Ядровий реакциялар ва уларнинг асосий ыонуниятлари. Ядроларнинг бщлиниш реакциялари. Занжир реакция. Ядровий реактор

2. Ядроларнинг бщлиниш реакциялари

Э. Ферми (Италия), И. Жолио - Кюри ва П. Савич (Франция), О. Ган ва Ф. Штрассман (Германия), О. Фриш ва Л.Майтнер (Австрия) лар нинг тажрибалари ва назарий изланишлари туфайли нейтронлар билан бомбардимон килинган оьир ядролар (масалан, уран) ни икки ыисмга бщлиниши аниыланди. Бундан ташкари нейтронлар, электронлар ва - нурланишларнинг ъам вужудга келиши кузатилди. Бу ъодиса ядро бщлиниши деб ном олди. Бщлиниш жараёнида вужудга келган (Менделеев даврий жадвалининг щртароьидаги элементларига тааллуыли) ядроларни эса бщлиниш парчалари деб аталди.
Бу ходиса ни ядро физикасига оид билимларимиз асосида талыин ыилиб кщрайлик. Нейтрон _zХ^A ядрога киргач, унинг нуклонлари орасида щралашиб ыолади. Натижада янги _zХ^A+1 ядро ъосил бщлади, у эса икки ядрога, яoни , _Z1 У ^A1 ва _Z2 V^A2 ядроларга бщлинади. Бщлиниш натижасида вужудга келиши мумкин бщлган бошыа зарралар билан ыизиымасак, мазкур реакцияни ыуйидагича ёза оламиз:
_zХ^A +n _zХ^A+1  _Z1 У ^A1 + _Z2 V^A2 + . . .
Х ядрони У ва V ядроларга ажралиш имконияти энергетик нуытаи назардан
Q = (₁А₁ + ₂А₂) - А
ифоданинг ишорасига боьлиы. (18.7) да ₁, ₂,  лар мос равишда бщлиниш парчалари - У ва V ъамда Х ядролардаги битта нуклонга тщьри келувчи боьланиш энергияларининг ыийматлари. Даврий жадвалнинг щрта ыисмидаги элементлар ядролари учун нуклоннинг ядрога боьланиш энергияси (яoни, ₁ ва ₂ лар) нинг ыийматлари жадвал охиридаги оьир ядроларники (яoни ) га нисбатан  0,8 МэВ катта. Шунинг учун Q нинг ишораси мусбат бщлади. Бундан ташыари Х ядронинг нуклонлари У ва V ядролар орасида таысимланганлиги учун
Z₁+Z₂=Z ва A₁+A₂=A+ 1 A


