Eisimpleirean de Cheistean a’ Deasbad Ath-bheachdan Niùclasach (Fission agus Co-leaghadh)
Tha ath-bheachdan niùclasach nan rud cudromach ann an leasachadh saidheans agus teicneòlais, gu h-àraidh ann an roinn an lùtha. Tha dà phrìomh sheòrsa ath-bheachdan niùclasach ann: sgoltadh agus co-thàthadh. San artaigil seo, bruidhnidh sinn air na bun-bheachdan, na h-eadar-dhealachaidhean, agus grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan agus na fuasglaidhean aca a tha co-cheangailte ri ath-bheachdan niùclasach, an dà chuid sgoltadh agus co-thàthadh.
Ro-ràdh do Ath-bheachdan Fission agus Co-leaghadh
’S e sgoltadh am pròiseas leis a bheil niùclas atamach mòr, trom, leithid uranium-235 no plutonium-239, air a sgoltadh ann an niùclas nas lugha, nas aotroime. Bidh am pròiseas seo a’ leigeil ma sgaoil tòrr lùth leis gu bheil cuid de mhais an niùclas thùsail air a thionndadh gu lùth, a rèir co-aontar ainmeil Albert Einstein, \(E=mc^2\). Tha ath-bheachdan sgoltadh air an cleachdadh gu farsaing ann an ionadan cumhachd niùclasach agus armachd niùclasach.
An coimeas ri sin, 's e co-thàthadh am pròiseas leis am bi niuclasan nas aotroime a' tighinn còmhla gus niuclasan nas truime a chruthachadh. Is e an eisimpleir as cumanta de ath-bhualadh co-thàthadh co-thàthadh niuclasan haidridean gu helium, mar a thachras sa ghrèin agus rionnagan eile. Bidh co-thàthadh a' gineadh barrachd lùtha gach aonad mais na sgoltadh agus 's e am prìomh thùs lùtha anns a' chruinne-cè.
Ceistean Eisimpleir agus Deasbad
Gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air an dà sheòrsa ath-bhualadh niùclasach seo, bruidhnidh sinn air eisimpleirean de cheistean a nochdas gu tric ann an leasanan fiosaig niùclasach.
Ceist 1: Ath-bhualadh Sgoltaidh Uranium-235
Is e aon de na h-ath-bhualaidhean fission as cumanta nuair a ghlacas uranium-235 neodron agus a sgoltas e ann am barium-141 agus criopton-92, a’ leigeil ma sgaoil trì neodronan a bharrachd. Sgrìobh an co-aontar airson an ath-bhualaidh seo agus obraich a-mach meud na lùtha a thèid a leigeil ma sgaoil, ma tha mais niùclasach uranium-235 235,0439 u, barium-141 140,9144 u, agus criopton-92 91,9262 u. Is e mais neodron 1,0087 u.
Deasbad:
Faodar an ath-bhualadh niùclasach a thachras a sgrìobhadh mar:
\[
\text{^{235}_{92}U} + \text{n} \rightarrow \text{^{141}_{56}Ba} + \text{^{92}_{36}Kr} + 3\text{n}
\]
Gus an lùth a chaidh a leigeil ma sgaoil obrachadh a-mach, feumaidh fios a bhith againn air an easbhaidh mais, is e sin an diofar eadar a’ mhais thùsail agus mais nan toraidhean:
1. Tomad tùsail = Tomad uranium-235 + Tomad neodronan = 235,0439 u + 1,0087 u = 236,0526 u
2. Mais an toraidh = Mais barium-141 + Mais criopton-92 + 3 Mais neodron = 140,9144 u + 91,9262 u + 3(1,0087 u) = 235,8607 u
3. Easbhaidh maise (Δm) = Mais tùsail – Mais toraidh = 236,0526 u – 235,8607 u = 0,1919 u
Faodar an lùth a thèid a leigeil ma sgaoil obrachadh a-mach leis a’ cho-aontar \(E=mc^2\), far a bheil 1 u co-ionann ri 931.5 MeV:
\[
ΔE = Δm × 931.5, MeV = 0.1919 × 931.5, MeV timcheall air 178.8, MeV
\]
Mar sin, tha an lùth a thèid a leigeil ma sgaoil san ath-bhualadh fission seo mu 178.8 MeV.
