Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

19.6: Ядерное деление
СОДЕРЖАНИЕ

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.

Education
Nuclear Fission
 
ТРАНСКРИПТ

19.6: Ядерное деление

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.


Литература для дополнительного чтения

Tags

Nuclear Fission Heavy Nucleus Disintegrates Lighter Nuclei Fission Fragments Neutrons Mass And Atomic Numbers Prompt Neutrons Delayed Neutrons Beta Decay Binding Energies Parent Nuclide Energy Released Fast Neutrons Kinetic Energies Slow Neutrons Thermal Neutrons Fissionable Nuclides Fissile Nuclear Chain Reaction Neutron Generations

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter