Ядролық реакциялар мен химиялық элементтердің өзгеруі: бөліну, нейтрондар және тізбекті реакциялар

Ядролық реакциялар және химиялық элементтердің өзгеруі

Химиялық реакциялар - заттардың өзара әрекеттесуі нәтижесінде олардың химиялық құрамы мен құрылысы өзгеріп, басқа заттарға айналуы.

Химиялық реакциялар масса сақталу заңы мен эквивалент заңына негізделген. Химиялық реакциялардың ядролық реакциялардан айырмашылығы - реакция кезінде әрекеттесетін заттар құрамындағы химиялық элементтер мен олардың атомдарының жалпы санының өзгермейтіндігінде. Химиялық реакциялар химиялық теңдеулер арқылы өрнектеледі. Химиялық процесте тура реакциямен қатар бастапқы заттар қайта түзілетін кері реакция жүреді.

Ядроның бөліну реакциясы

XX ғасырдың 40 жылдарында көптеген ғалымдардың (Э. Ферми (Италия), О. Ган, Ф. Штрассман (Германия), О. Фриш (Ұлыбритания), Л. Мейтнер (Австрия), Г. Н. Флеров, К. Н. Петржак (Ресей) ) жұмыстарында уранды нейтрондармен атқылағанда Менделеев кестесінің ортасында орналасатын лантан мен барий пайда болатыны көрсетілген.

Ядролық реакциялардың жаңа түрі - ядроның бөліну реакциялары ашылды.

Нейтрондар мен басқа бөлшектер әсерінен яуыр ядроның массалары шамалас екі және одан көп жеңіл ядроға ыдырауы ядроның бөліну реакциясы деп аталады.

Ядро бөліну кезінде екі-үш бөліну нейтрондары деп аталатын екінші реттік нейтрондар шығарылады.

Ортаңғы ядроларда нейтрондар саны протондар санына шамалас (N/Z1), ал ауыр ядроларда нейтрондар саны артык болады (N/Z1, 6) . Пайда болатын жарықшақтарда нейтрондар көп болғандықтан, олар бөліну нейтрондарын шығарады.

Радиоактивті жарықшақтар -квант шығарып бірқатар --түрленулерден өтеді. --ыдырау кезінде нейтрон протонға айналады. --ыдыраулар тізбегі нәтижесінде жарықшақта нейтрондар мен протондардың қатынасы тұрақты изотоптағындай шамаға жетеді.

Мысалы, 235-уран ядросы бөлінгенде

пайда болатын Хе ядросы --ыдыраудың үш акті нәтижесінде тұрақты лантан изотопына айналады:

235-уран бөлінгенде 3 нейтронда шығарылады:

Нейтрондардың көбісі t  10-14 с уақыт ішінде шығарылады, ал аз бөлігін (0, 7%) бөліну жарықшақтары біраз уақыттан кейін (0, 05 с  t  60 с) шығарады. Біріншілері - лездік нейтрондары деп аталады, екіншілері - кешігуші нейтрондар.

Бөлінудің бір актінде орташа алғанда 2, 5 нейтрон шығарылады. Олардың энергия спектрі кең болып табылады: 07 МэВ аралығанда, бір нейтронға 2 МэВ энергия келеді.

Орташа массалы ядролардың меншікті байланыс энергиясы 8, 7 МэВ құрайды, ал ауыр ядроларында - 7, 6 МэВ. Сондықтан, ауыр ядро екі жарықшаққа бөлінгенде бір нуклонға 1, 1 МэВ келетін энергия шығарылуы тиіс.

Бөліну актінде шығарылатын энергия жарықшақтар (негізгі бөлігі), бөліну нейтрондар мен жарықшақтардың кейінгі ыдыраудың өнімдері арасында үлестіріледі.

Атом ядроларының бөліну теориясының (Н. Бор, Я. И. Френкель) негізінде ядроның тамшы моделі жатыр. Мұнда ядро электр зарядталған сығылмайтын сұйық тамшысы ретінде қарастырылады. Сұйық ядролық тығыздығына ие, кванттық механика заңдарына бағынады. Ядроға нейтрон түскенде сұйық бөлшектері тербеледі, нәтижесінде ядро үлкен энергияға ие болатын екі бөлігіне жарылады.

Ядролардың бөліну ықтималдылығы нейтрондардың энергиясымен анықталады. Жоғары энергиялы нейтрондар барлық ядролардың бөлінуіне әкеледі, ал бірнеше МэВ энергиясы бар нейтрондар - тек ауыр ядроларды ғана (А>210) .

Активтендіру энергиясы дегеніміз бұл ядро бөліну реакциясын өткізуге қажетті минимал энергия.

1 МэВ активтендіру энергиясына ие нейтрондар 238-уран, 232-торий, 231-протактиний, 239-плутоний ядроларын бөлінуіне әкеледі.

Жылулық нейтрондардың қатысуымен 235-уран, 239-плутоний, 233-уран, 230-торий ядролары бөлінеді. Соңғы екі изотоп табиғатта кездеспейді. Олар жасанды түрде алынады.

232-торий ядросымен нейтронның радиациялық қармау ((n, ) реакция) нәтижесінде 233-уран изотопы пайда болады:

Тізбекті ядролық реакциялар

Нейтрондардың көбею қарқындылығын сипаттайтын шаманы көбею коэффициенті деп атайды. (к) . Нейтрондардың көбею коэффициенті деп нейтрондардың кез келеген бір “буынындағы” санының алдыңғы “буындағы” санына қатынасын айтады.

Егер к=1 болса, нейтрондар саны уақыт өтуімен өзгермей, тізбект реакция тұрақты, бірқалыпты өтеді.

Егер к >1 болса, тізбекті реакцияның қарқыны өте тез өсіп, ядролық қопарылыс болады.

Егер к<1 болса, нейтрондардың саны уақытқа байланысты азайып, тізбекті реакция жүрмейді.

Тізбекті бөліну реакциясые тұрақты қамтамасыз ететін бөлінетін заттың ең аз массасын сындық масса деп атайды.

Химиялық реакциялар тез жүруі

Концентрацияның әсері. Химиялық реакциялар тез жүруі үшін түйісетін молекулалар саны көп болуы керек, яғни концентрацияны өсіру керек. Реакцияның жылдамдығына әрекеттесуші заттардың концентрацияларының әсерін зерттеген Норвегияның екі ғалымы Гульдберг және Вааге 1867 жылы мынадай қорытындыға келген: химиялық реакцияның жылдамдығы реакцияласушы заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал - әрекеттесуші массалар заңы

Ұқсас жұмыстар

Ядролық бөліну энергиясы: негізгі ұғымдар, механизмі және тізбекті реакциялар

Ядролық күштер мен ядролық реакциялар: қасиеттері және энергия балансы

Ядролық реакциялар: механизмдері, сақталу заңдары және энергия шығуы

Ядролық бөліну: тамшы моделі, энергия шығымы және тізбекті реакцияның негізгі ерекшеліктері

Сулы ерітінділердегі химиялық реакциялар және судың биологиялық рөлі: дистилденген, апирогенді су және s-элементтердің маңызы

Термоядролық реакциялар мен токмак технологиясы: физикадан ашық сабақ

Ядролық бөліну: ашылуы, механизмі және реакторлардың негізгі компоненттері

Уран ядросының бөлінуі және тізбекті ядролық реакция: нейтрондық динамика мен баяулатқыштардың рөлі

Химиялық кинетика және технологиялық режимдер: гомогенді және гетерогенді реакциялар, процестерге әсер ететін факторлар мен фазалық заңдылықтар

Аллергиялық реакциялар: түрлері, емі және шұғыл көмек

Пәндер