Ceist 2: Ath-bhualadh leaghadh haidridein
Mar eisimpleir de ath-bhualadh co-thàthaidh, beachdaichidh sinn air an ath-bhualadh eadar dà niùclas deuterium (\( \text{^2_1H} \)) gus niùclas helium-3 (\( \text{^3_2He} \)) agus aon niùtron a chruthachadh. Obraich a-mach an lùth a thèid a leigeil ma sgaoil ma tha mais deuterium 2,0141 u, mais helium-3 3,0160 u, agus mais an niùtron 1,0087 u.
Deasbad:
Faodar an ath-bhualadh niùclasach a thachras a sgrìobhadh mar:
\[
\text{^2_1H} + \text{^2_1H} \rightarrow \text{^3_2He} + \text{n}
\]
Obraich a-mach an easbhaidh maise a thachras san ath-bhualadh:
1. Tomad tùsail = 2(2,0141 u) = 4,0282 u
2. Tomad toraidh = Tomad Helium-3 + Tomad niùtron = 3,0160 u + 1,0087 u = 4,0247 u
3. Easbhaidh maise (Δm) = Mais tùsail – Mais toraidh = 4,0282 u – 4,0247 u = 0,0035 u
Faodar an lùth a chaidh a leigeil ma sgaoil obrachadh a-mach:
\[
ΔE = Δm × 931.5, MeV = 0.0035 × 931.5, MeV timcheall air 3.26, MeV
\]
Tha an lùth a thèid a leigeil ma sgaoil bhon ath-bhualadh co-thàthaidh seo mu 3.26 MeV.
Coimeas agus Cleachdadh
Bho na dà eisimpleir seo, is urrainn dhuinn a cho-dhùnadh, ged a bhios ath-bheachdan co-aonaidh a’ toirt a-mach beagan nas lugha de lùth gach tachartas na an lùth a thèid a leigeil ma sgaoil le ath-bheachdan fission, gur e am prìomh bhuannachd a tha an lùib co-aonadh a chomas lùtha fada nas motha nuair a thèid a dhèanamh ann am meudan mòra, leithid ann an reactar co-aonaidh, a dh’ fhaodadh, gu h-iomchaidh, fuasgladh fhaighinn air duilgheadasan lùtha an t-saoghail ann an dòigh nas glaine agus nas sàbhailte.
Tha ath-bheachdan fission gan cleachdadh gu farsaing ann an ionadan cumhachd niùclasach an-dràsta, ach tha dùbhlain romhpa a thaobh sàbhailteachd agus an sgudal rèidio-ghnìomhach a thig às. Aig an aon àm, tha ath-bheachdan fusion, bunait lùth na grèine agus lùth nan reultan, gan leasachadh, le pròiseactan mar ITER san Fhraing ag amas air comas obrachaidh fusion niùclasach mar thùs lùtha glan san àm ri teachd a nochdadh.
Co-dhùnadh
Tha tuigse air ath-bheachdan niùclasach, an dà chuid sgoltadh agus co-thàthadh, deatamach ann an co-theacsa leasachaidhean teicneòlais agus saidheansail. A bharrachd air an sin, tha an t-eòlas seo a’ toirt sealladh nas doimhne air mar a tha an cruinne-cè ag obair agus na tagraidhean a dh’ fhaodadh a bhith ann ann a bhith a’ toirt seachad stòran lùtha seasmhach. Ann a bhith a’ sgrùdadh ath-bheachdan niùclasach, bidh duilgheadasan cleachdaidh mar an fheadhainn a chaidh a dheasbad gu h-àrd a’ cuideachadh le bhith a’ doimhneachadh ar tuigse air bun-bheachdan agus tagraidhean lùth niùclasach.
