Teori relativiti mengatakan bahawa jisim ialah satu bentuk tenaga yang istimewa. Ia berikutan bahawa adalah mungkin untuk menukar jisim kepada tenaga dan tenaga kepada jisim. Pada peringkat intraatomik, tindak balas sedemikian berlaku. Khususnya, sebahagian daripada jisim nukleus atom itu sendiri mungkin bertukar menjadi tenaga. Ini berlaku dalam beberapa cara. Pertama, nukleus boleh mereput menjadi beberapa nukleus yang lebih kecil, tindak balas ini dipanggil "pereputan". Kedua, nukleus yang lebih kecil boleh bergabung dengan mudah untuk membuat yang lebih besar - ini adalah tindak balas gabungan. Di alam semesta, tindak balas sedemikian adalah sangat biasa. Cukuplah untuk mengatakan bahawa tindak balas pelakuran adalah sumber tenaga untuk bintang. Tetapi tindak balas pereputan digunakan oleh manusia dalam reaktor nuklear, kerana orang telah belajar untuk mengawal proses kompleks ini. Tetapi apakah tindak balas rantai nuklear? Bagaimana untuk menguruskannya?
Apa yang berlaku dalam nukleus atom
Tindak balas rantai nuklear ialah proses yang berlaku apabila zarah asas atau nukleus berlanggar dengan nukleus lain. Mengapa "rantai"? Ini adalah satu set tindak balas nuklear tunggal berturut-turut. Hasil daripada proses ini, perubahan dalam keadaan kuantum dan komposisi nukleon nukleus asal berlaku, walaupun zarah baru muncul - produk tindak balas. Tindak balas rantai nuklear, yang fiziknya membolehkan seseorang mengkaji mekanisme interaksi nukleus dengan nukleus dan dengan zarah, adalah kaedah utama untuk mendapatkan unsur dan isotop baru. Untuk memahami aliran tindak balas berantai, seseorang mesti berurusan dengan tindak balas tunggal terlebih dahulu.
Apa yang diperlukan untuk tindak balas
Untuk menjalankan proses seperti tindak balas rantai nuklear, adalah perlu untuk membawa zarah (nukleus dan nukleon, dua nukleus) lebih rapat pada jarak jejari interaksi kuat (kira-kira satu fermi). Jika jaraknya besar, maka interaksi zarah bercas akan menjadi Coulomb semata-mata. Dalam tindak balas nuklear, semua undang-undang dipatuhi: pemuliharaan tenaga, momentum, momentum, caj baryon. Tindak balas berantai nuklear dilambangkan dengan set simbol a, b, c, d. Simbol a menandakan nukleus asal, b zarah masuk, c zarah keluar baharu dan d nukleus yang terhasil.
Tenaga tindak balas
Tindak balas rantai nuklear boleh berlaku dengan penyerapan dan dengan pembebasan tenaga, yang sama dengan perbezaan jisim zarah selepas tindak balas dan sebelum itu. Tenaga yang diserap menentukan tenaga kinetik minimum perlanggaran,apa yang dipanggil ambang tindak balas nuklear, di mana ia boleh meneruskan dengan bebas. Ambang ini bergantung pada zarah yang terlibat dalam interaksi dan ciri-cirinya. Pada peringkat awal, semua zarah berada dalam keadaan kuantum yang telah ditetapkan.
Pelaksanaan reaksi
Sumber utama zarah bercas yang mengebom nukleus ialah pemecut zarah, yang menghasilkan pancaran proton, ion berat dan nukleus ringan. Neutron perlahan diperoleh melalui penggunaan reaktor nuklear. Untuk membetulkan zarah bercas insiden, pelbagai jenis tindak balas nuklear, kedua-dua pelakuran dan pereputan, boleh digunakan. Kebarangkalian mereka bergantung pada parameter zarah yang berlanggar. Kebarangkalian ini dikaitkan dengan ciri seperti keratan rentas tindak balas - nilai kawasan berkesan, yang mencirikan nukleus sebagai sasaran untuk zarah kejadian dan yang merupakan ukuran kebarangkalian bahawa zarah dan nukleus akan memasuki interaksi. Jika zarah dengan putaran bukan sifar mengambil bahagian dalam tindak balas, maka keratan rentas secara langsung bergantung pada orientasinya. Oleh kerana putaran zarah kejadian tidak berorientasikan secara rawak sepenuhnya, tetapi lebih kurang tersusun, semua korpuskel akan terkutub. Ciri kuantitatif putaran rasuk berorientasikan diterangkan oleh vektor polarisasi.
