Reja: Fizika fani uning mazmuni,boshqa fanlar va ekologiya bilan aloqasi. Fizik va biokimyoviy jarayonlarning uzviy bog‘liqligi

14-MA’RUZA
Yadroviy reaksiyalar.
REJA:

1. 
   Radioaktiv moddalarning yarim yemirilish davri.
   
2. 
   Yadrolarning bo‘linishi, zanjir reaksiyalar.
   
3. 
   Termoyadro reaksiyalari.
   
4. 
   Radioaktiv nurlanish va undan himoyalanish, radioaktiy chiqindilarni saqlash.
   

Tayanch so‘z va iboralar: Yadro, proton, neytron, massa soni bog‘lanish energiyasi, radioaktivlik, radioaktiv nurlar, fotoemulsiya usuli, Vilson kamerasi, Geyger-Leyuller schetchigi, atom yadrosi, energiya, neytron, zarra, ekzoenergetik, endoenergetik, reaksiya, zanjir reaksiya, reaktor. og‘ir yadro, yengil yadro, deyteriy, tritiy, yadroviy sintez, neytron, izotop, zarra, antizarra, antiproton, nepton, mezon, simmetrik, antisimmetrik.

Yadroviy reaksiyalar va saqlanish qonunlari. Ikki yadro yoki yadro bilan zarra bir-biriga 10^-15 m masofagacha yaqinlashganda yadroviy kuchlarning ta’siri tufayli o‘zaro intensiv ta’sirlashadi, natijada yadroviy o‘zgarishlar vujudga keladi. Bu yadroviy reaksiya bo‘lib u quyidagicha yoziladi: A+aB+b
bunda A-boshlansich yadro, a-reaksiyaga kirishuvchi yadro yoki zarra (neytron, proton, -zarra, -kvant, yengil yadrolar), B-yadroviy reaksiyada vujudga kelgan yadro, b-yadroviy reaksiyada ajralib chiqqan zarra. Birinchi yadro reaksiyasini E.Rezerfod 1919 yilda -zarralar bilan azot ₇¹⁴ atomini bombardimon qilib hosil qildi. Azot yadrosi o‘zidan proton chiqarib kislorod yadrosiga aylanadi.
₂He⁴+₇N¹⁴₈O¹⁷+₁P¹
₂He⁴-geliy atomining yadrosi, ya’ni musbat zaryadli -zarradir. Bu yadro reaksiya quyidagi tenglama bilan ham ifodalanadi:
₇N¹⁴(,p) ₈O¹⁷
Yadro reaksiyalarida energiya chiqariladi yoki yutiladi. Ajralib chiqqan energiya miqdori reaksiyaning issiqlik effekti deyiladi. Hosil bo‘layotgan yadro massalari yitsindisi boshlansich yadro masalalari yitsindisidan katta bo‘lsa, yadro reaksiyasida energiya yutiladi va uning issiqlik effekti manfiy bo‘ladi. Hamma yadro reaksiyalari zaryadning, massaning nuklonlar sonining, energiyaning, impulsning, impuls momentining saqlanish qonunlari bajarilishi asosida sodir bo‘ladi. Yuqoridagi reaksiyadan zaryadning saqlanish qonuniga asosan:
2+7=8+1=9
nuklonlar sonining saqlanish qonuniga asosan 4+14=17+1=18 bo‘ladi.
Yadro reaksiyasi natijasida energiya ajralib chiqsa bunday reaksiyani ekzoenergetik reaksiya, energiya yutilgan reaksiyani endoenergetik yadro reaksiyalari deyiladi. Yadrolar strukturasini, zarralarning o‘zaro ta’sir mexanizmlarini o‘rganishda, hamda amaliy jihatdan yadro energiyalarini olish va har xil element izotoplarini hosil qilishda yadro reaksiyalari katta ahamiyatga ega.
Yadroning bo‘linishi. Turli xil element yadrolarini har xil zarralar bilan bombardimon qilib har xil yadro reaksiyalarni hosil qilish mumkin. -nurlar bilan ₄Be⁹-berilliy izotopini bombardimon qilib neytron hosil qilingan:
₄Be⁹+₂Ne⁴₆C¹²+₀n¹
Yadrolarga ta’sir qiluvchi zarralarning energiyasi, turlariga bog‘lilik ravishda yadro reaksiyalari: kichik, o‘rta va yuqori energiyali reaksiyalarga bo‘linadi. Yadrolarning neytronlar bilan ta’sirlashishida hosil bo‘ladigan reaksiyalar kichik energiyali, -zarralar, protonlar va -kvantlar ta’sirida hosil bo‘lgan reaksiyalarni o‘rta energiyali yadro reaksiyalari deyiladi. Yuqori energiyali yadro reaksiyalarini hosil qilib elementar zarralarning strukturasi, xususiyati o‘rganiladi. E.Fermi, Ch.Jolio-Kyuri, P.Savich, O.Gan, F.Shtrassman, O.Frish, L.Maytner larning tajribalar va nazariy izlanishlari tufayli o‘ttizinchi yillar oxirida (1938 y.) Neytronlar bilan bombardimon qilingan og‘ir yadrolar (masalan uran)ni ikki qismga bo‘linishi aniqlandi. Bundan tashari neytraonlar, elektronlar va -nurlanishlarning ham vujudga kelishi kuzatildi. Bu hodisa yadro bo‘linishi deb nom oldi. Neytron biror _zX^A yadroga kirgach yangi _zX^A+1 yadro hosil bo‘ladi. U esa ikki yadroga, ya’ni va yadrolarga bo‘linadi, ya’ni

