Energia nucleară
Principalele caracteristici ale degradării particulelor și nucleelor au fost discutate la primele seminarii. A fost derivată formula pentru conectarea timpului de înjumătățire T1 / 2. probabilitatea decăderii λ și durata medie de viață τ pentru o particulă sau nucleu care se confruntă cu o descompunere spontană:
De asemenea, s-a arătat că descompunerea în două produse și în trei sau mai multe se caracterizează prin spectre diferite de energie ale produselor de dezintegrare. În cazul degradării în două particule, spectrele produselor de dezintegrare sunt discrete. Un exemplu de astfel de descompuneri este toate decăderile de nuclei. Ne amintim că legile conservării energiei și a impulsului pentru decăderi ar trebui să fie scrise într-un sistem de coordonate asociat cu o particulă sau nucleu degradant. Pentru a simplifica formulele, este convenabil să se folosească sistemul de unități = = c = 1, în care energia, masa și impulsul au aceeași dimensiune.
Dacă produsele de dezintegrare X → A + B sunt nerelativiste, energiile cinetice ale produselor de dezintegrare sunt corelate într-o manieră foarte simplă cu diferența de masă a restului particulei X și a produselor de dezintegrare A și B
Pentru energiile cinetice ale nucleelor de radon și heliu care rezultă din decăderea a nucleului radiului:
226 Ra → 222 Rn + 4 El.
Valorile obținute ale energiilor cinetice ale nucleelor de radon și heliu justifică aplicarea aproximării nerelativiste. Pentru a evalua validitatea acestei aproximări, nu este necesar să se calculeze vitezele produsului și să se compare cu viteza luminii, este suficient să se compare energia cinetică a unei particule cu energia de odihnă. În decăderea nucleului radiului 226 Ra, energia cinetică maximă este transportată de nucleul de heliu (adică, particula α), iar această energie este mai mică de 0,5% din energia de repaus nucleon (
940 MeV) și, în mod corespunzător, mai puțin de 0,15% din energia de odihnă a nucleului de heliu.
Nucleul radonului care apare ca urmare a degradării α a radiului (T1 / 2 = 1600 ani) are, de asemenea, experiență de dezintegrare a cu o durată de înjumătățire T1 / 2 = 3,82 zile.
Problema 10.1. Calculați energia cinetică a particulei α în decăderea 222 Rn → 218 Rn + 4 He.
δM = S (222 Rn) -s (218 Rn) -s (4 He);
Nucleul de poloniu 218 Po care apare în această descompunere se degradează și cu emisia de particule α (timpul său de înjumătățire T1 / 2 = 3,1 min): 218 Po = 214 Pb + 4 He. Produsul acestei degradări - miezul de plumb de 214 Pb este "supraîncărcat" cu neutroni (izotopi stabili ai plumbului 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb). Prin urmare, se descompune 214 Pb (T1 / 2 = 27 minute) de-a lungul canalului de decantare β.
"Lanțul" decăderilor considerate de noi este o caracteristică caracteristică a decăderilor nucleelor grele. Formată în sinteza elementelor cu mai mult de 10 miliarde de ani în urmă, nucleele grele se descompun, formând din nou nuclee instabile. Dezintegrațiile continuă până la formarea elementelor stabile. Degradarea emisiei de alfa-particule și leptoni vapori (β-descompunere). A-dezintegreaza Un număr de nucleoni în nucleele se modifică la 4. beta-dezintegrări apar fără modificări A. Prin urmare, există doar 4 rânduri (familiale) de dezintegrare radioactivă a nucleelor grele cu numere de masă A = 4n, 4n + 1, 4n + 2 și 4n + 3 (a se vedea tabelul 3.1).
Dezintegrarea radioactivă 238 U
Primele nuclee ale celei de-a doua familii cu A = 4n + 1 practic s-au dezintegrat în timpul scurs după formarea lor. Declinul celor trei serii rămase este sursa radioactivității materiei Pământului. Decazările 226 Ra, 222 Rn, 218 Po considerate mai sus aparțin familiei 4n + 2.
1. Reacții nucleare cu neutroni
Atât neutronii cât și protonii participă la interacțiuni puternice cu nucleele și nucleonii. Cu toate acestea, un neutron care nu are o sarcină electrică nu are o barieră Coulomb în reacții nucleare, prin urmare reacțiile nucleare joacă un rol special în fizica nucleară aplicată sub acțiunea neutronilor.
Producția de izotopi radioactivi în scopuri medicale și tehnice se realizează prin iradierea neutronilor cu izotopi stabili. Sursa de neutroni este, de exemplu, un reactor nuclear. Luați în considerare producerea unui izotop radioactiv prin exemplul activării aurului
n + 197 Au → 198 Au + y.
Izotopul de aur rezultat cu A = 198 este radioactiv. Se descompune cu un timp de înjumătățire T1 / 2 = 2,7 zile 198 Au → 198 Hg + e + e.
Să luăm în considerare schimbarea în timp a numărului de nuclee de aur 198, începând cu momentul începutului iradierii aurului 197:
dN (t) = Inddt - λN (t) dt,
n + 235 U → 94 Kr + 140 Ba + 2n.
Secțiunea transversală efectivă totală pentru reacțiile de fisiune de 235 U (n, f) pentru neutronii termici este de aproximativ 580 barn.
Fig.10.1 Secțiuni transversale efective pentru fisiunea izotopilor de uraniu sub acțiunea neutronilor σ (n, f) ca funcție a energiei cinetice a unui neutron. (Scara logaritmică pe ambele axe).
Reacția de fisiune a izotopului 238 U este un prag, acest izotop este împărțit numai la energiile neutronice de peste 1,1 MeV, adică "repede" neutroni. Cu toate acestea, secțiunea transversală efectivă a acestei reacții de fisiune este mult mai mică decât secțiunea de fisiune 235 U (n, f) sub acțiunea neutronilor termici (vezi Figura 10.1).
Problema 10.6. Estimați energia eliberată în reacția de fisiune stimulată (10.4). Energiile cinetice ale neutronilor care produc fisiune de 235 U sunt considerate termice.
Energia eliberată în reacție coincide practic cu diferența dintre masa de odihnă a nucleelor și a neutronilor din părțile stângi și drepte (10.4), deoarece energia cinetică a neutronilor termici (
0,04 eV) în bilanțul energetic poate fi neglijat:
E = mn + M (235 U) - M (95 Sr) - M (139 Xe) - 2 mn =
= δ (235 U) - δ (95 Sr) - δ (139 Xe) - δ (n) =
= (40,92 - (-75,05) - (-75,69) - 8,07) MeV ≈ 183 MeV.
Născut în neutroni de fisiune - rapid. Ei trebuie să încetinească la viteza de mișcare termică care trebuie utilizată pentru împărțirea altor miezuri 235 U - adică pentru a menține reacția în lanț. În acest scop, materialele folosite, constând din elemente cu o valoare scăzută A. Mai mici A este, mai rapid neutronului încetinirea (neutronilor decelerare apare în elastici difuzia cu neutroni nucleele retardant de reacție). O altă calitate esențială a moderatorului este o valoare scăzută a secțiunii transversale efective a absorbției de neutroni. Aceste cerințe corespund apei grele, care este utilizat în reactoare omogene. În reactoare eterogene într-un moderator de grafit. In acest caz, moderarea neutronilor apare la nucleele de carbon. Tabelul 10.2 sunt principalele caracteristici ale celor trei moderatori neutronice: secțiuni transversale de captură a neutronilor și lungimea decelerație termice neutroni L in moderator (L - calea pe care testată neutroni moderator energiei cinetice medii cu care sunt produse în timpul procesului de fisiune, la energia termică ).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: