Nükleer fisyon, ağır bir atomun yaklaşık olarak iki parçaya bölünmesidir. eşit kütle, büyük miktarda enerjinin serbest bırakılmasıyla birlikte.

Açılış nükleer fisyon yeni bir çağın başlangıcı -" atom yaşı" Olası kullanım potansiyeli ve kullanımının risk-fayda oranı sadece birçok sosyolojik, politik, ekonomik ve bilimsel başarılar, ama aynı zamanda ciddi sorunlar. Temiz olsa bile bilimsel nokta oluşturulan nükleer fisyon sürecini görüntüleyin büyük sayı bulmacalar ve zorluklar ve bunların tam teorik açıklaması geleceğe yönelik bir konudur.

Paylaşmak faydalıdır

Bağlanma enerjileri (nükleon başına) farklı çekirdekler için farklılık gösterir. Daha ağır olanlar periyodik tablonun ortasında yer alanlardan daha düşük bağlanma enerjisine sahiptir.

Bu, ağır çekirdeklerin olduğu anlamına gelir. atom numarası 100'den fazla ise iki küçük parçaya bölmek avantajlıdır, böylece enerji açığa çıkar ve bu da parçaların kinetik enerjisine dönüşür. Bu işleme bölme denir

Kararlı nüklidler için proton sayısının nötron sayısına bağımlılığını gösteren kararlılık eğrisine göre daha ağır çekirdekler tercih edilir. daha büyük sayı nötronlar (proton sayısına kıyasla) daha hafif olanlardan daha fazladır. Bu, fisyon süreciyle birlikte bazı "yedek" nötronların yayılacağını gösteriyor. Ayrıca açığa çıkan enerjinin bir kısmını da emecekler. Bir uranyum atomunun çekirdeğinin bölünmesi üzerine yapılan bir çalışma, 3-4 nötronun salındığını gösterdi: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n.

Parçanın atom numarası (ve atom kütlesi) yarıya eşit değil atom kütlesi ebeveyn. Bölünme sonucu oluşan atomların kütleleri arasındaki fark genellikle 50 civarındadır. Ancak bunun nedeni henüz tam olarak belli değildir.

238 U, 145 La ve 90 Br'nin bağlanma enerjileri sırasıyla 1803, 1198 ve 763 MeV'dir. Bu, bu reaksiyon sonucunda uranyum çekirdeğinin 1198 + 763-1803 = 158 MeV'ye eşit fisyon enerjisinin açığa çıktığı anlamına gelir.

Kendiliğinden fisyon

Kendiliğinden fisyon süreçleri doğada bilinmektedir, ancak çok nadirdir. Bu sürecin ortalama ömrü yaklaşık 10 17 yıldır ve örneğin aynı radyonüklidin alfa bozunmasının ortalama ömrü yaklaşık 10 11 yıldır.

Bunun nedeni, çekirdeğin iki parçaya ayrılabilmesi için önce deformasyona uğraması (gerilmesi) ve elipsoidal bir şekil alması, ardından da iki parçaya ayrılmadan önce ortada bir "boyun" oluşturması gerektiğidir.

Potansiyel bariyer

Deforme olmuş bir durumda çekirdeğe iki kuvvet etki eder. Bunlardan biri artan yüzey enerjisidir ( yüzey gerilimi sıvı damlacıkları küresel şeklini açıklar), diğeri ise fisyon parçaları arasındaki Coulomb itme kuvvetidir. Birlikte potansiyel bir bariyer oluştururlar.

Alfa bozunmasında olduğu gibi, bir uranyum atomunun çekirdeğinin kendiliğinden bölünmesinin meydana gelmesi için, parçacıkların bu engeli aşağıdakilerin yardımıyla aşması gerekir: kuantum tünelleme. Engel büyüklüğü, alfa bozunması durumunda olduğu gibi yaklaşık 6 MeV'dir, ancak bir alfa parçacığının tünel açma olasılığı, çok daha ağır atomik fisyon ürünününkinden çok daha fazladır.

Zorla bölme

Uranyum çekirdeğinin indüklenmiş fisyonunun gerçekleşmesi çok daha olasıdır. Bu durumda ana çekirdek nötronlarla ışınlanır. Ebeveyn onu emerse, bağ enerjisini formda serbest bırakarak bağlanırlar. titreşim enerjisi Potansiyel bariyerin üstesinden gelmek için gereken 6 MeV'yi aşabilir.

İlave nötronun enerjisinin potansiyel bariyeri aşmaya yeterli olmadığı durumlarda, gelen nötronun atomik fisyonu tetikleyebilmesi için minimum kinetik enerjiye sahip olması gerekir. 238 U durumunda, ilave nötronların bağlanma enerjisi yaklaşık 1 MeV kadar eksiktir. Bu, bir uranyum çekirdeğinin fisyonunun yalnızca kinetik enerjisi 1 MeV'den büyük olan bir nötron tarafından indüklendiği anlamına gelir. Öte yandan 235 U izotopunda eşlenmemiş bir nötron bulunur. Bir çekirdek bir tane daha emdiğinde onunla eşleşir ve bu eşleşme ek bağlanma enerjisiyle sonuçlanır. Bu, çekirdeğin potansiyel bariyeri aşması için gereken enerji miktarını serbest bırakmak için yeterlidir ve herhangi bir nötronla çarpışma durumunda izotop fisyonu meydana gelir.

Beta bozunması

Fisyon reaksiyonu üç veya dört nötron üretse de, fragmanlar hala nötron içeriyor. daha fazla nötron kararlı izobarlarından daha fazladır. Bu, bölünme parçalarının beta bozunmasına karşı kararsız olma eğiliminde olduğu anlamına gelir.

Örneğin, uranyum çekirdeği 238 U'nun fisyonu meydana geldiğinde, A = 145'e sahip kararlı izobar neodimyum 145 Nd'dir; bu, lantan 145 La fragmanının, her seferinde bir elektron ve bir antinötrino yayan üç aşamada bozunduğu anlamına gelir. kararlı nüklid oluşur. A = 90 olan stabil bir izobar zirkonyum 90 Zr'dir, dolayısıyla bromin 90 Br'nin bölünme fragmanı β-bozunma zincirinin beş aşamasında bozunur.

Bu β-bozunma zincirleri, neredeyse tamamı elektronlar ve antinötrinolar tarafından taşınan ek enerji açığa çıkarır.

Nükleer reaksiyonlar: uranyum çekirdeğinin bölünmesi

Nükleer stabiliteyi sağlamak için çok fazla nötron içeren bir nüklidden doğrudan nötron emisyonu pek olası değildir. Buradaki önemli nokta, Coulomb itmesinin olmaması ve dolayısıyla yüzey enerjisinin nötronu ebeveyne bağlı tutma eğiliminde olmasıdır. Ancak bu bazen olur. Örneğin, beta bozunmasının ilk aşamasında 90 Br'nin fisyon parçası, yüzey enerjisini yenmek için yeterli enerjiye sahip uyarılmış bir durumda olabilen kripton-90'ı üretir. Bu durumda kripton-89'un oluşumuyla doğrudan nötron emisyonu meydana gelebilir. kararlı itriyum-89 haline gelene kadar β bozunması konusunda hala kararsızdır, bu nedenle kripton-89 üç adımda bozunur.

Uranyum çekirdeğinin bölünmesi: zincirleme reaksiyon

Fisyon reaksiyonunda yayılan nötronlar, daha sonra kendisi de indüklenmiş fisyona uğrayan başka bir ana çekirdek tarafından emilebilir. Uranyum-238 durumunda, üretilen üç nötron 1 MeV'den daha düşük bir enerjiyle ortaya çıkar (uranyum çekirdeğinin bölünmesi sırasında açığa çıkan enerji - 158 MeV - esas olarak fisyon parçalarının kinetik enerjisine dönüştürülür) ), dolayısıyla bu çekirdeğin daha fazla bölünmesine neden olamazlar. Bununla birlikte, nadir izotop 235 U'nun önemli bir konsantrasyonu ile bunlar serbest nötronlar 235 U çekirdeği tarafından yakalanabilir ve bu gerçekten fisyona neden olabilir, çünkü bu durumda, fisyonun indüklenmeyeceği bir enerji eşiği yoktur.

Bu zincirleme reaksiyonun prensibidir.

Nükleer reaksiyon türleri

K, bu zincirin n aşamasındaki bölünebilir malzeme örneğinde üretilen nötronların sayısı, n - 1 aşamasında üretilen nötron sayısına bölünsün. Bu sayı, n - 1 aşamasında üretilen nötronların sayısına bağlı olacaktır. zorunlu bölünmeye maruz kalabilecek çekirdek tarafından.

eğer k< 1, то цепная реакция просто выдохнется и процесс остановится очень быстро. Именно это и происходит в природной в которой концентрация 235 U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.

Eğer k > 1 ise, bölünebilir malzemenin tamamı tükenene kadar zincirleme reaksiyon büyüyecektir. Bu, yeterince büyük bir uranyum-235 konsantrasyonu elde etmek için doğal cevherin zenginleştirilmesiyle elde edilir. Küresel bir örnek için k değeri, kürenin yarıçapına bağlı olan nötron soğurma olasılığı arttıkça artar. Bu nedenle uranyum çekirdeğinin fisyonunun (zincirleme reaksiyon) gerçekleşebilmesi için U kütlesinin belirli bir miktarı aşması gerekir.

Eğer k = 1 ise kontrollü reaksiyon. Bu nükleer reaktörlerde kullanılır. Süreç, nötronların çoğunu emen kadmiyum veya bor çubuklarının uranyum içindeki dağılımı ile kontrol edilir (bu elementler nötronları yakalama yeteneğine sahiptir). Uranyum çekirdeğinin bölünmesi, k'nin değeri bire eşit kalacak şekilde çubukların hareket ettirilmesiyle otomatik olarak kontrol edilir.

2. Reaksiyonun enerji çıkışına hangi enerji denir? Bir fisyon reaksiyonunun enerji verimi nasıl tahmin edilir?

3. Zincirleme reaksiyonun hızını hangi değer karakterize eder? Zincirleme reaksiyonun gelişmesi için gerekli koşulu yazınız.

4. Kendi kendine devam eden fisyon reaksiyonu hangisidir? Ne zaman ortaya çıkıyor?

5. Kritik çekirdek boyutunu ve kritik kütleyi değerlendirin.

N, çekirdeklerin konsantrasyonudur. Bir nötronun birim zaman başına çekirdeklerle çarpışma sayısı n.

Nükleer fisyon reaksiyonları.

Çekirdeklerin temel parçacıklarla veya birbirleriyle etkileşime girdiğinde dönüşümüne nükleer reaksiyonlar denir. Nükleer reaksiyonlar, çekirdeklerin yapısını ve özelliklerini incelemek için ana yöntemdir. Nükleer reaksiyonlar koruma yasalarına uyar: elektrik yükü, baryon yükü, lepton yükü, enerji, momentum vb. Örneğin, baryon yükünün korunumu yasası, sonuç olarak toplam nükleon sayısının değişmediği gerçeğine indirgenir. nükleer reaksiyon.

Enerjinin salınması veya emilmesiyle nükleer reaksiyonlar meydana gelebilir Q Bu, kimyasal reaksiyonların enerjisinden 10 6 kat daha yüksektir. Eğer Q> 0 enerji açığa çıkar (ekzotermik reaksiyon). Örneğin,

Şu tarihte: Q < 0 – поглощение энергии (endotermik reaksiyon). Örneğin,

Nükleer reaksiyonlar karakterize edilir etkili reaksiyon kesiti(çekirdeğin yarıçapı parçacığın de Broglie dalga boyundan büyükse).

Nükleer reaksiyon çıkışı W– nükleer reaksiyon olaylarının sayısının oranı D N parçacık sayısına N 1 cm2'lik hedeflerin düşmesi, yani.

,

Nerede N– çekirdeklerin konsantrasyonu.

Düşük enerjilerdeki birçok nükleer reaksiyon oluşum aşamasından geçer bileşik çekirdek. Yani bir nötronun çekirdekten 10 7 m/s hızla geçmesi için t = 10 –22 s mertebesinde bir zaman gereklidir. Reaksiyon süresi 10 - 16 –10 - 12 s veya (10 6 –10 10)t'dir. Bu, çekirdekteki nükleonlar arasında çok sayıda çarpışmanın meydana geleceği ve bir ara durumun (bileşik çekirdek) oluşacağı anlamına gelir. Çekirdekte meydana gelen süreçlerin analizinde karakteristik zaman t kullanılır.

