Цөмийн урвалын томъёо. Цөмийн урвал

Бага үед (< 1 МэВ), средних (1-100 МэВ) и высоких (>100 МэВ) эрчим хүч. Ялгаа нь хөнгөн цөмд (зорилтот бөөм А< 50), ядрах ср. массы (50 < А < 100) и тяжелых ядрах (А > 100).
I Хэрэв түүнд оролцож буй хоёр бөөмс нь цөмийн диаметрээс бага зайд (ойролцоогоор 10-13 см), өөрөөр хэлбэл цөмийн харилцан үйлчлэлийн хүч үйлчлэх зайд ойртож байвал цөмийн үүсч болно. цөмийг бүрдүүлэгч нуклонуудын хооронд. Хэрэв хоёулаа оролцогчид цөмийн бөөмсБөмбөгдөлт ба зорилтот цөм хоёулаа эерэг цэнэгтэй байдаг тул хоёр эерэг бөөмийн түлхэлтийн хүчээр бөөмс ойртохоос сэргийлдэг. цэнэгтэй бөгөөд бөмбөгдөж буй бөөм нь гэгдэх зүйлийг даван туулах ёстой. Кулоны боломжит саад. Энэ саадын өндөр нь бөмбөгдөж буй бөөмийн цэнэг болон зорилтот цөмийн цэнэгээс хамаарна. Дундажаар хариулах цөмийн хувьд. -ийн утгууд ба бөөмсийг +1 цэнэгтэй бөмбөгдөж байх үед саадны өндөр нь ойролцоогоор байна. 10 МэВ. Хэрэв цэнэггүй бөөмс () цөмийн процесст оролцвол Кулоны боломжит саад байхгүй бөгөөд цөмийн урвал нь бөөмсийн оролцоотойгоор үргэлжилж болно. дулааны энерги(өөрөөр хэлбэл дулааны чичиргээнд тохирсон энерги).
Цөмийн цөмүүд нь зорилтот цөмийг осолдсон бөөмсөөр бөмбөгдсөний үр дүнд биш, харин хатуу биет эсвэл гадаргуу дээр байрлах бөөмүүдийн хэт хүчтэй нэгдлээс (өөрөөр хэлбэл цөмийн диаметртэй харьцуулах боломжтой зайд ойртож) үүсдэг. (жишээлбэл, ууссан бөөмүүдийн оролцоотойгоор); Одоогийн байдлаар (1995) ийм цөмийн ("хүйтэн термоядролын нэгдэл") хэрэгжүүлэх талаар найдвартай мэдээлэл алга байна.
I Цөм нь ердийн химийн нэгэн адил байгалийн ерөнхий хуулиудад захирагддаг. r-tion (мөн энерги, цэнэгийн хадгалалт, импульс). Үүнээс гадна цөмийн урвалын явцад тодорхой өвөрмөц нөлөөлөл үүсдэг. химид байдаггүй хуулиуд. р-ионууд, жишээлбэл, барион цэнэгийн хадгалагдах хууль (барионууд хүнд).
Плутонийн байг цөмөөр цацрагаар цацах үед Пу цөм Ку бөөм болж хувирах жишээнд цөмийн цөмийг бичиж болно.

Энэ бичлэгээс харахад зүүн ба баруун талын цэнэгийн нийлбэр (94 + 10 = 104) ба нийлбэрүүд (242 + 22 = 259 + 5) хоорондоо тэнцүү байна. Учир нь химийн тэмдэг элемент нь түүний at-ыг тодорхой зааж өгдөг. тоо (цөмийн цэнэг), дараа нь бөөмсийн цэнэгийн цөмийн утгыг бичихдээ тэдгээрийг ихэвчлэн заадаггүй. Ихэнхдээ цөмийнх нь богино бичигдсэн байдаг. Ийнхүү 14 N цөмийн цацрагийн үед 14 С-ийн цөмийн үүсэхийг дараах байдлаар тэмдэглэв. арга зам: 14 N(n, p) 14 C.
Хаалтанд эхлээд бөмбөгдөж буй тоосонцор эсвэл квант, дараа нь таслалаар тусгаарлагдсан гэрлийн бөөмс эсвэл квантыг заана. Энэхүү бичлэгийн аргын дагуу (n, p), (d, p), (n, 2n) болон бусад цөмийн хэсгүүдийг ялгадаг..
Ижил бөөмс мөргөлдөх үед цөмийн бөөмсүүд салж болно. арга замууд. Жишээлбэл, хөнгөн цагааны объектыг цацрагаар цацах үед ул мөр гарч болно. цөмийн: 27 А1(n,) 28 А1, 27 А1(n, n) 27 А1, 27 А1(n, 2n) 26 А1, 27 А1(n, p) 27 Mg, 27 Al(n,) 24 Na ба гэх мэт мөргөлдөж буй бөөмсийн цуглуулгыг гэнэ. цөмийн оролтын суваг, цөмийн нэгний үр дүнд үүссэн бөөмс нь гаралтын сувгийг бүрдүүлдэг.
I энерги ялгарах ба шингээх үед цөмийн урвал үүсч болно Q. Хэрэв in ерөнхий үзэлЦөмийг A(a, b)B гэж бичвэл иймийн хувьд цөмийн эрчим хүчтэнцүү байна: Q = [(M A + M a) - (M b + M b)] x c 2, энд M нь оролцсон цөмийн бөөмсийн масс; c нь гэрлийн хурд юм. Практикт deltaM утгыг ашиглах нь илүү тохиромжтой байдаг (харна уу), дараа нь Q-г тооцоолох илэрхийлэл нь дараах хэлбэртэй байна: тохиромжтой байх үүднээс үүнийг ихэвчлэн килоэлектронвольтоор илэрхийлдэг (кеВ, 1 аму = 931501.59 кеВ = 1.492443 x). 10-7 кЖ).
Цөмийн энерги дагалддаг энергийн өөрчлөлт нь химийн урвалын үед ялгарсан эсвэл шингэсэн энергиэс 10 6 дахин их байж болно. r-tions. Тиймээс цөмийн цөмийн үед харилцан үйлчлэлцдэг цөмийн массын өөрчлөлт мэдэгдэхүйц болдог: ялгарсан эсвэл шингэсэн энерги нь цөмийн бөөмийн өмнөх ба дараах бөөмсийн массын нийлбэрийн зөрүүтэй тэнцүү байна. Цөмийн энергийг хэрэгжүүлэх явцад асар их хэмжээний энерги ялгарах боломж нь цөмийн үндэс суурь юм (харна уу). Цөмийн урвалд оролцож буй бөөмсийн энерги хоорондын хамаарал, түүнчлэн үүссэн бөөмсүүд хоорондоо нисэх өнцгийн хоорондын хамаарлыг судлах нь цөмийн физикийн нэг салбар болох цөмийн урвалын кинематикийг бүрдүүлдэг.

Цөмийн гаралт,өөрөөр хэлбэл, зорилтот нэгжийн талбайд (1 см 2) унасан цөмийн тоосонцрын тоо, бөөмийн тоонд харьцуулсан харьцаа нь ихэвчлэн 10 -6 -10 -3-аас хэтрэхгүй байна. Нимгэн зорилтот объектуудын хувьд (хялбараар бол нимгэн байг бай гэж нэрлэж болно, түүгээр дамжин өнгөрөх үед бөмбөгдөж буй бөөмсийн урсгал мэдэгдэхүйц сулрахгүй) цөмийн гарц нь зорилтот гадаргуугийн 1 см 2-т унасан хэсгүүдийн тоотой пропорциональ байна. байны 1 см 2-т агуулагдах цөмийн тоо, мөн үр дүнтэй цөмийн хөндлөн огтлолын утга. Ийм хүчтэй бөөмсийг цөмийн реактор болгон ашиглаж байсан ч дүрмээр бол 1 цагийн дотор цөөн хэдэн ширхэгийг олж авах боломжтой. мг шинэ цөм агуулсан. Ихэвчлэн нэг буюу өөр цөмийн байгууламжаас олж авсан бодисын масс мэдэгдэхүйц бага байдаг.

