Sampla de Cheisteanna Plé Imoibrithe Fission
Pendahuuan
Tá scoilteadh núicléach ar cheann de na feiniméin is suimiúla agus is tábhachtaí sa fhisic núicléach. Baineann an t-imoibriú seo le scoilteadh núicléis adamhacha troma ina cinn níos éadroime, agus scaoileadh méideanna ollmhóra fuinnimh. Is í an mheicníocht seo bunús na teicneolaíochta giniúna cumhachta núicléiche agus an bhuama adamhach. Tá sé riachtanach do mhic léinn fisice agus do dhaoine aonair a bhfuil suim acu san eolaíocht núicléach tuiscint a fháil ar imoibrithe scoilteadh, go teoiriciúil agus go praiticiúil araon. Scrúdaíonn an t-alt seo roinnt samplaí d'imoibrithe scoilteadh agus a bplé chun cabhrú linn an coincheap seo a thuiscint níos fearr.
Coincheapa Bunúsacha Imoibrithe Fission
Is féidir imoibriú scoilte a shainmhíniú go simplí mar an próiseas trína n-ionsúnn núicléas adamhach trom (amhail úráiniam-235 nó plútóiniam-239) neodrón agus a scoilteann ina dhá núicléas nó níos mó atá níos éadroime, líon mór neodrón, agus méid mór fuinnimh. Tagann an fuinneamh a scaoiltear in imoibriú scoilte ón difríocht i mais, áit a gcailltear méid beag maise agus a thiontaítear ina fhuinneamh de réir dhlí Albert Einstein, E=mc².
Próiseas Scoilte Núicléach
De ghnáth, tosaíonn imoibriú scoilte nuair a ionsúnn núicléas adamhach trom neodrón fáin. Cruthaíonn sé seo iseatóp an-éagobhsaí, chomh neamhchobhsaí sin go scoilteann sé beagnach láithreach ina núicléis níos éadroime, ag scaoileadh roinnt neodrón agus fuinneamh suntasach. Seo sampla d'imoibriú scoilte úráiniam-235:
\[
U + 1_0n \rightarrow {141_56}Ba + Kr + 31_0n + \text{fuinneamh}
\]
Sampla de Cheisteanna Imoibrithe Fission
Seo a leanas roinnt samplaí de cheisteanna maidir le frithghníomhartha scoilte a fhaightear go minic i gceachtanna fisice núicléiche mar aon le plé ar a réitigh.
Ceist Shamplach 1
Ceist: Gabhann núicléas úráiniam-235 neodrón agus déantar scoilteadh air chun bairiam-141, crioptón-92, trí neodrón, agus fuinneamh a fhoirmiú. Ríomh an fuinneamh a scaoiltear san imoibriú seo, agus mais na gcáithníní á gcur san áireamh mar seo a leanas:
– Mais ${}^{235}_{92}U = 235.0439299 \ \text{u}$
– Mais neodrón $^1_0n = 1.0086649 \ \text{u}$
– Mais ${}^{141}_{56}Ba = 140.9144060 \ \text{u}$
– Mais ${}^{92}_{36}Kr = 91.9261730 \ \text{u}$
_Nóta: 1 u = 931.5 MeV/c²._
Plé:
1. Méid Mais Roimh Imoibriú:
– Is é mais úráiniam-235 agus neodrón amháin an mhais roimh an imoibriú:
\[
M_{\text{roimhe}} = 235.0439299 \, \text{u} + 1.0086649 \, \text{u} = 236.0525948 \, \text{u}
\]
2. Mais Iomlán Tar éis Imoibrithe:
– Is é mais an bhairiam, an chrioptóin, agus trí neodrón an mhais i ndiaidh an imoibrithe:
\[
M_{\text{tar éis}} = 140.9144060 \, \text{u} + 91.9261730 \, \text{u} + 3 \times 1.0086649 \, \text{u} = 235.8476727 \, \text{u}
\]
3. Athrú sa Mhais:
– Is é an t-athrú maise, nó an cailliúint maise, an difríocht idir an mais roimh agus tar éis an imoibrithe:
\[
Δm = M_{\text{roimh}} – M_{\text{i ndiaidh}} = 236.0525948 , u – 235.8476727 , u = 0.2049221 , u
\]
4. Fuinneamh a Scaoileadh:
– Is féidir an fuinneamh a scaoiltear, de réir chothromóid Einstein \(E=mc^2\), a ríomh ón athrú maise:
\[
E = Δm × 931.5, MeV/u = 0.2049221, u × 931.5, MeV/u thart ar 190.804, MeV
\]
Is é an fuinneamh a scaoiltear in imoibriú scoilte úráiniam-235 ná thart ar 190.804 MeV.
Ceist Shamplach 2
Ceist: Scaoileann imoibreoir núicléach meán de 200 MeV fuinnimh in aghaidh an imoibrithe scoilte. Má tháirgeann an t-imoibreoir 1 GW cumhachta (1 gigawatt = $10^9$ W), cé mhéad imoibriú scoilte a tharlaíonn in aghaidh an tsoicind?
Plé:
1. Fuinneamh a Scaoiltear in aghaidh an Imoibrithe:
– Gineann gach imoibriú 200 MeV arb ionann é agus:
\[
1 \, \text{MeV} = 1.60218 × 10^{-13} \, \text{J}, \quad \text{mar sin, 200 \, \text{MeV} = 200 \times 1.60218 × 10^{-13} \, \text{J} = 3.20436 \times 10^{-11} \, \text{J}
\]
2. Cumhacht Imoibritheora:
– Is é an chumhacht a tháirgtear 1 GW, nó $10^9$ W, atá cothrom le $10^9$ J/s.
3. Ríomh Líon na nImoibrithe:
– Is féidir líon na n-imoibrithe in aghaidh an tsoicind a ríomh tríd an chumhacht iomlán a roinnt ar an bhfuinneamh in aghaidh an imoibrithe:
\[
Líon na n-imoibrithe in aghaidh an tsoicind = 10^9, J/s/3.20436 × 10^{-11}, J/imoibriú = 3.12 × 10^{19}, imoibrithe/soicind
\]
Dá bhrí sin, tarlaíonn thart ar \(3.12 \× 10^{19}\) imoibrithe scoilte gach soicind chun 1 GW cumhachta a tháirgeadh.
Ag dúnadh
Trí thuiscint agus ríomh, ní hamháin gur gné ríthábhachtach iad imoibrithe scoilte i bhfoghlaim na fisice ach tá feidhmeanna suntasacha acu sa saol réadúil freisin. Braitheann teicneolaíocht fuinnimh núicléiche ar imoibrithe scoilte, agus is féidir le gach dul chun cinn sa teicneolaíocht seo buntáistí agus rioscaí suntasacha araon a thabhairt. Trí thuiscint a fháil ar na coincheapa bunúsacha agus a gcur i bhfeidhm trí na fadhbanna thuas, is féidir linn tuiscint níos fearr a fháil ar thionchar imoibrithe scoilte ar an saol laethúil agus an poitéinseal is féidir a iniúchadh tuilleadh.