Nötron hızı azaldıkça, çekirdekle etkileşim süresi ve çekirdek tarafından yakalanma olasılığı artar, çünkü etkin kesit parçacık hızıyla ters orantılıdır (). Nötronun ve başlangıç ​​çekirdeğinin toplam enerjisi, bileşik çekirdeğin enerji bantlarının bulunduğu bölgede yer alıyorsa, o zaman bileşik çekirdeğin yarı-sabit bir enerji seviyesinin oluşma olasılığı özellikle yüksektir. Bu parçacık enerjilerindeki nükleer reaksiyonların kesiti keskin bir şekilde artarak rezonans maksimumunu oluşturur. Bu gibi durumlarda nükleer reaksiyonlar denir. yankılanan. Termal (yavaş) nötron yakalama için rezonans kesiti ( kT» 0,025 eV), çekirdeğin geometrik kesitinden ~10 6 kat daha büyük olabilir

Bir parçacığı yakaladıktan sonra, bileşik çekirdek ~10 - 14 saniye boyunca uyarılmış bir durumdadır, ardından bir parçacık yayar. Bileşik bir çekirdeğin çeşitli radyoaktif bozunma kanalları mümkündür. Rakip bir süreç de mümkündür; ışınımsal yakalama, bir parçacık çekirdek tarafından yakalandıktan sonra uyarılmış bir duruma geçtiğinde, ardından bir g-kuantumu yayarak temel duruma geçtiğinde mümkündür. Bu aynı zamanda bileşik bir çekirdek de oluşturabilir.

Çekirdeğin pozitif yüklü parçacıkları (protonlar) arasındaki Coulomb itme kuvvetleri, bu parçacıkların çekirdekten çıkışını desteklemez, aksine engeller. Bu etkiden kaynaklanıyor merkezkaç bariyer. Bu, itici kuvvetlerin pozitif enerjiye karşılık gelmesiyle açıklanmaktadır. Coulomb potansiyel bariyerinin yüksekliğini ve genişliğini arttırır. Pozitif yüklü bir parçacığın çekirdekten çıkışı alt bariyer süreci. Potansiyel bariyer ne kadar yüksek ve geniş olursa, gerçekleşme olasılığı da o kadar az olur. Bu özellikle orta ve ağır çekirdekler için önemlidir.

Örneğin, bir nötronu yakalayan bir uranyum izotop çekirdeği, daha sonra iki parçaya ayrılan bileşik bir çekirdek oluşturur. Coulomb itme kuvvetlerinin etkisi altında, bu parçalar ~200 MeV'lik yüksek bir kinetik enerjiyle birbirinden ayrılırlar, çünkü bu durumda elektriksel kuvvetlerüst nükleer kuvvetler cazibe. Bu durumda parçalar radyoaktiftir ve uyarılmış durumdadır. Temel duruma geçerken, hızlı ve gecikmeli nötronların yanı sıra g-kuanta ve diğer parçacıkları yayarlar. Yayılan nötronlara ikincil denir.

Fisyon sırasında salınan tüm çekirdeklerin ~%99'u anında salınır ve gecikmiş nötronların payı ~%0,75'tir. Buna rağmen gecikmiş nötronlar kullanılmaktadır. nükleer enerji yapmanıza izin verdikleri için kontrollü nükleer reaksiyonlar. Büyük olasılıkla uranyum, biri diğerinden yaklaşık bir buçuk kat daha ağır olan parçalara bölünecektir. Bu, nükleer nötron kabuklarının etkisiyle açıklanmaktadır, çünkü çekirdeğin bölünmesi, her bir parçadaki nötron sayısının sihirli sayılardan birine (50 veya 82) yakın olması için enerji açısından daha elverişlidir. Bu tür parçalar şunlar olabilir: örneğin çekirdekler ve.

Arasındaki fark maksimum değer potansiyel enerji E r(R) ve kararlı çekirdekler için değerine denir. aktivasyon enerjisi. Bu nedenle nükleer fisyon için ona aktivasyon enerjisinden daha az olmayan bir enerji verilmesi gerekir. Bu enerji, emilimi üzerine uyarılmış bileşik çekirdeklerin oluştuğu nötronlar tarafından getirilir.

Araştırmalar, izotop çekirdeklerinin, termal olanlar da dahil olmak üzere herhangi bir nötronu yakaladıktan sonra fisyona uğradığını göstermiştir. Bir uranyum izotopunun fisyonu için enerjisi 1 MeV'den fazla olan hızlı nötronlara ihtiyaç vardır. Çekirdeklerin davranışındaki bu farklılık, nükleon eşleşmesinin etkisiyle ilişkilidir.

Radyoaktif çekirdeklerin kendiliğinden fisyonu, 1940 yılında gözlemlenen harici uyarım olmadığında da mümkündür. Bu durumda, nükleer fisyon, fisyon ürünlerinin potansiyel bir bariyerden sızmasıyla meydana gelebilir. tünel etkisi. Belirli koşullar altında bileşik bir çekirdek aracılığıyla meydana gelen nükleer reaksiyonların bir diğer karakteristik özelliği, bileşik çekirdeğin bozunması sırasında oluşan saçılan parçacıkların açısal dağılımının kütle merkezi sistemindeki simetrisidir.

Doğrudan nükleer reaksiyonlar da mümkündür; örneğin,

nötron üretmek için kullanılır.

Ağır çekirdekler parçalandığında, her bölünebilir çekirdek için ortalama ~200 MeV'ye eşit enerji açığa çıkar. nükleer veya atom enerjisi. Bu enerji nükleer reaktörlerde üretilir.

Doğal uranyum, nükleer yakıt olan %99,3 izotop ve %0,7 izotop içerir. Uranyum ve toryum izotopları, izotop ve izotopun yapay olarak elde edildiği, aynı zamanda nükleer yakıt olan hammaddelerdir ve doğal durum doğada bulunmaz. Örneğin reaksiyonda bir plütonyum izotopu elde edilir.

Örneğin reaksiyonda bir uranyum izotopu elde edilir.

Nerede reaksiyon anlamına gelir

.
Nükleer izotoplar yalnızca enerjileri > 1 MeV olan hızlı nötronlar tarafından bölünür.

Bölünebilir bir çekirdeği karakterize eden önemli bir miktar, ikincil nötronların ortalama sayısıdır. nükleer fisyon zincir reaksiyonunun uygulanması En az 1 atom çekirdeği olmalıdır. Atom çekirdeğinin bu tür reaksiyonlarında nötronlar üretilir.

Zincirleme reaksiyon zenginleştirilmiş uranyum üzerinde pratik olarak yürütülen nükleer reaktörler. Zenginleştirilmiş uranyumda izotop ayrıştırılmasıyla uranyum izotop içeriği %2-5'e getirilir. Bölünebilen bir maddenin kapladığı hacme denir çekirdek reaktör. Doğal uranyum için termal nötron çarpım faktörü şöyledir: k=1.32. Hızı azaltmak için hızlı nötronlar termal hız için moderatörler kullanılır (grafit, su, berilyum vb.).

Var çeşitli türler Amaca ve güce bağlı olarak nükleer reaktörler. Örneğin, yeni üretime yönelik deneysel reaktörler uranyum ötesi elementler vesaire.

Şu anda nükleer enerjide kullanılıyor damızlık reaktörleri (damızlık reaktörleri), sadece enerji üretiminin meydana gelmediği, aynı zamanda bölünebilir maddenin genişletilmiş yeniden üretiminin de gerçekleştiği. Oldukça yüksek oranda (%30'a kadar) uranyum izotopu içeren zenginleştirilmiş uranyum kullanıyorlar.

Bu tür reaktörler yetiştiriciler Nükleer santrallerde enerji üretmek için kullanılır. Nükleer santrallerin en büyük dezavantajı radyoaktif atıkların birikmesidir. Ancak nükleer santraller kömürle çalışan santrallere göre daha çevre dostudur.

Fisyon sırasında açığa çıkan E enerjisi Z2/A'nın artmasıyla artar. 89 Y (itriyum) için Z 2/A = 17 değeri. Onlar. Fisyon, itriyumdan daha ağır tüm çekirdekler için enerjik olarak uygundur. Çekirdeklerin çoğu neden kendiliğinden bölünmeye karşı dirençlidir? Bu soruyu cevaplamak için bölme mekanizmasını dikkate almak gerekir.

Bölünme işlemi sırasında çekirdeğin şekli değişir. Çekirdek sırayla aşağıdaki aşamalardan geçer (Şekil 7.1): top, elipsoid, dambıl, iki armut biçimli parça, iki küresel parça. Çekirdeğin potansiyel enerjisi nasıl değişir? çeşitli aşamalar bölümler?
Büyütülmüş ilk çekirdek R giderek uzayan bir devrim elipsoidi şeklini alır. Bu durumda çekirdeğin şeklinin evrimi nedeniyle potansiyel enerjisindeki değişim yüzey ve Coulomb enerjilerinin toplamındaki değişimle belirlenir E p + E k Bu durumda yüzey enerjisi artar. çekirdeğin yüzey alanı artar. Protonlar arasındaki ortalama mesafe arttıkça Coulomb enerjisi azalır. Küçük bir parametre ile karakterize edilen hafif bir deformasyon altında, orijinal çekirdek eksenel olarak simetrik bir elipsoid şeklini almışsa, deformasyon parametresinin bir fonksiyonu olarak yüzey enerjisi E"p ve Coulomb enerjisi E"k aşağıdaki şekilde değişir:

Oranlarda (7,4–7,5) e n ve e k, başlangıçtaki küresel simetrik çekirdeğin yüzey ve Coulomb enerjileridir.
Ağır çekirdeklerin bulunduğu bölgede 2E p>Ek ve yüzey ve Coulomb enerjilerinin toplamı arttıkça artar. (7.4) ve (7.5)'ten, küçük deformasyonlarda yüzey enerjisindeki artışın çekirdeğin şeklinde daha fazla değişiklik olmasını ve dolayısıyla fisyonu önlediği sonucu çıkar.
İlişki (7.5) küçük deformasyonlar için geçerlidir. Eğer deformasyon çekirdek şeklini alacak kadar büyükse, o zaman yüzeysel ve Coulomb kuvvetleriçekirdeği bölme ve parçalara küresel bir şekil verme eğilimindedir. Böylece çekirdeğin deformasyonunun kademeli olarak artmasıyla potansiyel enerjisi maksimuma geçer. Şekil 2'de r'ye bağlı olarak çekirdeğin yüzeyindeki ve Coulomb enerjilerindeki değişiklikleri gösteren bir grafik gösterilmektedir. 7.2.

Potansiyel bir bariyerin varlığı, çekirdeklerin anında kendiliğinden bölünmesini önler. Bir çekirdeğin bölünmesi için, fisyon bariyeri H'nin yüksekliğini aşan bir Q enerjisi vermesi gerekir. Bölünen E + H çekirdeğinin (örneğin altın) iki özdeş parçaya maksimum potansiyel enerjisi ≈ 173 MeV'dir, ve fisyon sırasında açığa çıkan enerji miktarı E 132 MeV'dir. Bu nedenle altın çekirdeği fisyona uğradığında yaklaşık 40 MeV yüksekliğindeki potansiyel bariyerin aşılması gerekir.
Fisyon bariyerinin yüksekliği H ne kadar büyükse, o kadar yüksek olur daha az tutum Başlangıç ​​çekirdeğindeki Coulomb ve yüzey enerjisi E k /E p. Bu oran da bölme parametresi Z 2 /A (7,3) arttıkça artar. Çekirdek ne kadar ağırsa, fisyon bariyeri H'nin yüksekliği de o kadar düşük olur, çünkü Z'nin A ile orantılı olduğunu varsayarak fisyon parametresi artan kütle numarasıyla birlikte artar:

Bu nedenle, daha ağır çekirdeklerin nükleer fisyona neden olmak için genellikle daha az enerji aktarması gerekir.
Fisyon bariyerinin yüksekliği 2E p – E k = 0 (7,5) noktasında kaybolur. Bu durumda

2E p /E k = 2(a 2 A)/(a 3 Z 2),

Z 2 /A = 2a 2 /(a 3 Z 2) ≈ 49.

Dolayısıyla damlacık modeline göre Z 2 /A > 49 olan çekirdekler doğada var olamazlar çünkü hemen hemen anında bu çekirdeklerin oluşması gerekir. nükleer zaman kendiliğinden iki parçaya bölünmesi yaklaşık 10-22 saniye sürer. Potansiyel bariyer H'nin şekli ve yüksekliğinin yanı sıra fisyon enerjisinin Z2 /A parametresinin değerine bağımlılığı, Şekil 2'de gösterilmektedir. 7.3.

Pirinç. 7.3. Potansiyel bariyerin şekline ve yüksekliğine ve fisyon enerjisi E'ye radyal bağımlılık çeşitli boyutlar parametre Z 2 /A. Açık dikey eksen E p + E k değeri çizilmiştir.

