Многие более тяжелые элементы с меньшими энергиями связывания на нуклоне могут разлагаться в более стабильные элементы, которые имеют промежуточные массовые числа и более крупные энергии связывания на нуклоне, то есть массовые числа и энергии связывания на нуклоне, которые ближе к “пику” диаграммы энергии связывания около 56. Иногда также производятся нейтроны. Такое разложение большого ядра на мелкие части называется делением. Разрыв довольно случайен с образованием большого количества различных продуктов. Деление обычно происходит не естественно, а вызвано бомбардировкой нейтронами.
Огромное количество энергии вырабатывается при делении тяжелых элементов. Например, при делении одного моль U-235 продукты весят примерно на 0.2 грамм меньше реагенты; эта «потерянная» масса преобразуется в очень большое количество энергии — около 1.8 × 1010 кДж на моль U-235. Реакции деления атомов производят невероятно большое количество энергии по сравнению с химическими реакциями. Например, деление урана-235 на 1 килограмма производит в 2.5 миллионов раз больше энергии, чем при сжигании 1 килограмма угля.
При процессе деления U-235 производит два “средних” ядра и два или три нейтроны. Эти нейтроны могут вызвать деление других атомов урана-235, которые, в свою очередь, обеспечивают больше нейтронов, которые могут вызвать деление еще большего количества ядер и так далее. Если это произойдет, то у нас есть ядерная цепная реакция. С другой стороны, если слишком много нейтронов выходят из сыпучего материала без взаимодействия с ядром, то цепная реакция не произойдет.
Материал, который может подвергнуться расщеплении в результате любой нейтронной бомбардировки, называется расщепляющимся; материал, который может подвергнуться расщеплении в результате бомбардировки медленно движущимися тепловыми нейтронами, также называется расщепляющимся.
Ядерное деление становится самоподдерживающимся, когда количество нейтронов, производимых делением, равно или превышает количество нейтронов, поглощенных расщеплением ядер, плюс число, которое сбегают в окружающую среду. Количество расщепляющегося материала, который будет поддерживать самоподдерживающееся цепное реагирование, является критической массой. Количество расщепляющегося материала, которое не может выдержать цепную реакцию, является некритической массой. Количество материала, в котором растет скорость деления, известно как сверхкритическая масса.
Критическая масса зависит от типа материала: Его чистоты, температуры, формы образца и способа контроля нейтронных реакций. Материалы обычно становятся менее плотными при более высоких температурах, что позволяет нейтронам легче выходить. Нейтроны, начинающиеся в центре плоского объекта, могут легко достигать поверхности, чем нейтроны, начинающиеся в центре сферического объекта. Если материал заключен в контейнер из нейтронного материала, например графита, тогда может сбежать гораздо меньше нейтронов, что означает, что для достижения критической массы требуется гораздо меньше расщепляющегося материала.
Этот текст был адаптирован к Openstax, Химия 2е изд., раздел 21.4:Трансмутация и ядерная энергия.
Related Videos
Radioactivity and Nuclear Chemistry
20.1K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
15.2K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
17.9K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
11.8K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
30.2K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
9.2K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
7.5K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
15.5K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
17.1K Просмотры
Radioactivity and Nuclear Chemistry
14.8K Просмотры