Ang teorya ng relativity ay nagsasabi na ang masa ay isang espesyal na anyo ng enerhiya. Ito ay sumusunod na posibleng i-convert ang masa sa enerhiya at enerhiya sa masa. Sa antas ng intraatomic, nagaganap ang mga naturang reaksyon. Sa partikular, ang ilan sa masa ng atomic nucleus mismo ay maaaring maging enerhiya. Nangyayari ito sa maraming paraan. Una, ang nucleus ay maaaring mabulok sa isang bilang ng mga mas maliit na nuclei, ang reaksyong ito ay tinatawag na "pagkabulok". Pangalawa, ang mas maliit na nuclei ay madaling pagsamahin upang makagawa ng mas malaki - ito ay isang fusion reaction. Sa uniberso, ang gayong mga reaksyon ay karaniwan. Sapat na sabihin na ang reaksyon ng pagsasanib ay ang pinagmumulan ng enerhiya para sa mga bituin. Ngunit ang reaksyon ng pagkabulok ay ginagamit ng sangkatauhan sa mga nuclear reactor, dahil natutunan ng mga tao na kontrolin ang mga kumplikadong prosesong ito. Ngunit ano ang isang nuclear chain reaction? Paano ito pamahalaan?
Ano ang nangyayari sa nucleus ng isang atom
Ang nuclear chain reaction ay isang prosesong nagaganap kapag ang mga elementary particle o nuclei ay bumangga sa ibang nuclei. Bakit "kadena"? Ito ay isang set ng sunud-sunod na solong reaksyong nuklear. Bilang resulta ng prosesong ito, ang isang pagbabago sa estado ng kabuuan at komposisyon ng nucleon ng orihinal na nucleus ay nangyayari, kahit na ang mga bagong particle ay lumilitaw - mga produkto ng reaksyon. Ang nuclear chain reaction, na ang physics ay nagpapahintulot sa isa na pag-aralan ang mga mekanismo ng pakikipag-ugnayan ng nuclei sa nuclei at sa mga particle, ay ang pangunahing paraan para sa pagkuha ng mga bagong elemento at isotopes. Upang maunawaan ang daloy ng isang chain reaction, dapat munang harapin ng isa ang mga single.
Ano ang kailangan para sa reaksyon
Upang maisagawa ang naturang proseso bilang isang nuclear chain reaction, kinakailangan na paglapitin ang mga particle (isang nucleus at nucleon, dalawang nuclei) sa layo ng malakas na radius ng interaksyon (mga isang fermi). Kung ang mga distansya ay malaki, kung gayon ang pakikipag-ugnayan ng mga sisingilin na particle ay magiging puro Coulomb. Sa isang reaksyong nuklear, lahat ng mga batas ay sinusunod: konserbasyon ng enerhiya, momentum, momentum, baryon charge. Ang isang nuclear chain reaction ay tinutukoy ng simbolo set a, b, c, d. Ang simbolo a ay tumutukoy sa orihinal na nucleus, b ang papasok na particle, c ang bagong papalabas na particle, at d ang resultang nucleus.
Enerhiya ng reaksyon
Ang isang nuclear chain reaction ay maaaring maganap sa parehong pagsipsip at paglabas ng enerhiya, na katumbas ng pagkakaiba sa masa ng mga particle pagkatapos ng reaksyon at bago nito. Tinutukoy ng hinihigop na enerhiya ang pinakamababang kinetic energy ng banggaan,ang tinatawag na threshold ng isang nuclear reaction, kung saan maaari itong malayang magpatuloy. Ang threshold na ito ay nakasalalay sa mga particle na kasangkot sa pakikipag-ugnayan at sa kanilang mga katangian. Sa paunang yugto, ang lahat ng mga particle ay nasa isang paunang natukoy na quantum state.
Pagpapatupad ng reaksyon
Ang pangunahing pinagmumulan ng mga naka-charge na particle na nagbobomba sa nucleus ay ang particle accelerator, na gumagawa ng mga sinag ng mga proton, mabibigat na ion at magaang nuclei. Ang mga mabagal na neutron ay nakukuha sa pamamagitan ng paggamit ng mga nuclear reactor. Upang ayusin ang mga particle na nakargahan ng insidente, maaaring gamitin ang iba't ibang uri ng mga reaksyong nuklear, parehong pagsasanib at pagkabulok. Ang kanilang posibilidad ay nakasalalay sa mga parameter ng mga particle na nagbanggaan. Ang posibilidad na ito ay nauugnay sa isang katangian tulad ng cross section ng reaksyon - ang halaga ng epektibong lugar, na nagpapakilala sa nucleus bilang target para sa mga particle ng insidente at isang sukatan ng posibilidad na ang particle at ang nucleus ay papasok sa interaksyon. Kung ang mga particle na may nonzero spin ay nakikibahagi sa reaksyon, ang cross section ay direktang nakasalalay sa kanilang oryentasyon. Dahil ang mga pag-ikot ng mga particle ng insidente ay hindi ganap na random na nakatuon, ngunit mas marami o mas kaunting order, lahat ng mga corpuscle ay magiging polarized. Ang quantitative na katangian ng oriented beam spins ay inilalarawan ng polarization vector.
Mekanismo ng reaksyon
Ano ang nuclear chain reaction? Tulad ng nabanggit na, ito ay isang pagkakasunud-sunod ng mas simpleng mga reaksyon. Ang mga katangian ng particle ng insidente at ang pakikipag-ugnayan nito sa nucleus ay nakasalalay sa masa, singil,kinetic energy. Ang pakikipag-ugnayan ay tinutukoy ng antas ng kalayaan ng nuclei, na nasasabik sa panahon ng banggaan. Ang pagkakaroon ng kontrol sa lahat ng mekanismong ito ay nagbibigay-daan para sa isang proseso tulad ng isang kontroladong nuclear chain reaction.
Mga direktang reaksyon
Kung ang isang naka-charge na particle na tumama sa target na nucleus ay hinawakan lamang ito, ang tagal ng banggaan ay magiging katumbas ng distansya na kinakailangan upang malampasan ang distansya ng nucleus radius. Ang ganitong reaksyong nuklear ay tinatawag na direktang reaksyon. Ang isang karaniwang katangian para sa lahat ng mga reaksyon ng ganitong uri ay ang paggulo ng isang maliit na bilang ng mga antas ng kalayaan. Sa ganoong proseso, pagkatapos ng unang banggaan, ang particle ay mayroon pa ring sapat na enerhiya upang madaig ang nuclear attraction. Halimbawa, ang mga pakikipag-ugnayan tulad ng inelastic na pagkakalat ng mga neutron, pagpapalitan ng singil, at pagtukoy sa direktang. Ang kontribusyon ng naturang mga proseso sa katangian na tinatawag na "kabuuang cross section" ay medyo bale-wala. Gayunpaman, ginagawang posible ng distribusyon ng mga produkto ng pagpasa ng direktang nuclear reaction na matukoy ang posibilidad ng pagtakas mula sa anggulo ng direksyon ng beam, mga quantum number, ang selectivity ng mga populated na estado, at matukoy ang kanilang istraktura.
Pre-equilibrium emission
Kung ang particle ay hindi umalis sa rehiyon ng nuclear interaction pagkatapos ng unang banggaan, ito ay magiging kasangkot sa isang buong kaskad ng sunud-sunod na banggaan. Ito talaga ang tinatawag na nuclear chain reaction. Bilang resulta ng sitwasyong ito, ang kinetic energy ng particle ay ipinamamahagi sa pagitanbumubuo ng mga bahagi ng nucleus. Ang estado ng nucleus mismo ay unti-unting magiging mas kumplikado. Sa prosesong ito, ang isang partikular na nucleon o isang buong kumpol (isang grupo ng mga nucleon) ay maaaring magkonsentra ng enerhiya na sapat para sa paglabas ng nucleon na ito mula sa nucleus. Ang karagdagang pagpapahinga ay hahantong sa pagbuo ng statistical equilibrium at pagbuo ng isang compound nucleus.
Mga chain reaction
Ano ang nuclear chain reaction? Ito ang pagkakasunod-sunod ng mga bahaging bumubuo nito. Iyon ay, maraming sunud-sunod na solong reaksyong nuklear na dulot ng mga sisingilin na particle ay lilitaw bilang mga produkto ng reaksyon sa mga nakaraang hakbang. Ano ang isang nuclear chain reaction? Halimbawa, ang fission ng heavy nuclei, kapag ang maramihang fission event ay pinasimulan ng mga neutron na nakuha noong nakaraang mga decay.
Mga tampok ng nuclear chain reaction
Sa lahat ng kemikal na reaksyon, ang mga chain reaction ay malawakang ginagamit. Ang mga particle na may hindi nagamit na mga bono ay gumaganap ng papel ng mga libreng atom o radical. Sa isang proseso tulad ng isang nuclear chain reaction, ang mekanismo ng paglitaw nito ay ibinibigay ng mga neutron, na walang Coulomb barrier at pinasisigla ang nucleus sa pagsipsip. Kung lumilitaw ang kinakailangang particle sa medium, magdudulot ito ng chain ng mga kasunod na pagbabagong magpapatuloy hanggang sa maputol ang chain dahil sa pagkawala ng carrier particle.
Bakit nawawala ang carrier
Mayroon lamang dalawang dahilan para sa pagkawala ng carrier particle ng tuluy-tuloy na chain of reactions. Ang una ay ang pagsipsip ng butil nang walang proseso ng paglabaspangalawa. Ang pangalawa ay ang pag-alis ng particle na lampas sa limitasyon ng volume ng substance na sumusuporta sa chain process.