деб хисоблаш мумкин. Натижада оьир ядро (масалан, U²³⁵) икки щртачароы ядрога ажралганда Q  A  0,8 МэВ энергия ажралиши лозим, деган хулосага келамиз. Ыизиьи шундаки, (18.7) ифода асосида хисоблашлар масса сони 100 дан катта бщлган барча ядролар учун Q нинг ишораси мусбат эканлигини кщрсатди. Демак, назарий жиъатдан А>100 бщлган ядролар щз-щзидан, яoни спонтан бщлиниши мумкин. У холда нима учун спонтан бщлиниш фаыат оьир ядроларда кузатилади? Хаыиыатан, спонтан равишда оьир ядрони икки щртачароы ядрога ажралиши элементлар даврий жадвалининг охиридаги баoзи ядроларда собиы совет физиклари Г. Н. Флеров ва К. А. Петржаклар томонидан кузатилди. Лекин спонтан бщлинишнинг тажрибада аниыланган эътимоллиги жуда кичик, яoни ярим емирилиш даври ниъоят катта. Масалан, уран учун 0,8 ^. 10¹⁶ йилга тенг. Демак, юкоридаги саволни ыуйидагича ифодаласа ъам бщлади:
нима учун иккига ажралишга нисбатан Q > 0 бщлган ядроларнинг бщлинишини амалга ошириш учун ташыаридан бирор таoсир берилиши керак? Бу саволга жавоб бериш учун ядронинг томчи моделидан фойдаланилади. Мазкур моделда атом ядроси суюылик томчисига щхшатилади. Шунинг учун ядронинг бщлиниш жараёнини баён ыилишдан олдин суюылиы томчиси устидаги мулохазаларга тщхтаб щтайлик. Агар шарсимон суюылик томчиснни астагина туртсак, у деформацияланиб, «нафас олаётгандек» тебранади. Бунда томчининг шакли шарсимондан эллипсоидсимонга, ундан яна шарсимонга щтади. Шу тарзда маoлум ваыт тебрангач, томчи яна шарсимон шаклини олади, чунки бу шакл томчи учун асосийдир. Агар томчига берилган туртки ечарлича катта бщлса, томчи тебраниш жараёнида эластик деформациянинг критик нуытасидан щтиб кетади. Натижада томчининг бошланрич сферасимон шаклга ыайтиш имконияти йщыолади. Шунинг учун томчи бир неча босыичлардан (18.2-расм) щтиб, иккига ажралади. Ядронинг бщлиниши ъам томчиникига щхшаш бщлади. Нейтрон ядро ичига кириб нуклонларга аралашиб кетади ва ядровий кучлар туфайли ядро билан боьланиб ыолади. Бунда нейтрон ядродаги нуклонлар «коллективи»га щзининг кинетик ва боьланиш энергияларининг йиьиндисига тенг миыдордаги энергия беради. Ядрога берилган бу энергия суюылик томчисини деформаиялаш жараёнида берилган энергияга щхшайди. Нейтрон олиб кирган энергия таoсирида ядро бщлинадиган даражада деформацияланмаса, бир ыатор тебранишлардан сщнг ядро бошланьич ъолатга ыайтади. Тебраниш энергияси эса -квант тарзида нурлантирилади. Агар нейтроннинг энергияси ядрога 18.2-в расмда тасвирлангандек гантелсимон шаклни беришга етарли бщлса, энди ядро сферасимон шаклини тиклай олмайди. Ъаыиыатан, гантелсимон шаклга келган ядронинг чеккаларида жойлашган протонларнинг щзаро итаришиш кучларини ядровий кучлар мувозанатлаштиролмайди, чунки ядровий кучлар фаыат ыисыа масофалардагина тортишув характерига эга. Натижада гантелсимон шаклдаги ядро икки ядрога  бщлиниш парчаларига ажралади. Ядронинг бщлиниши учун етарли даражада деформациялай оладиган энергиянинг киймати бщлинишнинг критик энергияси W_кр (ёки активлаш энергияси) деб аталади. Ядро бщлиниш ходисасининг назариясини 1939 йилда Н. Бор, Ж. Уиллер ва Россиялик физик Я. И. Френкел яратди. Шу назарияга асосланган ядронинг бщлиниш механизмини соддалаштирилган тарзда юыорида баён ыилдик. Энди, ядронинг бщлинишида кузатиладиган нейтронлар ва электронлар ыандай сабаблар туфайли вужудга келади? деган саволга жавоб берайлик. Бунинг учун ядролар тузилишидаги ыуйидаги ыонуниятга эoтибор берайлик. Элементлар даврий жадвалидаги турли стабил (яoни, барыарор) ядролардаги нейтронлар сони N нинг протонлар сони Z га нисбати ентил ядролар учун тахминан 1 га тенг бщлса, оьир ядролар сохасига силжиганимиз сари бу нисбатнинг ыиймати катталашиб боради. Масалан, О¹⁶' Ag¹⁰⁸, Ва¹³⁷, U²³⁸ ядролари учун N/Z нинг ыийматлари мос равишда 1,0; 1,3; 1,46; 1,6 ларга тенг, Демак, оьир ядро (масалан, уран) бщлиниши туфайли ъосил бщлган бщлиниш парчаларида ъам нейтронлар протонлардан анчагина кщп бщлади (чунки N/Z = 1,6 эди). Бундан ташыари бщлиниш парчалари янгигина вужудга келган ваытда ниъоят даражада деформацияланган бщлади. Бундай деформацияларга эга бщлган ядроларни щта уйьонган ядролар деб аталади. Щта уйьонган ядронинг потенциал энергияси жуда катта. Шунинг учун щта уйьонган ядро (бщлиниш парчаси) «силкиниб» щзидан бир-иккита нейтрон чиыариб юборади. Нейтрон чиыариш бщлиниш ваыти бошлангандан сщнг 10^-14 с лар чамаси ваыт ичида содир бщлади. Шу сабабли мазкур нейтронлар оний нейтронлар деб аталади. Оний нейтронлар чиыарилгандан кейин ъам бщлиниш парчаларннинг таркибида ортиыча нейтронлар мавжуд бщлади. Шунинг учун бщлиниш парчалари - емирилишга мойил бщлади, яoни электрон ва антинейтрон чиыариб нейтрон протонга айланади. Натижада парча-ядронинг заряди 1 га ортади, нейтронларнинг сони эса 1га камаяди. Лекин бу ядрода ъам нейтронлар ортиыча бщлиши мумкин. У ъолда бу ядрода яна  - емирилиш содир бщлади. Фаыат охирги ядродаги N/Z нисбат барыарорлик (стабиллик) шартига жавоб берадиган шартни ыаноатлантиргандагина  - емирилишлар занжири тщхтайди. Масалан, ураннинг бщлиниши туфайли ъосил бщлган бщлиниш парчаларидан бири — Хе¹⁴⁰ нинг - емирилиш занжири ыуйидагича:
₅₄Хе^{140 -} ₅₅Cs^{140 -}  ₅₆ Ва^{140 -}  ₅₇La^{140 -} ₅₈Cе¹⁴⁰
Юыорида Хе¹⁴⁰ ядросини уран ядросининг бщлиниши туфайли вужудга келадиган парчалардан бири деб атадик. Бундай дейишимизнинг сабаби шундаки, ураннинг 60 га яыин бщлиниши кузатилади. Улар ичида бщлиниш парчаларининг масса сонлари нисбати А₁/А₂ нинг 2/3 га яыин бщлганлари эса катта эътимоллик билан амалга ошади.
\

АДАБИЕТЛАР

1. Савельев И.В. Куpс общей физики ТТ 3 М,. Наука. 1998 гг.
2. Детлаф А.А., Явоpский Б.М. Куpс физики М.. Высшая школа.2000
3. Тpофимова Т.И. Куpс физики М.. Высшая школа. 2000 г.
4. Сивухин Д.В. Общий куpс физики. ТТ 5, М.,Наука 1990 гг.
5. Матвеев А.Н. Оптика1985г. Атомная физика 1990г.
6. Ахмаджонов О.И. Физика курси 3к. Т. Щыитувчи 1989 й