R. G. Isyanov pedagogika fanlari nomzodi
Download 3.01 Kb. Pdf ko'rish
|
10
15 yilga teng, 238 92 U izotopi uchun esa yarim yemirilish davri 10 17 yilga teng. Har bir yadro bolinganda 23 ta neytron chiqishi, ayniqsa, muhim ahamiyatga ega, chunki bu neytronlar uran massasida oz- ozidan davom etadigan reaksiyani amalga oshirishga imkoniyat yaratib beradi. Haqiqatan ham, ajratib chiqarilgan 23 ta neytrondan har biri atom yadrosiga tushishi mumkin, bunda ham ikkita bolinish parchasi hosil boladi va 23 ta neytron ajralib chiqadi, bu neytronlar ham yana bolinishga va neytronlar ajralib chiqishiga sabab boladi va hokazo. Aktiv neytronlar va reaksiyaga kiruvchi yadrolar soni geometrik progressiya boyicha osib borishini sezish qiyin emas, shuning uchun butun moddada tobora avj oluvchi yadro reaksiyasi yuz beradi (213-rasm). Bu reaksiya zanjir yadro reaksiyasi deb ataladi. 213- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 325 Yadrolarning bolinishida hosil bolgan neytronlarning tasiri ostida roy beradigan boshqa yadrolarning quyunsimon bolinish jarayoniga zanjir yadro reaksiyasi deyiladi. Uranning har bir yadrosining bolinishidan paydo boladigan neytronlarning hammasi ham boshqa yadrolarning bolinishiga sabab bolavermaydi. Neytronlarning bir qismini yadro yoqilgisidagi bolinmaydigan yoki qiyin bolinadigan aralashma yadrolari oziga qoshib olishi mumkin, neytronlarning yana bir qismini yoqilgi material hajmi sirtidan uning boshqa yadrolari bilan toqnashmay chiqib ketishi mumkin. Zanjir reaksiyada aktiv ishtirok qiluvchi neytronlar sonini kamaytiradigan sabablar ham mavjud. Zanjir reaksiyaning kuchayishi neytronlarning kopayish koeffitsiyenti k bilan xarakterlanadi. Bu koeffitsiyent reaksiyaning birorta bosqichida yadrolarning bolinishini vujudga keltiradigan neytronlar soni N i ning bundan avvalgi bosqichda bolinishini vujudga keltirgan neytronlar soni N i-1 ga nisbati bilan olchanadi: 1 . i i N N k − = Masalan, 213- rasmda tasvirlangan zanjir reaksiyada neytron- larning kopayish koeffitsiyenti: 4 8 2 2 4 = = = k ga teng boladi. Neytronlarning kopayish koeffitsiyenti bolinayotgan moddaning tabiati va miqdoriga hamda egallagan hajmining geometrik shakliga bogliq boladi. Berilgan modda biror miqdorining hajmi shar shaklida bolganda neytronlarning kopayish koeffitsiyenti eng katta qiymatga ega, chunki bu holda hajmning sirti orqali oniy neytronlarni yoqotish eng kam boladi. Zanjir reaksiya neytronlarning kopayish koeffitsiyenti birga teng bolgan holatda boradigan bolinuvchi modda massasiga berilgan moddaning kritik massasi deyiladi. Masalan, sof 235 92 U uchun kritik massa taxminan 40 kg. Agar yadro yoqilgisining massasi kritik massadan oz bolsa, u vaqtda k<1 va bolinish reaksiyasi asta-sekin sonadi. Agar yoqilgi www.ziyouz.com kutubxonasi 326 massasi kritik massaga teng bolsa, u vaqtda k=1 va zanjir reaksiya ozgarmas intensivlik bilan boradi. Agar yoqilgi massasi kritik massadan katta bolsa, u vaqtda k>1, bu holda zanjir reaksiya boshqarib bolmaydigan darajada avj oladi va portlash roy beradi. Atom bombasida ana shunday reaksiya ketadi. 