Dalawang uri ng proseso
Kung iisang carrier particle lamang ang ipinanganak sa bawat panahon ng chain reaction, kung gayon ang prosesong ito ay matatawag na walang sanga. Hindi ito maaaring humantong sa pagpapalabas ng enerhiya sa isang malaking sukat. Kung mayroong maraming mga particle ng carrier, kung gayon ito ay tinatawag na isang branched na reaksyon. Ano ang isang nuclear chain reaction na may sumasanga? Ang isa sa mga pangalawang particle na nakuha sa nakaraang aksyon ay magpapatuloy sa kadena na sinimulan nang mas maaga, habang ang iba ay lilikha ng mga bagong reaksyon na magsasanga rin. Ang prosesong ito ay makikipagkumpitensya sa mga proseso na humahantong sa break. Ang magreresultang sitwasyon ay magbubunga ng partikular na kritikal at naglilimita sa mga phenomena. Halimbawa, kung mayroong higit pang mga break kaysa sa mga bagong kadena, kung gayon ang self-sustaining ng reaksyon ay magiging imposible. Kahit na ito ay artipisyal na nasasabik sa pamamagitan ng pagpapasok ng kinakailangang bilang ng mga particle sa isang partikular na medium, ang proseso ay mabubulok pa rin sa paglipas ng panahon (karaniwan ay mas mabilis). Kung ang bilang ng mga bagong chain ay lumampas sa bilang ng mga break, pagkatapos ay isang nuclear chain reaction ang magsisimulang kumalat sa kabuuan ng substance.
Kritikal na kondisyon
Ang kritikal na estado ay naghihiwalay sa lugar ng estado ng bagay na may nabuong self-sustaining chain reaction, at ang lugar kung saan imposible ang reaksyong ito. Ang parameter na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakapantay-pantay sa pagitan ng bilang ng mga bagong circuit at ang bilang ng mga posibleng break. Tulad ng pagkakaroon ng isang libreng carrier particle, ang kritikalestado ay ang pangunahing item sa naturang listahan bilang "mga kondisyon para sa pagpapatupad ng isang nuclear chain reaction." Ang pagkamit ng estadong ito ay maaaring matukoy ng maraming posibleng mga kadahilanan. Ang fission ng nucleus ng isang mabigat na elemento ay nasasabik ng isang neutron lamang. Bilang resulta ng isang proseso tulad ng isang nuclear fission chain reaction, mas maraming neutron ang nagagawa. Samakatuwid, ang prosesong ito ay maaaring makagawa ng isang branched na reaksyon, kung saan ang mga neutron ay magsisilbing mga carrier. Sa kaso kapag ang rate ng pagkuha ng neutron nang walang fission o escapes (loss rate) ay nabayaran ng rate ng multiplikasyon ng mga particle ng carrier, ang chain reaction ay magpapatuloy sa isang nakatigil na mode. Ang pagkakapantay-pantay na ito ay nagpapakilala sa multiplication factor. Sa kaso sa itaas, ito ay katumbas ng isa. Sa nuclear power, dahil sa pagpapakilala ng negatibong feedback sa pagitan ng rate ng paglabas ng enerhiya at multiplication factor, posibleng kontrolin ang kurso ng isang nuclear reaction. Kung ang koepisyent na ito ay mas malaki kaysa sa isa, ang reaksyon ay bubuo ng exponentially. Ang mga hindi nakokontrol na chain reaction ay ginagamit sa mga sandatang nuklear.
Nuclear chain reaction sa enerhiya
Ang reaktibiti ng isang reactor ay tinutukoy ng malaking bilang ng mga prosesong nagaganap sa core nito. Ang lahat ng mga impluwensyang ito ay tinutukoy ng tinatawag na reactivity coefficient. Ang epekto ng mga pagbabago sa temperatura ng mga graphite rod, coolant o uranium sa reaktibiti ng reaktor at ang intensity ng naturang proseso bilang isang nuclear chain reaction ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang temperatura koepisyent (para sa coolant, para sa uranium, para sa grapayt). Mayroon ding mga umaasa na katangian sa mga tuntunin ng kapangyarihan, sa mga tuntunin ng mga tagapagpahiwatig ng barometric, sa mga tuntunin ng mga tagapagpahiwatig ng singaw. Upang mapanatili ang isang reaksyong nuklear sa isang reaktor, kinakailangan na i-convert ang ilang mga elemento sa iba. Upang gawin ito, kinakailangang isaalang-alang ang mga kondisyon para sa daloy ng isang nuclear chain reaction - ang pagkakaroon ng isang sangkap na maaaring hatiin at ilabas mula sa sarili nito sa panahon ng pagkabulok ng isang tiyak na bilang ng mga elementarya na particle, na, bilang isang resulta, ay magiging sanhi ng fission ng natitirang nuclei. Bilang isang sangkap, madalas na ginagamit ang uranium-238, uranium-235, plutonium-239. Sa panahon ng pagpasa ng isang nuclear chain reaction, ang isotopes ng mga elementong ito ay mabubulok at bubuo ng dalawa o higit pang mga kemikal. Sa prosesong ito, ang tinatawag na "gamma" ray ay ibinubuga, isang matinding pagpapalabas ng enerhiya ang nangyayari, dalawa o tatlong neutron ang nabuo, na may kakayahang ipagpatuloy ang mga pagkilos ng reaksyon. Mayroong mabagal at mabilis na mga neutron, dahil para maghiwa-hiwalay ang nucleus ng isang atom, ang mga particle na ito ay dapat lumipad sa isang tiyak na bilis.
