A magok transzformációi
Nukleáris energia
A részecskék és magok bomlásának főbb jellemzőit az első szemináriumon tárgyaljuk. A féléletidő T1 / 2 összekapcsolására szolgáló képlet származik. a bomlás valószínűsége λ és az átlagos életciklus τ a spontán bomlást tapasztaló részecske vagy mag esetében:
Azt is megmutatták, hogy a bomlástermékek különböző energiaspektrumai jellemzik, hogy a két termékre, illetve a három vagy többre történő bomlást jellemzik. A két részecskére való bomlás esetében a bomlástermékek spektruma diszkrét. Az ilyen bomlásokra példaként említhető a magok α-bomlása. Emlékeztetünk arra, hogy az energia megőrzésének törvényeit és a bomlási lendületet egy, a romló részecske vagy a mag együttes koordinátarendszerében kell írni. A képletek egyszerűsítése érdekében célszerű az ћ = c = 1 egységek rendszerét használni, amelyben az energia, a tömeg és a lendület azonos dimenzióval bír.
Ha az X → A + B bomlástermékek nem viszonylagosak, a bomlástermékek kinetikus energiái nagyon egyszerű módon kapcsolódnak az X részecske és az A és B bomlástermékek többi tömegkülönbségéhez
A radon és a hélium magjainak kinetikus energiáit, amelyek a radium mag α-bomlásából származnak:
226 Ra → 222 Rn + 4 Ő.
A radon és a hélium magjai kinetikus energiáinak kapott értékei indokolják a nemrelativista közelítés alkalmazását. E közelítés érvényességének megítéléséhez nem szükséges kiszámítani a termék sebességét és összehasonlítani őket a fénysebességgel, elég egy részecske kinetikus energiájának és pihenő energiájának összehasonlítása. A Ra 226 radium magjának bomlása során a maximális kinetikus energiát a hélium magja (azaz az a-részecske) veszi el, és ez az energia kevesebb, mint a nukleon pihenő energia 0,5% -a
940 MeV), és rendre, kevesebb, mint 0,15% a többi hélium atommag energiát.
A radon α-bomlása következtében fellépő radonmag (T1 / 2 = 1600 év) szintén az a-bomlást tapasztalja, amelynek felezési ideje T1 / 2 = 3,82 nap.
Probléma 10.1. Számítsd ki az a részecske kinetikus energiáját a 222 Rn → 218 Rn + 4-ben.
δM = δ (222 Rn) -δ (218 Rn) -δ (4-He);
Az ebben a bomlásban fellépő polónium 218 Po magja is bomlik az a részecskék kibocsátásával (féléletideje T1 / 2 = 3,1 perc): 218 Po → 214 Pb + 4 He. Ennek a bomlásnak a terméke - az ólom 214 Pb mag "túlterhelt" neutronokkal (206 Pb ólom stabil, 207 Pb, 208 Pb). Ezért 214 Pb bomlik (T1 / 2 = 27 perc) a β-bomlási csatorna mentén.
Megvizsgáltuk „lánc” olyan funkció a bomlás bomlási nehéz magok. Alakult szintézise során az elemek több mint 10 milliárd évvel ezelőtt, nehéz atommagok bomlása, alkotó ismét instabil atommag. A dezintegrációk stabil elemek kialakulásáig tartanak. A bomlások során a-részecskék és leptonpárok (β-decay) kibocsátásra kerülnek. A α-bomlások Számos nukleonok a magok változik 4. β-bomlások nélkül előfordulhatnak változások A. Ezért, már csak 4 sor (család) radioaktív bomlás nehéz atommagok tömegszáma A = 4n, 4n + 1, 4n + 2, és 4n + 3 (lásd a 3.1 táblázatot).
Radioaktív bomlási sorozat 238 U
Az A = 4n + 1-es családok második csoportjának elsődleges magja gyakorlatilag szétesett a képződést követő időben. A fennmaradó három sorozat bomlása a Föld ügyének radioaktivitásának forrása. A fenti 226 Ra, 222 Rn, 218 Po bomlások a 4n + 2 családba tartoznak.
