Харьцангуйн онол бол массыг энергийн онцгой хэлбэр гэж хэлдэг. Үүнээс үзэхэд массыг энерги, энергийг масс болгон хувиргах боломжтой. Интраатомын түвшинд ийм урвал явагддаг. Ялангуяа атомын цөмийн массын зарим нь өөрөө энерги болж хувирдаг. Энэ нь хэд хэдэн аргаар тохиолддог. Нэгдүгээрт, цөм нь хэд хэдэн жижиг цөм болж задрах боломжтой бөгөөд энэ урвалыг "зарах" гэж нэрлэдэг. Хоёрдугаарт, жижиг цөмүүд амархан нийлж илүү том бөөм үүсгэх боломжтой - энэ бол нэгдэх урвал юм. Орчлон ертөнцөд ийм урвал маш түгээмэл байдаг. Нэгдэх урвал нь оддын энергийн эх үүсвэр гэдгийг хэлэхэд хангалттай. Гэвч хүмүүс эдгээр нарийн төвөгтэй үйл явцыг удирдаж сурсан тул задралын урвалыг хүн төрөлхтөн цөмийн реакторуудад ашигладаг. Гэхдээ цөмийн гинжин урвал гэж юу вэ? Үүнийг хэрхэн зохицуулах вэ?
Атомын цөмд юу тохиолддог
Цөмийн гинжин урвал гэдэг нь энгийн бөөмс эсвэл цөм бусад цөмтэй мөргөлдөх үед үүсдэг процесс юм. Яагаад "гинж" гэж? Энэ бол дараалсан нэг цөмийн урвалын багц юм. Энэ үйл явцын үр дүнд анхны цөмийн квант төлөв байдал, нуклон найрлага өөрчлөгдөж, тэр ч байтугай шинэ хэсгүүд гарч ирдэг - урвалын бүтээгдэхүүн. Цөмийн гинжин урвал нь физик нь цөм ба бөөмстэй харилцан үйлчлэх механизмыг судлах боломжийг олгодог бөгөөд шинэ элемент, изотопыг олж авах гол арга юм. Гинжин урвалын урсгалыг ойлгохын тулд эхлээд ганцаарчилсан урвалыг шийдвэрлэх хэрэгтэй.
Харшил өгөхөд юу хэрэгтэй вэ
Цөмийн гинжин урвал гэх мэт процессыг явуулахын тулд хүчтэй харилцан үйлчлэлийн радиус (нэг ферми) зайд бөөмсийг (цөм ба нуклон, хоёр цөм) ойртуулах шаардлагатай.. Хэрэв зай их байвал цэнэгтэй бөөмсийн харилцан үйлчлэл нь цэвэр Кулон байх болно. Цөмийн урвалд бүх хуулиуд ажиглагддаг: энерги, импульс, импульс, барион цэнэгийн хадгалалт. Цөмийн гинжин урвалыг a, b, c, d олонлог тэмдгээр тэмдэглэнэ. a тэмдэг нь анхны цөмийг, b орж ирж буй бөөмийг, c шинэ гарч буй бөөмийг, d үүссэн цөмийг илэрхийлнэ.
Урвалын энерги
Цөмийн гинжин урвал нь шингээлт болон энерги ялгарах аль алинд нь явагдах боломжтой бөгөөд энэ нь урвалын дараах болон түүнээс өмнөх бөөмсийн массын зөрүүтэй тэнцүү байна. Шингээсэн энерги нь мөргөлдөөний хамгийн бага кинетик энергийг тодорхойлдог.цөмийн урвалын босго гэж нэрлэгддэг бөгөөд энэ нь чөлөөтэй явж болно. Энэ босго нь харилцан үйлчлэлд оролцож буй тоосонцор болон тэдгээрийн шинж чанараас хамаарна. Эхний үе шатанд бүх бөөмс урьдчилан тодорхойлсон квант төлөвт байна.
