واکنش هسته ای زنجیره ای. شرایط برای تحقق واکنش های هسته ای هسته ای

نظریه نسبیت می گوید که جرم یک شکل خاص از انرژی است. از این می توان نتیجه گرفت که جرم ممکن است به انرژی و انرژی تبدیل شود. در سطح اتمی اتمی، چنین واکنشی رخ می دهد. به طور خاص، برخی از توده هسته اتمی ممکن است به انرژی تبدیل شود. این به روش های مختلفی اتفاق می افتد. اول، هسته می تواند به تعدادی از هسته های کوچکتر فرو رود، این واکنش به نام "فروپاشی" است. در مرحله دوم، هسته های کوچکتر می توانند به راحتی به یک بزرگتر متصل شوند - این یک واکنش سنتز است. در جهان، چنین واکنشی بسیار شایع است. کافی است بگوییم واکنش سنتز منبع انرژی برای ستارگان است. اما واکنش فروپاشی توسط بشریت در راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار گرفته است ، زیرا مردم برای کنترل این فرایندهای پیچیده یاد گرفته اند. اما واکنش هسته ای هسته ای چیست؟ چگونه برای مدیریت آن؟

چه اتفاقی می افتد در هسته اتم

یک واکنش هسته ای زنجیره ای یک فرآیند است که وقتی که ذرات اولیه یا هسته با هسته های دیگر برخورد می کنند، رخ می دهد. چرا "زنجیر"؟ این مجموعه ای از واکنش های تک هسته ای پی در پی است. در نتیجه این فرایند، تغییر در حالت کوانتومی و ترکیب نوکلون در هسته اولیه وجود دارد، حتی ذرات جدید به نظر می رسد محصولات واکنش. واکنش هسته ای زنجیره ای، که فیزیک آن امکان بررسی مکانیزم های تعامل هسته ها با هسته و ذرات را فراهم می کند، روش اصلی برای به دست آوردن عناصر و ایزوتوپ های جدید است. برای درک مسیر واکنش زنجیره ای، ابتدا باید با یک فرد مقابله کنیم.

آنچه شما برای واکنش نیاز دارید

برای انجام چنین فرایندی به عنوان واکنش هسته ای هسته ای، لازم است تقسیم ذرات (هسته و نوکلون، دو هسته) را با فاصله شعاع تعامل قوی (تقریبا یک فرومی). اگر فاصله بزرگ باشد، تعامل ذرات شارژ صرفا کولمب خواهد بود. در واکنش هسته ای همه قوانین مشاهده می شود: حفاظت از انرژی، حرکت، شتاب، بارین بارونی. یک واکنش هسته ای هسته ای با مجموعه ای از نمادهای a، b، c، d تعیین می شود. نماد a نشان دهنده هسته اصلی، ذره حادثه، ذره تازه منتشر شده و d نشان دهنده هسته حاصل است.

انرژی واکنش

واکنش هسته ای هسته ای می تواند با هر دو جذب و با انتشار انرژی اتفاق بیفتد، که برابر با تفاوت بین توده ذرات پس از واکنش و تا آن است. انرژی جذب شده، حداقل انرژی جنبشی برخورد، آستانه به اصطلاح واکنش هسته ای است که در آن می تواند آزادانه جریان یابد. این آستانه بستگی به ذراتی دارد که در تعامل و با ویژگی های آنها شرکت می کنند. در مرحله اولیه، تمام ذرات در حالت کوانتومی پیش تعیین شده قرار دارند.

واکنش

منبع اصلی ذرات باردار که هسته آن بمباران شده است، شتاب دهنده ذرات شارژ است که پرتوهای پروتون، یون های سنگین و هسته های نور را می دهد. نوترونهای آهسته از طریق استفاده از راکتورهای هسته ای به دست می آیند. انواع مختلف واکنش های هسته ای، هر دو سنتز و پوسیدگی، می تواند برای ثابت کردن ذرات باردار استفاده شود. احتمال آنها بستگی به پارامترهای ذرات دارد که در آن برخورد می کنند. این مشخصه مربوط به یک ویژگی متقابل واکنش است - منطقه موثر که هسته را به عنوان یک هدف برای ذرات حادثه مشخص می کند و اندازه گیری احتمال آن است که ذرات و هسته وارد تعامل شوند. اگر ذرات با چرخش غیر صفر در واکنش دخیل باشند، این بخش به طور مستقیم به جهت گیری آنها بستگی دارد. از آنجایی که چرخش ذرات حادثه دقیقا هرج و مرج نیست، اما بیشتر یا کمتر ترتیب می دهد، تمام ذره ها قطبی می شوند. خصوصیات کمی از چرخشهای پرتو گرا با استفاده از بردار قطبی مشخص شده است.