105- §. Yadro energiyasini olish. Yadro reaktorlari Uran 235 92 U yadrosining bolinishida chiqadigan energiyani bevosita olchash natijalari shuni korsatdiki, har bir yadro bolinganda taxminan 200 MeV energiya ajraladi. Boshqa hech qanday (yadroning bolinishi bilan bogliq bolmagan) yadro reaksiyasida bunchalik katta energiya ajralib chiqmaydi. Ajralib chiqqan energiyaning katta qismi ( 80%) : parchalarning kinetik energiyasi korinishida ajraladi, qolgan (20%) qismi esa parchalarning radioaktiv nurlanishiga va neytronlarning kinetik energiyalariga togri keladi. Agar yadroning bolinishini hosil qiladigan neytronlarning energiyasi (yani, sarf qilingan energiya) 7÷10 MeV dan ortmasligini etiborga olsak, yadrosi bolinadigan materiallar juda katta energiya manbayi bolib xizmat qila oladi. Masalan, 1 kg 235 92 U da bolgan barcha yadrolarning bolinishida ajraladigan energiya taxminan 2,3·10 7 kW-soatga teng. Bunday energiyani tasavvur qilish uchun quyidagi yoqilgilarni yonishi natijasida hosil bolgan energiya bilan taqqoslash mumkin. 2·10 6 kg benzin yoki 2,5·10 6 kg toshkomir yonganida yoki 2,5·10 7 kg trinitrotoluol (trotil) portlaganda ajraladigan energiya 2,3·10 7 kW-soatga tengdir. Sanoat uchun yadro energiyasi olishda zanjir reaksiyani amalga oshirish va uni boshqarish zarur. Uranda zanjir yadro reaksiyasi ikki xil usul bilan amalga oshirilishi mumkin. Birinchi usul tabiiy urandan bolinuvchi 235 92 U izotopni ajratib olishdan iborat (chunki yuqorida aytib otilganidek, 238 92 U yadrolarini faqat tez neytronlargina parchalay olishi mumkin). Izotoplarning kimyoviy jihatdan farqi bolmagani sababli ularni ajratib olish juda qiyin masaladir. Lekin shunga qaramasdan, bu masala bir necha xil usullar bilan hal qilinadi. www.ziyouz.com kutubxonasi 327 Zanjir reaksiyani amalga oshirishning ikkinchi usuli yadro reaktorlari (atom qozonlari) da qollaniladi. Yadro reaktorlarining ishlashini korib chiqaylik. 214- rasmda uran qozonining tuzilishi korsatilgan: uran qozoni katta hajmli idish bolib, uning ichiga tez hara- katlanuvchi neytronlarni sekinlatadigan modda solingan, atrofiga neytronlarni qaytaruvchi modda qoyilgan. Sekinlat- kich va qaytargich sifatida grafit ishlatiladi. Sekinlatkich ichida metall uran sterjenlar bolib, ularda atom yadrolari bolinadi. Zanjir reaksiya portlashga olib kelmasligi uchun reaksiyani boshqarish kerak, buning uchun sust neytronlarni yaxshi yutuvchi moddalar ishlatiladi. Bunday moddalar kadmiy va borli polatdir (tarkibida bor elementi bolgan polat sust neytronlarni kuchli yutadi). Bu moddalar qozon ichiga yetarli miqdorda kiritilganda ular zanjir reaksiyani susaytirishi va hatto batamom toxtatib qoyishi ham mumkin. Uran yadrolarining bolinish energiyasi issiqlik va radioaktiv nurlanish tarzida chiqadi. Bu issiqlikdan issiqlik elektr mar- kazlarining ishlashi uchun foydalanish mumkin. Shu maqsadda uran qozoniga uzluksiz gaz yuborib turiladi, bu gaz yuqori temperaturagacha qiziydi va bug qozoniga keladi. Gaz energiyasi suvni buglantirib, yuqori bosimli ota qizigan bug hosil qilishga sarflanadi, bu bug elektr generatoriga ulangan bug turbinasini harakatga keltiradi. 