Mekanisme tindak balas
Apakah itu tindak balas rantai nuklear? Seperti yang telah disebutkan, ini adalah urutan tindak balas yang lebih mudah. Ciri-ciri zarah kejadian dan interaksinya dengan nukleus bergantung kepada jisim, cas,tenaga kinetik. Interaksi ditentukan oleh tahap kebebasan nukleus, yang teruja semasa perlanggaran. Mendapat kawalan ke atas semua mekanisme ini membolehkan proses seperti tindak balas rantai nuklear terkawal.
Reaksi langsung
Jika zarah bercas yang mengenai nukleus sasaran hanya menyentuhnya, maka tempoh perlanggaran akan sama dengan jarak yang diperlukan untuk mengatasi jarak jejari nukleus. Tindak balas nuklear sedemikian dipanggil tindak balas langsung. Ciri biasa untuk semua tindak balas jenis ini ialah pengujaan sebilangan kecil darjah kebebasan. Dalam proses sedemikian, selepas perlanggaran pertama, zarah masih mempunyai tenaga yang mencukupi untuk mengatasi tarikan nuklear. Sebagai contoh, interaksi seperti penyerakan neutron tidak anjal, pertukaran cas, dan merujuk kepada langsung. Sumbangan proses sedemikian kepada ciri yang dipanggil "jumlah keratan rentas" agak diabaikan. Walau bagaimanapun, pengedaran produk laluan tindak balas nuklear langsung memungkinkan untuk menentukan kebarangkalian melarikan diri dari sudut arah rasuk, nombor kuantum, selektiviti keadaan berpenduduk dan menentukan strukturnya.
Pancaran pra-keseimbangan
Jika zarah tidak meninggalkan kawasan interaksi nuklear selepas perlanggaran pertama, maka ia akan terlibat dalam keseluruhan lata perlanggaran berturut-turut. Ini sebenarnya hanya apa yang dipanggil tindak balas rantai nuklear. Akibat daripada keadaan ini, tenaga kinetik zarah diagihkan di antarabahagian konstituen nukleus. Keadaan nukleus itu sendiri secara beransur-ansur akan menjadi lebih rumit. Semasa proses ini, nukleon tertentu atau gugusan keseluruhan (sekumpulan nukleon) boleh menumpukan tenaga yang mencukupi untuk pancaran nukleon ini daripada nukleus. Kelonggaran selanjutnya akan membawa kepada pembentukan keseimbangan statistik dan pembentukan nukleus majmuk.
Reaksi berantai
Apakah itu tindak balas rantai nuklear? Ini adalah urutan bahagian konstituennya. Iaitu, pelbagai tindak balas nuklear tunggal berturut-turut yang disebabkan oleh zarah bercas muncul sebagai produk tindak balas dalam langkah sebelumnya. Apakah tindak balas rantai nuklear? Contohnya, pembelahan nukleus berat, apabila beberapa peristiwa pembelahan dimulakan oleh neutron yang diperoleh semasa pereputan sebelumnya.
Ciri tindak balas rantai nuklear
Di antara semua tindak balas kimia, tindak balas berantai digunakan secara meluas. Zarah dengan ikatan yang tidak digunakan memainkan peranan sebagai atom atau radikal bebas. Dalam proses seperti tindak balas rantai nuklear, mekanisme kejadiannya disediakan oleh neutron, yang tidak mempunyai penghalang Coulomb dan merangsang nukleus apabila diserap. Jika zarah yang diperlukan muncul dalam medium, maka ia menyebabkan rantaian transformasi seterusnya yang akan berterusan sehingga rantai putus akibat kehilangan zarah pembawa.
Mengapa pembawa hilang
Hanya terdapat dua sebab untuk kehilangan zarah pembawa rantai tindak balas yang berterusan. Yang pertama ialah penyerapan zarah tanpa proses pelepasanmenengah. Yang kedua ialah pemergian zarah melebihi had isipadu bahan yang menyokong proses rantai.
