Nüvə Reaksiyalarını (Bölünmə və Füzyon) Müzakirə Edən Nümunə Suallar
Nüvə reaksiyaları elm və texnologiyanın, xüsusən də enerji sektorunun inkişafında mühüm fiziki hadisədir. Nüvə reaksiyalarının iki əsas növü var: parçalanma və birləşmə. Bu məqalədə həm bölünmə, həm də birləşmə ilə əlaqəli əsas anlayışları, fərqləri və bir neçə nümunə problemi və onların həll yollarını müzakirə edəcəyik.
Bölünmə və Füzyon Reaksiyalarına Giriş
Parçalanma, uran-235 və ya plutonium-239 kimi böyük, ağır bir atom nüvəsinin daha kiçik, daha yüngül nüvələrə bölünməsi prosesidir. Bu proses, Albert Eynşteynin məşhur tənliyinə görə, orijinal nüvənin kütləsinin bir hissəsi enerjiyə çevrildiyi üçün çox miqdarda enerji buraxır. Parçalanma reaksiyaları nüvə elektrik stansiyalarında və nüvə silahlarında geniş istifadə olunur.
Bunun əksinə olaraq, birləşmə daha yüngül nüvələrin birləşərək daha ağır nüvələr əmələ gətirdiyi prosesdir. Birləşmə reaksiyasının ən çox yayılmış nümunəsi, Günəşdə və digər ulduzlarda baş verdiyi kimi, hidrogen nüvələrinin heliuma birləşməsidir. Birləşmə bölünmədən daha çox kütlə vahidi üçün daha çox enerji istehsal edir və kainatda əsas enerji mənbəyidir.
Nümunə Suallar və Müzakirə
Bu iki növ nüvə reaksiyasını daha yaxşı başa düşmək üçün nüvə fizikası dərslərində tez-tez rast gəlinən bəzi suallara nümunələr müzakirə edək.
Sual 1: Uran-235-in parçalanma reaksiyası
Ən çox yayılmış parçalanma reaksiyalarından biri uran-235-in bir neytronu tutub barium-141 və kripton-92-yə parçalanması və əlavə üç neytronun sərbəst buraxılmasıdır. Əgər uran-235-in nüvə kütləsi 235,0439 u, barium-141-in 140,9144 u və kripton-92-nin 91,9262 u-dursa, bu reaksiya üçün tənliyi yazın və ayrılan enerji miqdarını hesablayın. Neytronun kütləsi 1,0087 u-dur.
Müzakirə:
Baş verən nüvə reaksiyası aşağıdakı kimi yazıla bilər:
\[
\text{^{235}_{92}U} + \text{n} \rightarrow \text{^{141}_{56}Ba} + \text{^{92}_{36}Kr} + 3\text{n}
\]
Sərbəst buraxılan enerjini hesablamaq üçün kütlə kəsirini bilməliyik, bu da ilkin kütlə ilə hasillərin kütləsi arasındakı fərqdir:
1. İlkin kütlə = Uran-235-in kütləsi + Neytronların kütləsi = 235,0439 u + 1,0087 u = 236,0526 u
2. Məhsulun kütləsi = Barium-141 kütləsi + Kripton-92 kütləsi + 3 Neytron kütləsi = 140,9144 u + 91,9262 u + 3(1,0087 u) = 235,8607 u
3. Kütlə kəsiri (Δm) = İlkin kütlə – Məhsul kütləsi = 236,0526 u – 235,8607 u = 0,1919 u
Sərbəst buraxılan enerji, 1 u 931.5 MeV-ə bərabər olduğu \(E=mc^2\) tənliyindən istifadə etməklə hesablana bilər:
\[
\Delta E = \Delta m \dəfə 931.5 \, \text{MeV} = 0.1919 \dəfə 931.5 \, \text{MeV} \təxminən 178.8 \, \text{MeV}
\]
Beləliklə, bu parçalanma reaksiyasında ayrılan enerji təxminən 178.8 MeV-dir.
Sual 2: Hidrogen Füzyon Reaksiyası
Birləşmə reaksiyasına nümunə olaraq, iki deuterium nüvəsi (\( \text{^2_1H} \)) arasında helium-3 nüvəsi (\( \text{^3_2He} \)) və bir neytron əmələ gətirmək üçün baş verən reaksiyanı nəzərdən keçirək. Deuteriumun kütləsi 2,0141 u, helium-3-ün kütləsi 3,0160 u və neytronun kütləsi 1,0087 u olduqda ayrılan enerjini hesablayın.
Müzakirə:
Baş verən nüvə reaksiyası aşağıdakı kimi yazıla bilər:
\[
\text{^2_1H} + \text{^2_1H} \rightarrow \text{^3_2He} + \text{n}
\]
Reaksiyada baş verən kütlə kəsirini hesablayın:
1. İlkin kütlə = 2(2,0141 u) = 4,0282 u
2. Məhsul kütləsi = Helium-3 kütləsi + Neytron kütləsi = 3,0160 u + 1,0087 u = 4,0247 u
3. Kütlə kəsiri (Δm) = İlkin kütlə – Məhsul kütləsi = 4,0282 u – 4,0247 u = 0,0035 u
Sərbəst buraxılan enerji hesablana bilər:
\[
\Delta E = \Delta m \dəfə 931.5 \, \text{MeV} = 0.0035 \dəfə 931.5 \, \text{MeV} \təxminən 3.26 \, \text{MeV}
\]
Bu birləşmə reaksiyasından ayrılan enerji təxminən 3.26 MeV-dir.
Müqayisə və Tətbiq
Bu iki nümunədən belə bir nəticəyə gələ bilərik ki, birləşmə reaksiyaları hər hadisə üçün bölünmə reaksiyaları tərəfindən ayrılan enerjidən bir qədər az enerji istehsal etsə də, birləşmənin əsas üstünlüyü, böyük miqdarda, məsələn, birləşmə reaktorunda aparıldıqda daha böyük enerji potensialıdır ki, bu da ideal olaraq dünyanın enerji problemlərini daha təmiz və təhlükəsiz şəkildə həll edə bilər.
Parçalanma reaksiyaları hazırda nüvə elektrik stansiyalarında geniş istifadə olunur, lakin onlar təhlükəsizlik və yaranan radioaktiv tullantılarla bağlı çətinliklərlə üzləşirlər. Bu arada, günəş və ulduz enerjisinin əsası olan termoyadro reaksiyaları inkişaf mərhələsindədir və Fransadakı ITER kimi layihələr nüvə termoyadrolarının gələcək təmiz enerji mənbəyi kimi istifadəsinin mümkünlüyünü nümayiş etdirməyi hədəfləyir.
Nəticə
Həm bölünmə, həm də birləşmə reaksiyalarını anlamaq texnoloji və elmi inkişaflar kontekstində çox vacibdir. Bundan əlavə, bu bilik kainatın necə işlədiyini və davamlı enerji mənbələrinin təmin edilməsində potensial tətbiqlərini daha dərindən anlamağa imkan verir. Nüvə reaksiyalarını öyrənərkən yuxarıda müzakirə edilən kimi praktik məsələlər nüvə enerjisinin anlayışlarını və tətbiqlərini daha dərindən anlamağımıza kömək edir.