215- rasmda atom elektr stansiyasi tuzilishining prinsipial sxemasi keltirilgan. Uran qozonlari radioaktiv nurlanishlarning kuchli manbayidir, shuning uchun qozonlarni muhofaza vositalari bilan 214- rasm. 215- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 328 taminlash (betonlash va boshqa muhofaza tadbirlarini korish) kerak. Qozonlarni boshqarishga doir barcha jarayonlar, ichiga uran sterjenlarini tushirish va chiqarib olish ishlari avtomatik ravishda uzoq masofadan turib amalga oshiriladi. Shuni aytib otish kerakki, yadro reaktorida energiya ajralish bilan bir qatorda yangi yadro yoqilgi plutoniy ham hosil boladi va yigiladi. Gap shundaki, 238 92 U yadrosi sekin neytronni yutib gamma fotonni chiqaradi va yarim yemirilish davri 23 minut bolgan radioaktiv uran izotopi 239 92 U ga aylanadi. Bu yadro, oz navbatida, β-zarra chiqaradi va neptuniyga aylanadi, uning yarim yemirilish davri 2,3 kun. Neptuniy yadrosi β-zarra chiqarib, plutoniy 239 94 Pu yadrosiga aylanadi. Bu reaksiyani quyidagicha ifodalash mumkin: 238 1 239 239 239 92 0 92 93 94 U U Np P u. n γ β β ↓ ↓ ↓ − − + → → → Plutoniy yaxshi yadro yoqilgisidir, uning yadrolari uran yadrolariga oxshash sekin neytronlar tasirida parchalanadi. Plutoniy radioaktiv, u α, β va γ-nurlarni chiqaradi. Uning yarim yemirilish davri 24100 yil, shuning uchun plutoniydan katta miqdorlarda yigish mumkin. Yadro reaktorlari yordamida kop miqdorda energiya olish bilan bir qatorda tibbiyotda, qishloq xojaligida, biologiyada, turli ilmiy, mexanik va sanoat maqsadlarida keng qollaniladigan turli-tuman radioaktiv izotoplar olish mumkin. Òakrorlash uchun savollar 1. Zaryadli zarralarni kuzatish va qayd etish qanday hodisalarga asoslangan? Neytral zarralarni-chi? 2. Zarralarni qayd etish uchun yadro fizikasida qanday asboblardan foydalaniladi? 3. Vilson kamerasining tuzilishi va ishlash prinsipini tushuntiring. 4. Fotoemulsiya usulining qanday afzalliklari bor? 5. Yadro reaksiyasi qanday fizik jarayon? 6. Yadro reaksiyalarini amalga oshirishda qanday zarralardan foydalaniladi? 7. Neytron qanday kashf qilingan? Chedvig eksperimental qurilmasining sxemasini chizing va unda amalga oshirilgan yadro reaksiyasini yozing. www.ziyouz.com kutubxonasi 329 8. Suniy radioaktivlikni kim kashf etgan? Suniy radioaktiv modda hosil bolishi reaksiyasiga misollar keltiring. 9. Pozitron qanday kashf qilingan? 10. Yadro reaksiyalarida saqlanish qonunlarining bajarilishi haqida nima deya olasiz? 11. Ogir yadrolarning bolinish reaksiyasini tushuntiring. 12. 235 92 U uran yadrosining bolinishini yadroning tomchi modeliga asosan tushuntiring. 13. Nima uchun ogir yadrolar bolinganda katta energiya ajralib chiqadi? Bitta uran yadrosi bolinganda qancha energiya ajralib chiqadi? 14. Òez neytronlar, sekin neytronlar, issiq neytronlar deganda qanday neytronlarni tushunasiz? Oniy neytronlar va kechikkan neytronlar deganda-chi? 15. Zanjir yadro reaksiyasini tushuntiring. 