Цөмийн хуваагдал гэдэг нь хүнд атомыг ойролцоогоор тэнцүү масстай хоёр хэсэг болгон хувааж, их хэмжээний энерги ялгарахыг хэлнэ.
Цөмийн задралыг нээсэн нь шинэ эрин үе буюу "атомын эрин үе"-ийг эхлүүлсэн. Үүнийг ашиглах боломж, ашиг тусын эрсдэлийн харьцаа нь социологи, улс төр, эдийн засаг, шинжлэх ухааны олон ололт амжилтыг бий болгоод зогсохгүй ноцтой асуудлуудыг бий болгосон. Цөмийн задралын үйл явц нь зөвхөн шинжлэх ухааны үүднээс ч гэсэн олон тооны оньсого, хүндрэлийг бий болгосон бөгөөд үүнийг онолын бүрэн тайлбар нь ирээдүйн асуудал юм.
Хуваалцах нь ашигтай
Холбох энерги (нэг нуклон) өөр өөр цөмийн хувьд өөр өөр байдаг. Илүү хүнд нь үелэх системийн дунд байрласан хүмүүсээс бага холбох энергитэй байдаг.
Энэ нь 100-аас дээш атомын дугаартай хүнд цөмүүд нь хоёр жижиг хэсгүүдэд хуваагдаж, улмаар энерги ялгаруулдаг гэсэн үг юм.фрагментийн кинетик энерги болгон хувиргадаг. Энэ процессыг атомын цөм хуваагдах гэж нэрлэдэг.
Тогтвортой нуклидын протоны тоо нь нейтроны тооноос хамааралтай болохыг харуулсан тогтвортой байдлын муруйны дагуу хүнд цөмүүд хөнгөнөөс илүү олон нейтроныг (протоны тоотой харьцуулахад) илүүд үздэг. Энэ нь хуваагдах үйл явцын зэрэгцээ зарим "нөөц" нейтрон ялгарах болно гэдгийг харуулж байна. Нэмж дурдахад тэд суллагдсан энергийн зарим хэсгийг авах болно. Ураны атомын цөмийн задралын судалгаагаар 3-4 нейтрон ялгардаг болохыг харуулсан: 238U → 145La + 90Br + 3n.
Фрагментийн атомын дугаар (болон атомын масс) нь эхийн атомын массын талтай тэнцүү биш байна. Хагарлын үр дүнд үүссэн атомын массын хоорондын ялгаа нь ихэвчлэн 50 орчим байдаг. Гэхдээ үүний шалтгааныг хараахан бүрэн ойлгоогүй байна.
238U, 145La болон 90Br-ийн холболтын энерги нь 1803, 1198 ба 763 МэВ тус тус. Энэ нь энэхүү урвалын үр дүнд ураны цөмийн задралын энерги ялгарч, 1198 + 763-1803=158 МэВ-тэй тэнцэнэ гэсэн үг.
Аяндаа хуваагдах
Аяндаа хуваагдах үйл явц нь байгальд мэдэгдэж байгаа боловч маш ховор тохиолддог. Энэ процессын дундаж наслалт нь ойролцоогоор 1017 жил байдаг ба жишээлбэл, ижил радионуклидын альфа задралын дундаж хугацаа 1011 орчим байдаг.жил.
Үүний шалтгаан нь хоёр хэсэгт хуваагдахын тулд цөмэхлээд эллипсоид хэлбэрийн хэв гажилтанд (суналт) орж, дараа нь хоёр хэсэг болгон хуваахаас өмнө дунд хэсэгт нь "хүзүү" үүсгэнэ.
Болзошгүй саад тотгор
Газарласан төлөвт цөмд хоёр хүч үйлчилнэ. Тэдний нэг нь гадаргуугийн энергийг нэмэгдүүлэх (шингэний дуслын гадаргуугийн хурцадмал байдал нь түүний бөмбөрцөг хэлбэрийг тайлбарладаг), нөгөө нь хуваагдлын хэсгүүдийн хоорондох Кулоны түлхэлт юм. Тэд хамтдаа болзошгүй саад бэрхшээлийг үүсгэдэг.
Альфа задралын нэгэн адил ураны атомын цөм аяндаа задрахын тулд хэлтэрхийнүүд квант хонгил ашиглан энэ саадыг даван туулах ёстой. Альфа задралын нэгэн адил саад тотгор нь 6 МэВ орчим боловч α бөөмийн туннел үүсэх магадлал нь хамаагүй хүнд атомын задралын бүтээгдэхүүнээс хамаагүй их байна.
Албадан хуваах
Ураны цөмийн задралаас үүдэлтэй байх магадлалтай. Энэ тохиолдолд эх цөм нь нейтроноор цацруулдаг. Хэрэв эцэг эх нь үүнийг шингээж авбал тэдгээр нь холбогдож, боломжит саадыг даван туулахад шаардагдах 6 МэВ-ээс хэтрэх боломжтой чичиргээний энерги хэлбэрээр холбогч энергийг ялгаруулдаг.
Нэмэлт нейтроны энерги нь боломжит саадыг даван туулахад хүрэлцэхгүй бол ирж буй нейтрон нь атомын хуваагдлыг өдөөх чадвартай байхын тулд хамгийн бага кинетик энергитэй байх ёстой. 238U тохиолдолд нэмэлт эрчим хүчнейтронууд ойролцоогоор 1 МэВ дутагдаж байна. Энэ нь ураны цөмийн хуваагдлыг зөвхөн 1 МэВ-ээс их кинетик энергитэй нейтрон өдөөдөг гэсэн үг юм. Нөгөө талаас 235U изотоп нь нэг хослоогүй нейтронтой. Цөм нь нэмэлтийг шингээх үед түүнтэй хос болж, энэ хосолсоны үр дүнд нэмэлт холболтын энерги гарч ирдэг. Энэ нь цөмийн боломжит саадыг даван туулахад шаардагдах энергийн хэмжээг гаргахад хангалттай бөгөөд аливаа нейтронтой мөргөлдөх үед изотопын хуваагдал үүсдэг.
Бета задрал
Хуваагдах урвал нь 3-4 нейтрон ялгаруулдаг хэдий ч хэсгүүд нь тогтвортой изобараас илүү нейтрон агуулдаг. Энэ нь задралын хэсгүүд бета задралын эсрэг ерөнхийдөө тогтворгүй гэсэн үг.
Жишээ нь, ураны задрал 238U үед A=145-тай тогтвортой изобар нь неодим 145Nd гэсэн үг. лантан фрагмент 145La нь тогтвортой нуклид үүсэх хүртэл электрон ба антинейтрино ялгаруулж гурван үе шаттайгаар задалдаг. A=90-тэй тогтвортой изобар нь циркони 90Zr тул бромын хуваагдмал хэсэг 90Br нь β задралын гинжин хэлхээний таван үе шатанд задардаг.
Эдгээр β задралын гинж нь нэмэлт энерги ялгаруулж, бараг бүгдийг нь электрон болон антинейтрино зөөвөрлөнө.
Цөмийн урвал: ураны цөмийн хуваагдал
Нуклидын нейтроны шууд цацрагтэдгээрийн олон тооны нь цөмийн тогтвортой байдлыг хангах боломжгүй юм. Энд гол зүйл бол Кулоны түлхэлт байхгүй тул гадаргуугийн энерги нь нейтроныг эцэг эхтэй холбоо барих хандлагатай байдаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь заримдаа тохиолддог. Жишээлбэл, бета задралын эхний үе шатанд 90Br хуваагдах хэсэг нь криптон-90-ийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь гадаргуугийн энергийг даван туулах хангалттай энерги бүхий өдөөгдсөн төлөвт байж болно. Энэ тохиолдолд нейтроны ялгаралт нь криптон-89 үүсэх үед шууд тохиолдож болно. Энэ изобар нь тогтвортой иттрий-89 болж өөрчлөгдөх хүртэл β задрахад тогтворгүй хэвээр байгаа тул криптон-89 гурван үе шаттайгаар задардаг.
Ураны хуваагдал: гинжин урвал
Хуваагдах урвалын үед ялгарах нейтроныг өөр эх цөм шингээж, улмаар өөрөө өдөөгдсөн хуваагдалд ордог. Уран-238-ын хувьд үйлдвэрлэсэн гурван нейтрон нь 1 МэВ-ээс бага энергитэй гарч ирдэг (ураны цөмийн задралын үед ялгардаг энерги - 158 МэВ нь голчлон задралын хэсгүүдийн кинетик энерги болж хувирдаг).), тиймээс тэд энэ нуклидын цаашдын хуваагдлыг үүсгэж чадахгүй. Гэсэн хэдий ч 235U ховор изотопын их хэмжээний концентрацитай эдгээр чөлөөт нейтронуудыг 235U цөмүүд барьж авах боломжтой бөгөөд энэ нь үнэхээр хуваагдал үүсгэдэг. учир нь энэ тохиолдолд хуваагдал өдөөгддөггүй энергийн босго байхгүй.
Энэ бол гинжин урвалын зарчим.
Цөмийн урвалын төрлүүд
Энэ гинжин хэлхээний n-р үе шатанд хуваагддаг материалын дээжинд үүссэн нейтроны тоог n - 1-д үүссэн нейтроны тоонд хуваасан тоог k гэж үзье. Энэ тоо нь тухайн үед хэдэн нейтрон үүссэнээс хамаарна. n - 1 үе шат нь албадан задралд өртөж болзошгүй цөмд шингэдэг.
• Хэрэв k < нь 1 бол гинжин урвал зүгээр л унтарч, процесс маш хурдан зогсох болно. 235U-ийн агууламж маш бага тул энэ изотопоор нейтроны аль нэгийг нь шингээх магадлал маш бага байдаг байгалийн ураны хүдэрт яг ийм зүйл тохиолддог.
• Хэрэв k > 1 бол бүх задрах материалыг (атомын бөмбөг) ашиглах хүртэл гинжин урвал өснө. Энэ нь байгалийн хүдрийг баяжуулж уран-235-ын хангалттай өндөр агууламжтай болгоход хүрдэг. Бөмбөрцөг хэлбэрийн дээжийн хувьд бөмбөрцгийн радиусаас хамаарах нейтрон шингээх магадлал нэмэгдэхийн хэрээр k-ийн утга нэмэгддэг. Иймд ураны цөмүүдийн хуваагдал (гинжин урвал) явагдахын тулд U-ийн масс зарим нэг чухал массаас хэтрэх ёстой.
• Хэрэв k=1 бол хяналттай урвал явагдана. Үүнийг цөмийн реакторуудад ашигладаг. Энэ үйл явц нь нейтронуудын ихэнхийг шингээдэг (эдгээр элементүүд нь нейтроныг барьж авах чадвартай) ураны хооронд кадми эсвэл борын саваа тараах замаар удирддаг. Ураны цөмийн хуваагдал нь савааг хөдөлгөж автоматаар хянагддаг тул k-ийн утга нэгтэй тэнцүү хэвээр байна.