Бөмбөлөг бөмбөгдөлт.Цөмийн урвал явуулахын тулд n, p, дейтерон d, тритон т, бөөмс, хүнд (12 С, 22 Не, 40 Ар гэх мэт), e квантуудыг ашигладаг. Цөмийн үйл ажиллагаа явуулах эх үүсвэр (харна уу) нь: металлын холимог. байх ба тохиромжтой ялгаруулагч, ж.нь. 226 Ra (ампулын эх үүсвэр гэж нэрлэгддэг), нейтрон генераторууд, цөмийн реакторууд. Ихэнх тохиолдолд цөмийн энерги бага эрчим хүч (дулааны) хувьд илүү өндөр байдаг тул урсгалыг зорилтот чиглэлд чиглүүлэхээс өмнө бусад материалыг ашиглан ихэвчлэн удаашруулдаг. Удаан суурьтай тохиолдолд. Бараг бүх цөмийн үйл явц нь цацраг туяа авах явдал юм - цөмийн төрөл, учир нь цөмийн Кулон саад нь бөөмсийг гадагшлуулахаас сэргийлдэг. Нөлөөллийн дор гинжин урсгал үүсдэг.
Бөмбөлөг, дэйтерон гэх мэт эерэг зөөвөрлөгч болгон ашигласан бол. цэнэгтэй бол бөмбөгдөж буй бөөмийг задралын тусламжтайгаар өндөр энерги (хэдэн арван МэВ-ээс хэдэн зуун ГэВ хүртэл) хүртэл хурдасгадаг. хурдасгуурууд. Энэ нь цэнэглэгдсэн бөөм нь Кулоны боломжит саадыг даван туулж, цацрагийн цөмд ороход зайлшгүй шаардлагатай. Эерэг цэнэгтэй тоосонцор бүхий байг цацрагаар цацах үед макс. Дейтроныг ашиглан цөмийн гарцыг олж авдаг. Энэ нь дейтрон дахь холбох энерги харьцангуй бага, үүний дагуу ба хоорондын зай их байдагтай холбоотой юм.
Дейтроныг бөмбөгдөх бөөмс болгон ашиглах үед зөвхөн нэг нуклон нь цацрагийн цөмд нэвтрэн ордог - эсвэл дейтроны цөмийн хоёр дахь нуклон цааш нисдэг, ихэвчлэн осолдсон дейтеронтой ижил чиглэлд нисдэг. Осолдсон бөөмсийн харьцангуй бага энерги (1-10 МэВ) дээр дейтерон ба хөнгөн цөмүүдийн хооронд цөмийн туршилт хийснээр өндөр үр дүнтэй хөндлөн огтлолд хүрч болно. Тиймээс дейтронуудын оролцоотой цөмийн цөмийг зөвхөн хурдасгуур дээр хурдасгасан дейтроныг ашиглахаас гадна харилцан үйлчлэгч цөмийн хольцыг ойролцоогоор температурт халаах замаар хийж болно. 10 7 K. Ийм цөмийн бодисыг термоядрол гэдэг. IN байгалийн нөхцөлтэдгээр нь зөвхөн оддын гүнд л тохиолддог. Дэлхий дээрх термоядролын r-ионууд нь,

Сэдвүүд Улсын шалгалтын нэгдсэн кодлогч : цөмийн урвал, цөмийн хуваагдал, нэгдэл.

Өмнөх товхимолд бид атомын цөмийг түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хуваах талаар олон удаа ярьсан. Гэвч бодит байдал дээр үүнийг хэрхэн хэрэгжүүлэх вэ? Юуны үр дүнд физик үйл явцгол нь эвдэрч болох уу?

Өөрчлөлтийн цацраг идэвхт задралын ажиглалт гадаад нөхцөл- тухайлбал, хэзээ янз бүрийн дарамтболон температур, цахилгаан ба соронзон орон- цацраг идэвхт задралын хурд нь эдгээр нөхцлөөс хамаардаггүй болохыг харуулсан. Өөрчлөлт байхгүй химийн элементүүдЭдгээр бүх хүчин зүйлүүд нь бие биенээ өдөөх чадваргүй байдаг. Мэдээжийн хэрэг, энд байгаа энергийн өөрчлөлтүүд нь атомын цөмд нөлөөлөхөд хэтэрхий бага байдаг - яг л тоосгон байшинг дамжин өнгөрөх салхи түүнийг устгаж чадахгүй.

Гэхдээ та байшинг их бууны сумаар устгаж чадна. 1919 онд Рутерфорд тэр үед байсан хамгийн хүчирхэг "бүрхүүлүүдийг" ашиглахаар шийджээ. Эдгээр нь ураны цацраг идэвхт задралын үед 5 МэВ орчим энерги ялгаруулсан бөөмс байв. (Таны санаж байгаагаар эдгээр нь түүний найман жилийн өмнө алдартай туршилтуудынхаа үеэр алтан ялтастай цаасыг бөмбөгдөж байсан сумнууд юм. гаригийн загваратом.)

Эдгээр туршилтуудад алтыг бусад химийн элемент болгон хувиргах нь ажиглагдаагүй нь үнэн. Алтны цөм нь өөрөө маш хүчтэй бөгөөд маш олон протон агуулдаг; тэдгээр нь хүчтэй Кулоны талбайг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь бөөмсийг түлхэж, цөмд хэт ойртохоос сэргийлдэг. Гэхдээ цөмийг задлахын тулд сум нь цөмд маш их ойртох ёстой тул цөмийн хүч идэвхждэг! За, олон тооны протонууд саад болж байгаа тул цөөхөн протонтой хөнгөн цөм авах хэрэгтэй болов уу?

Рутерфорд азотын цөмийг бөмбөгдөж, үүний үр дүнд физикийн түүхэнд анхных болсон. цөмийн урвал:

(1)

(1)-ийн баруун талд бид харж байна урвалын бүтээгдэхүүн- хүчилтөрөгч ба протоны изотоп.

Цөмийн урвалыг судлахын тулд өндөр энергитэй сумны тоосонцор хэрэгтэй болох нь тодорхой болов. Энэ боломжийг олгож байна хурдасгууруудэнгийн бөөмс. Хурдасгуур нь байгалийн "цацраг идэвхит буу"-аас хоёр ноцтой давуу талтай.

1. Хурдасгагч нь ямар ч цэнэгтэй бөөмсийг хурдасгах чадвартай. Энэ нь цөмийн байгалийн задралын үед гарч ирдэггүй протонуудын хувьд ялангуяа үнэн юм. Протонууд нь хамгийн бага цэнэгтэй тул сайн байдаг бөгөөд энэ нь зорилтот цөмөөс хамгийн бага Кулоны түлхэлтийг мэдэрдэг гэсэн үг юм.

2. Хурдасгагч нь цацраг идэвхт задралын үед альфа бөөмсийн энергиэс хэд хэдэн дарааллын өндөр энергид хүрэх боломжийг олгодог. Жишээлбэл, Том Адрон Коллайдерт протонууд хэд хэдэн TeV энерги хүртэл хурдасдаг; Энэ нь Рутерфордын хийсэн урвалын (1) y-бөөмийн 5 МэВ-ээс сая дахин их юм.

Ийнхүү 1932 онд хурдасгуураар дамжин өнгөрөх протонуудын тусламжтайгаар литийн цөмийг задлах боломжтой болсон (хоёр бөөмсийг хүлээн авсан):

(2)

Цөмийн урвалхимийн элементүүдийг зохиомлоор хувиргах боломжтой болгосон.

Үүнээс гадна урвалын бүтээгдэхүүнээс урьд өмнө мэдэгдээгүй шинэ тоосонцор илэрч эхэлсэн. Жишээлбэл, ижил 1932 онд бериллийн тоосонцорыг цацрагжуулах явцад нейтрон нээгдэв.

(3)

Нейтрон нь бөөмийг хуваахад маш сайн байдаг: үгүй цахилгаан цэнэг, тэдгээр нь цөмд чөлөөтэй нэвтэрдэг. (Энэ тохиолдолд нейтроныг хурдасгах шаардлагагүй - удаан нейтронууд цөмд илүү амархан нэвтэрдэг. Нейтроныг удаашруулах шаардлагатай болж байгаа бөгөөд энэ нь нейтроныг дамжин өнгөрөх замаар хийгддэг. энгийн ус.) Тиймээс азотыг нейтроноор цацруулах үед дараах урвал явагдана.

(4)

Цөмийн урвалын энергийн гаралт

Холболтын энергийн тухай ярихдаа бид цөмийн процессын үр дүнд бөөмсийн системийн масс тогтмол хэвээр үлддэгийг олж харсан. Энэ нь эргээд цөмийн урвалын бүтээгдэхүүний кинетик энерги нь анхны бөөмсийн кинетик энергиэс ялгаатай болоход хүргэдэг.

Юуны өмнө массын бөөмийн нийт энерги нь түүний амрах энерги ба кинетик энергиэс бүрддэг гэдгийг санаарай.

Бүтээгдэхүүн нь бөөмс болох бөөмсийн мөргөлдөөний үр дүнд цөмийн урвал яваг.