Харилцаа хэрэгжүүлэх
Цөмийг бөмбөгддөг цэнэглэгдсэн бөөмсийн гол эх үүсвэр нь протон, хүнд ион, хөнгөн цөмийн цацраг үүсгэдэг бөөмийн хурдасгуур юм. Удаан нейтроныг цөмийн реактор ашиглан олж авдаг. Осолдсон цэнэгтэй бөөмсийг засахын тулд өөр өөр төрлийн цөмийн урвал, хайлуулах болон задралын аль алиныг ашиглаж болно. Тэдний магадлал нь мөргөлдөж буй бөөмсийн параметрүүдээс хамаарна. Энэ магадлал нь урвалын хөндлөн огтлол гэх мэт шинж чанартай холбоотой байдаг - үр дүнтэй талбайн утга нь цөмийг тохиолдох бөөмсийн бай болгон тодорхойлдог бөгөөд энэ нь бөөмс ба цөм харилцан үйлчлэлд орох магадлалын хэмжүүр юм. Хэрэв тэгээс өөр эргэлттэй бөөмсүүд урвалд оролцдог бол хөндлөн огтлол нь тэдгээрийн чиглэлээс шууд хамаарна. Осолдсон бөөмсийн эргэлт нь бүрэн санамсаргүй байдлаар биш, харин их бага дараалалтай байдаг тул бүх биетүүд туйлшрах болно. Баримтлагдсан цацрагийн тоон шинж чанарыг туйлшралын вектороор тодорхойлно.
Урвалын механизм
Цөмийн гинжин урвал гэж юу вэ? Өмнө дурьдсанчлан энэ нь илүү энгийн урвалуудын дараалал юм. Осолдсон бөөмийн шинж чанар, түүний цөмтэй харилцан үйлчлэл нь масс, цэнэг,кинетик энерги. Энэ харилцан үйлчлэл нь мөргөлдөөний үед өдөөгдсөн бөөмүүдийн эрх чөлөөний хэмжээгээр тодорхойлогддог. Эдгээр бүх механизмыг хянах нь хяналттай цөмийн гинжин урвал гэх мэт үйл явцыг бий болгох боломжийг олгоно.
Шууд хариу үйлдэл
Хэрэв зорилтот цөмд туссан цэнэгтэй бөөм зөвхөн түүнд хүрвэл мөргөлдөх хугацаа нь цөмийн радиусын зайг даван туулахад шаардагдах зайтай тэнцүү байх болно. Ийм цөмийн урвалыг шууд урвал гэж нэрлэдэг. Энэ төрлийн бүх урвалын нийтлэг шинж чанар нь цөөн тооны эрх чөлөөний зэрэглэлийг өдөөх явдал юм. Ийм процесст анхны мөргөлдөөний дараа бөөмс нь цөмийн таталцлыг даван туулах хангалттай энергитэй хэвээр байна. Жишээлбэл, нейтроны уян хатан бус тархалт, цэнэгийн солилцоо, шууд хамаарал зэрэг харилцан үйлчлэл. "Нийт хөндлөн огтлол" гэж нэрлэгддэг шинж чанарт ийм үйл явцын оруулсан хувь нэмэр маш бага юм. Гэсэн хэдий ч шууд цөмийн урвалын дамжуулалтын бүтээгдэхүүний тархалт нь цацрагийн чиглэлийн өнцгөөс зугтах магадлал, квант тоо, хүн амтай мужуудын сонгомол байдлыг тодорхойлох, тэдгээрийн бүтцийг тодорхойлох боломжтой болгодог.