16. Atom yadrosi energiyasidan qanday foydalaniladi? 17. Yadro reaktorining tuzilishi va ishlash prinsipini tushuntiring. Masala yechish namunalari 1- masala. Azot 14 7 N izotopini neytronlar bilan bombardimon qilganda β radioaktiv nurlanishga ega bolgan uglerod 14 6 C izotopi hosil boladi. Yadro reaksiyalari tenglamasini yozing. Yechilishi. Birinchi yadro reaksiyasi tenglamasi: 14 1 14 7 0 6 N Ñ Y. + → + A z n Zaryadning saqlanish qonuniga asosan Z=7−6=1, massa sonining saqlanish qonuniga asosan esa A=(14+1)−14=1 ekanligini topamiz. Demak, 1 1 1 1 Y Y H A Z = = protondir. Natijada quyidagini yozamiz: 14 1 14 1 7 0 1 6 N Ñ H. + → + n Ikkinchi yadro reaksiyasi tenglamasi: 1 1 14 0 1 6 C Y . − → + A z e Massa va zaryadning saqlanish qonuniga muvofiq Z 1 =6−(− 1)=7, A 1 =14−0=14, yani 1 14 14 7 7 Y Y N A z = = , Mendeleyev elementlar davriy sistemasidan uning azot izotopi ekanligini aniqlaymiz. Nihoyat: www.ziyouz.com kutubxonasi 330 14 14 0 7 1 6 C N − → + e deb uzil-kesil yozamiz. 2- masala. Uran 235 92 U izotopi yadrosi bir marta bolinganda 200 MeV energiya ajralib chiqadi. 1 g uran bolinganida qancha miqdor energiya olish mumkin? (Kilovatt-soatlarda hisoblang). Berilgan: W 1 =200 MeV; m=1 g=10 -3 kg. Òopish kerak: W? Yechilishi: 1 g uran bolinganda qancha miqdor energiya ajralganini topish uchun mazkur modda massasidagi atomlar sonini topish kerak. Agar bitta uran atomining massasini m o bilan belgilasak, berilgan massadagi atomlar soni o m m N = ga teng boladi. Bitta uran atomining massasini quyidagi ifodadan topamiz: o A N m µ = , bunda µ uran 235 92 U izotopining bir gramm-atomining massasi, u µ=235 kg/kmol ga teng, N A Avagadro soni. Shunday qilib: m N A N µ = ifodaga ega bolamiz. U holda ajralayotgan energiya uchun quyidagi ifodani hosil qilamiz: 1 . 1 m N W A W NW µ = = Hisoblash: 26 1 23 3 10 kg kg 235 kmîl 6,02 10 kmîl 200 ÌeV 5,1 10 ÌeV. − − = ⋅ ⋅ ≈ ⋅ W Energiyani kW-soatlarda ifodalaymiz. Buning uchun avval 1 MeV qancha kW-soat ekanligini hisoblab olamiz: 16 6 6 -19 19 36 1ÌeV = 10 eV = 10 1,6 10 J = 10 kW - sîàt − ⋅ ⋅ ⋅ Demak: 23 23 19 4 16 36 W = 5,1 10 ÌeV = 5,1 10 10 kW sîàt 2,3 10 kW sîàt. − ⋅ ⋅ ⋅ − ≈ ⋅ − www.ziyouz.com kutubxonasi 331 3- masala. Yemirilish mahsulotlari bilan muvozanatda bolgan 1 g radiy 226 88 Ra izotopi har sekundda 14,2·10 11 MeV energiya ajratib chiqaradi. Shu radioaktiv yemirilish energiyasi hisobiga 10 g suvning temperaturasini 0° dan 100°C gacha kotarish uchun qancha vaqt kerak boladi? Berilgan: 11 11 13 2 3 ÌeV J 14,2 10 14,2 10 1,6 10 ; s s J 10 g 10 kg; 100 K; s 4,19 10 . kg Ê − − = ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ = = ∆ = = ⋅ ⋅ P m t Òopish kerak: τ? Yechilishi. Radioaktiv yemirilish natijasida τ vaqt ichida ajralib chiqqan energiya W = P · τ ga teng boladi. Energiyaning saqlanish qonuniga asosan bu energiya m massali suvni isitish uchun sarflangan issiqlik miqdoriga teng boladi, yani W=Q. Issiqlik miqdorining formulasi: Q=mc∆t, bunda: c suvning solishtirma issiqlik sigimi. Demak, P τ=mc·∆t. bundan: ⋅ ∆ = cm t P τ boladi. Hisoblash: 3 2 4 4 11 13 1 J 4,19 10 10 kg 100 Ê kg Ê 14,2 10 1,6 10 J s 4,19 4,19 1 10 s 10 sîàt 5sîàt. 2,27 2,27 3600 − − − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = = = = τ Mustaqil yechish uchun masalalar 169. 