(5)

Нийт эрчим хүчбөөмийн систем хадгалагдан үлдсэн:

(6)

Анхны бөөмсийн кинетик энерги нь тэнцүү байна. Урвалын бүтээгдэхүүний кинетик энерги нь . Эрчим хүчний гаралтЦөмийн урвал гэдэг нь урвалын бүтээгдэхүүн ба анхны бөөмсийн кинетик энергийн ялгаа юм.

(6)-аас бид амархан олж авна:

(7)

Хэрэв class="tex" alt="Q > 0)."> , то говорят, что реакция идёт !} энерги ялгаруулдаг илүүанхны бөөмсийн кинетик энерги. (7) -аас бид энэ тохиолдолд урвалын бүтээгдэхүүний нийт массыг харж байна бага

Хэрэв байвал урвал явагдана эрчим хүчний шингээлттэй: урвалын бүтээгдэхүүний кинетик энерги багаанхны бөөмсийн кинетик энерги. Энэ тохиолдолд урвалын бүтээгдэхүүний нийт масс илүүанхны бөөмсийн нийт масс.

Тиймээс энергийг "сугалах" ба "шингээх" гэсэн нэр томъёо нь төөрөгдөл үүсгэх ёсгүй: тэдгээр нь зөвхөн дараахь зүйлийг хэлдэг. кинетикбөөмийн энерги. Бөөмийн системийн нийт энерги мэдээж ямар ч урвалд өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

1. Төвийг сахисан атомуудын массын хүснэгтийг ашиглан бид ба -ийг олно. e.m. (цөмийн массыг олохын тулд саармаг атомын массаас электронуудын массыг хасахаа бүү мартаарай).

2. Бид анхны бөөмсийн масс, урвалын бүтээгдэхүүний массыг тооцоолж, массын зөрүүг олно.

3. Үржүүлж MeV-ээр илэрхийлсэн утгыг гарга.

Одоо бид литийн бөөмийг эхлээд протоноор, дараа нь бөөмсөөр бөмбөгдсөн хоёр жишээг ашиглан эрчим хүчний гарцын тооцоог нарийвчлан авч үзэх болно.

Эхний тохиолдолд бид дээр дурдсан урвал (2) байна:

Лити атомын масс нь a. e.m. Электроны масс нь a-тай тэнцүү. e.m. Түүний гурван электроны массыг атомын массаас хасаад бид олж авна литийн цөмийн масс :

A.e.m.

Протоны масс нь a. e.m, тэгэхээр анхны бөөмсийн масс нь:

A.e.m.

Урвалын бүтээгдэхүүн рүү шилжье. Гелийн атомын масс нь a. e.m Электронуудын массыг хасаад ол гелийн цөмийн масс :

A.e.m.

-ээр үржүүлснээр бид урвалын бүтээгдэхүүний массыг олж авна.

A.e.m.

Бидний харж байгаагаар масс буурсан; Энэ нь энерги ялгарах үед бидний урвал явагддаг гэсэн үг юм. Массын ялгаа:

A.e.m.

Гарсан энерги:

МэВ.

Одоо хоёр дахь жишээг харцгаая. Литийн цөмийг бөөмсөөр бөмбөгдөх үед дараах урвал явагдана.

(8)

Бид анхны цөмийн массыг аль хэдийн мэддэг; Тэдний нийт массыг тооцоолоход л үлддэг.

A.e.m.

Хүснэгтээс бид борын атомын массыг авдаг (энэ нь a.m.u.-тай тэнцүү); Таван электроны массыг хасаад борын атомын цөмийн массыг ол.

A.e.m.

Нейтроны масс нь a. e.m. Урвалын бүтээгдэхүүний массыг ол:

A.e.m.

Энэ удаад масс нэмэгдсэн байна class="tex" alt="(m_2 > m_1)"> !}, өөрөөр хэлбэл энерги шингээх үед урвал явагдана.

Массын зөрүү нь дараахтай тэнцүү байна.

A.e.m.

Урвалын энергийн гарц:

МэВ.

Ийнхүү MeV энерги нь урвалд шингэдэг (8). Энэ нь урвалын бүтээгдэхүүний (борын цөм ба нейтрон) нийт кинетик энерги нь анхны бөөмсийн (литийн цөм ба - бөөмс) нийт кинетик энергиэс МэВ бага байна гэсэн үг юм. Иймээс энэ урвалыг зарчмын хувьд явуулахын тулд анхны бөөмсийн энерги MeV-ээс багагүй байх ёстой.

Цөмийн хуваагдал

Ураны цөмийн бөмбөгдөлт удаан нейтронууд, Германы физикч Хан, Штрасманн нар дунд хэсгийн элементүүдийн харагдах байдлыг нээсэн. үечилсэн хүснэгт: бари, криптон, стронций, рубидий, цезий гэх мэт. Тиймээс үүнийг илрүүлсэн. цөмийн задралуран.

Зураг дээр. 1 бид цөмийн задралын үйл явцыг харж байна (oup.co.uk-аас авсан зураг). Нейтроныг барьж авснаар ураны цөм хоёр хуваагдана фрагмент, мөн энэ тохиолдолд хоёр буюу гурван нейтрон ялгардаг.

Цагаан будаа. 1. Ураны цөмийн хуваагдал

Хэсэг хэсгүүд нь цөм юм цацраг идэвхт изотопуудүелэх системийн дунд байрлах элементүүд. Ихэвчлэн нэг хэсэг нь нөгөөгөөсөө том байдаг. Жишээлбэл, ураныг бөмбөгдөх үед ийм хэсгүүдийн нэгдэл үүсч болно (тэдгээрийн хэлснээр урвал дараах байдлаар явагдана. сувгууд).

Бари ба криптон:

Цезий ба рубидиум:

Ксенон ба стронций:

Эдгээр урвал бүр нь маш их энерги ялгаруулдаг - MeV дарааллаар. Энэ утгыг дээр дурдсантай харьцуул эрчим хүчний гаралтурвал (2) MeV-тэй тэнцүү! Ийм хэмжээний энерги хаанаас гардаг вэ?

Үүний улмаас эхэлье их тооураны цөмд савлагдсан протон (хэсэг), Кулоны хүчцөмийг хооронд нь түлхэж буй түлхэлт маш их. Цөмийн хүчнүүд мэдээж цөмийг ялзрахаас хамгаалж чадна, гэхдээ хүчирхэг Кулоны хүчин зүйл ямар ч үед үгээ хэлэхэд бэлэн байна. Мөн цөмд нейтрон гацах үед ийм мөч ирдэг (Зураг 2 - investingreenenergy.com сайтаас авсан зураг).

Цагаан будаа. 2. Цөмийн хэв гажилт, чичиргээ, хагарал

Баригдсан нейтрон нь цөмийн деформацид хүргэдэг. Цөмийн хэлбэрийн хэлбэлзэл эхлэх бөгөөд энэ нь маш хүчтэй болж, цөм нь "дамббелл" болж сунах болно. Цөөн тооны хөрш зэргэлдээх нуклонуудыг холбосон богино зайн цөмийн хүч нь дамббеллийн хагасыг цахилгаан түлхэх хүчийг даван туулахгүй бөгөөд үүний үр дүнд цөм нь хагарна.

Хэсэг хэсгүүд нь гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтайгаар нисэх болно. Тэд үүнийг авч явна ихэнх ньялгарсан энерги (-аас МеВ орчим).

Хүнд цөмийн хуваагдлыг бидэнд аль хэдийн мэдэгдэж байсан хамаарлын графикийн үүднээс тайлбарлаж болно. тодорхой энергицөм ба түүний массын тооны хоорондох холбоо (Зураг 3).

Цагаан будаа. 3. Хүнд цөмийн хуваагдал нь энергийн хувьд таатай байдаг

Тодорхой холбох энерги хүрэх бүс нутаг хамгийн өндөр үнэ цэнэМэВ/нуклон. Энэ бол хамгийн тогтвортой цөмийн бүс юм. Энэ бүсийн баруун талд тусгай холболтын энерги аажмаар буурч, ураны цөмийн ойролцоо MeV/нуклон болно.

Тогтворгүй цөмийг илүү тогтвортой цөм болгон хувиргах үйл явц нь энергийн хувьд таатай бөгөөд энерги ялгарах дагалддаг. Бидний харж байгаагаар ураны цөм хуваагдах үед тусгай холболтын энерги ойролцоогоор МеВ/нуклоноор нэмэгддэг; Энэ энерги нь задралын явцад яг ялгардаг. Үүнийг ураны цөм дэх нуклонуудын тоогоор үржүүлбэл дээр дурдсан МеВ-ын энергийн гаралт ойролцоогоор ижил болно.

