Mgawanyiko wa kiini ni mgawanyiko wa atomi nzito katika vipande viwili vya uzito takriban sawa, unaoambatana na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha nishati.
Ugunduzi wa mpasuko wa nyuklia ulianza enzi mpya - "zama za atomiki". Uwezo wa matumizi yake iwezekanavyo na uwiano wa hatari ya kufaidika kutokana na matumizi yake sio tu kuzalisha mafanikio mengi ya kijamii, kisiasa, kiuchumi na kisayansi, lakini pia matatizo makubwa. Hata kwa mtazamo wa kisayansi tu, mchakato wa mgawanyiko wa nyuklia umeunda idadi kubwa ya mafumbo na matatizo, na maelezo kamili ya kinadharia yake ni suala la siku zijazo.
Kushiriki kuna faida
Nishati za kufunga (kwa kila nukleoni) hutofautiana kwa viini tofauti. Nzito zina nguvu za chini za kufunga kuliko zile zilizo katikati ya jedwali la muda.
Hii ina maana kwamba viini vizito vilivyo na nambari ya atomiki kubwa zaidi ya 100 vinanufaika kwa kugawanyika katika vipande viwili vidogo, hivyo basi kutoa nishati ambayokubadilishwa kuwa nishati ya kinetic ya vipande. Mchakato huu unaitwa mgawanyiko wa kiini cha atomiki.
Kulingana na mkunjo wa uthabiti, ambao unaonyesha utegemezi wa idadi ya protoni kwa idadi ya nyutroni kwa nyuklidi thabiti, nuklei nzito hupendelea neutroni nyingi (ikilinganishwa na idadi ya protoni) kuliko nyepesi. Hii inapendekeza kwamba pamoja na mchakato wa kugawanyika, baadhi ya neutroni "za ziada" zitatolewa. Kwa kuongeza, watachukua pia baadhi ya nishati iliyotolewa. Utafiti wa mgawanyiko wa nyuklia wa atomi ya urani ulionyesha kuwa nyutroni 3-4 hutolewa: 238U → 145La + 90Br + 3n.
Nambari ya atomiki (na uzito wa atomiki) ya kipande si sawa na nusu ya uzito wa atomiki ya mzazi. Tofauti kati ya wingi wa atomi zinazoundwa kutokana na kugawanyika kwa kawaida ni takriban 50. Hata hivyo, sababu ya hii bado haijaeleweka kikamilifu.
Nguvu za kumfunga 238U, 145La na 90Br ni 1803, 1198 na 763 MeV, mtawalia. Hii ina maana kwamba kutokana na mmenyuko huu, nishati ya fission ya kiini cha uranium hutolewa, sawa na 1198 + 763-1803=158 MeV.
Mpasuko wa papohapo
Michakato ya mgawanyiko wa pekee hujulikana katika asili, lakini ni nadra sana. Wastani wa maisha ya mchakato huu ni takriban miaka 1017, na, kwa mfano, wastani wa maisha ya kuoza kwa alpha ya radionuclide sawa ni takriban 1011 miaka.
Sababu ya hii ni kwamba ili kugawanyika katika sehemu mbili, punje lazimakwanza pitia mgeuko (nyoosha) kuwa umbo la duaradufu, na kisha, kabla ya mgawanyiko wa mwisho katika vipande viwili, tengeneza "shingo" katikati.
Kizuizi kinachowezekana
Katika hali ya ulemavu, nguvu mbili hufanya kazi kwenye msingi. Mmoja wao ni nishati ya uso iliyoongezeka (mvutano ya uso wa tone la kioevu inaelezea sura yake ya spherical), na nyingine ni kukataa kwa Coulomb kati ya vipande vya fission. Kwa pamoja huleta kizuizi kinachowezekana.
Kama ilivyo kwa uozo wa alpha, ili mgawanyiko wa moja kwa moja wa kiini cha atomi ya urani kutokea, vipande lazima vishinde kizuizi hiki kwa kutumia tunnel ya quantum. Kizuizi ni takriban MeV 6, kama ilivyo kwa kuoza kwa alpha, lakini uwezekano wa tunnel ya chembe ya α ni mkubwa zaidi kuliko ule wa bidhaa nzito zaidi ya mgawanyiko wa atomi.
Kugawanyika kwa lazima
Uwezekano mkubwa zaidi ni mgawanyiko wa kiini cha uranium. Katika kesi hii, kiini cha mzazi huwashwa na neutroni. Mzazi akiinyonya, huifunga, ikitoa nishati inayofunga katika mfumo wa nishati ya mtetemo inayoweza kuzidi MeV 6 inayohitajika ili kushinda kizuizi kinachowezekana.
Ambapo nishati ya neutroni ya ziada haitoshi kushinda kizuizi kinachowezekana, nitroni ya tukio lazima iwe na nishati ya kinetiki ya chini kabisa ili kuweza kushawishi mgawanyiko wa atomi. Kwa upande wa 238U bondi ya ziada ya nishatineutroni hazipo takriban 1 MeV. Hii ina maana kwamba mpasuko wa kiini cha uranium huchochewa tu na neutroni yenye nishati ya kinetic kubwa kuliko 1 MeV. Kwa upande mwingine, isotopu 235U ina neutroni moja ambayo haijaoanishwa. Wakati kiini kinachukua moja ya ziada, huunda jozi nayo, na kutokana na kuunganisha hii, nishati ya ziada ya kumfunga inaonekana. Hii inatosha kutoa kiasi cha nishati muhimu kwa kiini kushinda kizuizi kinachowezekana na mpasuko wa isotopu hutokea wakati wa kugongana na neutroni yoyote.
