Mwitikio wa nyuklia. Athari za nyuklia

Mmenyuko wa nyuklia ni mchakato wa mwingiliano mkali wa kiini cha atomiki na chembe ya msingi au na kiini kingine, na kusababisha mabadiliko ya kiini. Aina ya kawaida ya mmenyuko wa nyuklia ni mmenyuko wa aina, wapi
- chembe nyepesi - neutroni, protoni, -chembe, -quantum.

Miitikio inayosababishwa na chembe zisizo haraka sana hutokea katika hatua mbili. Katika hatua ya kwanza, chembe zinazokaribia kiini hukamatwa nayo, na kutengeneza kiini cha kati - kiini cha kiwanja. Nishati iliyoletwa na chembe inasambazwa tena kati ya viini, na kiini hujikuta katika hali ya msisimko. Katika hatua ya pili, kiini hutoa chembe . .

Kama
, basi hii sio mmenyuko wa nyuklia, lakini mchakato wa uharibifu. Kama
- kutawanyika kwa elastic, ikiwa
- kutawanyika kwa inelastic.

Athari zinazosababishwa na nucleons za haraka hutokea bila kuundwa kwa kiini cha kati - haya ni mwingiliano wa nyuklia wa moja kwa moja.

Majibu yamegawanywa:

kwa aina ya chembe zinazohusika katika athari za nyuklia.

Kulingana na nishati ya chembe zinazohusika (baridi, moto)

Kwa aina ya viini vinavyohusika katika athari (nyepesi, kati, nzito)

Kwa asili ya bidhaa zilizopatikana kama matokeo ya athari (chembe za msingi, protoni, neutroni)

Athari za mgawanyiko wa nyuklia. Mnamo mwaka wa 1938, Hahn na Strassmann waligundua kwamba umwagiliaji wa uranium na neutroni ulizalisha vipengele kutoka katikati ya jedwali la upimaji. Mmenyuko huo unaonyeshwa na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha nishati. Baadaye, iligundulika kuwa kiini ambacho kimekamata neutroni kinaweza kutengana kwa njia tofauti. Bidhaa za fission huitwa vipande. Kinachowezekana zaidi ni mgawanyiko katika vipande, ambavyo misa yake iko katika uwiano:

Cerium ni imara

Zirconium ni thabiti.

Kiini cha uranium kinapasuka tu kwa neutroni za haraka. Kwa nguvu za chini, neutroni humezwa na kiini huingia katika hali ya msisimko - hii ni kukamata kwa mionzi.

Neutroni, ambazo huundwa kama matokeo ya mgawanyiko wa uranium, zinaweza kusababisha athari nyingine, nk. - Hii ni mmenyuko wa mnyororo wa nyuklia. Sababu ya kuzidisha neutroni ni uwiano wa idadi ya neutroni katika kizazi fulani na idadi ya neutroni katika kizazi kilichopita. Mmenyuko wa mnyororo hutokea wakati
.

Kwa sababu ya saizi isiyo na kikomo ya mwili wa kupasuka na nguvu ya juu ya kupenya, neutroni nyingi huondoka eneo la athari kabla ya kunaswa na kiini. Ikiwa wingi wa uranium yenye fissile ni chini ya misa fulani muhimu, basi neutroni nyingi huruka nje na mmenyuko wa mnyororo haufanyiki. Ikiwa misa ni kubwa kuliko misa muhimu, neutroni huzidisha haraka, na athari ina tabia ya mlipuko (kitendo kinatokana na hii. bomu ya atomiki) Katika reactors, molekuli muhimu hurekebishwa kwa kunyonya neutroni za ziada na cadmium na vijiti vya kaboni.

Kuunganishwa kwa nuclei nyepesi ndani ya nzito ni mmenyuko wa mchanganyiko. Ikiwa majibu hutokea saa joto la juu ah ni mmenyuko wa thermonuclear. Mmenyuko wa thermonuclear inaonekana ni moja ya vyanzo vya nishati ya Jua na nyota.

Aina za mwingiliano wa chembe za msingi.

Ukuzaji wa fizikia ya chembe ya msingi unahusishwa na utafiti wa mionzi ya ulimwengu. Kuna aina 2 za mionzi ya cosmic: ya msingi, inayotoka angani na inayojumuisha protoni zenye nguvu nyingi, na sekondari, ambayo huundwa kama matokeo ya mwingiliano wa mionzi ya msingi ya ulimwengu na viini vya atomi kwenye angahewa ya dunia. Katika mionzi ya sekondari, vipengele ngumu na laini vinajulikana.

Kuna aina 4 za mwingiliano:

Mwingiliano wenye nguvu ni mara 100 zaidi ya mwingiliano wa sumakuumeme, na mara 10 14 zaidi kuliko mwingiliano dhaifu. Radi ya hatua ya nguvu ni 10 -15 m, dhaifu ni 10 -19 m.

Ufafanuzi 1

Mwitikio wa nyuklia kwa maana pana, mchakato unaotokea kama matokeo ya mwingiliano wa viini kadhaa changamano vya atomiki au chembe za msingi. Athari za nyuklia pia huitwa athari zile ambazo angalau kiini kimoja kipo kati ya chembe za awali, hujiunga na kiini kingine au chembe ya msingi, kama matokeo ambayo mmenyuko wa nyuklia hufanyika na chembe mpya huundwa.

Kama sheria, athari za nyuklia hufanyika chini ya hatua ya nguvu za nyuklia. Walakini, mmenyuko wa nyuklia wa kuoza kwa nyuklia chini ya ushawishi wa $\gamma $ - quanta ya juu ya nishati au elektroni za haraka hufanyika chini ya ushawishi wa sumakuumeme, sio nguvu za nyuklia, kwa sababu hiyo. vikosi vya nyuklia photoni na elektroni haziathiriwa. Athari za nyuklia ni pamoja na michakato ambayo hutokea wakati neutrinos inapogongana na chembe nyingine, lakini hutokea kwa mwingiliano dhaifu.

Athari za nyuklia inaweza kufanyika katika hali ya asili (katika mambo ya ndani ya nyota, in mionzi ya cosmic) Utafiti wa athari za nyuklia hufanyika katika maabara kwa kutumia vifaa vya majaribio ambapo nishati huhamishiwa kwa chembe zilizochajiwa kwa kutumia vichapishi. Katika kesi hii, chembe nzito zimepumzika na huitwa chembe lengwa. Wanashambuliwa na chembe nyepesi, ambazo ni sehemu ya boriti iliyoharakishwa. Katika kugongana accelerators boriti, kugawanya katika malengo na mihimili haina maana.

Nishati ya chembe ya boriti iliyo na chaji chanya lazima iwe ya mpangilio wa au zaidi ya kizuizi kinachowezekana cha Coulomb cha kiini. Mnamo mwaka wa 1932, J. Cockroft na E. Walton walikuwa wa kwanza kugawanya nuclei za lithiamu kwa njia ya bandia kwa kuzipiga kwa protoni ambazo nishati yake ilikuwa chini ya urefu wa kizuizi cha Coulomb. Kupenya kwa protoni kwenye kiini cha lithiamu kulitokea kupitia mpito wa vichuguu kupitia kizuizi kinachowezekana cha Coulomb. Kwa chembe zenye chaji hasi na upande wowote, kizuizi kinachowezekana cha Coulomb hakipo na athari za nyuklia zinaweza kutokea hata kwa nishati ya joto ya chembe za tukio.

Dokezo la kawaida na la kuona la athari za nyuklia huchukuliwa kutoka kwa kemia. Upande wa kushoto ni jumla ya chembe kabla ya majibu, na upande wa kulia ni jumla ya bidhaa za mwisho za athari:

inaelezea mmenyuko wa nyuklia unaotokea kama matokeo ya mlipuko wa isotopu ya lithiamu $()^7_3(Li)$ na protoni, na kusababisha utengenezaji wa nyutroni na isotopu ya beriliamu $()^7_4(Be)$.

Miitikio ya nyuklia mara nyingi huandikwa kwa njia ya ishara: $A\left(a,bcd\dots \kulia)B$, ambapo $A$ ndio kiini kinacholengwa, $a$ ni chembe ya bombarding, $bcd\dots na\ B$ - - kwa mtiririko huo, chembe na kiini ambacho huundwa kama matokeo ya mmenyuko. Majibu hapo juu yanaweza kuandikwa upya kama $()^7_3(Li)(p,n)()^7_4(Be)$. Wakati mwingine nukuu huenda $(p,n)$, ambayo ina maana ya kugonga nje ya neutroni kutoka kwa kiini fulani chini ya ushawishi wa protoni.

Maelezo ya kiasi ya athari

Maelezo ya kiasi cha athari za nyuklia kutoka kwa mtazamo wa mechanics ya quantum inawezekana tu kwa takwimu, i.e. tunaweza kuzungumza juu ya uwezekano fulani wa michakato mbalimbali inayoonyesha athari ya nyuklia. Kwa hivyo, mmenyuko $a+A\to b+B$, katika majimbo ya awali na ya mwisho ambayo kila moja kuna chembe mbili, katika ufahamu huu ina sifa kamili ya kutofautisha kwa sehemu ya msalaba yenye ufanisi $d\sigma /d\Omega. $ ndani ya mwili kata $d\ Omega (\rm =)(\sin \theta \ )\theta d\varphi $, ambapo $\theta $ na $\varphi $ ni pembe za polar na azimuthal za kuondoka kwa chembe moja, wakati pembe $\theta $ inakokotolewa tangu mwanzo wa harakati ya chembe ya bombarding. Utegemezi wa sehemu ya msalaba tofauti kwenye pembe $\theta $ na $\varphi $ inaitwa usambazaji wa angular wa chembe zinazounda majibu. Jumla au sehemu muhimu ya msalaba, ambayo ni sifa ya ukubwa wa athari, ni sehemu ya msalaba yenye ufanisi iliyounganishwa juu ya maadili yote ya pembe $\theta $ na $\varphi $:

Sehemu ya mtambuka inayofaa inaweza kufasiriwa kama eneo ambalo chembe ya tukio itasababisha athari fulani ya nyuklia. Sehemu inayotumika ya athari ya nyuklia hupimwa katika ghala $1\ b=(10)^(-28)\ m^2$.

Athari za nyuklia zinaonyeshwa na mavuno ya mmenyuko. Mazao ya athari ya nyuklia $W$ ni sehemu ya chembe za boriti zilizopokea mwingiliano wa nyuklia na chembe lengwa. Ikiwa $S$ ni eneo la sehemu mtambuka la boriti, $I$ ni msongamano wa mtiririko wa boriti, basi $N=IS$ chembe huanguka kwenye eneo linalolengwa kila sekunde. Kwa wastani, $\pembetatu N=IS\sigma n$ chembe huguswa kutoka kwao kwa sekunde, ambapo $\sigma $ ni sehemu ya mtambuka bora ya mmenyuko wa chembe za boriti, $n$ ni mkusanyiko wa viini kwenye lengwa. Kisha:

Ainisho mbalimbali za athari za nyuklia

Athari za nyuklia zinaweza kuainishwa kulingana na sifa zifuatazo:

asili ya chembe zinazohusika katika mmenyuko;
idadi kubwa ya viini vinavyoshiriki katika mmenyuko;
nyuma ya athari ya nishati (joto);
juu ya asili ya mabadiliko ya nyuklia.

Kulingana na thamani ya nishati $E$ ya chembe zinazosababisha athari, miitikio ifuatayo inatofautishwa:

kwa nishati ya chini ($ E\le 1\keV$);
kwa nguvu za chini ($1\ keV\le E\le 1\ MeV$);
kwa nguvu za wastani ($1\ MeV\le E\le 100\ MeV$);
katika nishati muhimu($100\ MeV\le E\le 1\ GeV)$;
kwa nguvu nyingi ($1\ GeV\le E\le 500\ GeV$);
kwa nishati za hali ya juu ($E>500\GeV$).

Kulingana na nishati ya chembe $a$, mabadiliko tofauti katika athari za nyuklia hutokea kwa nuclei sawa $A$. Kwa mfano, fikiria majibu ya kupiga isotopu ya florini na neutroni za nishati tofauti:

Picha 1.

Kulingana na asili ya chembe zinazohusika katika athari za nyuklia, zimegawanywa katika aina zifuatazo:

chini ya ushawishi wa neutroni;
chini ya ushawishi wa photons;
chini ya ushawishi wa chembe za kushtakiwa.

Kulingana na idadi kubwa ya viini, athari za nyuklia zimegawanywa katika aina zifuatazo:

kwenye viini mwanga ($A
kwenye viini vya kati ($50
kwenye viini vikubwa ($A >100$).

Kulingana na asili ya mabadiliko yanayotokea kwenye kiini, athari imegawanywa katika:

kukamata mionzi;
msisimko wa Coulomb;
mgawanyiko wa nyuklia;
mmenyuko wa mlipuko;
athari ya picha ya nyuklia.

Wakati wa kuzingatia athari za nyuklia, sheria zifuatazo hutumiwa:

sheria ya uhifadhi wa nishati;
sheria ya uhifadhi wa kasi;
sheria ya uhifadhi malipo ya umeme;
sheria ya uhifadhi wa malipo ya baryon;
sheria ya uhifadhi wa malipo ya lepton.

Kumbuka 1

Sheria za uhifadhi hufanya iwezekane kutabiri ni athari zipi zinazowezekana kiakili zinaweza kupatikana na ambazo haziwezi kutokana na kutofaulu kwa sheria moja au zaidi za uhifadhi. Katika uhusiano huu, sheria za uhifadhi zina jukumu muhimu sana jukumu muhimu kwa athari za nyuklia.

Athari ya nyuklia ina sifa ya nishati ya athari ya nyuklia $Q$. Ikiwa majibu yataendelea na kutolewa kwa nishati $Q >0$, basi majibu huitwa exothermic; ikiwa majibu yatatokea kwa kufyonzwa kwa joto $Q

Iligunduliwa kwa kuonekana kwa chembe za ioni za pili zenye safu katika gesi kubwa kuliko ile ya chembe α na kutambuliwa kama protoni. Baadaye, picha za mchakato huu zilichukuliwa kwa kutumia kamera ya Wilson.

Kulingana na utaratibu wa mwingiliano, athari za nyuklia zimegawanywa katika aina mbili:

mmenyuko na uundaji wa kiini kiwanja ni mchakato wa hatua mbili ambao hutokea kwa nishati ya kinetiki isiyo ya juu sana ya chembe zinazogongana (hadi MeV 10 hivi).
athari za nyuklia za moja kwa moja ambazo hufanyika ndani wakati wa nyuklia inahitajika kwa chembe kuvuka kiini. Utaratibu huu unajidhihirisha kwa nguvu nyingi za chembe za bombarding.

Ikiwa baada ya mgongano viini na chembe za asili zimehifadhiwa na hakuna mpya huzaliwa, basi majibu ni kutawanyika kwa elastic katika uwanja wa nguvu za nyuklia, ikifuatana tu na ugawaji wa nishati ya kinetic na kasi ya chembe na kiini cha lengo na inaitwa uwezekano wa kutawanyika .

Encyclopedic YouTube

1 / 5
Nadharia ya utaratibu wa mmenyuko na uundaji wa kiini cha kiwanja ilitengenezwa na Niels Bohr mnamo 1936 pamoja na nadharia ya mfano wa matone ya kiini na inasisitiza maoni ya kisasa juu ya sehemu kubwa ya athari za nyuklia.
Kwa mujibu wa nadharia hii, mmenyuko wa nyuklia hutokea katika hatua mbili. Mwanzoni, chembe za awali huunda kiini cha kati (composite) baada ya wakati wa nyuklia, yaani, muda unaohitajika kwa chembe kuvuka kiini, takriban sawa na 10 -23 - 10 -21. Katika kesi hii, kiini cha kiwanja hutengenezwa kila wakati katika hali ya msisimko, kwa kuwa ina nishati ya ziada inayoletwa na chembe kwenye kiini kwa namna ya nishati ya kuunganisha ya nucleon katika kiini cha kiwanja na sehemu ya nishati yake ya kinetic, ambayo ni. sawa na jumla ya nishati ya kinetic ya kiini lengwa na nambari ya wingi A (\mtindo wa kuonyesha A) na chembe katikati ya mfumo wa inertia.

Nishati ya msisimko

Nishati ya msisimko E ∗ (\mtindo wa kuonyesha E^(*)) kiini cha kiwanja kilichoundwa baada ya kunyonya kwa nukleoni huru ni sawa na jumla ya nishati inayofunga. E c (\mtindo wa kuonyesha E_(c)) nucleon na sehemu ya nishati yake ya kinetic E ′ (\mtindo wa kuonyesha E^(")):
E ∗ = E c + E ′ (\mtindo wa kuonyesha E^(*)=E_(c)+E")
Mara nyingi kutokana na tofauti kubwa katika wingi wa kiini na nucleon E ′ (\kuonyesha mtindo E") takriban sawa na nishati ya kinetic ya nucleon inayopiga bomba kwenye kiini.
Kwa wastani, nishati ya kumfunga ni 8 MeV, inatofautiana kulingana na sifa za kiini cha kiwanja kinachosababisha, lakini kwa kiini cha lengo na nucleon thamani hii ni ya kudumu. Nishati ya kinetic ya chembe ya bombarding inaweza kuwa chochote, kwa mfano, wakati msisimko wa athari za nyuklia na neutroni, uwezo ambao hauna kizuizi cha Coulomb, thamani inaweza kuwa karibu na sifuri. Kwa hivyo, nishati inayofunga ni nishati ya chini ya msisimko ya kiini cha kiwanja.

Njia za majibu

Mpito kwa hali isiyo ya msisimko inaweza kufanyika kwa njia mbalimbali, inayoitwa njia za majibu. Aina na hali ya quantum ya chembe za tukio na viini kabla ya kuanza kwa athari imedhamiriwa na njia ya kuingiza majibu. Baada ya kukamilika kwa majibu, jumla ya matokeo bidhaa za majibu na hali zao za quantum huamua chaneli ya pato majibu. Mwitikio unaonyeshwa kabisa na njia za pembejeo na pato.
Njia za athari hazitegemei njia ya malezi ya kiini cha kiwanja, ambacho kinaweza kuelezewa na maisha marefu ya kiini cha kiwanja; inaonekana "kusahau" jinsi iliundwa, kwa hivyo, malezi na kuoza kwa kiini cha kiwanja. inaweza kuzingatiwa kama matukio huru. Kwa mfano, 13 27 Al (\displaystyle ()_(13)^(27)(\textrm (Al))) inaweza kuundwa kama kiini cha kiwanja katika hali ya msisimko katika mojawapo ya athari zifuatazo:
11 23 Na + 2 4 Yeye → 13 27 Al* (\displaystyle ()_(11)^(23)(\textrm (Na))+()_(2)^(4)(\textrm (He)) \mshale wa kulia ()_(13)^(27)(\textrm (Al*)))
12 26 Mg + 1 1 H → 13 27 Al* (\displaystyle ()_(12)^(26)(\textrm (Mg))+()_(1)^(1)(\textrm (H)) \mshale wa kulia ()_(13)^(27)(\textrm (Al*)))
13 26 Al + 0 1 n → 13 27 Al* (\displaystyle ()_(13)^(26)(\textrm (Al))+()_(0)^(1)(\textrm (n)) \mshale wa kulia ()_(13)^(27)(\textrm (Al*)))
13 27 Al + γ → 13 27 Al* (\displaystyle ()_(13)^(27)(\textrm (Al))+\gamma \rightarrow ()_(13)^(27)(\textrm (Al) *)))
Baadaye, mradi nishati ya msisimko ni sawa, kiini hiki cha kiwanja kinaweza kuoza kwa njia tofauti na yoyote ya athari hizi, na uwezekano fulani ambao hautegemei historia ya kuonekana kwa kiini hiki. Uwezekano wa kuundwa kwa kiini cha kiwanja hutegemea nishati na aina ya kiini cha lengo.

Athari za nyuklia za moja kwa moja

Mwendo wa athari za nyuklia pia inawezekana kupitia utaratibu wa mwingiliano wa moja kwa moja; kimsingi, utaratibu kama huo unajidhihirisha kwa nguvu nyingi za chembe za bombarding, wakati viini vya kiini vinaweza kuzingatiwa kama bure. Athari za moja kwa moja hutofautiana na utaratibu wa kiini cha kiwanja hasa katika usambazaji wa vekta za kasi za chembe za bidhaa zinazohusiana na kasi ya chembe za bombarding. Tofauti na ulinganifu wa spherical wa utaratibu wa kiini cha kiwanja, mwingiliano wa moja kwa moja unaonyeshwa na mwelekeo mkuu wa kukimbia kwa bidhaa za majibu mbele kuhusiana na mwelekeo wa harakati ya chembe za tukio. Usambazaji wa nishati ya chembe za bidhaa katika kesi hizi pia ni tofauti. Mwingiliano wa moja kwa moja una sifa ya ziada ya chembe za juu-nishati. Katika migongano na viini chembe changamano(yaani, nuclei nyingine), michakato ya uhamisho wa nucleon kutoka kwa kiini hadi kiini au kubadilishana kwa nucleon inawezekana. Athari kama hizo hufanyika bila malezi ya kiini cha kiwanja na zina sifa zote za mwingiliano wa moja kwa moja.

Sehemu ya msalaba ya majibu ya nyuklia

Uwezekano wa athari huamuliwa na kinachojulikana kama sehemu ya msalaba ya mmenyuko wa nyuklia. Katika mfumo wa marejeleo wa maabara (ambapo kiini kinacholengwa kimepumzika), uwezekano wa mwingiliano kwa kila wakati wa kitengo ni sawa na bidhaa ya sehemu ya msalaba (iliyoonyeshwa kwa vitengo vya eneo) na mtiririko wa chembe za tukio (zilizoonyeshwa kwa nambari. ya chembe zinazovuka eneo la kitengo kwa muda wa kitengo). Ikiwa njia kadhaa za pato zinaweza kutekelezwa kwa njia moja ya pembejeo, basi uwiano wa uwezekano wa njia za majibu ya pato ni sawa na uwiano wa sehemu zao za msalaba. Katika fizikia ya nyuklia, sehemu za msalaba wa majibu kawaida huonyeshwa kwa vitengo maalum - ghala, sawa na 10 -24 cm².

Matokeo ya majibu

Idadi ya matukio ya majibu yanayohusiana na idadi ya chembe zinazolenga shabaha ν / Φ (\mtindo wa kuonyesha \nu /\Phi ), kuitwa matokeo ya mmenyuko wa nyuklia. Thamani hii inabainishwa kwa majaribio kupitia vipimo vya kiasi. Kwa kuwa mavuno yanahusiana moja kwa moja na sehemu ya msalaba ya majibu, kupima mavuno kimsingi ni kipimo cha sehemu ya msalaba ya majibu.

Sheria za uhifadhi katika athari za nyuklia

Wakati wa athari za nyuklia, sheria zote za uhifadhi wa fizikia ya kitambo hutimizwa. Sheria hizi zinaweka vikwazo juu ya uwezekano wa mmenyuko wa nyuklia. Hata mchakato mzuri wa nguvu daima hugeuka kuwa hauwezekani ikiwa unaambatana na ukiukwaji wa sheria yoyote ya uhifadhi. Kwa kuongeza, kuna sheria za uhifadhi maalum kwa microworld; baadhi yao hutimizwa kila wakati, kwa kadiri inavyojulikana (sheria ya uhifadhi wa nambari ya baryon, nambari ya lepton); sheria zingine za uhifadhi (isospin, usawa, ugeni) hukandamiza tu athari fulani, kwani haziridhiki na mwingiliano wa kimsingi. Matokeo ya sheria za uhifadhi ni kile kinachoitwa sheria za uteuzi, zinaonyesha uwezekano au marufuku ya athari fulani.

Sheria ya uhifadhi wa nishati

Kama E 1 (\displaystyle \mathrm (E)_(1)), E 2 (\displaystyle \mathrm (E)_(2)), E 3 (\displaystyle \mathrm (E)_(3)), E 4 (\displaystyle \mathrm (E)_(4))- jumla ya nishati ya chembe mbili kabla ya majibu na baada ya athari, basi kwa kuzingatia sheria ya uhifadhi wa nishati:
E 1 + E 2 = E 3 + E 4. (\displaystyle \mathrm (E) _(1)+\mathrm (E) _(2)=\mathrm (E) _(3)+\mathrm (E) _(4).)
Wakati zaidi ya chembe mbili zinapoundwa, idadi ya istilahi zilizo upande wa kulia wa usemi huu inapaswa kuwa kubwa zaidi. Nishati ya jumla ya chembe ni sawa na nishati yake ya kupumzika Mc 2 na nishati ya kinetic E, Ndiyo maana:
M 1 c 2 + M 2 c 2 + E 1 + E 2 = M 3 c 2 + M 4 c 2 + E 3 + E 4. (\displaystyle M_(1)c^(2)+M_(2)c^(2)+E_(1)+E_(2)=M_(3)c^(2)+M_(4)c^( 2)+E_(3)+E_(4).)
Tofauti kati ya jumla ya nishati ya kinetic ya chembe kwenye "pato" na "pembejeo" ya majibu. Q = (E 3 + E 4) − (E 1 + E 2) kuitwa nishati ya majibu(au mavuno ya nishati ya mmenyuko) Inakidhi hali:
M 1 + M 2 = M 3 + M 4 + Q / c 2. (\displaystyle M_(1)+M_(2)=M_(3)+M_(4)+Q/c^(2).)
Kuzidisha 1/ c 2 kwa kawaida huachwa wakati wa kukokotoa uwiano wa nishati, ikionyesha wingi wa chembe katika vitengo vya nishati (au wakati mwingine nishati katika vitengo vya wingi).
Kama Q> 0, basi majibu yanaambatana na kutolewa nishati ya bure na inaitwa exoenergetic , Kama Q < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется endoenergetic .
Ni rahisi kuona hivyo Q> 0 wakati jumla ya wingi wa chembe za bidhaa ni chini ya jumla ya wingi wa chembe za awali, yaani, kutolewa kwa nishati ya bure kunawezekana tu kwa kupunguza wingi wa chembe zinazoitikia. Na kinyume chake, ikiwa jumla ya misa ya chembe za sekondari inazidi jumla ya misa ya zile za mwanzo, basi athari kama hiyo inawezekana tu ikiwa kiasi fulani cha nishati ya kinetic inatumiwa kuongeza nishati iliyobaki, ambayo ni. wingi wa chembe mpya. Thamani ya chini ya nishati ya kinetic ya chembe ya tukio ambapo mmenyuko wa mwisho wa nishati huitwa nishati ya majibu ya kizingiti. Athari za Endoenergetic pia huitwa athari za kizingiti, kwani hazitokei kwa nishati ya chembe chini ya kizingiti.

Sheria ya uhifadhi wa kasi

Kasi ya jumla ya chembe kabla ya mmenyuko ni sawa na kasi ya jumla ya chembe za mmenyuko wa bidhaa. Kama p → 1 (\mtindo wa kuonyesha (\vec (p))_(1)), p → 2 (\mtindo wa kuonyesha (\vec (p))_(2)), p → 3 (\mtindo wa kuonyesha (\vec (p))_(3)), p → 4 (\mtindo wa kuonyesha (\vec (p))_(4)) ni vekta za kasi za chembe mbili kabla na baada ya majibu, basi
p → 1 + p → 2 = p → 3 + p → 4. (\mtindo wa maonyesho (\vec (p))_(1)+(\vec (p))_(2)=(\vec (p))_(3)+(\vec (p))_(4) .)
Kila moja ya vekta inaweza kupimwa kwa kujitegemea kwa majaribio, kwa mfano, na spectrometer ya magnetic. Takwimu za majaribio zinaonyesha kuwa sheria ya uhifadhi wa kasi ni halali katika athari za nyuklia na katika michakato ya kueneza kwa chembe ndogo.

Sheria ya uhifadhi wa kasi ya angular

Mmenyuko wa muunganisho wa nyuklia

Mmenyuko wa muunganisho wa nyuklia- mchakato wa muunganisho wa viini viwili vya atomiki ili kuunda kiini kipya, kizito.
Mbali na kiini kipya, wakati wa mmenyuko wa fusion, kama sheria, chembe mbalimbali za msingi na (au) quanta ya mionzi ya umeme pia huundwa.
Bila usambazaji wa nishati ya nje, muunganisho wa viini hauwezekani, kwani nuclei zilizo na chaji chanya hupata nguvu za kurudisha nyuma umeme - hiki ndicho kinachojulikana kama "kizuizi cha Coulomb". Ili kuunganisha viini, ni muhimu kuwaleta karibu na umbali wa karibu 10-15 m, ambapo hatua ya mwingiliano mkali itazidi nguvu za kukataa umeme. Hii inawezekana ikiwa nishati ya kinetic ya nuclei inakaribia inazidi kizuizi cha Coulomb.
Hali kama hizo zinaweza kutokea katika kesi mbili:
- Iwapo maada imepashwa joto hadi joto la juu sana katika kinu cha nyota au muunganisho. Kulingana na nadharia ya kinetic, nishati ya kinetic chembechembe ndogo zinazosonga za dutu (atomi, molekuli au ioni) zinaweza kuwakilishwa katika hali ya joto, na, kwa hivyo, kwa kupokanzwa dutu hii, mmenyuko wa muunganisho wa nyuklia unaweza kupatikana. Katika kesi hii, wanazungumza juu ya fusion ya thermonuclear au mmenyuko wa thermonuclear.
Mmenyuko wa thermonuclear

Mmenyuko wa thermonuclear- muunganisho wa viini viwili vya atomiki ili kuunda kiini kipya, kizito zaidi, kutokana na nishati ya kinetic ya mwendo wao wa joto.
Kwa mmenyuko wa muunganisho wa nyuklia, viini vya mwanzo lazima ziwe na nishati ya juu kiasi ya kinetiki, kwa kuwa hupata msukumo wa kielektroniki, kwa kuwa huwa na chaji chanya.
Kwanza kabisa, kati yao inapaswa kuzingatiwa majibu kati ya isotopu mbili (deuterium na tritium) ya hidrojeni, ambayo ni ya kawaida sana duniani, kama matokeo ya ambayo heliamu huundwa na neutron hutolewa. Majibu yanaweza kuandikwa kama:
1 2 H (D) + 1 3 H (T) → 2 4 Yeye + 0 1 n (\displaystyle ()_(1)^(2)(\textrm (H))(D)+()_(1) )^(3)(\textrm (H))(T)\mshale wa kulia ()_(2)^(4)(\textrm (Yeye))+()_(0)^(1)(\textrm (n ))) + nishati (17.6 MeV).
Nishati iliyotolewa (inayotokana na ukweli kwamba heli-4 ina vifungo vikali vya nyuklia) hubadilika kuwa nishati ya kinetic, ambayo nyingi, 14.1 MeV, inachukuliwa na nyutroni kama chembe nyepesi. Nucleus inayotokana imefungwa kwa nguvu, ndiyo sababu mmenyuko ni wa nguvu sana. Mwitikio huu una sifa ya kizuizi cha chini cha Coulomb na mavuno mengi, kwa hivyo ni ya kupendeza kwa muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa.

Athari ya nyuklia

Wakati gamma quantum inafyonzwa, kiini hupokea nishati ya ziada bila kubadilisha muundo wake wa nucleon, na kiini kilicho na nishati ya ziada ni kiini cha kiwanja. Kama athari zingine za nyuklia, kunyonya kwa gamma quantum na kiini kunawezekana tu ikiwa uhusiano unaohitajika wa nishati na mzunguko unafikiwa. Ikiwa nishati iliyohamishiwa kwenye kiini inazidi nishati ya kuunganisha ya nucleon kwenye kiini, basi kuoza kwa kiini cha kiwanja kinachotokea hutokea mara nyingi na utoaji wa nucleons, hasa neutroni. Uozo huu husababisha athari za nyuklia (γ , n) (\mtindo wa kuonyesha (\gamma ,n)) Na (γ , p) (\mtindo wa kuonyesha (\gamma ,p)), ambazo zinaitwa nyuklia, na hali ya utoaji wa nukleoni katika athari hizi ni athari ya picha ya nyuklia, ...). Katika baadhi ya athari ambapo mwingiliano dhaifu unahusika, protoni zinaweza kugeuka kuwa neutroni na kinyume chake, lakini idadi yao yote haibadilika.
Njia ya pili nukuu, rahisi zaidi kwa fizikia ya nyuklia, ina fomu A (a, bcd...) B, Wapi A- msingi wa lengo, A- chembe ya bombarding (pamoja na kiini), b, c, d, ...- chembe zinazotolewa (pamoja na viini), KATIKA- msingi wa mabaki. Bidhaa za majibu nyepesi zimeandikwa kwenye mabano, nzito zimeandikwa nje. Kwa hivyo, majibu ya juu ya kukamata nyutroni yanaweza kuandikwa kama ifuatavyo:
48 113 Cd (n , γ) 48 114 Cd (\displaystyle ()_(48)^(113)(\textrm (Cd))(n,\gamma)()_(48)^(114)(\textrm (Cd)). - kiini cha atomi ya hidrojeni, protoni.
Katika nukuu ya "kemikali" majibu haya yanaonekana kama
7 14 N + α → p + 8 17 O (\displaystyle ()_(7)^(14)(\textrm (N))+\alpha \rightarrow p+()_(8)^(17)(\textrm (O))).

Ugunduzi wa nyutroni na sifa zake
Athari za nyuklia chini ya ushawishi wa neutroni huchukua nafasi maalum katika fizikia ya nyuklia. Kutokana na ukweli kwamba neutron haina malipo ya umeme, huingia kwa uhuru ndani ya nuclei yoyote ya atomiki na husababisha athari za nyuklia. Hebu kwanza tuzingatie sifa za nyutroni.
Neutron iligunduliwa kufuatia utabiri uliotolewa na Rutherford mnamo 1920.
Katika majaribio ya Bethe na Becker (1930), viini vya beriliamu viliwashwa na chembe za α na mionzi ya neutral ilirekodiwa, asili ambayo haikujulikana.

α + Kuwa → mionzi isiyo na upande (nini?, γ?).

Katika majaribio ya Joliot-Curie (1932), chembe za alfa zilielekezwa kwenye shabaha ya beriliamu na kisha kwenye shabaha ya mafuta ya taa ili kuamua asili ya mionzi isiyo na upande. Baada ya lengo la parafini, kutolewa kwa protoni kulionekana. Muundo wa majaribio umeonyeshwa hapa chini.

α + Kuwa → mafuta ya taa → uk

Protoni za kurudisha nyuma na E p = 4.3 MeV ziligunduliwa. Swali liliibuka: chini ya ushawishi wa chembe gani ziliundwa?
Ikiwa zilisababishwa na γ quanta, basi nishati ya γ quanta E γ inapaswa kuwa ~ 50 MeV. γ-quanta iliyo na nishati kama hiyo haikuweza kuonekana kutoka kwa majibu yaliyoonyeshwa.
Chadwick alichanganua majaribio haya na kupendekeza kuwa mwitikio ulitokeza chembe zisizoegemea upande wowote zenye wingi unaolingana na wingi wa protoni. Kisha, alifanya majaribio katika chumba cha wingu na aliona viini vya kurudi nyuma kwa nitrojeni. Alilinganisha matokeo haya na matokeo ya majaribio ya Joliot-Curie, ambayo protoni za recoil ziligunduliwa kutoka kwa mafuta ya taa, na kuamua wingi wa chembe hii ya upande wowote kutoka kwa sheria za uhifadhi wa nishati.

na msukumo

m 1 v = m 1 v 1 + m p v p;

ambapo N ni kiini cha nitrojeni; v 1 ni kasi ya chembe ya upande wowote baada ya mgongano; m 1 ni wingi wa chembe ya upande wowote. Ilibadilika kuwa karibu na wingi wa protoni

Kwa hivyo, ikawa wazi kuwa katika majaribio ya Joliot-Curie majibu yalitokea ambapo chembe zisizo na upande - neutroni - zilitolewa:

α + 9 Kuwa → 12 C+ n.