Z 2 /A ile çekirdeklerin kendiliğinden fisyonu< 49, для которых высота барьера H не равна нулю, с точки зрения klasik fizik imkansız. Ancak kuantum mekaniğinde böyle bir fisyon, tünel etkisi (fisyon parçalarının potansiyel bir bariyerden geçişi) nedeniyle mümkündür. Buna kendiliğinden fisyon denir. Kendiliğinden fisyon olasılığı Z2/A fisyon parametresinin artmasıyla, yani fisyon bariyerinin yüksekliğinin azalmasıyla artar. Genel olarak, spontan fisyon periyodu, 232 Th için T 1/2 > 10 21 yıldan 260 Rf için 0,3 s'ye kadar daha hafif çekirdeklerden daha ağır çekirdeklere doğru ilerledikçe azalır.
Z 2 /A ile çekirdeklerin zorla bölünmesi< 49 может быть вызвано их возбуждением фотонами, нейтронами, протонами, дейтронами, a частицами и другими частицами, если вносимая в ядро энергия достаточна для преодоления барьера деления.
Nötron yakalanması sırasında oluşan E* bileşik çekirdeğinin uyarılma enerjisinin minimum değeri, bu çekirdekteki ε n nötron bağlama enerjisine eşittir. Tablo 7.1, nötron yakalanmasından sonra oluşan Th, U ve Pu izotopları için bariyer yüksekliğini H ve nötron bağlama enerjisini ε n karşılaştırır. Bir nötronun bağlanma enerjisi çekirdekteki nötron sayısına bağlıdır. Eşleşme enerjisinden dolayı çift nötronun bağlanma enerjisi tek nötronun bağlanma enerjisinden daha büyüktür.

Tablo 7.1

Fisyon bariyeri yüksekliği H, nötron bağlanma enerjisi ε n

Karakteristik özellik fisyon, parçaların sahip olma eğiliminde olmasıdır çeşitli kitleler. En olası 235 U fisyon durumunda parçaların kütle oranı ortalama ~ 1,5'tir. 235 U'nun termal nötronlar tarafından bölünmesinden elde edilen parçaların kütle dağılımı, Şekil 2'de gösterilmektedir. 7.4. En olası fisyon için ağır parçanın kütle numarası 139, hafif parçanın kütle numarası - 95'tir. Fisyon ürünleri arasında A = 72 - 161 ve Z = 30 - 65 olan parçalar vardır. eşit kütle sıfır değildir. 235 U, termal nötronlar tarafından bölündüğünde, simetrik bölünmenin olasılığı, A = 139 ve 95 olan parçalara en olası bölünme durumunda olduğundan yaklaşık üç kat daha azdır.
Asimetrik bölünme çekirdeğin kabuk yapısıyla açıklanmaktadır. Çekirdek, her bir parçanın nükleonlarının ana kısmı en kararlı büyülü iskeleti oluşturacak şekilde bölünmeye çalışır.
235 çekirdeğindeki nötron sayısının proton sayısına oranı N/Z = 1,55 olup, kararlı izotoplar Parça kütle sayısına yakın kütle numarasına sahip olan bu oran 1,25 – 1,45'tir. Sonuç olarak, fisyon parçalarının nötronlarla aşırı yüklendiği ortaya çıkıyor ve
β - radyoaktif. Bu nedenle, fisyon parçaları ardışık β bozunmaları yaşar ve birincil parçanın yükü 4 – 6 birim değişebilir. Aşağıda tipik bir zincir var radyoaktif bozunumlar 97 Kr – 235 U'nun bölünmesi sırasında oluşan parçalardan biri:

Kararlı çekirdeklerin özelliği olan proton ve nötron sayısı oranının ihlali nedeniyle ortaya çıkan parçaların uyarılması, hızlı fisyon nötronlarının emisyonu nedeniyle de ortadan kaldırılır. Bu nötronlar, ~10-14 saniyeden daha kısa bir sürede hareket eden parçalar tarafından yayılır. Ortalama olarak her fisyon olayında 2-3 hızlı nötron yayılır. Enerji spektrumları maksimum yaklaşık 1 MeV ile süreklidir. Ani bir nötronun ortalama enerjisi 2 MeV'ye yakındır. Her fisyon olayında birden fazla nötronun emisyonu, nükleer fisyon zincirleme reaksiyonu yoluyla enerji elde edilmesini mümkün kılar.
Termal nötronlar tarafından 235 U'luk en olası fisyonla, hafif bir parça (A = 95) ≈ 100 MeV'lik bir kinetik enerji elde eder ve ağır bir parça (A = 139) yaklaşık 67 MeV'lik bir kinetik enerji elde eder. Böylece toplam kinetik enerji parçalar ≈ 167 MeV. Toplam Enerji bölünmeler bu durumda 200 MeV'dir. Böylece, kalan enerji (33 MeV) diğer fisyon ürünleri (β bozunma parçalarından nötronlar, elektronlar ve antinötrinolar, parçalardan γ radyasyonu ve bunların bozunma ürünleri) arasında dağıtılır. 235 U'nun termal nötronlarla fisyonu sırasında fisyon enerjisinin çeşitli ürünler arasındaki dağılımı Tablo 7.2'de verilmiştir.

Tablo 7.2

Fisyon enerji dağıtımı 235 U termal nötronlar

Nükleer fisyon ürünleri (NFP), 200'den fazla bileşiğin karmaşık bir karışımıdır. radyoaktif izotoplar 36 element (çinkodan gadolinyuma). Aktivitenin çoğu kısa ömürlü radyonüklitlerden gelir. Böylece patlamadan 7, 49 ve 343 gün sonra PYD'nin aktivitesi patlamadan bir saat sonraki aktiviteye göre sırasıyla 10, 100 ve 1000 kat azalıyor. Biyolojik açıdan en önemli radyonüklitlerin verimi Tablo 7.3'te verilmektedir. PYN'ye ek olarak, radyoaktif kirlenmeye, indüklenen aktiviteye sahip radyonüklidler (3H, 14C, 28Al, 24Na, 56 Mn, 59 Fe, 60Co, vb.) ve uranyum ve plütonyumun bölünmemiş kısmı neden olur. Termo sırasında indüklenen aktivitenin rolü nükleer patlamalar.

Tablo 7.3

Nükleer patlamadan bazı fisyon ürünlerinin salınması

Atmosferdeki nükleer patlamalar sırasında yağışın önemli bir kısmı (yerdeki patlamalarda %50'ye kadar) test alanının yakınına düşer. Bazı radyoaktif maddeler atmosferin alt kısmında tutulur ve rüzgarın etkisiyle atmosfere doğru hareket eder. uzun mesafeler, yaklaşık olarak aynı enlemde kalıyor. Yaklaşık bir aydır havada olan radyoaktif maddeler Bu hareket sırasında yavaş yavaş Dünya'ya düşerler. En radyonüklidler stratosfere salınır (10-15 km yüksekliğe kadar), burada küresel olarak dağılırlar ve büyük ölçüde parçalanırlar.
Nükleer reaktörlerin çeşitli yapısal elemanları onlarca yıldır oldukça aktiftir (Tablo 7.4)

Tablo 7.4

Üç yıllık işletme sonrasında reaktörden çıkarılan yakıt elemanlarındaki ana fisyon ürünlerinin spesifik aktivite değerleri (Bq/t uranyum)

1934 yılında E. Fermi, 238 U'yu nötronlarla ışınlayarak uranyum ötesi elementler elde etmeye karar verdi. E. Fermi'nin fikri, 239 U izotopunun β bozunmasının bir sonucu olarak, kimyasal element seri numarası Z=93. Ancak 93. elementin oluşumunu tespit etmek mümkün olmadı. Bunun yerine radyokimyasal analizler sonucunda radyoaktif elementler O. Hahn ve F. Strassmann tarafından gerçekleştirilen, uranyumun nötronlarla ışınlanmasının ürünlerinden birinin, ortalama atom ağırlığına sahip bir kimyasal element olan baryum (Z = 56) olduğu, Fermi teorisinin varsayımına göre ise, uranyum ötesi elementlerin elde edilmiş olması gerekirdi.
L. Meitner ve O. Frisch, bir nötronun uranyum çekirdeği tarafından yakalanması sonucunda bileşik çekirdeğin iki parçaya çöktüğünü öne sürdü.

92 U + n → 56 Ba + 36 Kr + xn.

Uranyumun fisyon sürecine, diğer uranyum çekirdeklerinin fisyonuna neden olabilen ikincil nötronların (x > 1) ortaya çıkışı eşlik eder, bu da bir fisyon zincirleme reaksiyonunun meydana gelme potansiyelini açar - bir nötron dallanmış bir nötron oluşmasına neden olabilir uranyum çekirdeğinin fisyon zinciri. Bu durumda, bölünen çekirdeklerin sayısı katlanarak artmalıdır. N. Bohr ve J. Wheeler, 235 U izotopunun nötron yakalaması sonucu oluşan 236 U çekirdeğinin bölünmesi için gereken kritik enerjiyi hesapladı. Bu değer 6,2 MeV olup, termal nötronun yakalanması sırasında oluşan 236 U izotopunun uyarılma enerjisinden 235 U daha azdır. Dolayısıyla termal nötronlar yakalandığında 235 U'luk bir fisyon zincir reaksiyonu mümkündür. En yaygın izotop 238 U'dur, kritik enerji 5,9 MeV'dir, termal bir nötron yakalandığında ortaya çıkan 239 U çekirdeğin uyarılma enerjisi yalnızca 5,2 MeV'dir. Bu nedenle, doğadaki en yaygın izotop olan 238 U'nun termal nötronların etkisi altında fisyonunun zincirleme reaksiyonunun imkansız olduğu ortaya çıkıyor. Bir fisyon olayında ≈ 200 MeV enerji açığa çıkar (karşılaştırma için kimyasal reaksiyonlar bir reaksiyon olayında yanma ≈ 10 eV enerji açığa çıkarır). Bir fisyon zincirleme reaksiyonu için koşullar yaratma olasılığı, zincirleme reaksiyonun enerjisinin kullanılarak nükleer reaktörler Ve atom silahları. İlk nükleer reaktör 1942 yılında ABD'de E. Fermi tarafından inşa edilmiştir. SSCB'de ise ilk nükleer reaktör 1946 yılında I. Kurchatov önderliğinde faaliyete geçirilmiştir. 1954 yılında dünyanın ilk nükleer enerji santrali Obninsk'te faaliyete geçmiştir. Şu anda 30 ülkede yaklaşık 440 nükleer reaktörde elektrik enerjisi üretiliyor.
1940 yılında G. Flerov ve K. Petrzhak, uranyumun kendiliğinden fisyonunu keşfettiler. Deneyin karmaşıklığı aşağıdaki rakamlarla kanıtlanmaktadır. 238 U izotopunun kendiliğinden bölünmesine ilişkin kısmi yarı ömür 10 16 –10 17 yıl iken 238 U izotopunun bozunma süresi 4,5∙10 9 yıldır. 238 U izotopunun ana bozunma kanalı α bozunmasıdır. 238 U izotopunun kendiliğinden fisyonunu gözlemlemek için, 10 7 –10 8 α-bozunması olayının arka planına karşı bir fisyon olayının kaydedilmesi gerekliydi.
Kendiliğinden fisyon olasılığı esas olarak fisyon bariyerinin geçirgenliği ile belirlenir. Nükleer yükün artmasıyla kendiliğinden fisyon olasılığı artar, çünkü bu durumda Z 2 /A bölme parametresi artar. İzotoplarda Z< 92-95 деление происходит преимущественно с образованием двух осколков деления с отношением масс тяжёлого и лёгкого осколков 3:2. В изотопах Z >100'de simetrik fisyon, eşit kütleli parçaların oluşumuyla baskındır. Nükleer yük arttıkça, α bozunmasına kıyasla kendiliğinden fisyonun oranı artar.

Nükleer fisyon. Hikaye

1934− Reaksiyon ürünleri arasında uranyumu termal nötronlarla ışınlayan E. Fermi keşfedildi radyoaktif çekirdekler niteliği belirlenemeyen bir durumdur.
L. Szilard nükleer zincirleme reaksiyon fikrini ortaya attı.

1939− O. Hahn ve F. Strassmann reaksiyon ürünleri arasında baryumu keşfetti.
L. Meitner ve O. Frisch, nötronların etkisi altında uranyumun karşılaştırılabilir kütleye sahip iki parçaya bölündüğünü ilk açıklayanlardı.
N. Bohr ve J. Wheeler, fisyon parametresini tanıtarak nükleer fisyonun niceliksel bir yorumunu verdiler.
Ya. Frenkel, yavaş nötronlarla nükleer fisyonun düşme teorisini geliştirdi.
L. Szilard, E. Wigner, E. Fermi, J. Wheeler, F. Joliot-Curie, Y. Zeldovich, Y. Khariton, uranyumda nükleer fisyon zincirleme reaksiyonunun meydana gelme olasılığını kanıtladı.

1940− G. Flerov ve K. Pietrzak, uranyum U çekirdeklerinin kendiliğinden fisyonu olgusunu keşfettiler.

1942− E. Fermi, ilk atom reaktöründe kontrollü bir fisyon zincir reaksiyonu gerçekleştirdi.

1945− İlk test nükleer silahlar(Nevada, ABD). Açık Japon şehirleri Hiroşima (6 Ağustos) ve Nagazaki'ye (9 Ağustos) Amerikan birlikleri tarafından atom bombaları atıldı.

1946− I.V. Avrupa'nın ilk reaktörü Kurchatov devreye alındı.

1954− Dünyada ilki başlattı nükleer santral(Obninsk, SSCB).

Nükleer fisyon.1934'ten beri E. Fermi, atomları bombalamak için nötronları kullanmaya başladı. O zamandan bu yana yapay dönüşümle elde edilen kararlı veya radyoaktif çekirdeklerin sayısı yüzlere çıktı ve hemen hemen her yerde periyodik tablo izotoplarla doludur.
Tüm bu nükleer reaksiyonlarda ortaya çıkan atomlar, periyodik tabloda bombardımana uğrayan atomla aynı yeri veya komşu yerleri işgal ediyordu. Bu nedenle, 1938'de Hahn ve Strassmann'ın periyodik tablonun son elementinin nötron bombardımanına tutulduğunda büyük sansasyon yarattığını kanıtlaması−uranyum−Periyodik tablonun orta kısımlarında bulunan elementlere ayrışma meydana gelir. Burada farklı çürüme türleri var. Ortaya çıkan atomlar çoğunlukla kararsızdır ve hemen daha da bozunur; bazılarının yarı ömürleri saniyelerle ölçülür, bu nedenle Gan'ın bunu kullanması gerekti. analitik yöntem Curie'nin bu kadar hızlı bir süreci uzatmasını rica ediyorum. Uranyum, protaktinyum ve toryum gibi üst elementlerin de nötronlara maruz kaldıklarında benzer bozunma sergilediklerini, ancak bozunmanın başlamasının daha uzun sürdüğünü belirtmek önemlidir. yüksek enerji nötronlar uranyumdan daha fazladır. Bununla birlikte, 1940 yılında G. N. Flerov ve K. A. Petrzhak, o zamana kadar bilinen en büyük yarı ömre sahip bir uranyum çekirdeğinin kendiliğinden fisyonunu keşfetti: yaklaşık 2· 10 15 yıl; bu gerçek, bu işlem sırasında açığa çıkan nötronlar sayesinde daha da netleşiyor. Bu, “doğal” periyodik sistemin neden adı geçen üç elementle bittiğini anlamayı mümkün kıldı. Transuranik elementler artık biliniyor, ancak o kadar kararsızlar ki hızla bozunuyorlar.
Uranyumun nötronlar aracılığıyla parçalanması, çoğu kişinin "Jules Verne'in hayali" olarak hayal ettiği atom enerjisinin kullanılmasını artık mümkün kılıyor.

M. Laue, “Fiziğin Tarihi”

1939 Uranyum tuzlarını termal nötronlarla ışınlayan O. Hahn ve F. Strassmann, reaksiyon ürünleri arasında baryumu (Z = 56) keşfettiler

Otto Gann (1879 – 1968)

Nükleer fisyon, bir çekirdeğin, fisyon fragmanları adı verilen benzer kütlelere sahip iki (daha az sıklıkla üç) çekirdeğe bölünmesidir. Fisyon sırasında başka parçacıklar da ortaya çıkar - nötronlar, elektronlar, a parçacıkları. Fisyon sonucunda ~200 MeV enerji açığa çıkar. Fisyon kendiliğinden gerçekleşebilir veya diğer parçacıkların, çoğunlukla da nötronların etkisi altında zorlanabilir.
Fizyonun karakteristik bir özelliği, fisyon parçalarının kural olarak kütle bakımından önemli ölçüde farklılık göstermesi, yani asimetrik fisyonun baskın olmasıdır. Dolayısıyla uranyum izotopu 236 U'nun en olası fisyon durumunda parçaların kütlelerinin oranı 1,46'dır. Ağır parçanın kütle numarası 139'dur (ksenon), hafif parçanın ise kütle numarası 95'tir (stronsiyum). İki ani nötronun emisyonu dikkate alındığında, söz konusu fisyon reaksiyonu şu şekildedir:

Nobel Kimya Ödülü
1944 – O.Gan.
Uranyum çekirdeğinin nötronlarla fisyon reaksiyonunun keşfi için.

Fisyon parçaları

Hafif ve ağır parça gruplarının ortalama kütlelerinin bölünebilir çekirdeğin kütlesine bağımlılığı.

Nükleer fisyonun keşfi. 1939

Lise Meitner'in yalnızlık çektiği İsveç'e vardım ve sadık bir yeğen gibi onu Noel'de ziyaret etmeye karar verdim. Göteborg yakınlarındaki küçük Kungälv otelinde yaşıyordu. Onu kahvaltıda buldum. Gan'dan yeni aldığı mektubu düşündü. Uranyumun nötronlarla ışınlanması sonucu baryumun oluştuğunu bildiren mektubun içeriği konusunda oldukça şüpheliydim. Ancak fırsat onu cezbetti. Biz karda yürüdük, o yaya, ben kayakla (bu yolu benim arkama düşmeden yapabileceğini söyledi ve bunu kanıtladı). Yürüyüşün sonunda bazı sonuçları formüle edebildik; çekirdek bölünmedi ve ondan parçalar uçmadı ama bu daha çok şu süreci anımsatan bir süreçti: damlama modeli Bohr çekirdekleri; çekirdek bir damla gibi uzayabilir ve bölünebilir. Daha sonra nasıl olduğunu araştırdım elektrik yükü nükleonlar yüzey gerilimiyle azaltılır, tespit edebildiğim kadarıyla bu Z = 100'de sıfıra düşer ve muhtemelen uranyum için oldukça düşüktür. Lise Meitner, kütle kusurundan kaynaklanan her bozunum sırasında açığa çıkan enerjiyi belirlemek için çalıştı. Kütle kusur eğrisi konusunda çok netti. Elektrostatik itme nedeniyle fisyon elemanlarının yaklaşık 200 MeV'lik bir enerji elde edeceği ve bunun kütle kusuruyla ilişkili enerjiye tam olarak karşılık geldiği ortaya çıktı. Bu nedenle süreç, potansiyel bir engeli aşma kavramına başvurmadan tamamen klasik bir şekilde ilerleyebilir ki bu elbette burada işe yaramaz.
Noel'de iki veya üç günü birlikte geçirdik. Daha sonra Kopenhag'a döndüm ve Bohr'a, tam da ABD'ye giden bir gemiye bindiği sırada, fikrimiz hakkında bilgi verecek zamanım olmadı. Konuşmaya başlar başlamaz alnına nasıl tokat attığını ve şöyle bağırdığını hatırlıyorum: “Ah, ne kadar aptaldık! Bunu daha önce fark etmeliydik." Ama o bunu fark etmedi ve kimse fark etmedi.
Lise Meitner ve ben bir makale yazdık. Aynı zamanda Kopenhag'dan Stockholm'e kadar şehirlerarası telefonla sürekli iletişim halinde kaldık.

