A maghasadás jelensége, amelynek során egy atommag nehéz (vagyis álló nagyszámú nukleonok , mint az urán , a plutónium , stb ) van osztva két vagy néhány nuklidokért öngyújtó.
Ez a nukleáris reakciót kíséri a kibocsátott neutronok (általában kettő vagy három), és egy igen jelentős felszabadulása az energia (≈ 200 MeV atomonként osztott, tehát sokkal több, mint , hogy a kémiai reakciók , a sorrendben eV per atom vagy molekula reakciójával ).
A kibocsátási neutronok okozhat láncreakció , a jelenség megvalósított atomerőművek a villamosenergia-termelés és az atombomba .
Az indukált maghasadás jelenségét a 1938. december 17két vegyész a berlini Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie -től: Otto Hahn és fiatal asszisztense, Fritz Strassmann . Lise Meitner osztrák fizikus is részt vesz ebben a felfedezésben. Mivel azonban zsidó volt , 1938 júliusában elmenekült Németországból, hogy Svédországban menedéket találjon. Bár továbbra is levelezéssel vett részt a kutatásban (ő volt az, aki megértette a döntő kísérlet eredményeinek következményeit és kiszámította az előállított energiát), a kiadvány nem említi.
Az uránmagok neutronok általi bombázásának eredményeit ekkor már érdekesnek és érdekesnek tekintik. Az elméleti alapelveket Enrico Fermi és munkatársai tanulmányozták 1934-ben , így azokat csak néhány évvel később értelmezték helyesen.
1939. január 16-án Niels Bohr megérkezett az Egyesült Államokba , hogy több hónapot töltsön a Princetoni Egyetemen , ahol sietett elméleti problémákat megvitatni Albert Einsteinnel . Közvetlenül Dániából való távozása előtt két kollégája, Lise Meitner és Otto Frisch elmondta neki hipotézisét, miszerint a neutron uránmag általi felszívódása időnként kettéválik, megközelítőleg egyenlő részekre és hatalmas mennyiségű energia: ezt a jelenséget "maghasadásnak" hívják. Ez a hipotézis Hahn és Strassmann fontos felfedezésén alapul ( 1939 január elején a Naturwissenschaften -ben jelent meg): az urán neutronok általi bombázása bárium-izotópot eredményez.
Bohr azt ígéri, hogy titokban fogja tartani Meitner és Frisch értelmezését, amíg nem tesznek közzé egy cikket, amely biztosítja őket a felfedezés és az értelmezés szerzőségéről, de az Egyesült Államokba tartó hajó fedélzetén Leon Rosenfelddel beszél róla , elfelejtve megkérdezni. tiszteletben tartani a titoktartást.
Amint megérkezett, Rosenfeld elmondta erről Princeton összes fizikusának. A hír eljutott más fizikusokhoz, például Enrico Fermihez a Columbia Egyetemről . Fermi, John R. Dunning és GB Pegram beszélgetései Kolumbiában vezetnek az ionizáló sugárzás felkutatásához, amelyet az uránmag töredékei hoztak létre a híres "hasadás" után.
1939. január 26-án elméleti fizikai konferenciát rendeztek Washington DC-ben , amelyet a George Washington Egyetem és a washingtoni Carnegie Intézet közösen szervezett . Fermi elhagyja New Yorkot, hogy részt vegyen ezen a konferencián, mielőtt a hasadási kísérletek Kolumbiában megkezdődnének. Bohr és Fermi tárgyalják a hasadási problémát, Fermi pedig külön megemlíti annak lehetőségét, hogy a folyamat során neutronok bocsáthatók ki. Bár ez csak hipotézis, következményei, vagyis a láncreakció lehetősége nyilvánvalónak tűnik. Számos szenzációs cikk jelenik meg a sajtóban erről a témáról . A washingtoni konferencia vége előtt számos más kísérlet indul, amelyek megerősítik a mag hasadásának tézisét.
1939. február 15-én a Physical Review- ban négy laboratórium publikálta eredményeit (Columbia Egyetem, Carnegie Intézet Washingtonban, Johns-Hopkins Egyetem , Kaliforniai Egyetem ). Egy hónappal korábban Bohr tudta, hogy hasonló kísérleteket már végeztek a koppenhágai (Dánia) laboratóriumban ( Frisch levele a Nature folyóiratba , 1939. január 16-án kelt és február 18-i számában jelent meg). Frédéric Joliot Párizsban az első eredményeit az 1939. január 30-i Comptes Rendus- ban is közzétette . Ettől a pillanattól kezdve a hasadásról szóló cikkek publikálása rendszeressé és intenzívvé vált addig a pontig, hogy az Új Fizika 1939. december 6-i áttekintésében LA Turner of Princeton majdnem százat számlált.
