Nukleáris támadás nukleáris hasadási energia és nukleáris láncreakció
<--- Энергия деления ядер и цепная ядерная реакция --->
A jellemző a folyamat a nukleáris hasadási urán atomok (vagy plutóniumot) neutronbefogással egyik az, hogy mentén c felszabadulását nagy mennyiségű energiát, ez a folyamat is soprovozhdaetsya azonnali kibocsátási két vagy több neytronov. Ezt az alábbi egyenlettel fejezhetjük ki: az urán-235 atom (vagy plutónium-239) neutron + magja ->
--> maghasadás fragmentumok + 2 (vagy 3) neutron + energia. Osvobozhdayuschiesya neutronokkal viszont okot sposobny más nukleáris hasadási urán atomok (vagy plutóniumot) az új kibocsátási neutronok, amely okozhat egy további maghasadás, és így tovább. Így elvileg egy neutron tudott kezdeni a lánc a maghasadás, és mint látni fogjuk a következő szöveg, a szám ebben a folyamatban a szám a magok és a felszabadult, ugyanakkor egyre nagyobb energiát óriási sebességgel.
Számos különböző lehetőség van arra, hogy egy adott hasadóanyag atomjának magját két fragmensre osszák el, de a hasadási folyamatban felszabaduló energia teljes mennyisége jelentéktelenül változik. Ennek az energianak a megközelítő átlagos értéke 200 millió elektronvolt. A nukleáris reakciók során felszabaduló energia mennyisége kényelmes egység 1 millió elektronvolt (vagy 1 MeV) volt. Ez az érték 1,6 x 10 "Joule-nak felel meg." Az energia eloszlása a hasadagolók és a különböző típusú radioaktív kibocsátások között a hasadási reakcióban az alábbiakban található.
A magok hasadási energiájának megoszlása
MeV
- a hasadványok kinetikus energiája. 165 ± 5
- pillanatnyi gamma sugárzás energiája. 7 ± 1
- a hasadási reakció során keletkező neutronok kinetikus energiája. 5 ± 0,5
- a hasadványtermékek által kibocsátott béta-részecskék energiája. 7 ± 1
- A hasadási termékek által kibocsátott gamma-sugarak energiája. 6 ± 1
- a hasadási termékek által kibocsátott neutronok energiája. 10
A hasadási reakció teljes energiája. 200 ± 6
A táblázatban megadott adatok az urán-233-ra, a 235-es sebre és a plutónium-239-re vonatkoznak. Ezek az egyetlen három ismert elem, amelyek meglehetősen jól megőrzik stabilitásaikat, hosszabb ideig tárolhatók észrevehető bomlás nélkül, és ugyanakkor képesek hasadási reakcióknak alávetni az energiák neutronjainak elfogásával. Következésképpen ezek az elemek az egyetlen olyan hasadóanyagok, amelyek felhasználhatók a hasadási láncreakció fenntartására. Az urán-238 atomok szereplő természetes urán legnagyobb mennyiségben (99,3%), és a tórium-232 atomok hasad befogását neutronok által csak nagy energiájú és alacsony energiájú neutronok megoszlanak. Ezért ezeknél az anyagoknál nem lehet láncreakciót fenntartani. Azonban az elemek magjainak hasadási energiájának eloszlása megegyezik a táblázatban feltüntetett energiával.
Egy nukleáris robbanás során az atommaghasadás energiájának csak töredéke azonnal felszabadul; a maghasadási fragmensek kinetikus energiájából, a jelenlegi gamma-sugárzás energia és a neutronfluxus domináns részéből, valamint a hasadási termékek bomlási energiájának kis részéből áll. Némi kompenzáció van a nukleáris reakciók során felszabaduló energia, melyet a neutrónok maghasadás-fragmensek általi elfogadásával kísérnek; ezért általában feltételezik, hogy az egyes hasadási reakció során körülbelül 180 MeV energiát szabadítanak fel. B 235 g urán-235 (vagy 239 g plutónium-239) 6,02 x 10 "/>
Az 1 kiloton TNT robbanásakor felszabaduló energia egyenértékűek
- 0,056 kg (56 g) hasadóanyag teljes elosztása;
- 1,25 x 10 "/> - 10" /> - 4,2 x 10 "/> - 1,15 x 10" /> - 1,8 x 10 "/>
A nukleáris robbanás energiamennyiségének sebességével kapcsolatos in- ternet adatokat úgy lehet elérni, hogy a nukleáris láncreakció egészét az egyes láncreakciók szakaszainak sorozataként tekintjük. Tegyük fel, hogy kezdetben vannak olyan számú neutronok, amelyeket az eltávolítandó anyag atomjai magok foglalnak le; majd a hasadási reakció során felszabadulnak más neutronok, amelyeket viszont a hasadóanyag atomjai más magjai ragadnak meg. Ennek eredményeképpen egyre több patront szabadítanak fel. A hasadás láncreakciójának minden egyes fázisa a neutronok új generációjának tekinthető, és ezeknek a nemzedékeknek a kialakulási ideje az átlagos idő, amely alatt született. Az atom magjának tényleges elosztásához szükséges idő rendkívül kicsi, és a legtöbb neutron azonnal kibocsátódik. Következésképpen, a kialakulását egy új generációs neutronok lényegében egyenlő az átlagos idő közötti pillanata áramló neutron kibocsátás, valamint annak későbbi Capture pontja atommag hasadóanyag. Más tényezők között ez az idő a neutron energiájától (vagy sebességétől) függ; ha a többség a neutronok viszonylag nagy energiájú, és ebben az esetben hívják őket gyors neutronok, míg a kialakulását egy új generációs neutronok körülbelül egy századmásodperc milliomod másodperc, akkor van egy századrésze mikrosekyndy.
