Бөлүнүү реакциясын талкуулоо суроолорунун мисалы
Pendahuluan
Ядролук бөлүнүү - ядролук физикадагы эң кызыктуу жана маанилүү кубулуштардын бири. Бул реакция оор атомдук ядролордун жеңил ядролорго бөлүнүшүн камтыйт, бул эбегейсиз көп энергия бөлүнүп чыгат. Бул механизм ядролук энергия өндүрүү технологиясынын жана атомдук бомбанын негизи болуп саналат. Бөлүнүү реакцияларын теориялык жана практикалык жактан түшүнүү физика студенттери жана ядролук илимге кызыккан адамдар үчүн абдан маанилүү. Бул макалада бул түшүнүктү жакшыраак түшүнүүгө жардам берүү үчүн бөлүнүү реакцияларынын бир нече мисалдары жана алардын талкуулары каралат.
Бөлүнүү реакцияларынын негизги түшүнүктөрү
Бөлүнүү реакциясын жөнөкөй түрдө оор атом ядросунун (мисалы, уран-235 же плутоний-239) нейтронду сиңирип, эки же андан көп жеңил ядролорго, бир катар нейтрондорго жана көп өлчөмдөгү энергияга бөлүнүү процесси катары аныктоого болот. Бөлүнүү реакциясында бөлүнүп чыккан энергия массанын айырмасынан келип чыгат, мында аз өлчөмдөгү масса жоголуп, Альберт Эйнштейндин E=mc² мыйзамына ылайык энергияга айланат.
Ядролук бөлүнүү процесси
Адатта, оор атом ядросу адашкан нейтронду жутканда бөлүнүү реакциясы башталат. Бул өтө туруксуз изотопту түзөт, ал ушунчалык туруксуз болгондуктан, дээрлик заматта жеңил ядролорго бөлүнүп, бир нече нейтрондорду жана олуттуу энергияны бөлүп чыгарат. Уран-235 бөлүнүү реакциясынын мисалы:
\[
{}^{235}_{92}U + {}^1_0n \rightarrow {}^{141}_{56}Ba + {}^{92}_{36}Kr + 3{}^1_0n + \text{energy}
\]
Бөлүнүү реакциясы боюнча суроолордун мисалы
Төмөндө ядролук физика сабактарында көп кездешүүчү бөлүнүү реакцияларына байланыштуу суроолордун бир нече мисалдары жана алардын чечимдери талкууланган.
1-мисал суроо
Суроо: Уран-235 ядросу нейтронду кармап, бөлүнүп, барий-141, криптон-92, үч нейтрон жана энергия пайда болот. Бул реакцияда бөлүнүп чыккан энергияны бөлүкчөлөрдүн массалары берилгендей эсептегиле:
– Масса ${}^{235}_{92}U = 235.0439299 \ \text{u}$
– Нейтрон массасы $^1_0n = 1.0086649 \ \text{u}$
– Масса ${}^{141}_{56}Ba = 140.9144060 \ \text{u}$
– Масса ${}^{92}_{36}Kr = 91.9261730 \ \text{u}$
_Эскертүү: 1 u = 931.5 МэВ/с²._
Талкуу:
1. Реакцияга чейинки массалык сан:
– Реакцияга чейинки масса уран-235тин жана бир нейтрондун массасына барабар:
\[
M_{\text{before}} = 235.0439299 \, \text{u} + 1.0086649 \, \text{u} = 236.0525948 \, \text{u}
\]
2. Реакциядан кийинки жалпы масса:
– Реакциядан кийинки масса барийдин, криптондун жана үч нейтрондун массасына барабар:
\[
M_{\text{after}} = 140.9144060 \, \text{u} + 91.9261730 \, \text{u} + 3 \убакыт 1.0086649 \, \text{u} = 235.8476727 \, \text{u}
\]
3. Массанын өзгөрүшү:
– Массанын өзгөрүшү же массанын жоголушу – бул реакцияга чейинки жана кийинки массанын айырмасы:
\[
\Delta m = M_{\text{before}} – M_{\text{after}} = 236.0525948 \, \text{u} – 235.8476727 \, \text{u} = 0.2049221 \, \text{u}
\]
4. Бөлүнүп чыккан энергия:
– Эйнштейндин \(E=mc^2\) теңдемесине ылайык, бөлүнүп чыккан энергияны массанын өзгөрүшүнөн эсептөөгө болот:
\[
E = \Delta m \убакыт 931.5 \, \text{MeV/u} = 0.2049221 \, \text{u} \убакыт 931.5 \, \text{MeV/u} \болжол менен 190.804 \, \text{MeV}
\]
Уран-235тин бөлүнүү реакциясында бөлүнүп чыккан энергия болжол менен 190 804 МэВ түзөт.
2-мисал суроо
Суроо: Ядролук реактор ар бир бөлүнүү реакциясында орточо эсеп менен 200 МэВ энергия бөлүп чыгарат. Эгерде реактор 1 ГВт кубаттуулукту (1 гигаватт = $10^9$ Вт) өндүрсө, секундасына канча бөлүнүү реакциясы жүрөт?
Талкуу:
1. Бир реакцияда бөлүнүп чыккан энергия:
– Ар бир реакция 200 МэВ энергияны пайда кылат, ал төмөнкүлөргө барабар:
\[
1 \, \text{MeV} = 1.60218 \убакыт 10^{-13} \, \text{J}, \quad \text{so, } 200 \, \text{MeV} = 200 \убакыт 1.60218 \убакыт 10^{-13} \, \text{J} = 3.20436 \убакыт 10^{-11} \, \text{J}
\]
2. Реактордун кубаттуулугу:
– Өндүрүлгөн кубаттуулук 1 ГВт же $10^9$ Вт түзөт, бул $10^9$ Дж/с барабар.
3. Реакциялардын санын эсептөө:
– Секунддагы реакциялардын санын жалпы кубаттуулукту ар бир реакциянын энергиясына бөлүү менен эсептесе болот:
\[
\text{Секунда реакциялардын саны} = \frac{10^9 \, \text{J/s}}{3.20436 \times 10^{-11} \, \text{J/реакция}} = 3.12 \times 10^{19} \, \text{реакциялар/секунда}
\]
Ошондуктан, 1 ГВт кубаттуулукту өндүрүү үчүн ар бир секундада болжол менен \(3.12 \times 10^{19}\) бөлүнүү реакциялары жүрөт.
Penutup
Түшүнүү жана эсептөө аркылуу бөлүнүү реакциялары физиканы үйрөнүүдө маанилүү элемент гана болбостон, реалдуу дүйнөдө да маанилүү колдонмолорго ээ. Ядролук энергия технологиясы бөлүнүү реакцияларына таянат жана бул технологиядагы ар бир жетишкендик олуттуу пайдаларды да, тобокелдиктерди да алып келиши мүмкүн. Негизги түшүнүктөрдү жана алардын жогорудагы көйгөйлөр аркылуу колдонулушун түшүнүү менен, биз бөлүнүү реакцияларынын күнүмдүк жашоого тийгизген таасирин жана андан ары изилдөөгө боло турган потенциалды жакшыраак түшүнө алабыз.
