Намунаҳои саволҳо дар бораи реаксияҳои ҳастаӣ (тақсимшавӣ ва синтез)
Реаксияҳои ҳастаӣ як падидаи муҳими физикӣ дар рушди илм ва технология, бахусус дар бахши энергетика мебошанд. Ду намуди асосии реаксияҳои ҳастаӣ мавҷуданд: тақсимшавӣ ва синтез. Дар ин мақола, мо мафҳумҳои асосӣ, фарқиятҳо ва якчанд мисолҳои масъалаҳо ва роҳҳои ҳалли онҳоро, ки ба реаксияҳои ҳастаӣ, ҳам тақсимшавӣ ва ҳам синтез алоқаманданд, баррасӣ хоҳем кард.
Муқаддима ба реаксияҳои тақсимшавӣ ва синтезшавӣ
Тақсимшавӣ равандест, ки тавассути он як ядрои калон ва вазнини атомӣ, ба монанди уран-235 ё плутоний-239, ба ядроҳои хурдтар ва сабуктар тақсим мешавад. Ин раванд миқдори зиёди энергияро раҳо мекунад, зеро мувофиқи муодилаи машҳури Алберт Эйнштейн, \(E=mc^2\), як қисми массаи ядрои аслӣ ба энергия табдил меёбад. Реаксияҳои тақсимшавӣ ба таври васеъ дар нерӯгоҳҳои атомӣ ва силоҳҳои ҳастаӣ истифода мешаванд.
Баръакс, синтез равандест, ки дар он ядроҳои сабуктар якҷоя шуда, ядроҳои вазнинтарро ташкил медиҳанд. Намунаи маъмултарини реаксияи синтез синтези ядроҳои гидроген ба гелий аст, ки дар Офтоб ва дигар ситорагон рух медиҳад. Таъсир ба синтез нисбат ба тақсимшавӣ барои як воҳиди масса энергияи бештар истеҳсол мекунад ва манбаи асосии энергия дар коинот мебошад.
Намунаҳои саволҳо ва муҳокима
Барои беҳтар фаҳмидани ин ду намуди реаксияҳои ҳастаӣ, биёед баъзе мисолҳои саволҳоеро, ки аксар вақт дар дарсҳои физикаи ҳастаӣ пайдо мешаванд, баррасӣ кунем.
Саволи 1: Реаксияи тақсимшавии уран-235
Яке аз маъмултарин реаксияҳои тақсимшавӣ ин аст, ки уран-235 як нейтронро гирифта, ба барий-141 ва криптон-92 тақсим мешавад ва се нейтрони иловагиро хориҷ мекунад. Муодилаи ин реаксияро нависед ва миқдори энергияи хориҷшударо ҳисоб кунед, агар массаи ҳастаии уран-235 235,0439 u, барий-141 140,9144 u ва криптон-92 91,9262 u бошад. Массаи нейтрон 1,0087 u аст.
Муҳокима:
Реаксияи ҳастаиеро, ки ба амал меояд, чунин навиштан мумкин аст:
\[
\text{^{235}_{92}U} + \text{n} \rightarrow \text{^{141}_{56}Ba} + \text{^{92}_{36}Kr} + 3\text{n}
\]
Барои ҳисоб кардани энергияи озодшуда, мо бояд касри массаро донем, ки фарқи байни массаи ибтидоӣ ва массаи маҳсулот аст:
1. Массаи ибтидоӣ = Массаи уран-235 + Массаи нейтронҳо = 235,0439 u + 1,0087 u = 236,0526 u
2. Массаи маҳсулот = Массаи барий-141 + Массаи криптон-92 + 3 Массаи нейтрон = 140,9144 u + 91,9262 u + 3(1,0087 u) = 235,8607 u
3. Касри масса (Δm) = Массаи ибтидоӣ – Массаи маҳсулот = 236,0526 u – 235,8607 u = 0,1919 u
Энергияи озодшударо бо истифода аз муодилаи \(E=mc^2\) ҳисоб кардан мумкин аст, ки дар он 1 u ба 931.5 МэВ баробар аст:
\[
\Delta E = \Delta m \marta 931.5 \, \text{MeV} = 0.1919 \marta 931.5 \, \text{MeV} \taxminan 178.8 \, \text{MeV}
\]
Пас, энергияе, ки дар ин реаксияи тақсимшавӣ ҷудо мешавад, тақрибан 178.8 МэВ аст.
Саволи 2: Реаксияи синтези гидроген
Ҳамчун мисоли реаксияи синтез, биёед реаксияи байни ду ядрои дейтерий (\( \text{^2_1H} \))-ро барои ташкили ядрои гелий-3 (\( \text{^3_2He} \)) ва як нейтрон дида бароем. Энергияи ҷудошударо ҳисоб кунед, агар массаи дейтерий 2,0141 u, массаи гелий-3 3,0160 u ва массаи нейтрон 1,0087 u бошад.
Муҳокима:
Реаксияи ҳастаиеро, ки ба амал меояд, чунин навиштан мумкин аст:
\[
\text{^2_1H} + \text{^2_1H} \rightarrow \text{^3_2He} + \text{n}
\]
Норасоии массаеро, ки дар реаксия ба вуҷуд меояд, ҳисоб кунед:
1. Массаи ибтидоӣ = 2(2,0141 u) = 4,0282 u
2. Массаи ҳосилшуда = Массаи Гелий-3 + Массаи нейтрон = 3,0160 u + 1,0087 u = 4,0247 u
3. Касри масса (Δm) = Массаи ибтидоӣ – Массаи маҳсулот = 4,0282 u – 4,0247 u = 0,0035 u
Энергияи озодшударо чунин ҳисоб кардан мумкин аст:
\[
\Delta E = \Delta m \marta 931.5 \, \text{MeV} = 0.0035 \marta 931.5 \, \text{MeV} \taxminan 3.26 \, \text{MeV}
\]
Энергияи аз ин реаксияи синтез ҷудошуда тақрибан 3.26 МэВ аст.
Муқоиса ва татбиқ
Аз ин ду мисол, мо метавонем хулоса барорем, ки гарчанде реаксияҳои синтез барои ҳар як ҳодиса нисбат ба энергияе, ки аз реаксияҳои тақсимшавӣ ҷудо мешавад, каме камтар энергия истеҳсол мекунанд, бартарии асосии синтез дар он аст, ки потенсиали хеле бештари энергетикии он ҳангоми анҷом додани миқдори зиёд, ба монанди реактори синтез, ки дар ҳолати беҳтарин метавонад мушкилоти энергетикии ҷаҳонро тозатар ва бехатартар ҳал кунад.
Реаксияҳои тақсимшавӣ айни замон дар нерӯгоҳҳои атомӣ ба таври васеъ истифода мешаванд, аммо онҳо бо мушкилоти марбут ба бехатарӣ ва партовҳои радиоактивии ба вуҷуд омада рӯбарӯ мешаванд. Дар айни замон, реаксияҳои синтез, ки асоси энергияи офтобӣ ва ситораӣ мебошанд, дар ҳоли таҳия қарор доранд ва лоиҳаҳое ба монанди ITER дар Фаронса ҳадафи нишон додани қобилияти синтези ҳастаӣ ҳамчун манбаи тозаи ояндаро доранд.
Хулоса
Дарки реаксияҳои ҳастаӣ, ҳам тақсимшавӣ ва ҳам синтез, дар заминаи таҳаввулоти технологӣ ва илмӣ муҳим аст. Ғайр аз ин, ин дониш фаҳмиши амиқтарро дар бораи тарзи кори коинот ва татбиқи эҳтимолии он дар таъмини манбаъҳои устувори энергия фароҳам меорад. Ҳангоми омӯзиши реаксияҳои ҳастаӣ, масъалаҳои амалӣ ба монанди онҳое, ки дар боло баррасӣ шуданд, ба амиқтар фаҳмидани мо дар бораи мафҳумҳо ва татбиқи энергияи ҳастаӣ мусоидат мекунанд.