Walipogonga parafini, waligonga protoni za recoil na nishati E p = 4.3 MeV.

Sifa za nyutroni, zilizopatikana kutokana na majaribio mengi, zimewasilishwa hapa chini:
wingi - m n c 2 = 939.5 MeV, m n = 1.008665 a. kula.,
wakati wa sumaku − μ n = -1.91μ i,
spin − J = ћ/2,
maisha − τ n = (10.61 ±0.16) dakika,
mzizi maana ya kipenyo cha mraba - = (0.78 ± 0.18)·10 -2 fm 2 .

Athari za nyuklia sio tu hutoa habari mpya juu ya asili na mali ya nguvu za nyuklia, lakini pia hutumiwa kivitendo katika uchumi wa kitaifa na katika maswala ya kijeshi. Hii kimsingi inatumika kwa athari za nyuklia chini ya ushawishi wa neutroni kwa nishati ya chini.

11.4 Vyanzo vya nyutroni

Vyanzo vya nyutroni ni athari mbalimbali za nyuklia.

Mchele. 88: Wigo wa nyutroni.
1. Mchanganyiko wa radiamu na berili (wakati mwingine polonium na berili) hutumiwa, ambapo majibu hufanyika.

α + 9 Kuwa → 12 C+ n + 5.5 MeV.

Nishati ya kinetiki ya neutroni T inasambazwa juu ya wigo
(Mchoro 88).
Kuoza kwa Ra hutoa chembe za alpha na nishati ya 4.8 MeV na 7.7 MeV. Wao huguswa na 9 Be na kutoa mtiririko wa neutroni. Kuenea kwa nishati ya neutroni ni kwa sababu ya ukweli kwamba chembe za α za nishati tofauti huunda neutroni za nishati tofauti. Nucleus ya kaboni 12 C huundwa ardhini na hali ya msisimko.
Mavuno ya nyutroni ~ 10 7 neutroni kwa 1 g Ra kwa sekunde. Wakati huo huo, miale ya γ hutolewa.

2. Vyanzo vingine vya nyutroni ni athari za fotonuclear (γ,n), ambazo huzalisha neutroni za polepole na monokromatiki.

γ + 2 H → p + n, Q = -2.23 MeV.

ThC" (208 Tl) inatumika. Inatoa γ quanta yenye E γ ~ 2.62 MeV na E n. ~ E r; T n ~ 20 keV.

3. Utengano wa Picha wa Be na fotoni zenye nishati E γ = 1.78 MeV

γ + 9 Kuwa → 8 Kuwa + n, Q = -1.65 MeV; T n ~ 100 kev.

4. Utoaji wa neutroni chini ya ushawishi wa deuteroni zilizoharakishwa na E d = 16 MeV katika majibu.

2 H + 9 Kuwa → 10 B + n + 4.3 MeV.

E n = 4 MeV, pato 10 nutroni 6 kwa sekunde.

5. Mwitikio 2 H + 2 H → 3 Yeye + n + 3.2 MeV,
D + D (barafu kutoka kwa maji mazito), i?n = 2.5 MeV.

6. Mionzi na deuterons tritium

2 H + 3 H → 4 Yeye + n + 17.6 MeV.

Kwa kuwa mmenyuko huu ni wa joto, deuteroni huharakishwa hadi nishati ya Ed = 0.3 MeV katika mirija ya kutokwa kwa gesi. Neutroni za monokromatiki zenye E n ~ 14 MeV zinazalishwa.
Chanzo hiki cha neutroni kinatumika katika jiolojia.

7. Katika athari za usumbufu chini ya ushawishi wa deuteroni na E d ~ 200 MeV, n c huundwa kwenye viini vizito.
E n ~ 100 MeV.

11.5 Vinu vya nyuklia, mmenyuko wa mnyororo wa nyuklia

Chanzo chenye nguvu zaidi cha nyutroni ni vinu vya nyuklia - vifaa ambavyo hudumisha mmenyuko wa mnyororo unaodhibitiwa.
Katika reactor, mgawanyiko wa U nuclei hutokea na nyutroni zilizo na E n kutoka 0 hadi 13 MeV zinazalishwa, nguvu ya chanzo ni 10 19 neutroni / s cm2. Mchakato wa fission hutokea chini ya ushawishi wa neutroni, ambazo hupenya kwa uhuru ndani ya viini kutokana na kutokuwepo kwa kizuizi cha uwezo wa Coulomb.
Wakati fissions ya kiini, vipande vya mionzi vinatengenezwa na 2-3 n hutolewa, ambayo tena huguswa na U nuclei; mchakato wa mnyororo hutokea (Mchoro 89).

n + 235 U → 236 U → 139 La + 95 Mo + 2n

Mchele. 89: Mchoro wa mgawanyiko wa msingi wa 235U.

Ili kuelezea mchakato wa fission wa 235 U, mfano wa kuacha kioevu hutumiwa, ambayo formula ya Weizsäcker inafanya kazi. Baada ya nyutroni kuingia kwenye kiini cha urani, ushindani hutokea kati ya nishati ya uso wa kiini kipya na nishati ya kurudisha nyuma ya Coulomb. Matokeo yake, chini ya ushawishi wa nguvu za Coulomb, kiini kinagawanywa katika nuclei mbili nyepesi.
Nishati Q iliyotolewa wakati wa mgawanyiko wa nyuklia (A,Z)

(A,Z) → 2(A/2,Z/2) + Q,

imekokotolewa kwa kutumia fomula ya Weizsäcker

Q = 2ε(A/2,Z/2) − ε(A,Z) = (1 − 2 1/3) sim ·A 2/3 + (1 − 2 2/3) a kul ·Z 2 · A -1/3 ;

Q (MeV) = -4.5A 2/3 + 0.26·Z 2 A -1/3, ε – nishati maalum ya kumfunga: E St /A. Kwa kiini cha 235 U Q = 180 MeV.