مکانیسم واکنش

واکنش هسته ای یک زنجیره چیست؟ همانطور که قبلا ذکر شد، این دنباله ای از واکنش های ساده تر است. ویژگی ذرات حادثه و تعامل آن با هسته بستگی به جرم، شارژ، انرژی جنبشی دارد. تعامل توسط درجه آزادی هسته تعیین می شود، که در برخورد به هیجان می آید. بدست آوردن کنترل بر تمام این مکانیسم ها امکان انجام چنین فرایندی را به عنوان یک واکنش هسته ای کنترل شده هسته ای می دهد.

واکنش مستقیم

اگر یک ذره باردار که به یک هسته هدف نگاه می کند فقط آن را لمس کند، مدت برخورد به همان اندازه لازم است که غلبه بر شعاع هسته باشد. چنین واکنش هسته ای به طور مستقیم نامیده می شود. یک ویژگی مشترک برای تمام واکنش های این نوع تحریک تعداد کمی از درجه آزادی است. در چنین پروسه ای، پس از اولین برخورد، ذرات هنوز انرژی کافی برای غلبه بر جذابیت هسته ای دارند. به عنوان مثال، چنین تعاملات به عنوان پراکندگی ناپایدای ناپایدار، مبادله شارژ، و مربوط به تعامل مستقیم است. سهم این فرآیندها به مشخصه ای که به عنوان "کلیه مقطع" نامیده می شود، نسبتا ناقص است. با این حال، توزیع محصولات عبور واکنش هسته ای مستقیم به ما امکان می دهد تا احتمال انتشار از زاویه جهت پرتو، تعداد کوانتومی، انتخابی وضعیت های پر جمعیت و تعیین ساختار آنها تعیین شود.

انتشار پیش تعادلی

اگر ذره پس از اولین برخورد به منطقه تعامل هسته ای را ترک نکنید، در یک آبشار کامل از برخورد های پی در پی دخیل خواهد بود. این در واقع چیزی است که واکنش هسته ای هسته ای نامیده می شود. در نتیجه این وضعیت، انرژی جنبشی ذره در میان اجزای تشکیل دهنده هسته توزیع می شود. وضعیت هسته به تدریج پیچیده تر خواهد شد. در طول این فرایند، در برخی از نوکلون یا خوشه ای کامل (یک گروه از نوکلون ها)، انرژی کافی برای انتشار این نوکلون از هسته می تواند متمرکز شود. آرامش بیشتر باعث تشکیل تعادل آماری و تشکیل یک هسته مرکب می شود.

واکنش های زنجیره ای

واکنش هسته ای یک زنجیره چیست؟ این دنباله ای از اجزای تشکیل دهنده آن است. بدین معنی که واکنش های تک واکنشی تک هسته ای ناشی از ذرات شارژ به عنوان محصولات واکنش در مراحل قبلی ظاهر می شوند. چه واکنشی هسته ای زنجیره ای نامیده می شود؟ به عنوان مثال، تجزیه هسته های سنگین، هنگامی که چندین رخداد تقسیم توسط نوترون هایی که در دهه های گذشته به دست آمده اند، آغاز شده است.

ویژگی های واکنش هسته ای زنجیره ای

از جمله تمام واکنش های شیمیایی، آن ها بسیار جذاب هستند. ذرات با اوراق قرضه استفاده نشده به عنوان اتم ها یا رادیکال های آزاد عمل می کنند. در چنین فرایندی به عنوان یک واکنش هسته ای زنجیره ای، مکانیزم جریان آن توسط نوترون هایی است که مانع کولمب نیستند و هسته را بر جذب تحریک می کنند. اگر یک ذره لازم در محیط ظاهر شود، آن را باعث می شود زنجیره ای از تحولات بعدی، که تا زمانی که زنجیره ای به علت از دست دادن ذرات حامل، شکسته شود.

چرا حامل از بین رفته است

تنها دو دلیل برای از دست دادن ذرات حامل یک زنجیره پیوسته واکنش وجود دارد. اولا جذب ذرات بدون فرایند انتشار ثانویه است. دوم - خروج یک ذره فراتر از حد حجم ماده است که از روند زنجیره ای پشتیبانی می کند.

دو نوع فرآیند

اگر در هر دوره واکنش زنجیره ای تنها یک ذره تنها حامل وجود داشته باشد، این فرآیند را می توان نامشخص نامید. این نمی تواند منجر به انتشار انرژی در مقیاس بزرگ شود. اگر ذرات حامل زیادی وجود داشته باشد، این واکنش شاخه ای نامیده می شود. واکنش هسته ای هسته ای با شاخه ای چیست؟ یکی از ذرات ثانویه حاصل شده در قانون قبلی زنجیره ای را که قبلا آغاز شده بود ادامه خواهد داد، اما بعضی دیگر واکنش های جدیدی ایجاد می کنند که شاخه ای نیز خواهند داشت. فرایند منجر به شکستن با این روند رقابت خواهد کرد. وضعیت ناخوشایند پدیده های بحرانی و محدودی را ایجاد می کند. برای مثال، اگر صخره های بیشتری از زنجیره های کاملا جدید وجود داشته باشد، پس واکنش خودمختاری غیر ممکن خواهد بود. حتی اگر آن را به صورت مصنوعی با مقدار ذره ای مناسب در یک محدوده مشخص تحریک کنید، روند با هم هم محو خواهد شد (معمولا خیلی سریع). اگر تعداد زنجیره های جدید بیش از تعداد صخره ها باشد، واکنش های هسته ای زنجیره ای در سراسر ماده شروع به گسترش می کنند.

دولت بحرانی

یک حالت بحرانی حالت ماده را با یک واکنش زنجیره ای توسعه یافته خودمحیطی جدا می کند و منطقه ای است که این واکنش غیرممکن است. این پارامتر با برابری بین تعداد زنجیره های جدید و تعداد اختلالات ممکن مشخص می شود. مانند حضور یک ذره حامل آزاد، وضعیت بحرانی عنصر اصلی در لیستی مانند "شرایط تحقق یک واکنش هسته ای هسته ای" است. دستاورد این حالت می تواند با تعدادی از عوامل ممکن تعیین شود. تقسیم هسته یک عنصر سنگین فقط یک نوترون را هیجان زده می کند. به عنوان یک نتیجه از یک فرایند به عنوان یک واکنش شریانی هسته تقسیم، بیشتر نوترون ظاهر می شود. در نتيجه، اين فرآيند مي تواند واكنش شاخه اي توليد كند، در حالي كه ناقلين نوترون به عنوان حامل عمل مي كنند. در صورتي كه سرعت جذب نوترون بدون شكافت يا خروج (نرخ خسارت) توسط سرعت انتشار ذرات حامل جبران شود، واكنش زنجيره اي ادامه خواهد يافت. این برابری عامل ضرب را مشخص می کند. در مورد فوق برابر است با یک. در قدرت هسته ای، با توجه به معرفی بازخورد منفی بین میزان انتشار انرژی و ضریب ضریب، امکان کنترل روند واکنش هسته ای وجود دارد. اگر این ضریب بیش از یک باشد، واکنش به صورت نمادین رشد خواهد کرد. واکنش های زنجیره ای نامناسب در سلاح های هسته ای استفاده می شود.

واکنش های هسته ای هسته ای در مهندسی انرژی

واکنشگرایی راکتور با تعداد زیادی از فرآیندهای که در هسته آن اتفاق می افتد تعیین می شود. تمام این تأثیرات با ضریب واکنش پذیری به اصطلاح تعیین می شود. اثر تغییر دما در میله های گرافیتی، حامل گرما یا اورانیوم بر روی واکنش پذیری راکتور و شدت فرایند مانند واکنش هسته ای زنجیره ای با ضریب دما (برای حامل گرما برای اورانیوم برای گرافیت) مشخص می شود. همچنین ویژگی های وابسته به قدرت، شاخص های فشار سنج، برای شاخص بخار وجود دارد. برای حفظ یک واکنش هسته ای در یک راکتور، لازم است برخی از عناصر را به دیگران تبدیل کنیم. برای انجام این کار لازم است شرایط واکنش هسته ای زنجیره ای را در نظر بگیریم - حضور یک ماده که قادر به تقسیم و جداسازی تعدادی از ذرات ابتدایی از فروپاشی است، که در نتیجه باعث تجزیه هسته های باقی مانده می شود. اورانیوم 238، اورانیوم 235، پلوتونیم 239 اغلب به عنوان یک ماده استفاده می شود. در طول واکنش زنجیره هسته ای، ایزوتوپ های این عناصر تجزیه می شوند و دو یا چند ماده شیمیایی دیگر را تشکیل می دهند. در این فرایند، اشعه های به اصطلاح "گاما" منتشر می شود، انتشار شدید انرژی اتفاق می افتد، دو یا سه نوترون تولید می شوند که می توانند رویدادهای واکنش را ادامه دهند. بین نوترون های آهسته و نوترون های سریع تفاوت پیدا می کند، زیرا برای اینکه هسته اتم را تجزیه کند، این ذرات باید با سرعت معینی پرواز کنند.