Цөмийн гинжин урвал

Ураны цөм хуваагдах үед хоёр буюу гурван нейтрон гарч ирэх нь - хамгийн чухал баримт. Эдгээр "эхний үеийн" нейтронууд шинэ цөмд хүрч, тэдгээрийг задлахад хүргэдэг; шинэ цөмүүдийн хуваагдлын үр дүнд "хоёр дахь үеийн" нейтронууд гарч ирэх бөгөөд энэ нь дараагийн цөмд орж, хуваагдахад хүргэдэг; "Гурав дахь үеийн" нейтронууд гарч ирэх бөгөөд энэ нь дараалсан цөмүүдийг задлахад хүргэдэг гэх мэт. Энэ нь ингэж явагддаг. цөмийн гинжин урвал, энэ үед асар их хэмжээний энерги ялгардаг.

Цөмийн гинжин урвал явагдахын тулд дараагийн үеийн ялгарах нейтроны тоо байхгүй байх шаардлагатай. бага тооөмнөх үеийн нейтронууд. Хэмжээ

дуудсан нейтрон үржүүлэх хүчин зүйл. Тиймээс, гинжин урвал class="tex" alt="k > 1) нөхцөлийн дагуу явагдана"> . Если , то цепная реакция не возникает.!}

Class="tex" alt="k > 1) тохиолдолд"> происходит лавинообразное нарастание числа освобождающихся нейтронов, и цепная реакция становится !} хяналтгүй. Атомын бөмбөг ингэж дэлбэрдэг.

Цөмийн реакторуудад тохиолддог удирдсанүржүүлэх хүчин зүйл бүхий хуваагдлын гинжин урвал. Хяналттай гинжин урвалын тогтвортой явцыг реакторын цөмд (өөрөөр хэлбэл урвал явагдах хэсэгт) нейтроныг шингээдэг тусгай хяналтын саваа оруулснаар баталгаажуулдаг. Саваа бүрэн оруулсны дараа нейтроныг шингээх нь маш их байдаг тул урвал явагдахгүй. Реакторыг эхлүүлэх явцад суллагдсан хүч шаардлагатай хэмжээнд хүрэх хүртэл савааг аажмаар голоос нь салгаж авдаг. Энэ түвшинг сайтар хянаж, хэрэв хэтэрсэн бол хяналтын савааг цөмд буцааж оруулах төхөөрөмжүүдийг идэвхжүүлдэг.

Термоядролын урвал

Хүнд цөмийн задралын урвалын зэрэгцээ зарим талаараа урвуу үйл явц нь эрчим хүчний хувьд боломжтой байдаг. хөнгөн цөмийн синтез, өөрөөр хэлбэл хөнгөн элементүүдийн цөмүүдийн нэгдэл (үелэх системийн эхэнд байрладаг) илүү хүнд цөм үүсгэдэг.

Цөмийн нэгдэл эхлэхийн тулд тэдгээрийг хооронд нь ойртуулах шаардлагатай бөгөөд ингэснээр цөмийн хүчнүүд ажиллах болно. Ийм ойртохын тулд тэдгээрийн хоорондох зай багасах тусам огцом нэмэгддэг Кулоны цөмийн түлхэлтийг даван туулах шаардлагатай. Энэ нь зөвхөн бөөмийн маш өндөр кинетик энерги, тиймээс маш өндөр температурт (хэдэн арван, хэдэн зуун сая градус) боломжтой байдаг. Тиймээс цөмийн нэгдэх урвалыг нэрлэдэг термоядролын урвал.

Жишээ болгон термоядролын урвалДейтери ба тритий цөмийн (хүнд ба хэт хүнд изотопуудустөрөгч), энэ нь гелийн цөм ба нейтрон үүсэхэд хүргэдэг:

(9)

Энэ урвал нь MeV-тэй тэнцэх энерги ялгаруулдаг (тооцооллыг өөрөө хийж үзээрэй энэ үнэ цэнэ). Зөвхөн нуклонууд урвалд оролцдог гэж үзвэл энэ нь маш их юм! Үнэн хэрэгтээ (9) урвалын үед нэг нуклонд ялгарах энерги нь ойролцоогоор МэВ байдаг бол ураны цөмийн хуваагдал нь нэг нуклонд "зөвхөн" MeV ялгаруулдаг.

Тиймээс термоядролын урвалууд нь илүү их эх үүсвэр болдог илүүэнерги нь цөмийн задралын урвалаас илүү. ХАМТ физик цэгЭнэ нь харахад тодорхой байна: урвалын энерги цөмийн задралголчлон тархсан хэсгүүдийн кинетик энерги юм цахилгаантүлхэх хүч, хэзээ цөмийн нэгдэлилүү хүчтэй нөлөөн дор нуклонууд бие бие рүүгээ хурдасгасны үр дүнд энерги ялгардаг цөмийнтатах хүч.

Энгийнээр хэлбэл, цөмийн хуваагдал нь энерги ялгаруулдаг цахилгаан харилцан үйлчлэл, мөн цөмийн нэгдлийн үед - хүчтэй (цөмийн) харилцан үйлчлэлийн энерги.

Оддын гүнд цөмийн нэгдэлд тохиромжтой температурт хүрдэг. Нарны гэрэл ба алс холын ододтермоядролын урвалд ялгардаг энергийг авч явдаг - устөрөгчийн цөмийг гелийн цөмд нэгтгэх, дараа нь гелийн цөмийг үелэх системийн дунд хэсэгт байрлах хүнд элементүүдийн цөмд нэгтгэх үед. Чиглэл термоядролын нэгдэлЗурагт үзүүлэв. 4; Цөмийн тусгай холболтын энергийг нэмэгдүүлэхэд чиглэгддэг тул хөнгөн цөмийн нийлэгжилт нь эрчим хүчний хувьд таатай байдаг.

Цагаан будаа. 4. Хөнгөн бөөмүүдийн нэгдэл нь энергийн хувьд таатай байдаг

Дэлбэрэлтийн үед хяналтгүй термоядролын урвал явагдана устөрөгчийн бөмбөг. Баригдсан нь эхлээд дэлбэрдэг атомын бөмбөг- энэ нь эхний шатанд өндөр температурыг бий болгоход зайлшгүй шаардлагатай термоядролын дэлбэрэлт. Бөмбөгний термоядролын түлшинд шаардлагатай температурт хүрэхэд хайлуулах урвалууд эхэлж, устөрөгчийн бөмбөг өөрөө дэлбэрдэг.

Хяналттай термоядролын урвалыг хэрэгжүүлэх нь физикчид хагас зуу гаруй жил ажиллаж байгаа шийдэгдээгүй асуудал хэвээр байна. Хэрэв термоядролын нэгдлийн хяналттай урсгалд хүрэх боломжтой бол хүн төрөлхтөн эрчим хүчний бараг хязгааргүй эх үүсвэртэй болно. Энэ бол туйлын чухал ажилМанай гаригийн газрын тос, байгалийн хийн нөөц шавхагдах аюул заналхийллийн үүднээс одоогийн болон ирээдүй хойч үеийнхэнд тулгарч байна.

Атомын талаар өмнө нь мэддэг зүйлээ товчхон санацгаая.

• атомын цөм маш их байдаг илүү өндөр нягтралтаймаш жижиг хэмжээтэй (атомтой харьцуулахад);
• цөм нь протон ба нейтрон агуулдаг;
• электронууд цөмийн гадна энергийн түвшинд байдаг;
• протонууд байдаг эерэг цэнэг, электронууд сөрөг, нейтрон нь цэнэггүй. Ерөнхийдөө атом нь төвийг сахисан байдаг, учир нь байна тэнцүү тоопротон ба электронууд;
• ижил элементийн атом бүрээс олдсон нейтроны тоо өөр байж болно. Атомуудтай ижил төлбөрцөм, гэхдээ өөр өөр тооны нейтрон гэж нэрлэдэг изотопууд.

Тогтмол хүснэгтэд хүчилтөрөгчийн химийн элементийг дараах байдлаар тэмдэглэв.

• 16 - массын тоо (протон ба нейтроны нийлбэр);
• 8 - элементийн серийн (атомын) дугаар (атомын цөм дэх протоны тоо);
• ТУХАЙ- элементийн тэмдэглэгээ.

1. Цацраг идэвхит

Нэг химийн элементийн тогтворгүй изотопыг өөр элементийн изотоп болгон аяндаа хувиргах явцад энгийн бөөмс ялгарахыг цацраг идэвхит байдал гэж нэрлэдэг.

Хэрэв бид задралын үр дүнд үүссэн бөөмсүүдийн аль нэгийг мэддэг бол нөгөө бөөмсийг тооцоолж болно, учир нь цөмийн урвалын үед цөмийн урвалын массын тэнцвэрт байдал ажиглагддаг.

Цөмийн урвалын мөн чанарыг схемийн дагуу дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Урвалд ордог урвалжууд → Урвалын үр дүнд бий болсон бүтээгдэхүүн

Цөмийн урвал гэж үздэг тэнцвэртэй, хэрэв илэрхийллийн зүүн талд байгаа элементүүдийн атомын дугаарын нийлбэр нь урвалын дараа олж авсан элементүүдийн атомын тооны нийлбэртэй тэнцүү бол. Массын тооны нийлбэрийн хувьд ижил нөхцөл хангагдсан байх ёстой. Цөмийн урвал явагдана гэж бодъё: хлорын изотопыг (хлор-35) нейтроноор бөмбөгдөж, устөрөгчийн изотопыг (устөрөгч-1) үүсгэнэ:

35 17 Cl + 1 0 n → 35 16 X + 1 1 H

Урвалын тэгшитгэлийн баруун талд ямар X элемент байх вэ?

Цөмийн урвалын массын тэнцвэрт байдалд үндэслэн, атомын дугаарүл мэдэгдэх элемент нь тэнцүү байх болно 16. онд үечилсэн хүснэгтЭнэ тооны доор хүхрийн (S) элемент байна. Тиймээс бид цөмийн урвалын үр дүнд хлорын изотопыг (хлор-35) нейтроноор бөмбөгдөхөд устөрөгчийн изотоп (устөрөгч-1) ба хүхрийн изотоп (хүхэр-35) үүсдэг гэж хэлж болно. Энэ процессыг бас нэрлэдэг цөмийн хувиргалт.

35 17 Cl + 1 0 n → 35 16 S + 1 1 H

Ийм цөмийн өөрчлөлтийн тусламжтайгаар эрдэмтэд олж авч сурсан хиймэл изотопууд, байгальд байдаггүй.

2. Изотопууд яагаад задалдаг вэ?

Атомын цөм нь маш жижиг орон зайд төвлөрсөн протонуудыг (эерэг цэнэгтэй бөөмс) агуулдаг. Өмнө нь бид атомын цөмд ижил цэнэгтэй нейтроныг атомын цөмийг задлахаас сэргийлдэг тодорхой хүч ("цөмийн цавуу" гэж нэрлэгддэг) байдаг гэж бид хэлсэн. Гэхдээ заримдаа бөөмсийг түлхэх энерги нь наалтны энергиээс давж, цөм нь хэсэг хэсгээрээ хуваагддаг - ийм зүйл тохиолддог. цацраг идэвхт задрал.

Эрдэмтэд цөмд 84-өөс дээш протонтой бүх химийн элементүүд (энэ дор) серийн дугаарХүснэгтэд полониум - Po), тогтворгүй бөгөөд үе үе цацраг идэвхт задралд ордог. Гэсэн хэдий ч цөмдөө 84-өөс цөөн протонтой изотопууд байдаг, гэхдээ тэдгээр нь цацраг идэвхт юм. Баримт нь изотопын тогтвортой байдлыг атомын протон ба нейтроны тооны харьцаагаар дүгнэж болно. Хэрэв протон ба нейтроны тооны ялгаа их байвал изотоп тогтворгүй болно (олон протон ба цөөхөн нейтрон, эсвэл цөөхөн протон, олон нейтрон). Атом дахь нейтрон ба протоны тоо ойролцоогоор тэнцүү байвал элементийн изотоп тогтвортой байх болно.

Тиймээс цацраг идэвхт задралд ордог тогтворгүй изотопууд бусад элементүүд болж хувирдаг. Тогтвортой изотоп үүсэх хүртэл хувиргах үйл явц үргэлжилнэ.

3. Хагас задралын хугацаа

Тогтворгүй элементийн атомын цацраг идэвхт задрал хэзээ тохиолддог вэ? Энэ нь ямар ч үед тохиолдож болно: хэдхэн хормын дараа эсвэл 100 жилийн дараа. Гэхдээ хэрэв тодорхой элементийн атомын дээж хангалттай том бол тодорхой хэв маягийг гаргаж авах боломжтой.

Доорх хүснэгтэд зарим цацраг идэвхт изотопуудын хагас задралын өгөгдлийг харуулав

Хэзээ болохыг тодорхойлохын тулд хагас задралын хугацааг мэддэг байх ёстой цацраг идэвхт элементаюулгүй болно - энэ нь түүний цацраг идэвхт чанар маш их буурч, түүнийг илрүүлэх боломжгүй үед, өөрөөр хэлбэл 10 хагас задралын дараа тохиолдох болно.

4. Цөмийн гинжин урвал

1930-аад онд эрдэмтэд цөмийн урвалыг хянах гэж оролдож эхэлсэн. Бөмбөгдөлтийн үр дүнд (ихэвчлэн нейтроноор) атомын цөм хүнд элементхоёр хөнгөн цөмд хуваагдана. Жишээ нь:

235 92 U + 1 0 n → 142 56 Ба + 91 36 Кр + 3 1 0 н

Энэ процессыг нэрлэдэг цөмийн хуваагдал (хуваагдах).. Үүний үр дүнд асар их хэмжээний энерги ялгардаг. Энэ нь хаанаас ирсэн бэ? Хэрэв та урвалын өмнө болон дараа нь бөөмсийн массыг маш нарийн хэмжвэл цөмийн урвалын үр дүнд массын нэг хэсэг нь ул мөргүй алга болсон байна. Энэ массын алдагдлыг ихэвчлэн массын согог гэж нэрлэдэг. Устаж буй бодис нь энерги болж хувирдаг.

Агуу Альберт Эйнштейн өөрийн алдартай томъёог гаргаж ирсэн: E = mc 2, Хаана

Э- эрчим хүчний хэмжээ;
м- массын согог (бодисын алга болох масс);
-тай- гэрлийн хурд = 300,000 км/с

Учир нь гэрлийн хурд маш их том хэмжээтэйөөрөө, мөн томьёогоор энэ нь квадратаар илэрхийлэгдсэн бол өчүүхэн ч гэсэн "масс алга болох" нь хангалттай хэмжээгээр ялгарахад хүргэдэг. их хэмжээнийэрчим хүч.

Уран-235-ын задралын дээрх тэгшитгэлээс харахад цөмийн задралын явцад нэг электрон зарцуулагддаг боловч гурвыг нь нэг дор олж авдаг. Эргээд шинээр хүлээн авсан эдгээр гурван электрон гурван уран-235 цөмтэй “замдаа” таарч, дахин хуваагдал үүсгэж, 9 нейтрон гэх мэт... Ийм тасралтгүй нэмэгдэж буй хуваагдлын каскадыг гэнэ. гинжин урвал.

Гинжин урвал нь зөвхөн хуваагдал нь нейтроны илүүдэл үүсгэдэг изотопуудад л боломжтой юм. Тиймээс ураны изотоптой (уран-238) гинжин урвал хийх боломжгүй, учир нь Зөвхөн нэг нейтрон ялгарах болно:

238 92 U + 1 0 n → 142 56 Ба + 91 36 Кр + 1 0 н

Цөмийн урвалын хувьд уран (уран-235) ба плутон (плутон-239) изотопуудыг ашигладаг. Цөмийн урвал бие даан явагдахын тулд тодорхой хэмжээний задрах бодис шаардлагатай байдаг чухал масс. Үгүй бол илүүдэл нейтроны тоо цөмийн урвал явуулахад хангалтгүй болно. Чухал хэмжээнээс бага задрах бодисын массыг гэнэ дэд шүүмжлэл.

Энэ нь α-бөөмийн хүрээнээс илүү хий доторх хүрээтэй хоёрдогч ионжуулагч хэсгүүд гарч ирснээр илэрсэн бөгөөд протон гэж тодорхойлсон. Дараа нь энэ үйл явцын гэрэл зургийг Вилсон камер ашиглан авсан.

Харилцааны механизмын дагуу цөмийн урвалыг хоёр төрөлд хуваадаг.

• нийлмэл цөм үүсэх урвал нь мөргөлдөх бөөмсийн кинетик энерги тийм ч өндөр биш (ойролцоогоор 10 МэВ хүртэл) явагддаг хоёр үе шаттай процесс юм.
• -д явагддаг шууд цөмийн урвал цөмийн цаг , бөөмс цөмийг гатлахад шаардлагатай. Энэ механизм нь голчлон бөмбөгдөлтийн бөөмсийн өндөр энергитэй үед илэрдэг.

Хэрэв мөргөлдөөний дараа анхны цөм ба бөөмс хадгалагдаж, шинээр үүсэхгүй бол цөмийн хүчний талбарт урвал нь уян хатан тархалт бөгөөд зөвхөн бөөмс ба зорилтот цөмийн кинетик энерги, импульсийн дахин хуваарилалт дагалддаг. гэж нэрлэдэг боломжит тархалт .

Нэвтэрхий толь бичиг YouTube

• 1 / 5

  Нийлмэл цөм үүсэх урвалын механизмын онолыг 1936 онд Нильс Бор цөмийн дусал загварын онолын хамт боловсруулсан бөгөөд үндэс суурь нь болсон. орчин үеийн санаануудихэнх цөмийн урвалын тухай.

  Энэ онолын дагуу цөмийн урвал хоёр үе шаттайгаар явагддаг. Эхэндээ анхны бөөмс нь дараа нь завсрын (нийлмэл) цөмийг үүсгэдэг цөмийн цаг, өөрөөр хэлбэл бөөмс цөмийг гатлахад шаардагдах хугацаа нь ойролцоогоор 10 −23 - 10 −21-тэй тэнцүү байна. Энэ тохиолдолд нийлмэл цөм нь нийлмэл цөм дэх нуклоныг холбох энерги болон түүний кинетик энергийн нэг хэсэг хэлбэрээр бөөмсөөс цөмд авчирсан илүүдэл энергитэй байдаг тул үргэлж өдөөгдсөн төлөвт үүсдэг. массын тоо бүхий зорилтот цөмийн кинетик энергийн нийлбэртэй тэнцүү байна A (\displaystyle A)болон инерцийн системийн төв дэх хэсгүүд.

  Өдөөлтийн энерги

  Өдөөлтийн энерги E ∗ (\displaystyle E^(*))Чөлөөт нуклоныг шингээхэд үүссэн нийлмэл цөм нь холболтын энергийн нийлбэртэй тэнцүү байна. E c (\displaystyle E_(c))нуклон ба түүний кинетик энергийн нэг хэсэг E ′ (\displaystyle E^(")):

  E ∗ = E c + E ′ (\displaystyle E^(*)=E_(c)+E")

  Ихэнх тохиолдолд үүнээс үүдэлтэй том ялгаацөмийн болон нуклон массуудад E ′ (\displaystyle E")ойролцоогоор цөмийг бөмбөгдөж буй нуклонын кинетик энергитэй тэнцүү байна.

  Дунджаар холболтын энерги нь 8 МэВ бөгөөд үүссэн нийлмэл цөмийн шинж чанараас хамааран өөр өөр байдаг боловч өгөгдсөн зорилтот цөм болон нуклонуудын хувьд энэ утга нь тогтмол байна. Бөмбөгдөж буй бөөмийн кинетик энерги нь ямар ч байж болно, жишээлбэл, нейтроны цөмийн урвалыг өдөөх үед, потенциал нь Кулоны саадгүй бол утга нь тэгтэй ойролцоо байж болно. Тиймээс холбох энерги нь нийлмэл цөмийн хамгийн бага өдөөх энерги юм.

  Урвалын сувгууд

  Сэтгэл хөдлөлгүй төлөв рүү шилжих боломжтой янз бүрийн аргаар, дуудсан урвалын сувгууд. Урвал эхлэхээс өмнөх бөөмс, бөөмийн төрөл, квант төлөвийг тодорхойлно оролтын сувагурвалууд. Урвал дууссаны дараа үүссэн үр дүнгийн нийлбэр урвалын бүтээгдэхүүнба тэдгээрийн квант төлөвийг тодорхойлдог гаралтын сувагурвалууд. Урвал нь оролт, гаралтын сувгуудаар бүрэн тодорхойлогддог.

  Урвалын сувгууд нь нийлмэл цөм үүсэх аргаас хамаардаггүй бөгөөд энэ нь нийлмэл цөм хэрхэн үүссэнийг "мартсан" тул нийлмэл цөм үүсэх, задрах явдал юм гэж үзэж болно бие даасан үйл явдлууд. Жишээ нь, 13 27 Al (\displaystyle ()_(13)^(27)(\textrm (Al)))Дараах урвалын аль нэгээр өдөөгдсөн төлөвт нийлмэл цөм хэлбэрээр үүсч болно.

  11 23 Na + 2 4 Тэр → 13 27 Al* (\displaystyle ()_(11)^(23)(\textrm (Na))+()_(2)^(4)(\textrm (He)) \баруун сум ()_(13)^(27)(\textrm (Al*)))

  12 26 Mg + 1 1 H → 13 27 Al* (\displaystyle ()_(12)^(26)(\textrm (Mg))+()_(1)^(1)(\textrm (H)) \баруун сум ()_(13)^(27)(\textrm (Al*)))

  13 26 Al + 0 1 n → 13 27 Al* (\displaystyle ()_(13)^(26)(\textrm (Al))+()_(0)^(1)(\textrm (n)) \баруун сум ()_(13)^(27)(\textrm (Al*)))

  13 27 Al + γ → 13 27 Al* (\displaystyle ()_(13)^(27)(\textrm (Al))+\гамма \баруун сум ()_(13)^(27)(\textrm (Al) *)))

  Дараа нь, өдөөх энерги нь ижил байвал энэ нэгдэл цөм нь эдгээр урвалын аль нэгэнд нь эсрэгээр ялзарч магадгүй бөгөөд энэ нь цөмийн үүссэн түүхээс үл хамаарах тодорхой магадлалтай байдаг. Нийлмэл цөм үүсэх магадлал нь зорилтот цөмийн энерги болон төрлөөс хамаарна.

  Шууд цөмийн урвал

  Цөмийн урвалын явцыг механизмаар дамжуулан хийх боломжтой шууд харилцан үйлчлэлҮндсэндээ энэ механизм нь бөөмийн нуклонуудыг чөлөөтэй гэж үзэж болох үед бөөмсийг бөмбөгдөх маш өндөр энергитэй үед илэрдэг. Шууд урвалууд нь нийлмэл цөмийн механизмаас юуны түрүүнд бөмбөгдөж буй хэсгүүдийн импульстэй харьцуулахад бүтээгдэхүүний хэсгүүдийн импульсийн векторуудын тархалтаар ялгаатай байдаг. Нийлмэл цөмийн механизмын бөмбөрцөг тэгш хэмээс ялгаатай нь шууд харилцан үйлчлэл нь тохиолдсон хэсгүүдийн хөдөлгөөний чиглэлтэй харьцуулахад урвалын бүтээгдэхүүний урагшлах чиглэлийн давамгайллаар тодорхойлогддог. Эдгээр тохиолдолд бүтээгдэхүүний хэсгүүдийн энергийн хуваарилалт нь бас өөр өөр байдаг. Шууд харилцан үйлчлэл нь бөөмсийн хэт их хэмжээгээр тодорхойлогддог өндөр энерги. Цөмтэй мөргөлдөх үед нарийн төвөгтэй хэсгүүд(өөрөөр хэлбэл бусад цөмүүд), нуклоныг цөмөөс цөм рүү шилжүүлэх эсвэл нуклон солилцох процессууд боломжтой. Ийм урвал нь нийлмэл цөм үүсэхгүйгээр явагддаг бөгөөд тэдгээр нь шууд харилцан үйлчлэх бүх шинж чанартай байдаг.

  Цөмийн урвалын хөндлөн огтлол

  Урвалын магадлалыг цөмийн урвал гэж нэрлэгддэг хөндлөн огтлолоор тодорхойлно. Лабораторийн ажлын хүрээнд (зорилтот цөм амарч байгаа үед) нэгж хугацаанд харилцан үйлчлэлийн магадлал нь хөндлөн огтлолын үржвэр (талбайн нэгжээр илэрхийлсэн) ба туссан бөөмсийн урсгалын (тоогоор илэрхийлсэн) тэнцүү байна. нэгж хугацаанд нэгж талбайг гатлах хэсгүүдийн тоо). Хэрэв нэг оролтын сувагт хэд хэдэн гаралтын сувгийг хэрэгжүүлэх боломжтой бол гаралтын урвалын сувгуудын магадлалын харьцаа нь тэдгээрийн хөндлөн огтлолын харьцаатай тэнцүү байна. IN цөмийн физикУрвалын хөндлөн огтлолыг ихэвчлэн тусгай нэгжээр илэрхийлдэг - амбаар, 10−24 см².