Ili kiini kigawanyika, nishati E > E a lazima iingizwe ndani yake, ambapo E a Mtini. 90: Nishati inayowezekana ya kiini kulingana na umbali wa katikati ya kiini (curve thabiti), E 0 - hali ya ardhi, E 0 + E a - hali ya msisimko, E a - nishati ya uanzishaji.
(Mchoro 90).
Kipimo cha uwezo wa nuclei kwa mgawanyiko ni uwiano wa nishati ya Coulomb repulsion ya protoni kwa nishati ya mvutano wa uso:

ambapo Z 2 / A ni parameter ya fission, kubwa zaidi, ni rahisi zaidi kiini kinagawanyika; Z 2 /A = 49 ni thamani muhimu ya parameter ya mgawanyiko.
Kielelezo cha mchakato wa mgawanyiko wa nyuklia kinaonyeshwa kwenye Mtini. 91.
Katika reactor ya nyuklia, mchakato wa fission ya nyuklia hurudiwa mara nyingi kama matokeo ya kuundwa kwa vizazi vingi vya fission. Katika kitendo cha kwanza cha mgawanyiko wa 235 U, wastani wa neutroni 2.4 hutolewa. Maisha ya kizazi kimoja ni ~ 10 s. Ikiwa vizazi vya K vinazaliwa, basi neutroni ~ 2 K huzalishwa baada ya muda wa ~ 2·10 -6 s. Ikiwa K = 80, idadi ya nyutroni itakuwa 2 80 ~ 10 24 - hii itasababisha mgawanyiko wa atomi 10 24 (140 g ya urani). Nishati iliyotolewa katika kesi hii, 3 · 10 13 W, ni sawa na nishati inayotokana na kuchoma tani 1000 za mafuta.

Mchele. 91: Mchakato wa mgawanyiko wa nyuklia unaotokea kwenye kinu cha nyuklia.

Katika athari za fission, nishati hutolewa kwa namna ya joto. Joto huondolewa kutoka kwa reactor na baridi, ambayo ina mahitaji maalum. Lazima iwe na uwezo wa juu wa joto, kunyonya nyutroni dhaifu na kuwa na shughuli ya chini ya kemikali. Tusijadiliane vipengele vya kubuni vipengele vya kinu cha nyuklia. Tunakumbuka tu kwamba wakati neutroni za joto zinapiga kiini cha 235 U, neutroni za haraka hutengenezwa, na majibu hutokea tu kwa neutroni za polepole. Kwa hiyo, ni muhimu kupunguza kasi ya neutroni za haraka. Hii hutokea katika retarder. Kaboni au maji mazito hutumiwa kama msimamizi. Kuacha mchakato wa fission kunapatikana kwa msaada wa nuclei ya cadmium, ambayo hukamata neutroni zinazosababisha. Kwa hivyo, muundo wa kinu ya nyuklia lazima ujumuishe msimamizi wa nyutroni (kaboni) na vijiti vya cadmium ambavyo vinachukua nyutroni zinazotokana.
Vinu vinatumia uranium asilia 238 U (99.3%) na uranium iliyorutubishwa 235 U (0.7%). 235 U hukatwa na neutroni za joto. 238 U hutumika katika vinyunyuzi vya neutroni za haraka.
Michakato inayotokea kwenye reactor ina sifa ya uwezekano ufuatao:
ν ni idadi ya neutroni za haraka zinazozalishwa;
ε - sababu ya kuzidisha kwa neutroni haraka;
P ni uwezekano wa neutroni kufikia nishati ya joto;
ƒ – uwezekano wa kunasa nyutroni wakati wa mchakato wa kukadiria;
σ t /σ tot - uwezekano wa kusababisha mmenyuko wa fission.

Bidhaa ya uwezekano huu inatoa makadirio ya sababu ya kuzidisha k ya neutroni za joto kwenye kinu cha nyuklia:

Mmenyuko wa mnyororo hutokea ikiwa k > 1; Thamani zilizojumuishwa katika kipengele cha kuzidisha zina maadili yafuatayo: ν = 2.47; ε = 1.02; P = 0.89; ƒ = 0.88; σ t /σ tot = 0.54.
Kwa hivyo, k ∞ = 1.07 kwa reactor ya ukubwa usio na kipimo. Katika hali halisi< k ∞ , т.к. часть нейтронов уходит из реактора.
Katika mitambo ya nyutroni ya haraka (239 Pu na 238 U), mchakato ufuatao hutokea:

Kama matokeo ya majibu haya, 239 Pu inatolewa tena. Plutonium inayotokana humenyuka na neutroni: n + 239 Pu, ν = 2.41 neutroni zinazalishwa.
Idadi ya viini 239 vya Ri huongezeka maradufu kila baada ya miaka 7-10.
Mmenyuko wa mgawanyiko wa viini vya atomiki hutumiwa kutoa nishati ya atomiki. Vinu vya nyuklia vinafanya kazi katika vinu vingi vya nguvu za nyuklia.

11.6 Athari za fusion, awali ya nuclei ya mwanga

Chanzo kingine cha nishati ya atomiki kinaweza kuwa muunganisho wa viini vya nuru ya atomiki. Viini vya nuru havifungi sana, na vinapounganishwa kwenye kiini nzito, nishati zaidi hutolewa. Kwa kuongeza, athari za nyuklia ni safi zaidi kutokana na kutokuwepo kwa kuandamana mionzi ya mionzi kuliko athari za mlolongo wa mgawanyiko.
Athari zifuatazo za muunganisho zinaweza kutumika kutengeneza nishati ya thermonuclear:

d + d = 3 Yeye + n + 4 MeV,
d + d = t + p + 3.25 MeV,
d + t = 4 Yeye + n + 17.b MeV,
3 Yeye + d = 4 Yeye + p + 18.3 MeV,
6 Li + 2di = 2 4 Yeye + 22.4 MeV. J

Nishati ya viini vinavyoingia kwenye mmenyuko lazima iwe ya kutosha kushinda kizuizi kinachowezekana cha Coulomb. Katika Mtini. Kielelezo 92 kinaonyesha utegemezi wa nishati wa sehemu za msalaba za baadhi ya athari. Kama inavyoonekana kutoka kwa takwimu, usanisi wa deuterium d na tritium t nuclei ndio bora zaidi. Katika mmenyuko huu wa muunganisho, kizuizi kinachowezekana cha Coulomb ni cha chini na sehemu ya msalaba ya mwingiliano ni kubwa kwa nguvu ndogo za kuunganisha viini. Ili mmenyuko kutokea, ni muhimu kuwa na mkusanyiko wa kutosha wa viini hivi kwa kiasi cha kitengo na joto la kutosha la plasma yenye joto.
Idadi ya matukio ya muunganisho R ab kwa kila wakati wa kitengo katika ujazo wa kitengo huamuliwa na uhusiano

R ab = n a · n b ·w ab (T).
w ab (T) = σ ab ·v ab ,

ambapo n a, n b - idadi ya cores a, b; σ ab ni sehemu ya msalaba yenye ufanisi ya mmenyuko, v ab ni kasi ya jamaa ya chembe katika plazima, T ni joto. Kama matokeo ya mmenyuko, nishati hutolewa

W = R ab ·Q ab ·τ,

ambapo R ab ni idadi ya vitendo vya muunganisho, Q ab ni nishati iliyotolewa katika kitendo 1, τ ni wakati.
Hebu n a = n b = 10 15 nuclei / cm 3, T = 100 keV. Kisha W ~ 10 3 W/cm 3 s.
Katika mmenyuko wa kujitegemea wa thermonuclear, nishati zaidi lazima itolewe kuliko inatumiwa inapokanzwa na kufunga plasma. Gharama za kupokanzwa n a = n b = chembe 2n kwa halijoto T: 3n·kT: k ni Boltzmann isiyobadilika. Kwa hivyo, masharti yafuatayo lazima yatimizwe:

n 2 ·w ab ·Q ab ·τ > 3nkТ

(nishati iliyotolewa > nishati ya joto).
Lawson alitengeneza hali ifuatayo kwa majibu ya muunganisho wa d+t:

nt > 10 14 s cm -3 ,

ambapo NT ni kigezo cha uhifadhi. Katika Mtini. Kielelezo 93 kinaonyesha utegemezi wa parameter hii kwenye joto. Mwitikio hutokea ikiwa nτ > ƒ(T). Joto T ~ 2 · 10 8 K inalingana na nishati ya 10 keV. Thamani ya chini ya parameter ya uhifadhi nτ = 10 14 s/cm 3 kwa mmenyuko wa d + t hupatikana kwa joto la 2 10 8 K.