Kétféle hasadás létezik: spontán hasadás és indukált hasadás. A neutronhasadás indukált hasadás, amely lehet termikus (ahol az indukált részecske termikus vagy lassú neutron) vagy gyors (ahol az indukált részecske gyors neutron). A hasadásra képes atommagokról azt mondják, hogy " hasadók " (ha gyors vagy lassú neutronokkal hasadhatnak) vagy " hasadó " (ha gyorsan hasadhatnak).
Az urán 235 hasadásának felfedezése a folyadékcsepp modell segítségével írható le . A magot nukleonok alkotják: protonok és neutronok. Ezek a nukleonok, a megfelelő tömegük mellett, kötési energiát biztosítanak a maghoz, amelyet a Weizsäcker-képlet ad ; minél nagyobb a kötési energia, annál stabilabb a mag.
Így szerint a folyadék csepp modell, hasadási akkor lehetséges, ha az eltérő masszát két atommagok a sejtmagból pozitív vagy nulla. Ez a feltétel igaz , amely megfelel a cirkónium régiónak . Az arányon túl a mag instabil és spontán hasad.
Jelenleg, hasadási által indukált alacsony energiájú lövedékek (0 2 MeV ) figyeltek meg néhány aktinidák , urán-233, 235 és 238, valamint a plutónium 239 és 241.
A spontán hasadás jelenségét 1940-ben fedezte fel GN Flerov és KA Petrzak, akik urán 238 maggal dolgoztak.
Spontán maghasadásról beszélünk, amikor a sejt több fragmentumra bomlik, anélkül, hogy egy sejtet ( szubatomi részecske ) előzetesen felszívna . Ez a fajta hasadás csak rendkívül nehéz magok esetében lehetséges, mivel az egy nukleonra jutó kötési energia akkor kisebb, mint az újonnan kialakult közepes nehéz magoké.
A 235 urán (bár nagyon kis mennyiségben), a 240 és 244 plutónium és a kalifornium- 254 fölött például spontán hasadó mag.
Az indukált hasadás akkor következik be, amikor egy nehéz mag elfog egy másik részecskét (általában egy neutront ), és az így összeállított mag ezután több fragmentumra bomlik.
Az ilyen típusú legismertebb reakció az urán-235 neutronfelvétel útján indukált hasadása. A típusa:
92235U+01nem→92236U→x+Y+k 01nem{\ displaystyle {} _ {92} ^ {235} \ mathrm {U} + {} _ {0} ^ {1} n \ rightarrow {} _ {92} ^ {236} \ mathrm {U} \ rightarrow X + Y + k ~ {} _ {0} ^ {1} n}X és Y két közepesen nehéz és általában radioaktív mag: hasadási termékeknek nevezik őket .
Így az urán 235 mag indukált hasadása két hasadási terméket, kriptont és báriumot eredményezhet, három neutron kíséretében:
92235U+01nem→3692Kr+56141Bnál nél+3 01nem{\ displaystyle {} _ {92} ^ {235} \ mathrm {U} + {} _ {0} ^ {1} n \ rightarrow {} _ {36} ^ {92} \ mathrm {Kr} + {} _ {56} ^ {141} \ mathrm {Ba} + 3 ~ {} _ {0} ^ {1} n}A leggyakrabban használt indukált hasadások az urán 235, az urán 238 és a plutónium 239.