1. Nukleáris reakció neutronokkal
Mind a neutronok, mind a protonok a magok és a nukleonok közötti erős kölcsönhatásban vesznek részt. Azonban egy neutron, amely nem rendelkezik elektromos töltéssel, nincs Coulomb-gát a nukleáris reakciókban, ezért a nukleáris reakciók különleges szerepet játszanak az alkalmazott nukleáris fizikában a neutronok hatása alatt.
Radioaktív izotópok előállítását orvosi és műszaki célokra a neutronok stabil izotópokkal való besugárzásával valósítják meg. A neutronforrás például egy nukleáris reaktor. Figyelembe kell venni egy radioaktív izotóp gyártását az arany aktiválásának példáján
n + 197 Au → 198 Au + y.
Az így kapott arany izotóp A = 198 radioaktív. A felezési idő felezési ideje T1 / 2 = 2,7 nap 198 Au → 198 Hg + e + e.
Tekintsük az aranymagok 198-as számának változását az idővel, az arany besugárzásának kezdetétől 197:
dN (t) = Inσdt - λN (t) dt,
n + 235 U → 94 Kr + 140 Ba + 2n.
A 235 U (n, f) hasadási reakciók teljes hatásos keresztmetszete a termikus neutronok esetében kb. 580 barn.
10.1. Ábra Az uránizotópok hasadására szolgáló hatásos keresztmetszetek neutrons σ (n, f) neutronok hatására a neutron kinetikus energiájának függvényében. (Logaritmikus skála mindkét tengelyen).
A 238 U izotóp hasadási reakciója küszöbérték, ez az izotóp csak az 1.1 MeV feletti neutronenergiákra oszlik, azaz. "gyors" neutronok. Ennek a hasadási reakciónak a hatásos keresztmetszete azonban sokkal alacsonyabb, mint a 235 U (n, f) hasadási keresztmetszet termikus neutronok hatása alatt (lásd a 10.1 ábrát).
Probléma 10.6. Becsüljük meg a stimulált hasadási reakcióban felszabaduló energiát (10.4). A neutronok kinetikus energiáit, amelyek 235 U hashajtást okoznak, hőnek számítanak.
A reakcióban felszabaduló energia gyakorlatilag megegyezik a bal és a jobb oldali részek magok és neutronok tömegének különbségével (10.4), mivel a termikus neutronok kinetikus energiája (
0,04 eV) az energiamérlegben elhanyagolható:
E = mn + M (235 U) - M (95 Sr) -M (139 Xe) -2mn =
= 8 (235 U) -8 (95 Sr) -8 (139 Xe) -8 (n) =
= (40,92 - (-75,05) - (-75,69) - 8,07) MeV ≈ 183 MeV.
A hasadási folyamat során keletkező neutronok gyorsak. Meg kell lassítani, hogy a termikus mozgás sebessége használandó elosztjuk más magok 235 U - azaz, hogy fenntartsák a láncreakciót. Erre a célra, a felhasznált anyagok, elemekből álló alacsony értékű A. A kisebb A jelentése, annál gyorsabb a neutron lassul (a neutronok lassulási fordul elő a rugalmas neutronszóródási reakcióval retarder sejtmagok). A moderátor egy másik kötelező minősége a tényleges neutronabszorpciós keresztmetszet alacsony értéke. Ezek a követelmények megfelelnek a homogén reaktorokban használt nehézvizeknek. A heterogén reaktorokban a grafitot retarder-ként alkalmazzák. Ebben az esetben a neutronok lassulása a szénmagokon történik. 10.2 táblázat a fő jellemzői a három neutronmoderátor: keresztmetszete a termikus neutron befogási és hosszát lassulás L neutronok a moderátor (L - az út, hogy a vizsgált neutronok a moderátor az átlagos kinetikus energia amelyhez során keletkező hasadási folyamat, hogy a hőenergia ).