Mchele. 93: Utegemezi wa vigezo vya uhifadhi kwenye halijoto. Eneo lenye kivuli ƒ(T) ni ukanda wa muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa kwa mmenyuko d + t. − maadili ya kigezo yaliyofikiwa mitambo mbalimbali kufikia 1980.

Kwa majibu mengine:

Uhifadhi wa plasma masharti muhimu kwa athari kutokea, inatekelezwa katika usakinishaji wa aina ya Tokamak kwa kutumia shamba la sumaku. Ufungaji kama huo hufanya kazi nchini Urusi na katika idadi ya nchi zingine. Kama inavyoonekana kutoka kwa Mtini. 93, utawala wa muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa bado haujapatikana.
Majaribio yanafanywa ili kupata hali zinazohitajika kwa muunganisho wa thermonuclear kwa kutumia mifumo ya leza. Katika kesi hii, kiasi kidogo kilicho na deuterium na tritium nuclei kinasisitizwa pande zote na mionzi ya laser. Katika kesi hiyo, nuclei ya deuterium na tritium ni joto joto la taka. Mchanganyiko wa laser unahitaji kuanzishwa kwa mgawo wa 100, kwa sababu Kuna nishati nyingi isiyo na maana inayoingia katika kusukuma laser.
Majaribio ya kutekeleza muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa katika hali ya maabara hukutana na shida kadhaa.
1. 1. Bado haijawezekana kupata utawala thabiti wa plasma ya juu ya joto.
2. 2. Hasara za nishati katika plazima ni kubwa hata kutokana na viwango vya chini vya atomi za uchafu zilizo na Z kubwa.
3. 3. "Tatizo la ukuta wa kwanza" katika Tokamak, ambayo hupunguza plasma ya reactor, haijatatuliwa (mtiririko wa neutron huiharibu).
4. 4. Hakuna tritium t yenye mionzi yenye nusu ya maisha T 1/2 = miaka 12.5 katika asili, kwa hiyo kuna tatizo la uzazi wa tritium katika mmenyuko.
n + 7 Li = α + t + n.

Hadi sasa, haijawezekana kushinda matatizo haya na kupata majibu ya muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa.
Chini ya hali ya asili, athari za muunganisho wa thermonuclear hutokea kwenye Jua na kwenye nyota.

Fasihi
1. 1. Shirokov Yu.M., Yudin N.P. Fizikia ya nyuklia. -M.: Nauka, 1972.
2. 2. Kapitonov I.M. Utangulizi wa fizikia ya nyuklia na chembe. -M.: UPPS, 2002.
Katika masomo ya kemia ulijifunza kuhusu athari za kemikali zinazosababisha mabadiliko ya molekuli. Hata hivyo, atomi hazibadilika wakati wa athari za kemikali. Hebu sasa tuzingatie kinachojulikana athari za nyuklia, ambayo husababisha mabadiliko ya atomi. Wacha tuanzishe makusanyiko kadhaa:
Hapa X ni ishara ya kipengele cha kemikali (kama katika jedwali la mara kwa mara), Z ni nambari ya malipo ya kiini cha isotopu, A ni namba ya molekuli ya kiini cha isotopu.
Nambari ya malipo ya nyuklia ni idadi ya protoni katika kiini, sawa na idadi ya kipengele katika jedwali la upimaji. Nambari ya molekuli ya Nucleus ni idadi ya nukleoni (protoni na neutroni) zinazoingia kwenye kiini. Nambari za malipo na wingi ni kiasi cha kimwili ambacho hakiendani na malipo na wingi wa kiini.
Kwa mfano, ishara ina maana kwamba kiini cha atomi hii ya kaboni ina nambari ya malipo ya 6 na namba ya molekuli ya 12. Kuna wengine. isotopu kaboni, kwa mfano. Kiini cha isotopu kama hiyo kina nyutroni moja zaidi kwa idadi sawa ya protoni (linganisha takwimu).
Mwitikio wa kwanza wa nyuklia wa maabara ya Rutherford uliendelea kama ifuatavyo:
Kiini cha atomi ya nitrojeni kiliingiliana na chembe (kiini cha atomi ya heliamu). Hii ilitoa kiini cha florini, bidhaa ya kati isiyo imara ya majibu. Na kisha viini vya oksijeni na hidrojeni viliundwa kutoka kwake, ambayo ni, ilifanyika mabadiliko ya baadhi vipengele vya kemikali kwa wengine.
Kulingana na matokeo ya hii mmenyuko wa nyuklia Wacha tutengeneze jedwali lifuatalo.
Kutoka kwa kulinganisha ya seli katika meza ni wazi kwamba kiasi nambari za wingi, pamoja na jumla ya nambari za malipo kabla na baada ya majibu ya nyuklia ni sawa kwa jozi. Majaribio yanaonyesha hivyo kwa athari zote za nyuklia ni kweli sheria ya uhifadhi wa malipo na idadi ya wingi: Jumla ya malipo na idadi kubwa ya chembe kabla na baada ya mmenyuko wa nyuklia ni sawa katika jozi.
Athari nyingi za nyuklia huisha baada ya kuundwa kwa nuclei mpya. Walakini, kuna athari ambazo bidhaa zao husababisha athari mpya za nyuklia, inayoitwa athari za mnyororo wa nyuklia. Mfano ni mmenyuko wa mgawanyiko wa viini vya uranium-235 (tazama takwimu). Neutroni inapogonga kiini cha uranium, inaoza na kuwa viini vingine viwili na neutroni 2-3 mpya. Neutroni hizi hugonga viini vingine vya uranium, na mmenyuko wa mnyororo unaendelea. Hali hii ni bora. Kwa hakika, neutroni nyingi zinazozalishwa huruka nje ya dutu hii na kwa hiyo haziwezi kufyonzwa na uranium.
Walakini, kwa kiwango cha juu cha usafi wa urani, ambayo ni, na sehemu kubwa ya wingi, na vile vile kwa uwekaji wake wa kompakt, uwezekano wa kukamata neutron na kiini cha jirani huongezeka. Uzito wa chini wa dutu ya mionzi ambayo mmenyuko wa mnyororo hutokea huitwa molekuli muhimu. Kwa uranium-235 safi, hii ni makumi kadhaa ya kilo. Mmenyuko wa mnyororo usio na udhibiti hutokea haraka sana, na kusababisha mlipuko. Ili kuitumia kwa madhumuni ya amani, ni muhimu kufanya majibu kudhibitiwa, ambayo hupatikana kwa kifaa maalum - kinu cha nyuklia(tazama § 15).
Athari za nyuklia ni za kawaida sana katika asili. Kwa mfano, zaidi ya nusu ya vipengele vya jedwali la upimaji vina isotopu za mionzi.