Тэнцвэрийн өмнөх ялгаруулалт
Хэрэв бөөмс эхний мөргөлдөөний дараа цөмийн харилцан үйлчлэлийн бүсээс гарахгүй бол дараалсан мөргөлдөөний бүхэл бүтэн каскад оролцох болно. Энэ нь үнэндээ цөмийн гинжин урвал гэж нэрлэгддэг зүйл юм. Энэ нөхцөл байдлын үр дүнд бөөмийн кинетик энергийг хооронд нь хуваарилдагцөмийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд. Цөмийн төлөв байдал өөрөө аажмаар илүү төвөгтэй болно. Энэ процессын явцад тодорхой нуклон эсвэл бүхэл бөөгнөрөл (нэг бүлэг нуклон) нь энэ нуклоныг цөмөөс ялгаруулахад хангалттай энергийг төвлөрүүлж чаддаг. Цаашид тайвшрах нь статистикийн тэнцвэрт байдал болон нийлмэл цөм үүсэхэд хүргэнэ.
Гинжин урвал
Цөмийн гинжин урвал гэж юу вэ? Энэ бол түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дараалал юм. Өөрөөр хэлбэл, цэнэглэгдсэн бөөмсөөс үүссэн олон дараалсан нэг цөмийн урвал нь өмнөх үе шатуудад урвалын бүтээгдэхүүн болж харагдана. Цөмийн гинжин урвал гэж юу вэ? Жишээлбэл, өмнөх задралын үед олж авсан нейтронууд олон задралын үйл явдлуудыг эхлүүлдэг хүнд цөмийн хуваагдал.
Цөмийн гинжин урвалын онцлог
Бүх химийн урвалуудын дунд гинжин урвалыг өргөн ашигладаг. Ашиглагдаагүй холбоо бүхий бөөмс нь чөлөөт атомууд эсвэл радикалуудын үүрэг гүйцэтгэдэг. Цөмийн гинжин урвал гэх мэт процесст түүний үүсэх механизмыг нейтроноор хангадаг бөгөөд тэдгээр нь Кулоны саадгүй, шингээх үед цөмийг өдөөдөг. Хэрэв шаардлагатай бөөм нь дунд хэсэгт гарч ирвэл энэ нь дараагийн хувиргалтын гинжин хэлхээг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь зөөгч бөөмс алдагдсанаас гинж тасрах хүртэл үргэлжлэх болно.
Оператор яагаад алга болсон бэ
Үргэлжилсэн гинжин урвалын зөөгч бөөмс алдагдах хоёр л шалтгаан бий. Эхнийх нь ялгаруулах процессгүйгээр бөөмсийг шингээх явдал юмхоёрдогч. Хоёр дахь нь гинжин процессыг дэмжих бодисын эзлэхүүний хязгаараас хэтэрсэн бөөмс юм.
Хоёр төрлийн процесс
Хэрэв гинжин урвалын үе бүрт зөвхөн нэг зөөгч бөөмс үүсдэг бол энэ процессыг салаалаагүй гэж нэрлэж болно. Энэ нь эрчим хүчийг их хэмжээгээр гаргахад хүргэж чадахгүй. Хэрэв тээвэрлэгч олон тоосонцор байвал үүнийг салаалсан урвал гэнэ. Салбарлах цөмийн гинжин урвал гэж юу вэ? Өмнөх үйлдлээр олж авсан хоёрдогч бөөмсийн нэг нь өмнө нь эхэлсэн гинжийг үргэлжлүүлж, бусад нь мөн салаалсан шинэ урвалуудыг бий болгоно. Энэ үйл явц нь эвдрэлд хүргэх процессуудтай өрсөлдөх болно. Үүссэн нөхцөл байдал нь тодорхой шүүмжлэлтэй, хязгаарлагдмал үзэгдлүүдийг бий болгоно. Жишээлбэл, хэрэв цэвэр шинэ гинжээс илүү их завсарлага байвал хариу урвалыг өөрөө хадгалах боломжгүй болно. Өгөгдсөн орчинд шаардлагатай тооны бөөмсийг оруулснаар зохиомлоор өдөөгдсөн байсан ч процесс нь цаг хугацааны явцад (ихэвчлэн хурдан) муудсаар байх болно. Хэрэв шинэ гинжин хэлхээний тоо тасарсан тооноос хэтэрсэн бол цөмийн гинжин урвал бодис даяар тархаж эхэлнэ.
