A atommaghasadás a nehéz atom felosztása két, körülbelül azonos tömegű fragmentumra, nagy mennyiségű energia felszabadulásával.
A maghasadás felfedezése új korszakot kezdett -"Atomi életkor." Az esetleges felhasználásának lehetősége és a kockázatnak a felhasználás szempontjából való aránya nemcsak szociológiai, politikai, gazdasági és tudományos eredményekhez vezetett, hanem súlyos problémákhoz is vezetett. Még tisztán tudományos szempontból is a nukleáris hasadási folyamat számos rejtvényt és komplikációt hozott létre, és teljes elméleti magyarázata a jövő kérdése.
A különböző magok kötési energiái (nukleononként) különböznek. A nehezebb kötési energia alacsonyabb, mint a periódusos rendszer közepén.
Ez azt jelenti, hogy a nehéz magok, amelyekbenAz atomi szám nagyobb, mint 100, előnyös, ha két kisebb fragmentumra osztjuk, és ezzel energiát szabadítunk fel, amely a fragmensek kinetikus energiájá alakul. Ezt a folyamatot nevezik az atommag maghasadásának.
A stabilitási görbével összhangban, amelymutatja a protonok számának a neutronok számától való függését stabil nuklidok esetén, a nehezebb magok nagyobb számú neutronot részesítenek előnyben (a protonok számához képest), mint a könnyebbeknél. Ez arra utal, hogy a hasadási folyamat mellett néhány "tartalék" neutron is kibocsátásra kerül. Ezen felül ők is felveszik a felszabadult energia egy részét. Az uránium atommagjának hasadási vizsgálata kimutatta, hogy ebben az esetben 3-4 neutron szabadul fel: 238U → 145La + 90Br + 3n.
A fragmens atomszáma (és atomtömege) nem azonosa szülő atomtömegének fele. A hasítás eredményeként képződött atomtömeg közötti különbség általában körülbelül 50. Igaz, ennek oka még nem teljesen tisztázott.
Kommunikációs energiák 238Y, 145La és 90Br értéke 1803, 1198 és 763 MeV. Ez azt jelenti, hogy ennek a reakciónak az eredményeként az uránmag hasadási energiája felszabadul, egyenlő: 1198 + 763-1803 = 158 MeV.
A spontán hasítási folyamatok a természetben ismertek, de ezek nagyon ritkák. Ennek a folyamatnak az átlagos élettartama körülbelül 1017 év, és például ugyanazon radionuklid alfa-bomlásának átlagos élettartama körülbelül 1011 éves.
Ennek oka rendben vankét részre történő felosztáshoz a magot először deformálódásnak (nyújtásnak) kell alávetni ellipszis alakúvá, majd a két részre történő végleges felosztás előtt „nyakot” alkotni a közepén.
Deformált állapotban kettőerők. Az egyik a megnövekedett felületi energia (a folyadékcseppek felületi feszültsége magyarázza gömb alakját), a másik pedig a hasadékfragmensek közötti Coulomb-taszítás. Együtt potenciális akadályt képeznek.
Mint az alfa-bomlásnak isaz uránatom atommagjának spontán hasadásakor a fragmentumoknak kvantum-alagút segítségével meg kell küzdeniük ezt a gátat. A gát értéke körülbelül 6 MeV, mint az alfa-bomlás esetén, de az α-részecske alagútjának valószínűsége sokkal nagyobb, mint a sokkal nehezebb atom hasítási terméknél.
Sokkal valószínűbb, hogy indukálódikurán hasadás. Ebben az esetben az anyamagot neutronokkal besugározzák. Ha a szülő abszorbeálja, akkor kötődnek, és felszabadítják a kötési energiát olyan vibrációs energia formájában, amely meghaladhatja a 6 MeV-t, és amely szükséges a potenciális gát leküzdéséhez.
Ahol a kiegészítő neutron energiájanem elegendő a potenciális gát leküzdéséhez, a beeső neutronnak minimális kinetikus energiájúnak kell lennie ahhoz, hogy képes legyen az atomok megosztására. Abban az esetben, ha 238U A további neutronok kötési energiája nem elég 1 MeV körül. Ez azt jelenti, hogy az uránmag hasadását csak egy neutron indukálja, amelynek kinetikus energiája meghaladja az 1 MeV-t. Másfelől izotóp 235U-nak van egy páron kívüli neutronja.Amikor a mag felszívja a kiegészítőt, párt képez vele, és ennek a párosításnak köszönhetően további kötési energia jelenik meg. Ez elegendő ahhoz, hogy felszabadítson egy olyan energiát, amely a mag számára lehetővé teszi a potenciális gát leküzdését, és az izotóp hasadása bármilyen neutronnal való ütközés során megtörténik.
Bár a hasadási reakcióhárom vagy négy neutront bocsátanak ki, a fragmensek még mindig több neutronot tartalmaznak, mint stabil izotóruk. Ez azt jelenti, hogy a hasítási fragmentumok általában instabilok a béta-bomlás szempontjából.
Például, ha uránhasadás történik 238U, A = 145 stabil izobár neodímium 145Nd, ami a lantán-fragmenst jelenti 145A La három szakaszban bomlik, minden alkalommal elektronokat és antineutrinokat bocsátva ki, amíg stabil nuklid képződik. A stabil izobár, amelynek A = 90, cirkónium 90Zr, tehát a bróm hasadás szilánk 90A Br β-bomlási lánc öt lépésében bomlik.
Ezek a β-bomlásláncok további energiát bocsátanak ki, amelyet szinte mindegyik elektronok és antineutrinos elvisel.
Túl sok neutron közvetlen emissziója egy nuklidbólezek közül sok a kernel stabilitásának biztosítása érdekében valószínűtlen. A lényeg itt az, hogy nincs Coulomb-taszítás, ezért a felszíni energia hajlamos megtartani a neutront a szülővel kapcsolatban. Néha azonban megtörténik. Például a hasadási fragmentum 90A béta-bomlás első szakaszában a Br termelkripton-90, amelyet elegendő energiával lehet energiálni a felszíni energia leküzdéséhez. Ebben az esetben a neutronok kibocsátása közvetlenül a kripton-89 képződésekor fordulhat elő. Ez az izobár továbbra is instabil a β-bomlás szempontjából, amíg stabil ittrium-89-re nem alakul át, így a kripton-89 három szakaszban bomlik.
A hasadási reakcióban kibocsátott neutronok,felszívódhat egy másik szülőmag, amely önmagában indukált megosztáson megy keresztül. Az urán-238 esetében a felbukkanó három neutron kevesebb energiával rendelkezik, mint 1 MeV (az uránmag hasadása során felszabaduló energia - 158 MeV - főleg a hasadási fragmentumok kinetikus energiájá alakul át), ezért nem okozhatják a nuklid további hasadását. Ennek ellenére a ritka izotóp jelentős koncentrációjánál 235U ezeket a szabad neutronokat elfoghatják a magok 235U, ami valóban hasadást okozhat, mivel ebben az esetben nincs olyan energiaküszöb, amely alatt a hasadás nem indukálódik.
Ez a láncreakció alapelve.
Legyen k a keletkező neutronok számaa lánc n szakaszában lévő hasadóanyagból vett mintát osztva az n - 1 szakaszban előállított neutronok számával. Ez a szám attól függ, hogy az n - 1 szakaszban előállított neutronok hányszor abszorbeálódnak egy atommagban, amely kényszerített hasadásra képes.
• Ha k <1, akkor a láncreakció egyszerűen kioldódik, és a folyamat nagyon gyorsan leáll. Pontosan ez történik a természetes uránércben, amelyben a koncentráció 235Az U olyan kicsi, hogy az egyik neutron abszorpciójának valószínűsége ezen izotóp révén rendkívül elhanyagolható.
• Ha k> 1, akkor a láncreakció növekszikamíg az összes hasadó anyag kimerül (atombomba). Ezt a természetes érc dúsításával érik el, hogy kellően magas urán-235-koncentrációt kapjanak. Gömbmintánál k értéke növekszik a neutron abszorpció valószínűségének növekedésével, amely a gömb sugárától függ. Ezért az U tömegének meg kell haladnia egy bizonyos kritikus tömeget az uránmagok hasadásának (láncreakció) bekövetkezéséhez.
• Ha k = 1, akkor ellenőrzött reakció zajlik.Atomreaktorokban használják. A folyamatot a kadmium vagy bór rudak eloszlása uralmában szabályozza, amelyek a neutronok nagy részét elnyelik (ezek az elemek képesek elfogni a neutronokat). Az uránmagos hasadást a rudak mozgatásával automatikusan vezérlik úgy, hogy k értéke megegyezzen az egységgel.