Bár egy atom minden atomjának elosztása két-három neutront szabadít fel, nem minden ilyen neutron okozhat új hasadást; egyesek a reakciókörülményből származnak, míg mások olyan reakciókba lépnek, amelyekhez nem kapcsolódik a maghasadás. Tegyük fel, hogy ha egy neutron egyetlen atom magját elfogja, akkor egy hasadási reakció következik be, amelynek eredményeképpen f neutronok szabadulnak fel; legyen L az egyes hasadási reakciók átlagos értéke, azon neutronok száma, amelyek valamilyen okból nem lépnek be. Ezután a neutronok száma támogatni képes a láncreakció lesz egyenlő f - L. Ha bármikor van N neutronok, ennek eredményeként a Capture által atommagba a hasadóanyag a végén a formáció időszak egy generáció szabadul neutronok N (f - L) neutronok; következésképpen minden új generációban a neutronok számának növekedése N (f-L) -N vagy N (f-L-L) lesz. Az egyszerűség kedvéért x - ben expresszálható a féregionos neutronok számának növekvő f - L - L mennyisége. Ha g a neutronok új generációjának kialakulásának ideje, akkor a neutronok számának növekedési üteme a következőképpen fejezhető ki:
"/> Az egyenlet megoldása kifejezés
"/> - a neutronok kezdeti száma;
N a t időpontban kibocsátott neutronok száma;
"/> Ez a frakció n-ben kifejezve a következő egyenletet kapjuk:". />
Ha az x értéke ismert. akkor a fent említett egyenlet kiszámításához használt számos neutronok által kiadott kialakulását előre meghatározott számú generáció neytronov a nukleáris láncreakció, vagy azt a mennyiségét generált neutronok generációk szükséges vysvobozhdeniya bizonyos elemi részecskék száma. Az urán-235 esetében az f értéke körülbelül 2,5; A t értéke hozzávetőleg 0,5 érték lehet; következésképpen az x értékét. egyenlő f - L - L értékkel megközelítőleg 1 - es. Ezért a fenti egyenlet a következőképpen írható:
A vydeleniya energia egyenértékű, hogy a robbanás 0,1 kilotonna TNT kell, hogy készítsen 1,45 x 10 „/> értéke 1, akkor a fenti egyenletből, hogy, hogy kiadja a kívánt számú neutronok kialakításához szükséges körülbelül 51 generáció neutronok. Hasonlóan elkülöníteni a 100 kilotonna TNT robbanás energiájával egyenértékű energia, akkor 1,45 x 10 "/> lesz
A fenti adatok azt mutatják, hogy a formáció több mint 50 generáción neutronok, azaz alatt kezdetétől nukleáris hasadási láncreakció körülbelül a fele mikroszekundum van allokálva egy ilyen hatalmas mennyiségű energiát, hogy a környezeti hőmérséklet emelkedik, hogy egy rendkívül magas szinten. Ennek eredményeként, a korlátozó szűrőhatás és a nukleáris töltet külső héjba helyezése ellenére, a hasadóanyag tömege gyorsan növekedni kezd. Az idő, amely után ez a terjeszkedés kezdődik, az úgynevezett robbanási idő. Mivel a bővítés hasadóanyag vezet gyorsabb vyletu neutronok a reakció, bizony önfenntartó láncreakció hamarosan leáll, annak ellenére, hogy egy jelentős része a hasadóanyag még mindig nem reagált. Néhány hasadási reakció folytatódik a neutron befogás következtében, de az akkoriban felszabaduló energia mennyisége viszonylag kicsi lesz.
Összefoglalva az eddigieket, megállapítható, hogy mivel a pillanatnyi felszabadulását neutronok a hasadási reakció elvileg lehetséges, hogy megteremtse a feltételeket az előfordulása egy önfenntartó nukleáris láncreakció, amelyet követ egy gyors felszabadulása nagy mennyiségű energiát. Ennek eredményeként lehetőség van arra, használatával több kilogramm hasadóanyag, kiosztani egy kis töredéke egy második azonos mennyiségű energia szabadul fel a robbanás során több ezer tonna TNT-vel. Ez egy atombomba bomlása, amely hasadó anyaggal van felszerelve.