Нөхцөл байдал
Эгзэгтэй төлөв нь бие даасан гинжин урвал хөгжсөн материйн төлөв байдлын бүсийг тусгаарладаг ба энэ урвал нь огт боломжгүй хэсгийг тусгаарладаг. Энэ параметр нь шинэ хэлхээний тоо болон боломжит завсарлагааны тоо хоорондын тэгш байдлаар тодорхойлогддог. Чөлөөт зөөгч бөөмс байгаатай адил чухал"Цөмийн гинжин урвалыг хэрэгжүүлэх нөхцөл" зэрэг жагсаалтын гол зүйл бол муж юм. Энэ төлөвт хүрсэн амжилтыг хэд хэдэн боломжит хүчин зүйлээр тодорхойлж болно. Хүнд элементийн цөмийн хуваагдал нь зөвхөн нэг нейтроноор өдөөгддөг. Цөмийн задралын гинжин урвал гэх мэт үйл явцын үр дүнд илүү их нейтрон үүсдэг. Тиймээс энэ үйл явц нь нейтронууд зөөвөрлөгчөөр ажиллах салаалсан урвал үүсгэж болно. Хэрэв нейтроны задрал, ялгаралгүйгээр баригдах хурд (алдагдлын хурд) нь тээвэрлэгч хэсгүүдийн үржих хурдаар нөхөгддөг бол гинжин урвал хөдөлгөөнгүй горимд явагдана. Энэ тэгш байдал нь үржүүлэх хүчин зүйлийг тодорхойлдог. Дээрх тохиолдолд энэ нь нэгтэй тэнцүү байна. Цөмийн эрчим хүчний хувьд энерги ялгарах хурд ба үржүүлэх хүчин зүйлийн хооронд сөрөг хариу урвал бий болсноор цөмийн урвалын явцыг хянах боломжтой. Хэрэв энэ коэффициент нэгээс их байвал урвал нь экспоненциал байдлаар хөгжинө. Хяналтгүй гинжин урвалыг цөмийн зэвсэгт ашигладаг.
Энерги дэх цөмийн гинжин урвал
Реакторын реактив чанар нь түүний цөмд явагддаг олон тооны процессоор тодорхойлогддог. Эдгээр бүх нөлөөллийг реактив байдлын коэффициент гэж нэрлэдэг. Бал чулуун саваа, хөргөлтийн бодис эсвэл ураны температурын өөрчлөлтийн реакторын реактив байдалд үзүүлэх нөлөө, цөмийн гинжин урвал гэх мэт процессын эрчмийг температурын коэффициентоор (хөргөлтийн шингэн, уран, бал чулуу) тодорхойлдог. Мөн хүч чадлын хувьд, барометрийн үзүүлэлтийн хувьд, уурын үзүүлэлтийн хувьд хамааралтай шинж чанарууд байдаг. Реактор дахь цөмийн урвалыг хадгалахын тулд зарим элементийг бусад болгон хувиргах шаардлагатай. Үүнийг хийхийн тулд цөмийн гинжин урвалын урсгалын нөхцлийг харгалзан үзэх шаардлагатай - задралын явцад тодорхой тооны энгийн тоосонцорыг ялгаж салгах чадвартай бодис байгаа эсэх., үлдсэн бөөмийг задлахад хүргэнэ. Ийм бодисын хувьд уран-238, уран-235, плутони-239 ихэвчлэн ашиглагддаг. Цөмийн гинжин урвалын явцад эдгээр элементүүдийн изотопууд задарч, хоёр ба түүнээс дээш химийн бодис үүсгэдэг. Энэ процесст "гамма" гэж нэрлэгддэг туяа ялгарч, эрчимтэй энерги ялгардаг, хоёр, гурван нейтрон үүсдэг бөгөөд энэ нь урвалыг үргэлжлүүлэх чадвартай байдаг. Атомын цөм задрахын тулд эдгээр бөөмс тодорхой хурдтай нисэх ёстой тул удаан, хурдан нейтронууд байдаг.
