Ohatra amin'ny fanontaniana miresaka momba ny fihetsika nokleary (Fission sy Fusion)
Zava-mitranga ara-fizika tena ilaina eo amin'ny fampandrosoana ny siansa sy ny teknolojia ny fihetsehana nokleary, indrindra eo amin'ny sehatry ny angovo. Misy karazany roa lehibe ny fihetsehana nokleary: ny fission sy ny fusion. Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia hiresaka momba ny foto-kevitra fototra, ny fahasamihafana, ary ny ohatra maromaro amin'ny olana sy ny vahaolana mifandraika amin'izany isika, na fission na fusion.
Fampidirana ny Fission sy ny Fusion Reactions
Ny fission dia ny dingana izay amakivakiana ny atiny atomika lehibe sy mavesatra, toy ny uranium-235 na plutonium-239, ho lasa atiny kely kokoa sy maivana kokoa. Mamoaka angovo be dia be ity dingana ity satria ny ampahany amin'ny lanjan'ny atiny tany am-boalohany dia avadika ho angovo, araka ny fampitoviana malaza nataon'i Albert Einstein, \(E=mc^2\). Ampiasaina betsaka amin'ny orinasa mpamokatra herinaratra nokleary sy fitaovam-piadiana nokleary ny fission reactions.
Mifanohitra amin'izany kosa, ny fusion dia ny dingana izay ifangaroan'ny nokleary maivana kokoa mba hamorona nokleary mavesatra kokoa. Ny ohatra mahazatra indrindra amin'ny fihetsiky ny fusion dia ny fusionan'ny nokleary hidrôzenina ho hélium, toy ny mitranga ao amin'ny masoandro sy ny kintana hafa. Ny fusion dia mamokatra angovo bebe kokoa isaky ny lanja noho ny fission ary io no loharanon-kery voalohany eto amin'izao rehetra izao.
Fanontaniana sy fifanakalozan-kevitra santionany
Mba hahatakarana bebe kokoa ireo karazana fihetsika nokleary roa ireo dia andeha hojerentsika ny ohatra sasany amin'ny fanontaniana izay matetika miseho amin'ny lesona fizika nokleary.
Fanontaniana 1: Fihetseham-po amin'ny fission an'ny Oraniôma-235
Ny iray amin'ireo fihetsika fission mahazatra indrindra dia rehefa misambotra neutron ny oraniôma-235 ary mizara ho barium-141 sy krypton-92, ka mamoaka neutron telo fanampiny. Soraty ny equation ho an'ity fihetsika ity ary kajy ny habetsaky ny angovo avoaka, raha toa ka 235,0439 u ny lanjan'ny oraniôma-235, 140,9144 u ny barium-141, ary 91,9262 u ny krypton-92. Ny lanjan'ny neutron dia 1,0087 u.
Dinika:
Azo soratana toy izao ny fihetsiky ny atomika mitranga:
\[
\text{^{235}_{92}U} + \text{n} \rightarrow \text{^{141}_{56}Ba} + \text{^{92}_{36}Kr} + 3\text{n}
\]
Mba hikajiana ny angovo avoaka dia mila fantarina ny tsy fahampian'ny lanja, izay ny fahasamihafana misy eo amin'ny lanja voalohany sy ny lanjan'ny vokatra:
1. Lanja voalohany = Lanjan'ny oraniôma-235 + Lanjan'ny neutron = 235,0439 u + 1,0087 u = 236,0526 u
2. Lanjan'ny vokatra = Lanjan'ny barium-141 + Lanjan'ny krypton-92 + 3 Lanjan'ny neutron = 140,9144 u + 91,9262 u + 3(1,0087 u) = 235,8607 u
3. Fahasahiranana amin'ny lanja (Δm) = Lanja voalohany – Lanjan'ny vokatra = 236,0526 u – 235,8607 u = 0,1919 u
Azo kajy amin'ny alalan'ny fampitoviana \(E=mc^2\) ny angovo avoaka, izay mitovy amin'ny 931.5 MeV ny 1 u:
\[
Delta E = Delta m x 931.5 MeV = 0.1919 MeV eo ho eo 178.8 MeV
\]
Noho izany, ny angovo avoaka amin'ity fihetsiky ny fission ity dia eo amin'ny 178.8 MeV eo ho eo.
Fanontaniana 2: Fihetseham-po amin'ny fifangaroan'ny hidrôzenina
Ho ohatra iray amin'ny fihetsiky ny fusion, andeha hojerentsika ny fihetsika eo amin'ny nokleary deuterium roa (\( \text{^2_1H} \)) mba hamorona nokleary helium-3 (\( \text{^3_2He} \)) sy neutron iray. Kajio ny angovo avoaka raha toa ka 2,0141 u ny lanjan'ny deuterium, 3,0160 u ny lanjan'ny helium-3, ary 1,0087 u ny lanjan'ny neutron.
Dinika:
Azo soratana toy izao ny fihetsiky ny atomika mitranga:
\[
\text{^2_1H} + \text{^2_1H} \rightarrow \text{^3_2He} + \text{n}
\]
Kajio ny tsy fahampian'ny faobe mitranga amin'ny fihetsika:
1. Lanja voalohany = 2(2,0141 u) = 4,0282 u
2. Lanjan'ny vokatra = Lanja Hélium-3 + Lanja Neutron = 3,0160 u + 1,0087 u = 4,0247 u
3. Fahasahiranana amin'ny lanja (Δm) = Lanja voalohany – Lanjan'ny vokatra = 4,0282 u – 4,0247 u = 0,0035 u
Azo kajy ny angovo avoaka:
\[
Delta E = Delta m x 931.5 MeV = 0.0035 MeV eo ho eo 3.26 MeV
\]
Eo amin'ny 3.26 MeV eo ho eo ny angovo avoaka avy amin'ity fihetsiky ny fusiôna ity.
Fampitahana sy fampiharana
Avy amin'ireto ohatra roa ireto, dia afaka manatsoaka hevitra isika fa na dia mamokatra angovo kely kokoa isaky ny hetsika aza ny fihetsiky ny fusion raha oharina amin'ny angovo avoakan'ny fihetsiky ny fission, ny tombony lehibe amin'ny fusion dia ny fahafahany mamokatra angovo lehibe kokoa rehefa tanterahina amin'ny habetsahana betsaka, toy ny ao anaty reactor fusion, izay tsara indrindra raha afaka mamaha ny olan'ny angovo eran-tany amin'ny fomba madio sy azo antoka kokoa.
Ampiasaina betsaka amin'ny orinasa mpamokatra herinaratra nokleary amin'izao fotoana izao ny fission reactions, saingy miatrika olana mifandraika amin'ny fiarovana sy ny fako radioaktifa aterak'izany izy ireo. Mandritra izany fotoana izany, ny fusion reactions, izay fototry ny angovo avy amin'ny masoandro sy ny kintana, dia eo am-pamolavolana, miaraka amin'ny tetikasa toa ny ITER any Frantsa mikendry ny hampiseho ny fahafahan'ny fusion nokleary ho loharanon-kery madio amin'ny ho avy.
Famaranana
Ny fahatakarana ny fihetsiky ny angovo nokleary, na ny fission na ny fusion, dia tena ilaina amin'ny fivoarana ara-teknolojia sy ara-tsiansa. Ankoatra izany, ity fahalalana ity dia manome fahatakarana lalindalina kokoa momba ny fomba fiasan'izao rehetra izao sy ny mety ho fampiharana azy amin'ny fanomezana loharanon-kery maharitra. Amin'ny fandalinana ny fihetsiky ny angovo nokleary, ny olana fampiharana toy ireo noresahina etsy ambony dia manampy amin'ny fandalinantsika ny hevitra sy ny fampiharana ny angovo nokleary.