O. Frisch, Anılar. UFN. 1968. T. 96, sayı 4, s. 697.

Kendiliğinden fisyonçekirdekler

Aşağıda açıklanan deneylerde, nükleer fisyon süreçlerini kaydetmek için ilk olarak Frisch tarafından önerilen yöntemi kullandık. Uranyum oksit tabakasıyla kaplanmış plakalara sahip bir iyonizasyon odası, uranyumdan yayılan a parçacıklarının sistem tarafından algılanmayacağı şekilde yapılandırılmış bir doğrusal amplifikatöre bağlanır; α parçacıklarından gelen darbelerden çok daha büyük olan parçalardan gelen darbeler, çıkış tiratronunun kilidini açar ve mekanik bir röle olarak kabul edilir.
İyonizasyon odası, çok katmanlı bir yapı şeklinde özel olarak tasarlanmıştır. düz kapasitörİle toplam alan 1000 cm'de 15 plaka Birbirlerinden 3 mm uzaklıkta bulunan plakalar 10-20 mg/cm'lik bir uranyum oksit tabakası ile kaplandı. 2 .
Parçaları saymak için yapılandırılmış bir amplifikatörle yapılan ilk deneylerde, bir röle ve bir osiloskop üzerinde kendiliğinden (bir nötron kaynağının yokluğunda) darbeleri gözlemlemek mümkün oldu. Bu atımların sayısı azdı (1 saatte 6) ve bu nedenle bu olgunun normal tipteki kameralarla gözlemlenemeyeceği anlaşılabilir.
Bunu düşünmeye eğilimliyiz gözlemlediğimiz etki, uranyumun kendiliğinden bölünmesinden kaynaklanan parçalara atfedilmelidir...

Kendiliğinden fisyon, sonuçlarımızın değerlendirilmesinden elde edilen yarı ömürlere sahip uyarılmamış U izotoplarından birine atfedilmelidir:

sen 238 – 10 16 ~ 10 17 yıllar,
sen 235 – 10 14 ~ 10 15 yıllar,
sen 234 – 10 12 ~ 10 13 yıllar.

İzotop bozunması 238 sen

Kendiliğinden nükleer fisyon

Kendiliğinden bölünebilen izotopların yarı ömürleri Z = 92 - 100

Birinci deneysel sistem uranyum-grafit kafesli, 1941 yılında E. Fermi önderliğinde inşa edildi. Yaklaşık 7 ton uranyum oksit içeren, 2,5 m uzunluğunda kenarı olan, demir kapların içine alınmış ve küpün içine birbirinden eşit mesafelere yerleştirilmiş bir grafit küptü. Uranyum-grafit kafesinin altına bir RaBe nötron kaynağı yerleştirildi. Böyle bir sistemdeki üreme katsayısı ≈ 0,7 idi. Uranyum oksit %2 ila %5 arasında yabancı madde içeriyordu. Daha saf malzemeler elde etmek için daha fazla çaba gösterildi ve Mayıs 1942'ye kadar safsızlığın %1'den az olduğu uranyum oksit elde edildi. Bir fisyon zincirleme reaksiyonu sağlamak için kullanmak gerekliydi. büyük sayı grafit ve uranyum - yaklaşık birkaç ton. Safsızlıkların milyonda birkaç parçadan az olması gerekiyordu. 1942'nin sonunda Chicago Üniversitesi'nden Fermi tarafından monte edilen reaktör, yukarıdan kesilmiş, tamamlanmamış bir küresel şekle sahipti. İçinde 40 ton uranyum ve 385 ton grafit bulunuyordu. 2 Aralık 1942 akşamı nötron soğurucu çubuklar çıkarıldıktan sonra reaktörün içinde bir nükleer zincir reaksiyonunun meydana geldiği keşfedildi. Ölçülen katsayı 1,0006 idi. Başlangıçta reaktör 0,5 W güç seviyesinde çalıştırıldı. 12 Aralık'a kadar gücü 200 watt'a çıkarıldı. Daha sonra reaktör daha büyük bir alana taşındı. güvenli yer ve gücü birkaç kW'a çıkarıldı. Aynı zamanda reaktör günde 0,002 g uranyum-235 tüketiyordu.

SSCB'deki ilk nükleer reaktör

SSCB'deki ilk araştırma merkezinin inşası nükleer reaktör F-1 Haziran 1946'da hazırdı.
Gerekli tüm deneyler yapıldıktan sonra reaktör için kontrol ve koruma sistemi geliştirilmiş, reaktörün boyutları belirlenmiş ve tüm işlemler gerçekleştirilmiştir. gerekli deneyler reaktör modelleri ile nötron yoğunluğu çeşitli modellerde belirlendi, grafit bloklar (nükleer saflık olarak adlandırılan) ve (nötron-fiziksel testlerden sonra) uranyum blokları elde edildi ve Kasım 1946'da F-1 reaktörünün inşaatı başladı.
Reaktörün toplam yarıçapı 3,8 m idi. 400 ton grafit ve 45 ton uranyum gerekiyordu. Reaktör katmanlar halinde monte edildi ve 25 Aralık 1946 saat 15.00'te son 62. katman toplandı. Acil durum çubukları olarak adlandırılan çubuklar çıkarıldıktan sonra kontrol çubuğu yükseltildi, nötron yoğunluk sayımına başlandı ve 25 Aralık 1946 saat 18:00'de SSCB'deki ilk reaktör canlandı ve çalışmaya başladı. Bu, nükleer reaktörün ve her şeyin yaratıcıları olan bilim adamları için heyecan verici bir zaferdi. Sovyet halkı. Ve bir buçuk yıl sonra, 10 Haziran 1948'de, kanallarda su bulunan endüstriyel reaktör kritik bir duruma ulaştı ve kısa süre sonra yeni bir nükleer yakıt türü olan plütonyumun endüstriyel üretimi başladı.