  Урвалын гаралт

  Зорилтот газрыг бөмбөгдөж буй тоосонцортой холбоотой урвалын тоо ν / Φ (\displaystyle \nu /\Phi), дуудсан цөмийн урвалын үр дүн. Энэ утгыг туршилтаар тодорхойлно тоон хэмжилт. Ургац нь урвалын хөндлөн огтлолтой шууд хамааралтай байдаг тул гарцыг хэмжих нь үндсэндээ урвалын хөндлөн огтлолын хэмжилт юм.

  Цөмийн урвал дахь хадгалалтын хуулиуд

  Цөмийн урвалын үед сонгодог физикийн бүх хадгалалтын хуулиуд биелдэг. Эдгээр хуулиудад цөмийн урвал явагдах боломжид хязгаарлалт тавьдаг. Эрчим хүчний таатай үйл явц ч гэсэн аливаа хамгааллын хуулийг зөрчсөн тохиолдолд үргэлж боломжгүй зүйл болж хувирдаг. Нэмж дурдахад бичил ертөнцийн өвөрмөц байгаль хамгаалах хуулиуд байдаг; тэдгээрийн зарим нь мэдэгдэж байгаагаар үргэлж биелдэг (барионы тоо, лептоны тоо хадгалагдах хууль); Бусад хамгааллын хуулиуд (изоспин, паритет, хачирхалтай байдал) нь зөвхөн зарим урвалыг дарангуйлдаг, учир нь тэдгээр нь заримд нь сэтгэл хангалуун бус байдаг. үндсэн харилцан үйлчлэл. Хамгаалалтын хуулиудын үр дагавар нь сонгон шалгаруулалтын дүрэм гэж нэрлэгддэг бөгөөд энэ нь тодорхой урвалын боломж эсвэл хоригийг илэрхийлдэг.

  Эрчим хүч хэмнэх хууль

  Хэрэв E 1 (\displaystyle \mathrm (E)_(1)), E 2 (\displaystyle \mathrm (E)_(2)), E 3 (\displaystyle \mathrm (E)_(3)), E 4 (\displaystyle \mathrm (E)_(4))- урвалын өмнөх ба урвалын дараах хоёр бөөмийн нийт энерги, дараа нь энерги хадгалагдах хуульд үндэслэсэн:

  E 1 + E 2 = E 3 + E 4.

  (\displaystyle \mathrm (E) _(1)+\mathrm (E) _(2)=\mathrm (E) _(3)+\mathrm (E) _(4).) Хоёроос илүү бөөмс үүсэх үед энэ илэрхийллийн баруун талд байгаа нэр томъёоны тоо илүү их байх ёстой. Бөөмийн нийт энерги нь түүний амрах энергитэй тэнцүү байнаМак 2 ба кинетик энергиЭ

  , Тийм учраас:

  M 1 c 2 + M 2 c 2 + E 1 + E 2 = M 3 c 2 + M 4 c 2 + E 3 + E 4. (\ displaystyle M_(1)c^(2)+M_(2)c^(2)+E_(1)+E_(2)=M_(3)c^(2)+M_(4)c^( 2)+E_(3)+E_(4).) = (2 ба кинетик энерги 3 + 2 ба кинетик энерги 4) − (2 ба кинетик энерги 1 + 2 ба кинетик энерги 2) Урвалын "гаралт" ба "оролт" дахь бөөмсийн нийт кинетик энергийн ялгаа Qдуудсан урвалын энерги(эсвэл

  урвалын энергийн гарц

  ). Энэ нь нөхцөлийг хангадаг: M 1 + M 2 = M 3 + M 4 + Q / c 2.(\ displaystyle M_(1)+M_(2)=M_(3)+M_(4)+Q/c^(2).)

  Хэрэв (\ displaystyle M_(1)c^(2)+M_(2)c^(2)+E_(1)+E_(2)=M_(3)c^(2)+M_(4)c^( 2)+E_(3)+E_(4).)Үржүүлэгч 1/ вЭнергийн балансыг тооцоолохдоо бөөмийн массыг энергийн нэгжээр (эсвэл заримдаа энергийг массын нэгжээр) илэрхийлэхдээ ихэвчлэн 2-ыг орхигдуулдаг. > 0, дараа нь урвалыг суллах дагалддаг чөлөөт эрчим хүч (\ displaystyle M_(1)c^(2)+M_(2)c^(2)+E_(1)+E_(2)=M_(3)c^(2)+M_(4)c^( 2)+E_(3)+E_(4).) < 0, то реакция сопровождается поглощением свободной энергии и называется гэж нэрлэдэг .

  экзоэнергетик (\ displaystyle M_(1)c^(2)+M_(2)c^(2)+E_(1)+E_(2)=M_(3)c^(2)+M_(4)c^( 2)+E_(3)+E_(4).)Бүтээгдэхүүний бөөмсийн массын нийлбэр нь анхны бөөмсийн массын нийлбэрээс бага үед > 0, өөрөөр хэлбэл, урвалд орж буй бөөмсийн массыг багасгах замаар л чөлөөт энерги ялгарах боломжтой. Мөн эсрэгээр, хэрэв хоёрдогч бөөмсийн массын нийлбэр нь анхны хэсгүүдийн массын нийлбэрээс давсан бол амралтын энергийг нэмэгдүүлэхийн тулд тодорхой хэмжээний кинетик энерги зарцуулсан тохиолдолд л ийм урвал боломжтой болно. шинэ бөөмсийн масс. Хамгийн бага утгаЭндоэнергетик урвал явагдах боломжтой бөөмийн кинетик энерги гэж нэрлэдэг босго урвалын энерги. Эндоэнергетик урвалыг бас нэрлэдэг босго урвал, учир нь тэдгээр нь босго хэмжээнээс доогуур бөөмсийн энергид тохиолддоггүй.

  Импульс хадгалагдах хууль

  Урвалын өмнөх хэсгүүдийн нийт импульс нь урвалын бүтээгдэхүүний хэсгүүдийн нийт импульстэй тэнцүү байна. Хэрэв p → 1 (\displaystyle (\vec (p))_(1)), p → 2 (\displaystyle (\vec (p))_(2)), p → 3 (\displaystyle (\vec (p))_(3)), p → 4 (\displaystyle (\vec (p))_(4))нь урвалын өмнөх ба дараах хоёр бөөмийн импульсийн векторууд юм

  p → 1 + p → 2 = p → 3 + p → 4.

  (\displaystyle (\vec (p))_(1)+(\vec (p))_(2)=(\vec (p))_(3)+(\vec (p))_(4) .)

  Вектор бүрийг туршилтаар, жишээлбэл, соронзон спектрометрээр бие даан хэмжиж болно. Туршилтын өгөгдөл нь импульсийн хадгалалтын хууль нь цөмийн урвал болон бичил хэсгүүдийн тархалтын процесст хоёуланд нь хүчинтэй байгааг харуулж байна.

  Өнцгийн импульс хадгалагдах хууль

  Өнцгийн импульс хадгалагдах хуульЦөмийн хайлуулах урвал - хоёрыг нэгтгэх үйл явцатомын цөм

  шинэ, илүү хүнд цөм үүссэнээр. Шинэ цөмөөс гадна хайлуулах урвалын үед дүрмээр бол янз бүрийнэнгийн бөөмс

  ба (эсвэл) цахилгаан соронзон цацрагийн квант. Нийлүүлэлтгүйгээргадаад энерги

  Эерэг цэнэглэгдсэн цөмүүд нь электростатик түлхэлтийн хүчийг мэдэрдэг тул цөмийн нэгдэл нь боломжгүй юм - энэ нь "Куломын саад" гэж нэрлэгддэг. Цөмийг нэгтгэхийн тулд тэдгээрийг 10-15 м-ийн зайд ойртуулах шаардлагатай бөгөөд энэ үед хүчтэй харилцан үйлчлэлийн үйлдэл нь электростатик түлхэлтийн хүчнээс давах болно. Хэрэв ойртож буй цөмүүдийн кинетик энерги Кулоны саадыг давсан тохиолдолд энэ нь боломжтой юм.

  • Ийм нөхцөл байдал хоёр тохиолдолд үүсч болно: Хэрэв бодис хэт халсан болөндөр температур од эсвэл термоядролын реакторт . Кинетикийн онолын дагуу,Бодисын хөдөлж буй бичил хэсгүүд (атом, молекул эсвэл ион) температурын хэлбэрээр дүрслэгдэж болох тул бодисыг халаах замаар цөмийн хайлуулах урвалд хүрч болно. Энэ тохиолдолд тэд термоядролын нэгдэл эсвэл термоядролын урвалын тухай ярьдаг.

  Термоядролын урвал

  Термоядролын урвал- дулааны хөдөлгөөний кинетик энергийн улмаас хоёр атомын цөм нэгдэж шинэ, илүү хүнд цөм үүсэх.

