Ядролық реакциялар

Орындаған: Төленді. А. Б

Топ: МФ-21

Тексерген: Аубакирова А. А.

E-mail: t0. ara1lym@mail. ru

Ядролық реакция-бұл атом ядросының басқа ядромен немесе элементар бөлшекпен әрекеттесу процесі, ол ядроның құрамы мен құрылымының өзгеруімен және қайталама бөлшектердің немесе γ-кванттардың шығарылуымен бірге жүреді. Ядролық реакциялар нәтижесінде табиғи жағдайда жер бетінде жоқ жаңа радиоактивті изотоптар пайда болуы мүмкін

Алғашқы ядролық реакцияны Э. Рутерфорд 1919 жылы ядролардың ыдырау өнімдерінде Протондарды анықтау тәжірибелерінде жүргізді. Рутерфорд азот атомдарын α бөлшектерімен бомбалады. Бөлшектердің соқтығысуымен ядролық реакция пайда болды, ол келесі схема бойынша жүрді:

Ядролық реакциялар кезінде сақтаудың бірнеше заңдары орындалады: импульс, энергия, бұрыштық импульс, заряд. Осы классикалық заңдарға қосымша ядролық реакциялар кезінде барион заряды деп аталатын сақталу заңы орындалады (яғни нуклондар - протондар мен нейтрондар саны) . Ядролық физика мен бөлшектер физикасына тән бірқатар басқа сақталу заңдары да орындалады.

Ядролық реакциялар атомдарды тез зарядталған бөлшектермен (протондар, нейтрондар, α-бөлшектер, иондар) бомбалау кезінде пайда болуы мүмкін. Мұндай алғашқы реакция 1932 жылы үдеткіште алынған үлкен энергия протондарының көмегімен жүзеге асырылды:

Алайда практикалық қолдану үшін ең қызықтысы-ядролардың нейтрондармен әрекеттесуі кезінде пайда болатын реакциялар. Нейтрондар зарядсыз болғандықтан, олар атом ядроларына еркін еніп, олардың өзгеруіне әкелуі мүмкін. Көрнекті итальяндық физик Э. Ферми алдымен нейтрондардан туындаған реакцияларды зерттей бастады.

Ядролық реакциялар энергетикалық өзгерістермен бірге жүреді. Ядролық реакцияның энергетикалық шығысы - бұл бастапқы өнімдердің массасы MA және MB, реакцияның соңғы өнімдерінің массасы MC және MD. ΔM шамасы масса ақауы деп аталады.

Q = (MA + MB - MC - MD) c2 = ΔMc2.

Ядролық реакцияның оң энергия шығымы болуы үшін бастапқы өнім ядроларындағы нуклондардың меншікті байланыс энергиясы түпкілікті өнім ядроларындағы нуклондардың меншікті байланыс энергиясынан аз болуы тиіс. Бұл ΔM мәні оң болуы керек дегенді білдіреді.

Ядролық энергияны босатудың екі түрлі әдісі мүмкін.

1. Ауыр ядролардың бөлінуі. Α немесе β бөлшектердің шығарылуымен бірге жүретін ядролардың радиоактивті ыдырауынан айырмашылығы, ыдырау реакциясы-тұрақсыз ядро салыстырмалы массалардың екі үлкен фрагментіне бөлінетін процесс.

2. Термоядролық реакциялар. Ядролық энергияны босатудың екінші жолы синтез реакцияларымен байланысты. Жеңіл ядролардың бірігуі және жаңа ядроның пайда болуы кезінде көп энергия бөлінуі керек. Бұл белгілі бір байланыс энергиясының массалық санға тәуелділік қисығынан көрінеді.

Термоядролық реакциялар кезінде бөлінетін Энергия ядролардың бөлінуінің тізбекті реакцияларында бөлінетін меншікті энергиядан бір нуклонға бірнеше есе артық. Мысалы, дейтерий мен тритий ядроларының бірігу реакциясында 3, 5 МэВ/нуклон бөлінеді. Жалпы, бұл реакцияда 17, 6 МэВ бөлінеді. Бұл ең перспективалы термоядролық реакциялардың бірі.

Басқарылатын термоядролық реакцияларды жүзеге асыру адамзатқа жаңа экологиялық таза және іс жүзінде таусылмайтын энергия көзін береді. Алайда, ультра жоғары температураны алу және миллиард градусқа дейін қыздырылған плазманы ұстап тұру басқарылатын термоядролық синтезді жүзеге асыру жолындағы ең қиын ғылыми-техникалық міндет болып табылады.

Ғылым мен техниканың дамуының осы кезеңінде сутегі бомбасындағы синтездің бақыланбайтын реакциясын жүзеге асыру мүмкін болды. Ядролық синтез үшін қажет жоғары температураға қарапайым уран немесе плутоний бомбасының жарылуы арқылы қол жеткізіледі.