Dua jenis proses
Jika hanya satu zarah pembawa yang dilahirkan dalam setiap tempoh tindak balas berantai, maka proses ini boleh dipanggil tidak bercabang. Ia tidak boleh membawa kepada pembebasan tenaga secara besar-besaran. Sekiranya terdapat banyak zarah pembawa, maka ini dipanggil tindak balas bercabang. Apakah tindak balas rantai nuklear dengan percabangan? Salah satu zarah sekunder yang diperolehi dalam akta sebelumnya akan meneruskan rantai yang dimulakan lebih awal, manakala yang lain akan mencipta tindak balas baru yang juga akan bercabang. Proses ini akan bersaing dengan proses yang membawa kepada rehat. Keadaan yang terhasil akan menimbulkan fenomena kritikal dan menghadkan tertentu. Sebagai contoh, jika terdapat lebih banyak pemecahan daripada rantaian baru semata-mata, maka tindak balas yang berterusan akan menjadi mustahil. Walaupun ia teruja secara buatan dengan memasukkan bilangan zarah yang diperlukan ke dalam medium tertentu, proses itu masih akan mereput dengan masa (biasanya agak cepat). Jika bilangan rantai baharu melebihi bilangan putus, maka tindak balas rantai nuklear akan mula merebak ke seluruh bahan.
Keadaan kritikal
Keadaan kritikal memisahkan kawasan keadaan jirim dengan tindak balas rantai mampan diri yang dibangunkan, dan kawasan di mana tindak balas ini adalah mustahil sama sekali. Parameter ini dicirikan oleh kesaksamaan antara bilangan litar baharu dan bilangan kemungkinan pecah. Seperti kehadiran zarah pembawa bebas, kritikalnegeri adalah perkara utama dalam senarai seperti "syarat untuk pelaksanaan tindak balas berantai nuklear." Pencapaian negeri ini boleh ditentukan oleh beberapa faktor yang mungkin. Pembelahan nukleus unsur berat dirangsang oleh hanya satu neutron. Hasil daripada proses seperti tindak balas rantai pembelahan nuklear, lebih banyak neutron dihasilkan. Oleh itu, proses ini boleh menghasilkan tindak balas bercabang, di mana neutron akan bertindak sebagai pembawa. Dalam kes apabila kadar tangkapan neutron tanpa pembelahan atau pelepasan (kadar kehilangan) dikompensasikan dengan kadar pendaraban zarah pembawa, maka tindak balas berantai akan diteruskan dalam mod pegun. Kesamaan ini mencirikan faktor pendaraban. Dalam kes di atas, ia sama dengan satu. Dalam kuasa nuklear, disebabkan pengenalan maklum balas negatif antara kadar pelepasan tenaga dan faktor pendaraban, adalah mungkin untuk mengawal perjalanan tindak balas nuklear. Jika pekali ini lebih besar daripada satu, maka tindak balas akan berkembang secara eksponen. Tindak balas berantai yang tidak terkawal digunakan dalam senjata nuklear.
Tindak balas rantai nuklear dalam tenaga
Kereaktifan reaktor ditentukan oleh sejumlah besar proses yang berlaku dalam terasnya. Semua pengaruh ini ditentukan oleh apa yang dipanggil pekali kereaktifan. Kesan perubahan suhu rod grafit, penyejuk atau uranium pada kereaktifan reaktor dan keamatan proses sedemikian sebagai tindak balas rantai nuklear dicirikan oleh pekali suhu (untuk penyejuk, untuk uranium, untuk grafit). Terdapat juga ciri bergantung dari segi kuasa, dari segi penunjuk barometrik, dari segi penunjuk stim. Untuk mengekalkan tindak balas nuklear dalam reaktor, adalah perlu untuk menukar beberapa unsur kepada yang lain. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk mengambil kira syarat untuk aliran tindak balas rantai nuklear - kehadiran bahan yang mampu membahagikan dan melepaskan dari dirinya sendiri semasa pereputan sejumlah zarah asas, yang, sebagai hasilnya, akan menyebabkan pembelahan nukleus yang tinggal. Oleh itu bahan sedemikian, uranium-238, uranium-235, plutonium-239 sering digunakan. Semasa berlakunya tindak balas rantai nuklear, isotop unsur-unsur ini akan mereput dan membentuk dua atau lebih bahan kimia lain. Dalam proses ini, sinaran yang dipanggil "gamma" dipancarkan, pelepasan tenaga yang sengit berlaku, dua atau tiga neutron terbentuk, mampu meneruskan tindakan tindak balas. Terdapat neutron yang perlahan dan cepat, kerana agar nukleus atom hancur, zarah-zarah ini mesti terbang pada kelajuan tertentu.