  Цөмийн нэгдлийн урвалын хувьд анхны цөм нь эерэг цэнэгтэй тул цахилгаан статик түлхэлтийг мэдэрдэг тул харьцангуй өндөр кинетик энергитэй байх ёстой.

  Юуны өмнө тэдгээрийн дунд устөрөгчийн хоёр изотоп (дейтерий ба тритий) хоорондын урвалыг тэмдэглэх нь зүйтэй бөгөөд энэ нь дэлхий дээр маш түгээмэл тохиолддог бөгөөд үүний үр дүнд гели үүсч, нейтрон ялгардаг. Урвалыг дараах байдлаар бичиж болно.

  1 2 H (D) + 1 3 H (T) → 2 4 He + 0 1 n (\displaystyle ()_(1)^(2)(\textrm (H))(D)+()_(1) )^(3)(\textrm (H))(T)\баруун сум ()_(2)^(4)(\textrm (He))+()_(0)^(1)(\textrm (n) ))) + эрчим хүч (17.6 МэВ).

  Гарсан энерги (гелий-4 нь маш хүчтэй байдаг цөмийн холбоо) кинетик энерги болж хувирдаг бөгөөд ихэнх нь 14.1 МэВ-ийг нейтрон хөнгөн бөөмс болгон зөөдөг. Үүссэн цөм нь хоорондоо нягт холбоотой байдаг тул урвал нь маш их экзоэнергетик байдаг. Энэ урвал нь хамгийн бага Кулон саад ба тодорхойлогддог их ургац, тиймээс тэр төлөөлж байна онцгой сонирхолхяналттай термоядролын нэгдлийн хувьд.

  Фотоцөмийн урвал

  Гамма квантыг шингээх үед цөм нь нуклонын бүрэлдэхүүнээ өөрчлөхгүйгээр илүүдэл энергийг хүлээн авдаг бөгөөд илүүдэл энергитэй цөм нь нийлмэл цөм юм. Бусад цөмийн урвалын нэгэн адил гамма квантыг цөмд шингээх нь зөвхөн шаардлагатай энерги ба эргэлтийн хамаарлыг хангасан тохиолдолд л боломжтой юм. Хэрэв цөмд шилжүүлсэн энерги нь цөм дэх нуклоныг холбох энергиээс давсан бол үүссэн нийлмэл цөмийн задрал нь ихэвчлэн нуклон, гол төлөв нейтрон ялгарах үед тохиолддог. Энэ задрал нь цөмийн урвалд хүргэдэг (γ , n) (\displaystyle (\гамма, n))Тэгээд (γ , p) (\ displaystyle (\ гамма, p))гэж нэрлэдэг фотоцөм, мөн эдгээр урвалын нуклон ялгаралтын үзэгдэл юм цөмийн фотоэлектрик эффект, ...). Сул харилцан үйлчлэлтэй зарим урвалын үед протонууд нейтрон болон эсрэгээр хувирч болох боловч тэдгээрийн нийт тоо өөрчлөгддөггүй.

  Хоёрдахь аргаЦөмийн физикт илүү тохиромжтой тэмдэглэгээ нь хэлбэртэй байна A (a, bcd...) B, Хаана А- зорилтот цөм, А- бөмбөгдөгч бөөмс (цөмийг оруулаад), б, в, г, …- ялгарсан тоосонцор (цөмийг оруулаад), IN- үлдэгдэл цөм. Хөнгөн урвалын бүтээгдэхүүнийг хаалтанд, хүндийг нь гадна талд бичнэ. Тиймээс дээрх нейтрон барих урвалыг дараах байдлаар бичиж болно.

  48 113 Cd (n , γ) 48 114 Cd (\displaystyle ()_(48)^(113)(\textrm (Cd))(n,\гамма)()_(48)^(114)(\textrm) (Cd))).

  - устөрөгчийн атомын цөм, протон.

  "Химийн" тэмдэглэгээнд энэ урвал иймэрхүү харагдаж байна.

  7 14 N + α → p + 8 17 O (\displaystyle ()_(7)^(14)(\textrm (N))+\альфа \rightarrow p+()_(8)^(17)(\textrm (О))) Химийн хичээлээр та молекулыг хувиргахад хүргэдэг химийн урвалын талаар олж мэдсэн. Гэсэн хэдий ч атомууд ньхимийн урвал битгий өөрчлөөрэй. Одоо гэж нэрлэгддэг зүйлийг авч үзьецөмийн урвал,

  атомын өөрчлөлтөд хүргэдэг. Зарим конвенцуудыг танилцуулъя:

  

  Энд X нь химийн элементийн тэмдэг (үелэх системтэй адил), Z нь изотопын цөмийн цэнэгийн тоо, А нь изотопын цөмийн массын тоо юм.Цөмийн цэнэгийн дугаар нь үелэх систем дэх элементийн тоотой тэнцүү цөм дэх протоны тоо юм.Цөмийн массын тоо нь цөмд орж буй нуклонуудын (протон ба нейтрон) тоо юм. Цэнэг ба массын тоо -физик хэмжигдэхүүнүүд

  , энэ нь цөмийн цэнэг ба масстай давхцдаггүй. Жишээлбэл, тэмдэг нь энэ нүүрстөрөгчийн атомын цөм нь цэнэгийн тоо 6, массын тоо нь 12. Бусад нь байдаг.изотопууд

  жишээ нь нүүрстөрөгч. Ийм изотопын цөм нь ижил тооны протоны хувьд өөр нэг нейтрон агуулдаг (зурагтай харьцуул).

  Рутерфордын анхны лабораторийн цөмийн урвал дараах байдлаар явагдсан. Азотын атомын цөм нь a-бөөмтэй (гелийн атомын цөм) харилцан үйлчилдэг. Энэ нь урвалын тогтворгүй завсрын бүтээгдэхүүн болох фторын цөмийг үүсгэсэн. Дараа нь үүнээс хүчилтөрөгч, устөрөгчийн цөмүүд үүссэн, өөрөөр хэлбэл ийм зүйл болсон

  нэг химийн элементийг нөгөөд хувиргах. Үүний үр дүнд үндэслэнцөмийн урвал

  Дараах хүснэгтийг хийцгээе. Хүснэгтийн нүднүүдийн харьцуулалтаас харахад массын тоонуудын нийлбэр, түүнчлэн цөмийн урвалын өмнөх ба дараах цэнэгийн тоонуудын нийлбэр нь хосоороо тэнцүү байгааг харж болно. Туршилтууд үүнийг харуулж байна бүх цөмийн урвалын хувьд энэ нь үнэн юмЦэнэг ба массын тоо хадгалагдах хууль:

  цөмийн урвалын өмнөх ба дараах бөөмсийн цэнэгийн нийлбэр ба массын тоо хосоороо тэнцүү байна. Ихэнх цөмийн урвалууд шинэ цөм үүссэний дараа дуусдаг. Гэсэн хэдий ч бүтээгдэхүүн нь шинэ цөмийн урвал үүсгэдэг урвалууд байдагҮүний жишээ бол уран-235 цөмийн задралын урвал юм (зураг харна уу). Нейтрон ураны цөмд хүрэхэд өөр хоёр цөм болон 2-3 шинэ нейтрон болж задардаг. Эдгээр нейтронууд бусад ураны цөмд хүрч, гинжин урвал үргэлжилж байна. Энэ нөхцөл байдал хамгийн тохиромжтой. Үнэн хэрэгтээ, үүссэн нейтронуудын ихэнх нь бодисоос нисдэг тул уран шингээх боломжгүй байдаг.

  

  Гэсэн хэдий ч хэзээ өндөр зэрэгтэйураны цэвэр байдал, өөрөөр хэлбэл их хэмжээний массын хэсэг, мөн түүнчлэн түүнийг авсаархан байрлуулснаар хөрш зэргэлдээ цөмд нейтрон барих магадлал нэмэгддэг. Хамгийн бага жин цацраг идэвхт бодисгинжин урвал явагдахыг гэнэ чухал масс. Цэвэр уран-235-ын хувьд энэ нь хэдэн арван килограмм юм. Хяналтгүй гинжин урвал маш хурдан явагддаг бөгөөд үүний үр дүнд дэлбэрэлт үүсдэг. Үүнийг ашиглахын тулд энхийн зорилгоортусгай төхөөрөмжөөр хийсэн хариу үйлдлийг хянах боломжтой болгох шаардлагатай. цөмийн реактор (§ 15-ыг үзнэ үү).

  Цөмийн урвал нь байгальд маш түгээмэл байдаг. Жишээлбэл, үелэх системийн элементүүдийн талаас илүү хувь нь байдаг цацраг идэвхт изотопууд.