10 5 B bor izotopining α-zarralar bilan bombardimon qilinganda radioaktiv azot hosil boladi va u pozitron chiqarib parchalanadi. Yadro reaksiyalarining tenglamalarini yozing. 170. 13 7 N radioaktiv azot parchalanib, uglerod 13 6 C izotopiga aylanadi. Yadro reaksiyasini yozing. Bunda qanday zarra otilib chiqadi? 171. Litiy yadrosiga neytron tushib, reaksiya jarayonida α-zarra uchib chiqqan. Bu reaksiya natijasida qanday yadro hosil bolgan? 172. Quyidagi yadro reaksiyalarini tugallang: www.ziyouz.com kutubxonasi 332 6 1 4 3 1 2 27 1 4 13 0 2 1 22 4 1 11 2 55 1 25 0 26 Li H ? He Al ? He ? H Na He Mn ? ... . n n + → + + → + + → + + → + 173. 5 g uran 235 92 U izotopining radioaktiv yemirilishida qancha kW-soat energiya ajralib chiqadi? 174. Atom reaktorining sutkasiga 200 g uran 235 92 U izotopini istemol qilgandagi quvvati 32000 kW. Uran 235 92 U izotopining bolinishidan hosil bolgan energiyaning qancha qismi foydali ishga sarf boladi? 106- §. Òermoyadro reaksiyasi Atom yadrolari orasida kichik masofa 15 ( 10 m) − ∼ larda yadro tortishish kuchlari tasir qilishi sababli, bir-biriga shunday masofagacha yaqinlashayotgan ikki yadro ozaro qoshilishi mumkin. Yengil yadrolarning qoshilib, ogirroq yadro hosil qilishi yadro sintezi deb ataladi. Uran yadrosining tinchlikdagi massasi yadro bolinganda hosil bolgan parchalarning tinchlikdagi massalari yigindisidan katta ekanligidan har bir uran yadrosi parchalanganda taxminan 200 MeV energiya ajralishi bizga malum. Yengil yadrolarda esa ular qoshilganda qoshilayotgan yadrolarning tinchlikdagi massasi yigindisi sintezlangan yadroning tinchlikdagi massasidan katta. Demak, bunda ham katta energiya ajralishi kerak. Yengil yadrolarning bunday qoshilish reaksiyalari faqat juda yuqori temperaturalardagina yuz berishi mumkin. Shuning uchun bu reaksiya termoyadro reaksiyasi deb ataladi. Yadrolar qoshilishi uchun ular 15 10 m ÿ r − ≈ masofaga yaqin- lashishi, yani yadro kuchlarining tasir doirasiga tushishi lozim. Lekin bunday yaqinlashishga yadrolarning zaryadlari tufayli yuzaga keladigan kulon itarishish kuchlari tosqinlik qiladi. Bu kuchni yadrolar issiqlik harakatining juda katta kinetik energiyasi hisobigagina yenga oladi. Buning uchun ular quyidagi energiyaga ega bolishi kerak: 2 1 2 0 , 4 ⋅ ⋅ = yo z z e W r πε www.ziyouz.com kutubxonasi 333 bunda Z 1 va Z 2 lar qoshilayotgan yadrolarning elektr zaryadi soni. Hatto Z 1 =Z 2 =1 bolganda ham W=0,7 MeV, toqnashayotgan har bir yadro esa 2 0,35 W ∆ = MeV energiyaga ega bolishi kerak. Bunday energiyaga 2·10 9 K temperatura mos keladi. Biroq yengil yadrolar ancha past temperaturalarda 8 ( 10 K) ∼ ham qoshilishi mumkin ekan. Ayniqsa vodorodning 2 1 H deyteriy (ogir vodorod, deyteriyni D harfi bilan ham