A neutronnal való ütközés hatására egyes nagy atomok, hasadónak nevezett magjának az a tulajdonsága, hogy kettétörik. A hasadó anyag, amely a reaktorok szívét alkotja, általában urán vagy plutónium . A neutron elnyelésével a 235 U atommag átalakul 236 U -vá, az urán izotópjává 6,2 mega-elektron-volt gerjesztett állapotban (MeV, 1 MeV = 1,6 × 10-13 joule ). Így kissé úgy viselkedik, mint egy csepp víz .
vagy stroncium 94 és xenon 140:
92235U+01nem→92236U→3894.Sr+54.140xe+2 01nem+γ{\ displaystyle {} _ {92} ^ {235} \ mathrm {U} + {} _ {0} ^ {1} n \ rightarrow {} _ {92} ^ {236} \ mathrm {U} \ rightarrow { } _ {38} ^ {94} \ mathrm {Sr} + {} _ {54} ^ {140} \ mathrm {Xe} + 2 ~ {} _ {0} ^ {1} n + \ gamma}A hasadás során nagy mennyiségű energia szabadul fel, 202,8 MeV nagyságrendű egy urán-235 mag esetében, amelynek fő részét a két létrehozott atom mozgási energiája alkotja. Általában egy vagy több gyors neutron (általában 2 vagy 3) kibocsátása kíséri, amelyek átlagos mozgási energiája 2 MeV. Ezek reagálnak a magokkal, amelyekkel találkoznak, és vagy diffundáltak, vagyis más irányba térnek vissza, vagy felszívódnak. Amíg az abszorpció valószínűsége alacsony marad, a neutronok száma gyakorlatilag konzerválódik, de energiájuk fokozatosan csökken minden szóráskor. Az atommagok annál hatékonyabban lassítják a neutronokat, minél kisebb a tömegük, annál közelebb van a neutronokhoz. Ez különösen a közönséges víz (amely hidrogént tartalmaz, a legjobb a neutron moderátorok / lassítók közül), a nehéz víz (amelyben az izotópos elválasztásnak köszönhetően nem tartottak vizet, mint a hidrogén nehéz izotópja, a deutérium ), berillium vagy oxid- glükinje , végül grafit (tiszta szén). Hatékony moderátorral a neutronok lelassulnak, amíg mozgási energiájuk hozzávetőlegesen meg nem egyezik a szóróközeg termikus keverési energiájával (0,025 eV 300 K hőmérsékleten). A legtöbb hasadás ekkor következik be ezen az energián, és állítólag a reaktor termikus neutron . Egyébként azt mondják, hogy a reaktor gyors neutron.
A fő ok, amiért egy hőreaktorban a hasadás eredményeként létrejövő neutronok lelassítását igyekszünk elérni, hogy a hőenergia (sebesség) szintjére jussunk, összefügg azzal a ténnyel, hogy annak a valószínűsége, hogy a termizált neutron atomhasadóval találkozik az atom hasadásának emelkedése észrevehetően 250-szer nagyobb, mint abban az esetben, ha a neutron energiája (sebessége) magas, közel a kezdeti energiához.
Egyes neutronfogások nem idézik elő a mag hasadását, és ezeknek a parazita befogásoknak a relatív jelentőségét szigorúan korlátozni kell ahhoz, hogy divergens vagy álló láncreakció érhető el. A láncreakció fenntartása érdekében az egyes hasadások során keletkező n neutron egyikét el kell szívni az üzemanyagban, a megmaradt n - 1 pedig elveszhet a közeg többi alkotórészébe történő befogással vagy a szivárgással. eszköz. n függ a neutronok energiájától. Hőneutronok esetében ez 235 U és 239 Pu esetében 2,08 , dúsított urán esetében 1,8, de természetes urán esetében csak 1,36. A láncreakció szabályozását a neutronok nagyon abszorbens anyagát tartalmazó kontrollrudak behelyezése biztosítja, amelyek általánosan ismertek: „a szív reaktivitásának szabályozására alkalmas mobil abszorberek”. Abszorbens anyagként általában bórt, kadmiumot, ezüstöt, indiumot és másokat nem említenek.
PhotofissionA fotohasadás egy olyan indukált maghasadás, amely akkor fordul elő, amikor a mag elnyeli a gammasugárzást . Ez a folyamat felhasználható a nukleáris orvostudományban használt izotópok szintéziséhez .
Néhány tíz MeV gammasugarai kiválthatják a hasadó magok, például az urán, a plutónium és a neptúnium aktinidek hasadását . Olyan kísérleteket hajtottak végre, amelyek azt mutatják, hogy a fotohasítás keresztmetszete a GeV nagyságrendű fotonenergiákig alig változik.
2000-ben bemutatták a lézeres asszisztált fényhasadást, amelyet a nukleáris hulladék transzmutációjának eszközeként javasoltak .
Fotó-szétesésA fotóromlás vagy a fototranszmutáció a fotofisszióhoz hasonló jelenség, amelyben az atommagokkal kölcsönhatásban lévő energikus gammafotonok gerjesztett állapotba hozhatják őket, amelyet azonnal szubatomi részecskék kibocsátásával járó bomlás követ. Kísérlet szerint bebizonyosodott, hogy egy femtoszekundumos lézer, amely ultrarövid (~ 100 fs) és ultraintenzív (~ 10 20 W / cm 2 fényimpulzusokat) lead, 1 és 10 MeV közötti gamma energiasugárzás intenzív impulzusait produkálja. Az ilyen impulzusok tökéletesen képes bomlások előidézésére.
NeutronmérlegA hasadás során a gyors neutronokat azonnal (10 −14 s ) bocsátják ki, pillanatnyi neutronoknak (korábban gyors neutronoknak) hívják. Ezután e pillanatnyi neutronok kibocsátása után a hasadási termékek megkezdik radioaktív bomlását . Ezek a radioaktív bomlások gyors neutronok felszabadulását idézik elő átlagosan 13 másodperces késéssel; ezeket a közvetlenül a β bomlása után felszabaduló neutronokat késleltetett neutronoknak nevezzük .
A hasadómag hasadásának valószínűsége a beeső neutron kinetikus energiájától függ; termikusan hasadó magok esetében, mint például - és ez a valószínűség növekszik, amikor a beeső neutron kinetikai energiája csökken, ezért szükség van egy termikus neutronos atomreaktor mérséklésére . Ezt a jelenséget, amely szerint a hasadások (azonnali és késleltetett) gyors neutronok lelassulnak, a neutronok hőkezelésének nevezzük , ez egy könnyű maggal rendelkező neutronok egymást követő rugalmas sokkjainak lassulásából áll ( H , D , C , Be ). A berillium fém és a grafit szilárd moderáló anyag, míg a hidrogént és a deutériumot főként víz és nehéz víz formájában használják moderátorként .
Az alábbi táblázat az átlagosan és termikus neutronhasadás útján felszabaduló neutronok számát mutatja a figyelembe vett magtól függően:
Kernelnek tekinthető | A felszabaduló neutronok átlagos száma |
---|---|
2.55 | |
2.47 | |
- | |
Természetes urán | 2.47 |
2.91 | |
3.00 |
Ebben a táblázatban meg kell jegyezni, hogy a termikus neutronok által hasítható U és Pu izotópjainak mindegyikének páratlan atomtömege van: a termikusan hasadó magokról azt mondják, hogy páros-páratlanok , még akkor is, ha neutronot nyernek a repedés érdekében.
A hasadási termékek tömeges elosztásaA hasadási termékek tömegeloszlása „tevepúp” görbét követi. Bimodális görbéről is beszélünk: két maximuma van. Több mint száz különféle nuklid szabadulhat fel az urán 235 hasadása során. Mindezen nuklidok atomszáma azonban Z = 33 és Z = 59 között van. A hasadás az egyik fragmens A = 95 ( bróm , kripton , cirkónium ) körüli tömegszáma (nukleonok száma) , a másiké A = 139 ( jód , xenon , bárium ) körüli magokat hoz létre .
Ritka a hasadás két azonos vagy nagyon hasonló tömegű fragmentumban ( A = 116, 117 vagy 118 az urán 235 esetében) (a hasadások 0,1% -a)
A három töredékre történő hasadás (az úgynevezett " ternáris hasadás ") kivételes (a hasadások 0,005% -a)
EnergiamérlegMinden hasadáson áteső urán 235 mag energiát és ezért hőt bocsát ki.
Ennek az energiának az eredete a kezdeti és a két előállított mag közötti energiák egyensúlyában találja meg magát: ugyanazon mag protonjai elektrosztatikus töltéseikkel erőteljesen taszítják egymást, és ez annál is inkább, mivel számuk magas. ( Coulomb energia ), a megfelelő energia gyorsabban növekszik, mint a protonok számával arányos. A hasadás tehát energia felszabadulást eredményez, amely főként a hasadási termékekben és a neutronokban terjed kinetikus energia formájában, amely gyorsan hővé alakul.
Az urán 235 vagy a 23 plutónium hasadó magjainak hasadása során keletkező hő ezután felhasználható a víz gőzzé történő átalakítására, ezáltal lehetővé téve egy turbina működtetését, amely közvetlenül, majd a generátoron keresztül villamos energiát képes előállítani . Ez a technika működik az áramtermelésre szánt atomreaktorokban .
