핵분열

핵에 대한 결합력이 작은 많은 원소는 핵에 의해 중간 질량 수와 더 큰 결합 에너지를 갖는 보다 안정적인 원소로 분해될 수 있습니다-즉, 56 에 가까운 결합 에너지 그래프의 “피크”에 가까운 핵당 질량 수 및 결합 에너지. 때때로 중성자도 생산됩니다. 큰 핵을 작은 조각으로 분해하는 것은 핵분열이라고 합니다. 깨는 다른 제품의 많은 수의 형성과 오히려 무작위입니다. 핵분열은 일반적으로 자연적으로 발생하지 않지만 중성자와의 폭격에 의해 유도됩니다.

엄청난 양의 에너지는 무거운 원소의 분열에 의해 생성됩니다. 예를 들어, U-235의 두더지 한 번이 핵을 겪으면 제품이 반응물질보다 약 0.2 그램 적습니다. 이 “잃어버린”질량은 U-235의 두더지 당 약 1.8 ×^{10 10} kJ – 매우 많은 양의 에너지로 변환됩니다. 핵 분열 반응은 화학 반응에 비해 믿을 수 없을만큼 많은 양의 에너지를 생산합니다. 예를 들어 1킬로그램의 우라늄-235가 핵분열되면서 1kg의 석탄을 태워 생산되는 에너지의 약 250만 배에 달한다.

핵분열을 겪으면 U-235는 2개의 “중간 크기” 핵과 2개 또는 3개의 중성자를 생성합니다. 이 중성자는 그 때 그밖 우라늄-235 원자의 핵을 일으키는 원인이 될 수 있습니다, 차례차례로 더 많은 핵의 핵을 일으키는 원인이 될 수 있는 더 중성자를 제공하는, 등등. 이런 일이 발생하면 핵 연쇄 반응이 있습니다. 반면에, 너무 많은 중성자가 핵과 상호 작용하지 않고 벌크 물질을 탈출하면 연쇄 반응이 발생하지 않습니다.

중성자 폭격의 결과로 핵분열을 겪을 수 있는 물질은 분열성이라고 불립니다. 느리게 움직이는 열 중성자에 의한 폭격으로 인해 핵분열을 겪을 수 있는 물질은 또한 핵분열이라고 불립니다.

핵분열에 의해 생성된 중성자의 수가 핵을 분할하여 흡수되는 중성자의 수와 주변으로 탈출하는 수를 초과하거나 같을 때 핵 분열은 자립하게 된다. 자립 연쇄 반응을 지원하는 분열성 물질의 양은 임계 질량입니다. 연쇄 반응을 지속할 수 없는 분열성 물질의 양은 극치질량이다. 핵분열 속도가 증가하는 물질의 양은 초임계 질량이라고 합니다.

임계 질량은 재료의 유형에 따라 달라집니다 : 순도, 온도, 샘플의 모양, 중성자 반응이 제어되는 방법. 재료는 일반적으로 더 높은 온도에서 덜 조밀해져 중성자가 더 쉽게 탈출 할 수 있습니다. 평평한 물체의 중심에서 시작하는 중성자는 구형 물체의 중심에서 시작하는 중성자보다 표면에 더 쉽게 도달 할 수 있습니다. 흑연과 같은 중성자 반사 재료로 만들어진 용기에 물질이 동봉되어 있는 경우, 훨씬 적은 중성자가 빠져나갈 수 있으며, 이는 핵분열성 물질이 임계 질량에 도달하는 데 훨씬 적은 것이 필요하다는 것을 의미합니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 21.4: 변환 및 원자력 에너지에서 채택됩니다.