X yadroni Yva V yadrolarga ajralish imkoniyati energetik nuqtai nazardan Q=(₁A₁+₂A₂)-A
Ifodaning ishorasiga bog‘liq bo‘lib undagi ₁, ₂ va  lar mos ravishda bo‘linish parchalari-E va B hamda X yadrolardagi bitta nuklonga to‘g‘ri keluvchi bog‘lanish energiyalarining qiymatlari. Davriy jadvalning o‘rta qismidagi elementlar yadrolari uchun nuklonning yadroga bog‘lanishi energiyasi (₁ va ₂)ning qiymatga jadval oxiridagi og‘ir yadrolarniki (ya’ni ) nisbatan 0,8 meV katta bo‘lganligi uchun, og‘ir yadro (masalan, U₂₃₅) ikki o‘rtaroq yadroga ajralganda QA0,8 meV energiya ajralishi mumkin (1ev =1,610^-19j).
Og‘ir yadrolarning bo‘linishi natijasida katta energiya ajralib chiqadi. Masalan bitta uran yadrosini bo‘linishi natijasida, ya’ni

yadro reaksiya tufayli 200 meV energiya ajralib chiqadi. 1G uran bo‘linishi natijasida esa 800 kg ko‘mirni bir paytda yonishi natijasida qancha issiqlik miqdori ajralib chiqsa shuncha issiqlik miqdori ajralib chiqadi.
Zanjir reaksiya. Reaktorlar. U₂₃₅ yadrosi bo‘linishi tufayli ajraladigan energiyani taxminan 82-84% bo‘linish parchalarining energiyasi tarzida, olgan qismi esa neytronlar (2-3%) -nurlanish (5-6%), elektronlar (2-3%) va neytronlar (5-6%) energiyasi sifatida namoyon bo‘ladi.
Har bir yadro bo‘linganda taxminan 200 meV (1meV=1,610^-19j) energiya ajraladi. Yadro bo‘linishida ximiyaviy reaksiyadagidan milionlab marta ko‘p energiya ajraladi. Shuning uchun og‘ir yadrolarning bo‘linish hodisasi kashf qilinishi bilano bu reaksiyada ajraladigan energiyadan foydalanish yo‘llari izlana boshlandi. Bo‘linish energiyasidan foydalanish imkoniyati amalga oshishi uchun shunday sharoit yaratish lozimki, bu sharoitda reaksiya bir boshlangandan so‘ng o‘z-o‘zidan davom eta olsin, ya’ni reaksiya zanjir harakterga ega bo‘lsin, masalan, birinchi yadro bo‘linganda ajralib chiqqan 2-3 neytronni har biri o‘z navbatida yangi yadrolarni bo‘linishiga sababchi bo‘ladi. Natijada 69 yangi neytronlar vujudga keladi. Bu neytronlar yana boshqa yadrolarni bo‘linishiga imkoniyat yaratadiva xokazo. Shu tariqa bo‘linayotgan yadrolar va buning natijasida vujudga keladigan neytronlar soni nihoyat tez ortib boradi. Shu tarzda rivojlanadigan jarayon zanjir reaksiyadir. Hisoblarning ko‘satishicha, birinchi yadro bo‘linganida keyin 7,510^-7 s o‘tgach 10²⁴10²⁵ yadro (shuncha yadro taxminan 1 kg uran tarkibida bo‘ladi) reaksiyada qatnashgan bo‘ladi.
Demak qisqa vaqt ichida ketma-ket bo‘linayotgan yadrolar soni keskin oshib boradi.

Ru²³⁹ ham, xuddi u²³⁵ kabi sekin neytronlar ta’sirida bo‘ladi va ulardan foydalanib zanjir reaksiya amalga oshirish mumkin.
Zanjir reaksiyaning rivojlanish tezligi ko‘payish koeffitsienti kk ning qiymati bilan xarakterlanadi.
Ko‘payish koeffitsienti biror avlod bo‘linishlarida vujudga kelgan neytronlar sonini undan oldingi avlod bo‘linishlarida hosil bo‘lgan neytronlar soniga nisbatidir. Agar kk>1 bo‘lsa zanjir reaksiya rivojlanadi. kk<1 bo‘lsa reaksiya so‘nadi. kk=1 bo‘lganda reaksiya bir me’yorda davom etadi.
Bo‘linuvchi modda massasining qiymati mm_kr bo‘lgan holda neytronlarning ko‘payish koeffitsienti Kk1 bo‘ladi, shuning uchun zanjir reaksiya amalga oshmaydi. mmkp bo‘lganda Kk1 bo‘ladi natijada zanjir reaksiya rivojlanadi.
Boshqariladigan bo‘linish zanjir reaksiyalarini amalga oshirish uchun o‘llaniladigan qurilmani yadroviy reaktor (atom reaktori) deb ataladi.
Fan va texnikada qo‘llanilishiga qarab yadro reaktorlari quyidagi asosiy gruppalarga bo‘linadi:
Ilmiy tadiot ishlari.
Yadro energetikasi.
Ximiyaviy va biologik ob’ektlarni nurlantirish.
Izotoplar olish va x.k.z.
Zamonoviy reaktorlarda bo‘linuvchi modda sifatida U²³⁵ izotop bilan boyitilgan tabiiy urandan foydalaniladi.
Zanjir reaksiya boshqarilmaydigan tarzda amalga oshishi atom bombaning portlash jarayonida sodir bo‘ladi. Atom bomba portlaganda juda qisqa vaqt ichida nihoyat darajada katta energiya ajralib chiqanligi uchun portlash zonasida issiqlik bir necha million gradusga yetadi. Bunday issilik ta’sirida portlash zonasidagi moddalar bug‘ga aylanadi. O‘ta qizigan sharsimon gaz tez kengayishi natijasida juda kuchli zarb to‘lqini vujudga keladi va o‘z yo‘lida ob’ektlarni yemiradi va kuydiradi.