LáncreakcióIndukált maghasadási reakció során a hasadó mag által elnyelt neutron lehetővé teszi több neutron felszabadulását, és mindegyik kibocsátott neutron viszont megtörhet egy másik hasadó magot. A reakció tehát önmagában folytatódik: ez a láncreakció . Ez a láncreakció csak akkor megy végbe, ha a hasadás során kibocsátott legalább egy neutron képes új hasadást okozni.
Az alábbi táblázat a megfogott (termikus) neutrononként átlagosan felszabaduló neutronok számát mutatja a figyelembe vett mag függvényében:
Kernelnek tekinthető | A felszabaduló neutronok száma |
---|---|
2.28 | |
2.07 | |
- | |
Természetes urán | 1.32 |
2.11 | |
2.22 |
Ez a táblázat abban különbözik az előzőtől, hogy az összes neutronra vonatkozik, amelyek beléptek a hasadó magba, és nem csak azokra, amelyek hasadáshoz vezetnek.
Itt láthatjuk, hogy a természetes uránt miért nem használják közvetlenül a reaktorokban: az általa nagy arányban tartalmazott 238 urán túl sok neutront emészt fel, amelyek nem okoznak hasadást. Használatához dúsítani kell urán 235-tel.
Reaktív közegben a láncreakció sebességét a szorzótényezővel mérjük .
A reaktor hasadásának modellezésében részt vevő fő keresztmetszeteket az alábbiakban adjuk meg.
Kernelnek tekinthető | |||||
---|---|---|---|---|---|
Termikus neutron befogásának keresztmetszete ( istállók ) |
xx | 679.9 | 2,720 | 1,008.1 | 1371 |
Termikus neutron hasadási keresztmetszet (barn) |
xx | 579.5 | elhanyagolható | 742.4 | 1,011 |
Gyors neutron befogási keresztmetszet (energia> 1 MeV) (istállók) |
xx | xx | xx | xx | xx |
Gyors neutron hasadási keresztmetszete (az energia> 1 MeV) (ólak) |
xx | ≈ 2 | xx | xx | xx |
A hőhasadás által kibocsátott neutronok száma |
2.55 | 2.42 | xx | 2.91 | 3.00 |
Hőfogással kibocsátott neutronok száma |
2.28 | 2.06 | xx | 2.11 | 2.22 |
A hasadó maggal ütköző neutron egy gerjesztett vegyületet képezhet vele, vagy egyszerűen abszorbeálódhat (neutron befogása). Az urán-235 esetében a befogott neutronok aránya 16% körül van termikus neutronok (vagy lassú neutronok) esetében; 9,1% gyors neutronok esetén.
Indukált hasadás esetén a vegyületmag átlagos élettartama 10-14 másodperc. A nucleus kettéválik, és a fragmenseket külön nagy sebességgel: után 10 -17 s , ezek a fragmentumok, 10 -10 m egymástól , kibocsát, mint láttuk, a neutronok.
A γ de-gerjesztések nyomán a γ fotonok 10−14 s múlva bocsátanak ki , míg a fragmensek 10–7 m-t kereszteznek . A fragmensek körülbelül 10-12 másodperc múlva leállnak , miután átlépték az 50 µm-es távolságot (ezeket az értékeket 1-es sűrűségű anyagokra, például közönséges vízre adtuk meg).
A hasadás eredményeként kibocsátott töredékek és részecskék kinetikus energiája végül hőenergiává alakul át a keresztezett anyag atomjaival való ütközések és kölcsönhatások hatására, kivéve a β bomlások során elkerülhetetlenül kibocsátott neutrínókat . mindig meneküljön a közeg elől (kölcsönhatás nélkül átléphetik a Földet).
A hasadási energia bomlása Urán 235 esetAz alábbi táblázat bemutatja, hogyan oszlik el a termikus neutron által kiváltott urán-235-atom hasadását követően felszabaduló energia (ezek az adatok nagyszámú hasadásra számított átlagok).