Kuoza kwa Beta
Licha ya ukweli kwamba mmenyuko wa mtengano hutoa neutroni tatu au nne, vipande bado vina neutroni nyingi kuliko isoba zao thabiti. Hii inamaanisha kuwa vipande vya mgawanyiko kwa ujumla si dhabiti dhidi ya uozo wa beta.
Kwa mfano, mtengano wa uranium unapotokea 238U, isobar thabiti yenye A=145 ni neodymium 145Nd, ambayo ina maana kwamba kipande cha lanthanum 145La huharibika katika hatua tatu, kila wakati ikitoa elektroni na antineutrino, hadi nuclide thabiti itengenezwe. Isobar thabiti yenye A=90 ni zirconium 90Zr, kwa hivyo kipande cha bromini kinachogawanyika 90Br huharibika katika hatua tano za mnyororo wa kuoza beta.
Minyororo hii ya β-decay hutoa nishati ya ziada, karibu yote ambayo hubebwa na elektroni na antineutrino.
Mitikio ya nyuklia: mpasuko wa viini vya urani
Mionzi ya moja kwa moja ya nyutroni kutoka kwenye nuclide yenye piaidadi kubwa yao ili kuhakikisha uthabiti wa kernel hauwezekani. Hoja hapa ni kwamba hakuna msukumo wa Coulomb, na kwa hivyo nishati ya uso huelekea kuweka nyutroni katika uhusiano na mzazi. Walakini, hii wakati mwingine hufanyika. Kwa mfano, kipande cha mtengano 90Br katika hatua ya kwanza ya uozo wa beta hutoa kryptoni-90, ambayo inaweza kuwa katika hali ya msisimko ikiwa na nishati ya kutosha kushinda nishati ya uso. Katika kesi hii, utoaji wa neutroni unaweza kutokea moja kwa moja na malezi ya krypton-89. Isobar hii bado haina uthabiti kuoza β hadi ibadilike kuwa yttrium-89 thabiti, kwa hivyo krypton-89 huharibika kwa hatua tatu.
Mpasuko wa Uranium: mmenyuko wa mnyororo
Neutroni zinazotolewa katika mmenyuko wa mtengano zinaweza kufyonzwa na kiini kingine cha mzazi, ambacho chenyewe hupitia mgawanyiko uliosababishwa. Kwa upande wa uranium-238, neutroni tatu zinazozalishwa hutoka na nishati ya chini ya 1 MeV (nishati iliyotolewa wakati wa mgawanyiko wa kiini cha uranium - 158 MeV - inabadilishwa hasa kuwa nishati ya kinetic ya vipande vya fission.), kwa hivyo hawawezi kusababisha mgawanyiko zaidi wa nuclide hii. Hata hivyo, kukiwa na mkusanyiko mkubwa wa isotopu adimu 235U, neutroni hizi zisizolipishwa zinaweza kunaswa na viini 235U, ambayo inaweza kusababisha mgawanyiko, kwa kuwa katika kesi hii, hakuna kizingiti cha nishati chini yake ambacho mgawanyiko haushawishiwi.
Hii ndiyo kanuni ya msururu wa majibu.
Aina za athari za nyuklia
Hebu k iwe idadi ya neutroni zinazozalishwa katika sampuli ya nyenzo nyutroni katika hatua n ya mnyororo huu, ikigawanywa na idadi ya neutroni zinazozalishwa katika hatua n - 1. Nambari hii itategemea ni neutroni ngapi zinatolewa hatua n - 1, humezwa na kiini, ambacho kinaweza kupitia mgawanyiko wa lazima.
• Ikiwa k < ni 1, basi majibu ya mnyororo yatapungua kwa urahisi na mchakato utakoma haraka sana. Hiki ndicho hasa kinachotokea katika madini asilia ya uranium, ambapo mkusanyiko wa 235U ni mdogo sana hivi kwamba uwezekano wa kufyonzwa kwa moja ya nyutroni kwa isotopu hii ni mdogo sana.
• Ikiwa k > 1, basi mmenyuko wa mnyororo utakua hadi nyenzo zote za fissile zitumike (bomu la atomiki). Hii inafanikiwa kwa kurutubisha madini asilia ili kupata ukolezi wa kutosha wa uranium-235. Kwa sampuli ya duara, thamani ya k huongezeka kwa ongezeko la uwezekano wa kunyonya kwa neutroni, ambayo inategemea radius ya tufe. Kwa hivyo, uzito wa U lazima uzidi kiasi fulani muhimu ili mgawanyiko wa viini vya uranium (mwitikio wa mnyororo) kutokea.
• Ikiwa k=1, basi majibu yanayodhibitiwa hufanyika. Hii inatumika katika vinu vya nyuklia. Mchakato huo unadhibitiwa kwa kusambaza vijiti vya cadmium au boroni kati ya uranium, ambayo hufyonza neutroni nyingi (vipengele hivi vina uwezo wa kunasa nyutroni). Mpasuko wa kiini cha urani hudhibitiwa kiotomatiki kwa kusogeza vijiti ili thamani ya k ibaki sawa na moja.
