyczne programy dyskusyjne Zintegrowane lekcje