Hasadási energia | MeV energia |
% Teljes energia |
Megjegyzés |
A hasadási töredékek kinetikus energiája | 166.2 | 82.0 | lokalizált pillanatnyi energia |
A hasadási neutronok kinetikus energiája | 4.8 | 2.4 | pillanatnyi delokalizált energia |
A hasadási energia γ | 8.0 | 3.9 | |
Neutrino / Antineutrino energia | 9.6 | 4.7 | pillanatnyi energia elveszett |
Teljes | 188.6 | 93.0 | pillanatnyi energia |
Β hasadótermékek radioaktivitási energiája | 7.0 | 3.5 | halasztott energia |
Γ hasadótermékek radioaktivitási energiája | 7.2 | 3.5 | |
Teljes | 14.2 | 7.0 | |
A hasadás során felszabaduló teljes energia | 202.8 | 100,0 | ebből 9,6 MeV helyrehozhatatlan |
A hasadás során felszabaduló teljes energia megegyezik 202,8 MeV-vel, amelyből 9,6 MeV nem nyerhető vissza, mivel kommunikálják a kibocsátott neutrínókkal.
A gyakorlatban az erőreaktorban visszanyerhető energia, figyelembe véve a következőket:
nagyjából 193,0 MeV-nek felel meg hasított urán-235 magonként.
Nukleáris robbanás esetén csak a rövid távon felszabaduló energiákat kell figyelembe venni az erő értékeléséhez.
Más hasadó magok eseteHasadási energia (MeV) | % összes energia |
Megjegyzés | ||||
A hasadási töredékek kinetikus energiája | 166.2 | 166.9 | 172.8 | 172.2 | 81.7 | lokalizált pillanatnyi energia |
A hasadási neutronok kinetikus energiája | 4.8 | 5.5 | 5.9 | 5.9 | 2.6 | pillanatnyi delokalizált energia |
A hasadási energia γ | 8.0 | 7.5 | 7.7 | 7.6 | 3.7 | |
Neutrino / Antineutrino energia | 9.6 | 11.9 | 8.6 | 10.2 | 4.9 | pillanatnyi energia elveszett |
Teljes | 188.6 | 191.8 | 195,0 | 195,9 | 93.0 | pillanatnyi energia |
Β hasadótermékek radioaktivitási energiája | 7.0 | 8.9 | 6.1 | 7.4 | 3.5 | halasztott energia |
Γ hasadótermékek radioaktivitási energiája | 7.2 | 8.4 | 6.1 | 7.4 | 3.5 | |
Teljes | 14.2 | 17.3 | 12.2 | 14.8 | 7.1 | |
A hasadás során felszabaduló teljes energia | 202.8 | 205.9 | 207.2 | 210.6 | 100,0 | |
Az erőreaktorban visszanyerhető energia | 193,0 | 197,0 | 198.4 | 200.3 | 95,1 | |
Az érintett sebességek nem relativisztikusak; a klasszikus mechanika törvényei széles körben alkalmazhatók a hasadási jelenség során kibocsátott hatalmas részecskékre.
Hasadási neutron energiák és sebességekÁtlagos energia és sebesség
Ha a hasadási energia bomlási táblázatában megadva 2,47 neutron szabadul fel átlagosan az urán 235 hasadása során 4,8 MeV energiára, a hasadási neutron átlagos kinetikus energiája megegyezik 1,943 MeV = 3,113 54 × 10 −13 J
Ez az energia kinetikus szerint a klasszikus kapcsolat: . A CODATA által megadott neutron tömege megegyezik: 1,674 927 351 × 10 −27 kg .
Kivezetjük : a hasadási neutronok átlagos sebessége = 19 280 km / s
Energiaelosztás
A hasadási neutronok energiaeloszlását helyesen ábrázolja a félempirikus képlet:
NEM(E)=16.6832×e-E0,965×sinh((2,29.×E)0,5.){\ displaystyle N (E) = {1 \ over 6 {,} 6832} \ times \ mathrm {e} ^ {- E \ over 0 {,} 965} \ times \ sinh \ left ((2 {,} 29 \ -szer E) ^ {0 {,} 5} \ jobbra}}val vel:
10 MeV esetén az N ( E ) értéke 0,33%.
A hasadási töredékek energiája és sebességeA hasadás során két egyenlőtlen fragmentum képződik.
Könnyű töredék
Nehéz töredék
A könnyű töredék kinetikus energiája nagyobb, mint a nehéz töredéké
A hasadási töredékek sebessége és energiája BevezetőEgy átfogó előzetes számítás a következő eredményeket eredményezi:
Összegzésképpen: a talált sebességek nem relativisztikusak; a klasszikus mechanika törvényei nagy mértékben alkalmazhatók a neutronokra és a hasadási töredékekre.
A nukleonok, az összetételek és a töredékek tömegeA hasadások többsége bináris, kis és nagy töredéket generálva:
A hasadás során az eredetileg nulla teljes lendület megmarad. A hasadás előtt befogott hőkezelt neutronnak alacsony a sebessége, emellett feltételezhetjük, hogy a hasadás által átlagosan kibocsátott 2,47 neutron szinte minden térben azonos. Ezért a két töredék teljes impulzusának nullának kell lennie.
Így van , honnan .
A fent megadott energiabontási táblázat szerint a két hasadási töredékhez közölt teljes kinetikus energia megegyezik:
Egyéb megfogalmazás:
A fénytöredék sebessége és kinetikus energiája ( v = 14 094 km / s ill. E = 98,6 MeV) nagyobb, mint a nehéz töredéké ( V = 9 665 km / s ill. E = 67, 6 MeV ).
NagyságrendekEgy mól urán 235 súlya 235,043 929 9 gramm, és tartalmaz N A (az Avogadro-szám) atomok. Az egyes atomok hasadása körülbelül 193 MeV visszanyerhető energiát eredményez. Tehát feltételezve, hogy az összes uránmagot hasítjuk egy gramm uránban 235 - ami a tudás jelenlegi állapotában technikailag lehetetlen - a megtermelt energia ekkor egyenlő lenne:
1 megawatt-nap ⇔ 1,09 gramm repedezett urán 235
Vagyis az összes (1,090 55 / 0,007 202) urán 235 atom = 151,42 gramm természetes urán. Arany :
Tehát az 1 g természetes uránban jelen lévő összes urán 235 atom hasadása 158,5 kWh-t képes előállítani .
Ezek az eredmények pontossága 1 st érdekében a többi nagy atomok hasadó jelen vagy képződnek a atomreaktoroknál, például plutónium-239 megvalósítására különösen például a MOX-üzemanyag . Lehetővé teszik a hasadó (vagy termékeny) anyagok fogyasztásának minden pontosságú reaktorban történő felhasználásának ( azaz a nagy hasított atomok tömegének, azaz a hasított aktinidok tömegének ), és így a képződött hasadási termékek mennyiségének felmérését.
Az egy tonna természetes uránban lévő hasadó urán-235 atom hasadása, amely 0,7202% 235 U-t tartalmaz, 5,705 9 × 10 14 joule (= 570 600 GJ (gigajoule)) több mint 10 000-szer több energiát eredményez, mint egy tonna olajegyenérték égése, amely 41,86 GJ-t szór le). Tekintettel azonban arra, hogy a jelenlegi folyamatok nem teszik lehetővé a természetes uránban található urán 235 teljes hasadását, megtarthatjuk a természetes urán tonnánkénti 10 000-szeres hasznosítható energiájának nagyságrendjét, mint egy tonna olajegyenérték. Ez a becslés nem veszi figyelembe a gyors reaktorok megvalósítását, amelyek lehetővé teszik az altalajból kinyert összes természetes urán feltörését. Ebben a hipotézisben az egy tonna természetes uránból elméletileg visszanyerhető energiamennyiség jelentősen megszorozódna 1 / 0,7202% -kal vagy 138,9-rel, és reálisabban figyelembe véve a szükségszerűen 100-szoros veszteségeket.
A láncreakció fenntartásához nem elég, hogy a neutronok szorzótényezője nagyobb, mint 1: egyrészt a neutronok instabilak és lebomlanak, de ez nem sokat számít, mert élettartamuk átlaga majdnem egynegyede egy órán keresztül, de ami még ennél is fontosabb, kijöhetnek a közegből, ahol az ember láncreakciót próbál végrehajtani. Össze kell ütközniük, mielőtt kiszállnak, különben már nem részesei a láncreakciónak. A hasadóközeg átlagos vastagságának ezért elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy elegendő valószínűséget biztosítson a neutronok hasadó maggal való találkozásához. Ez a hasadó elem kritikus tömegének fogalmához vezet , amely olyan tömeg, amely alatt már nem lehet elegendő neutronot tartani, függetlenül a hasadó töltés formájától, a reakció fenntartásához. Ez megmagyarázza, miért nem rendelkezhetünk mini atomreaktorokkal.