Поділ ядер урану і ланцюгова реакція, найбільший портал по навчанню
Поділ ядер урану і ланцюгова реакція
Поділ ядер урану відбувається наступним чином: спочатку в ядро потрапляє нейтрон, мов куля в яблуко. У випадку з яблуком куля пройшла б у ньому дірку, або рознесла б на шматки. Коли ж нейтрон потрапляє в ядро, то він захоплюється ядерними силами. Нейтрон, як відомо нейтральний, тому він не відштовхується електростатичними силами.
Як відбувається розподіл ядра урану
Отже, потрапивши до складу ядра, нейтрон порушує рівновагу, і ядро збуджується. Воно розтягується в боки подібно гантелі або знаку «нескінченність»: ∞. Ядерні сили, як відомо, діють на відстані, порівнянній з розмірами частинок. Коли ядро розтягується, то дія ядерних сил стає несуттєвим для крайніх часток «гантелі», в той час як електричні сили діють на такій відстані дуже потужно, і ядро просто розривається на дві частини. При цьому ще випромінюється два-три нейтрона.
Осколки ядра і виділилися нейтрони розлітаються на величезній швидкості в різні боки. Осколки досить швидко гальмуються навколишнім середовищем, проте їх кінетична енергія величезна. Вона перетворюється у внутрішню енергію середовища, яка нагрівається. При цьому величина енергії, що виділяється величезна. Енергія, отримана при повному розподілі одного грама урану приблизно дорівнює енергії, одержуваної від спалювання 2,5 тонн нафти.
Ланцюгова реакція поділу несколькоіх ядер
Ми розглянули розподіл одного ядра урану. При розподілі виділилося кілька (найчастіше два-три) нейтронів. Вони на величезній швидкості розлітаються в сторони і можуть запросто потрапити в ядра інших атомів, викликавши в них реакцію поділу. Це і є ланцюгова реакція.
Тобто отримані в результаті поділу ядра нейтрони збуджують і примушують ділитися інші ядра, які в свою чергу самі випромінюють нейтрони, які продовжують стимулювати поділ далі. І так до тих пір, поки не відбудеться поділ всіх ядер урану в безпосередній близькості.
При цьому ланцюгова реакція може відбуватися лавиноподібно. наприклад, в разі вибуху атомної бомби. Кількість поділок ядер збільшується в геометричній прогресії за короткий проміжок часу. Однак ланцюгова реакція може відбуватися і з загасанням.
Справа в тому, що не всі нейтрони зустрічають на своєму шляху ядра, які вони спонукають ділитися. Як ми пам'ятаємо, всередині речовини основний обсяг займає порожнеча між частинками. Тому деякі нейтрони пролітають все речовина наскрізь, чи не зіткнувшись шляхом ні з чим. І якщо кількість поділів ядер зменшується з часом, то реакція поступово загасає.
Ядерні реакції і критична маса урану
Від чого залежить тип реакції? Від маси урану. Чим більше маса - тим більше частинок зустріне на своєму шляху летить нейтрон і шансів потрапити в ядро у нього більше. Тому розрізняють «критичну масу» урану - це така мінімальна маса, при якій можливе протікання ланцюгової реакції.
Кількість нейтронів буде дорівнює кількості відлетіли зовні нейтронів. І реакція буде протікати з приблизно однаковою швидкістю, поки не виробиться весь обсяг речовини. Це використовують на практиці на атомних електростанціях і називають керованою ядерною реакцією.