belgilanadi) va 3 1 H tritiy (ota ogir vodorod, tritiyni Ò harfi bilan ham belgilanadi) izotoplari sintezi 2 3 4 1 1 1 2 0 H H He 17,5 ÌeV + → + + n uchun sharoit yaratish imkoniyati mavjud. Bunday termoyadro reaksiyada geliyning 4 2 He izotopi va neytron hosil boladi hamda 17,5 MeV energiya ajralib chiqadi. Agar deyteriy va tritiylarning har biri 0,01 ÌeV ≈ energiyaga ega bolsa, reaksiya samarali boladi. Buning uchun, tegishli hisoblashlarga kora, D va Ò aralashmasining temperaturasini 77000000 K gacha kotarish kerak boladi. Hozirgi vaqtda Yer sharoitida bunday yuqori temperaturani faqat atom bombasini portlatish bilangina olish mumkin. Boshqariladigan termoyadro reaksiyalarining Yer sharoitida amalga oshirilishi insoniyatga amalda bitmas-tuganmas yangi energiya manbayini bergan bolar edi. Bu jihatdan D va Ò larning bir-biri bilan qoshilishi eng istiqbolli reaksiyadir. Chunki, biri- nchidan, bu reaksiyada katta energiya (17,5 MeV) ajralib chiqadi; ikkinchidan, deyteriy Yerda (dengiz suvida) goyat kop miqdorda mavjud (6000 vodorod atomiga bitta deyteriy atomi togri keladi); uchinchidan, Yerda litiy elementining zaxirasi yetarlicha katta. Gap shundaki, tritiy tabiatda yoq. Uni hozir termoyadro reaktorining ozida litiyni neytronlar bilan bombardimon qilish orqali suniy yol bilan olinadi: 6 1 4 3 3 0 2 1 Li n He H. + → + Yengil yadrolarning termoyadro sintezi reaksiyasining bosh- qarish muammosini muvaffaqiyatli hal etilishi insoniyatga qanday foyda keltirishini akademik I.E. Òammning bir maqolasidan keltirilgan quyidagi parcha bilan baholash mumkin: «350 l benzindan qanday energiya olinsa, 1 l suvning tarkibidagi deyteriydan ham shuncha energiya olish mumkin. Shunday qilib, energetik nuqtayi www.ziyouz.com kutubxonasi 334 nazardan, Yer sharini orab turgan tortta okean 1400 ta benzin okeaniga teng kuchlidir. Hattoki istemol qilinadigan energiya 100 marta ortsa ham, mavjud energiya zaxirasi insoniyatga milliard yillarga yetadi». Hozirgi vaqtda kopgina olimlar bu muammoning hal etilishi ustida ish olib bormoqdalar. 107- §. Yuqori temperaturali plazmani yaratish va uni saqlab turish. Òokamak Òermoyadro reaksiyasini amalga oshirish uchun yadro «yoqilgisi»- ni bir necha 10 million gradus temperaturagacha qizdirish kerak. Bunday temperaturada modda kuchli ionlashgan gaz plazma holatiga otadi. Reaksiya sonmasligi uchun plazmaning kengayishiga yol qoymasdan uni biror tayinli hajmda tutib turish kerak. Buni plazmani berk idishga oddiy qamash bilan amalga oshirish mumkin emas, chunki plazma idish devorlariga tegsa soviydi. Bundan tashqari yuqori temperaturaga chidamli bolgan har qanday moddadan qilingan idish devorlari bunday temperaturada erib, buglanib ketadi. XX asrning 50- yillarida rus fiziklari A.D. Saxarov va I.E. Òammlar hamda bazi chet el olimlari plazmani tayinli hajmda magnit maydon yordamida tutib turish goyasini ilgari surdilar. Bu goyaning fizik 1> Download 3.01 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2025
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling