Հարաբերականության տեսությունն ասում է, որ զանգվածը էներգիայի հատուկ ձև է: Դրանից բխում է, որ հնարավոր է զանգվածը վերածել էներգիայի, իսկ էներգիան՝ զանգվածի։ Ներատոմային մակարդակում նման ռեակցիաներ են տեղի ունենում. Մասնավորապես, ատոմային միջուկի զանգվածի մի մասը կարող է վերածվել էներգիայի: Սա տեղի է ունենում մի քանի ձևով. Նախ, միջուկը կարող է քայքայվել մի շարք ավելի փոքր միջուկների, այս ռեակցիան կոչվում է «քայքայում»: Երկրորդ, ավելի փոքր միջուկները կարող են հեշտությամբ միավորվել՝ ստեղծելով ավելի մեծ. սա միաձուլման ռեակցիա է: Տիեզերքում նման ռեակցիաները շատ տարածված են։ Բավական է ասել, որ միաձուլման ռեակցիան աստղերի էներգիայի աղբյուրն է։ Բայց քայքայման ռեակցիան մարդկությունն օգտագործվում է միջուկային ռեակտորներում, քանի որ մարդիկ սովորել են կառավարել այդ բարդ գործընթացները: Բայց ի՞նչ է միջուկային շղթայական ռեակցիան: Ինչպե՞ս կառավարել այն:
Ինչ է տեղի ունենում ատոմի միջուկում
Միջուկային շղթայական ռեակցիան գործընթաց է, որը տեղի է ունենում, երբ տարրական մասնիկները կամ միջուկները բախվում են այլ միջուկների: Ինչու՞ «շղթա». Սա հաջորդական մեկ միջուկային ռեակցիաների ամբողջություն է: Այս գործընթացի արդյունքում տեղի է ունենում սկզբնական միջուկի քվանտային վիճակի և նուկլեոնային կազմի փոփոխություն, նույնիսկ հայտնվում են նոր մասնիկներ՝ ռեակցիայի արտադրանք։ Միջուկային շղթայական ռեակցիան, որի ֆիզիկան թույլ է տալիս ուսումնասիրել միջուկների միջուկների և մասնիկների հետ փոխազդեցության մեխանիզմները, նոր տարրեր և իզոտոպներ ստանալու հիմնական մեթոդն է։ Շղթայական ռեակցիայի ընթացքը հասկանալու համար նախ պետք է գործ ունենալ միայնակների հետ:
Ինչ է անհրաժեշտ ռեակցիայի համար
Այնպիսի գործընթաց իրականացնելու համար, ինչպիսին միջուկային շղթայական ռեակցիան է, անհրաժեշտ է մասնիկները (միջուկը և նուկլեոնը, երկու միջուկը) իրար մոտեցնել ուժեղ փոխազդեցության շառավիղից (մոտ մեկ ֆերմի). Եթե հեռավորությունները մեծ են, ապա լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցությունը կլինի զուտ Կուլոնյան։ Միջուկային ռեակցիայի ժամանակ պահպանվում են բոլոր օրենքները՝ էներգիայի պահպանում, իմպուլս, իմպուլս, բարիոնային լիցք։ Միջուկային շղթայական ռեակցիան նշվում է a, b, c, d բազմության նշաններով: a խորհրդանիշը նշանակում է սկզբնական միջուկը, b՝ մուտքային մասնիկը, c նոր ելքային մասնիկը և d՝ ստացված միջուկը։
Ռեակցիայի էներգիա
Միջուկային շղթայական ռեակցիան կարող է տեղի ունենալ ինչպես կլանմամբ, այնպես էլ էներգիայի արտազատմամբ, որը հավասար է ռեակցիայից հետո և դրանից առաջ մասնիկների զանգվածների տարբերությանը: Կլանված էներգիան որոշում է բախման նվազագույն կինետիկ էներգիան,միջուկային ռեակցիայի այսպես կոչված շեմը, որտեղ այն կարող է ազատորեն շարունակվել։ Այս շեմը կախված է փոխազդեցության մեջ ներգրավված մասնիկներից և դրանց բնութագրերից: Սկզբնական փուլում բոլոր մասնիկները գտնվում են կանխորոշված քվանտային վիճակում։
Ռեակցիայի իրականացում
Լիցքավորված մասնիկների հիմնական աղբյուրը, որը ռմբակոծում է միջուկը, մասնիկների արագացուցիչն է, որն արտադրում է պրոտոնների, ծանր իոնների և թեթև միջուկների ճառագայթներ։ Դանդաղ նեյտրոնները ստացվում են միջուկային ռեակտորների օգտագործմամբ։ Միջուկային լիցքավորված մասնիկները շտկելու համար կարող են օգտագործվել տարբեր տեսակի միջուկային ռեակցիաներ՝ ինչպես միաձուլման, այնպես էլ քայքայման: Դրանց հավանականությունը կախված է բախվող մասնիկների պարամետրերից։ Այս հավանականությունը կապված է այնպիսի հատկանիշի հետ, ինչպիսին է ռեակցիայի խաչմերուկը՝ արդյունավետ տարածքի արժեքը, որը բնութագրում է միջուկը որպես միջուկի թիրախ մասնիկների համար և որը չափում է հավանականությունը, որ մասնիկը և միջուկը փոխազդեցության մեջ կմտնեն: Եթե ռեակցիային մասնակցում են ոչ զրոյական պտույտ ունեցող մասնիկներ, ապա խաչմերուկն ուղղակիորեն կախված է նրանց կողմնորոշումից։ Քանի որ պատահական մասնիկների պտույտները ամբողջովին պատահական չեն, այլ քիչ թե շատ դասավորված են, բոլոր մարմինները բևեռացված կլինեն: Կողմնորոշված ճառագայթների պտույտների քանակական բնութագիրը նկարագրվում է բևեռացման վեկտորով:
Ռեակցիայի մեխանիզմ
Ի՞նչ է միջուկային շղթայական ռեակցիան: Ինչպես արդեն նշվեց, սա ավելի պարզ ռեակցիաների հաջորդականություն է։ Հարվածային մասնիկի բնութագրերը և միջուկի հետ նրա փոխազդեցությունը կախված են զանգվածից, լիցքից,կինետիկ էներգիա. Փոխազդեցությունը որոշվում է միջուկների ազատության աստիճանով, որոնք գրգռվում են բախման ժամանակ։ Այս բոլոր մեխանիզմների նկատմամբ վերահսկողություն ձեռք բերելը թույլ է տալիս այնպիսի գործընթաց, ինչպիսին է վերահսկվող միջուկային շղթայական ռեակցիան:
Ուղիղ ռեակցիաներ
Եթե լիցքավորված մասնիկը, որը հարվածում է թիրախային միջուկին, միայն դիպչում է դրան, ապա բախման տևողությունը հավասար կլինի միջուկի շառավիղի հեռավորությունը հաղթահարելու համար անհրաժեշտ հեռավորությանը: Նման միջուկային ռեակցիան կոչվում է ուղղակի ռեակցիա։ Այս տեսակի բոլոր ռեակցիաների ընդհանուր բնութագիրը փոքր թվով ազատության աստիճանների գրգռումն է: Նման գործընթացում առաջին բախումից հետո մասնիկը դեռ բավական էներգիա ունի միջուկային ձգողականությունը հաղթահարելու համար։ Օրինակ, այնպիսի փոխազդեցություններ, ինչպիսիք են նեյտրոնների ոչ առաձգական ցրումը, լիցքի փոխանակումը և վերաբերում են ուղիղ: Նման գործընթացների ներդրումը «ընդհանուր խաչմերուկ» կոչվող բնութագրիչում բավականին աննշան է: Այնուամենայնիվ, ուղղակի միջուկային ռեակցիայի անցման արտադրանքի բաշխումը հնարավորություն է տալիս որոշել ճառագայթի ուղղության անկյունից փախուստի հավանականությունը, քվանտային թվերը, բնակեցված վիճակների ընտրողականությունը և որոշել դրանց կառուցվածքը::
Նախահավասարակշռության արտանետում
Եթե մասնիկը առաջին բախումից հետո դուրս չգա միջուկային փոխազդեցության շրջանից, ապա այն կներգրավվի հաջորդական բախումների մի ամբողջ կասկադի մեջ։ Սա իրականում հենց այն է, ինչ կոչվում է միջուկային շղթայական ռեակցիա: Այս իրավիճակի արդյունքում մասնիկի կինետիկ էներգիան բաշխվում է նրանց միջևմիջուկի բաղկացուցիչ մասերը. Ինքը՝ միջուկի վիճակը, աստիճանաբար շատ ավելի կբարդանա։ Այս գործընթացի ընթացքում որոշակի նուկլեոն կամ մի ամբողջ կլաստեր (նուկլեոնների խումբ) կարող է կենտրոնացնել էներգիան, որը բավարար է միջուկից այս նուկլեոնի արտանետման համար։ Հետագա թուլացումը կհանգեցնի վիճակագրական հավասարակշռության և բարդ միջուկի ձևավորմանը։
Շղթայական ռեակցիաներ
Ի՞նչ է միջուկային շղթայական ռեակցիան: Սա նրա բաղկացուցիչ մասերի հաջորդականությունն է։ Այսինքն, լիցքավորված մասնիկների կողմից առաջացած բազմակի հաջորդական մեկ միջուկային ռեակցիաները հայտնվում են որպես ռեակցիայի արտադրանք նախորդ քայլերում: Ի՞նչ է միջուկային շղթայական ռեակցիան: Օրինակ՝ ծանր միջուկների տրոհումը, երբ տրոհման բազմաթիվ իրադարձություններ սկսվում են նախորդ քայքայման ժամանակ ստացված նեյտրոնների միջոցով։
Միջուկային շղթայական ռեակցիայի առանձնահատկությունները
Բոլոր քիմիական ռեակցիաների շարքում լայնորեն կիրառվում են շղթայական ռեակցիաները։ Չօգտագործված կապերով մասնիկները խաղում են ազատ ատոմների կամ ռադիկալների դեր։ Միջուկային շղթայական ռեակցիայի նման գործընթացում դրա առաջացման մեխանիզմն ապահովում են նեյտրոնները, որոնք չունեն Կուլոնյան արգելք և կլանվելիս գրգռում են միջուկը: Եթե անհրաժեշտ մասնիկը հայտնվում է միջավայրում, ապա այն առաջացնում է հետագա փոխակերպումների շղթա, որը կշարունակվի այնքան ժամանակ, մինչև շղթան ընդհատվի կրող մասնիկի կորստի պատճառով։
Ինչու է կորել փոխադրողը
Կա միայն երկու պատճառ ռեակցիաների շարունակական շղթայի կրող մասնիկի կորստի համար: Առաջինը մասնիկի կլանումն է առանց արտանետման գործընթացիերկրորդական. Երկրորդը մասնիկի հեռանալն է նյութի ծավալի սահմանից այն կողմ, որն աջակցում է շղթայական գործընթացին:
Երկու տեսակի գործընթաց
Եթե շղթայական ռեակցիայի յուրաքանչյուր շրջանում ծնվում է միայն մեկ կրող մասնիկ, ապա այս գործընթացը կարելի է անվանել չճյուղավորված: Այն չի կարող հանգեցնել մեծ մասշտաբով էներգիայի արտազատմանը։ Եթե կան շատ կրող մասնիկներ, ապա դա կոչվում է ճյուղավորված ռեակցիա: Ի՞նչ է միջուկային շղթայական ռեակցիան ճյուղավորմամբ: Նախորդ ակտում ստացված երկրորդական մասնիկներից մեկը կշարունակի ավելի վաղ սկսված շղթան, մինչդեռ մյուսները կստեղծեն նոր ռեակցիաներ, որոնք նույնպես կճյուղավորվեն։ Այս գործընթացը մրցելու է ընդմիջման տանող գործընթացների հետ։ Ստեղծված իրավիճակը կհանգեցնի կոնկրետ կրիտիկական և սահմանափակող երևույթների։ Օրինակ, եթե կան ավելի շատ ընդմիջումներ, քան զուտ նոր շղթաներ, ապա ռեակցիայի ինքնապահովումը անհնար կլինի: Նույնիսկ եթե այն արհեստականորեն գրգռվի՝ տվյալ միջավայրում անհրաժեշտ քանակությամբ մասնիկներ ներդնելով, գործընթացը դեռ ժամանակի հետ կքայքայվի (սովորաբար բավականին արագ): Եթե նոր շղթաների թիվը գերազանցում է ընդմիջումների թիվը, ապա միջուկային շղթայական ռեակցիան կսկսի տարածվել ամբողջ նյութում։
Կրիտիկական վիճակ
Կրիտիկական վիճակն առանձնացնում է նյութի վիճակի տարածքը զարգացած ինքնապահպանվող շղթայական ռեակցիայով, և այն տարածքը, որտեղ այդ ռեակցիան ընդհանրապես անհնար է: Այս պարամետրը բնութագրվում է նոր շղթաների քանակի և հնարավոր ընդմիջումների քանակի միջև հավասարությամբ: Ազատ կրող մասնիկի առկայության նման՝ կրիտիկականպետությունը գլխավոր կետն է այնպիսի ցանկում, ինչպիսին է «միջուկային շղթայական ռեակցիայի իրականացման պայմանները»։ Այս վիճակի ձեռքբերումը կարող է որոշվել մի շարք հնարավոր գործոններով. Ծանր տարրի միջուկի տրոհումը գրգռվում է ընդամենը մեկ նեյտրոնով։ Միջուկային տրոհման շղթայական ռեակցիայի նման գործընթացի արդյունքում ավելի շատ նեյտրոններ են արտադրվում։ Հետևաբար, այս գործընթացը կարող է առաջացնել ճյուղավորված ռեակցիա, որտեղ նեյտրոնները կգործեն որպես կրիչներ։ Այն դեպքում, երբ նեյտրոնների գրավման արագությունը առանց տրոհման կամ փախուստի (կորստի արագություն) փոխհատուցվում է կրող մասնիկների բազմապատկման արագությամբ, ապա շղթայական ռեակցիան ընթանալու է անշարժ ռեժիմով։ Այս հավասարությունը բնութագրում է բազմապատկման գործակիցը: Վերոնշյալ դեպքում այն հավասար է մեկի։ Միջուկային էներգիայում էներգիայի արտանետման արագության և բազմապատկման գործոնի միջև բացասական արձագանքի ներդրման շնորհիվ հնարավոր է վերահսկել միջուկային ռեակցիայի ընթացքը: Եթե այս գործակիցը մեկից մեծ է, ապա ռեակցիան կզարգանա էքսպոնենցիալ։ Միջուկային զենքի մեջ օգտագործվում են անվերահսկելի շղթայական ռեակցիաներ։
Միջուկային շղթայական ռեակցիա էներգիայի մեջ
Ռեակտորի ռեակտիվությունը որոշվում է նրա միջուկում տեղի ունեցող մեծ թվով գործընթացներով: Այս բոլոր ազդեցությունները որոշվում են այսպես կոչված ռեակտիվության գործակիցով։ Գրաֆիտի ձողերի, հովացուցիչ նյութերի կամ ուրանի ջերմաստիճանի փոփոխությունների ազդեցությունը ռեակտորի ռեակտիվության և այնպիսի գործընթացի ինտենսիվության վրա, ինչպիսին միջուկային շղթայական ռեակցիան է, բնութագրվում է ջերմաստիճանի գործակիցով (հովացուցիչ նյութի համար, ուրանի համար, գրաֆիտի համար):Կան նաև կախյալ բնութագրիչներ՝ հզորության, բարոմետրիկ ցուցանիշների, գոլորշու ցուցիչների առումով։ Ռեակտորում միջուկային ռեակցիան պահպանելու համար անհրաժեշտ է որոշ տարրեր փոխարկել մյուսների: Դա անելու համար անհրաժեշտ է հաշվի առնել միջուկային շղթայական ռեակցիայի հոսքի պայմանները՝ նյութի առկայությունը, որն ի վիճակի է քայքայման ժամանակ բաժանել և ազատել իրենից որոշակի քանակությամբ տարրական մասնիկներ, որոնք արդյունքում, կառաջացնի մնացած միջուկների տրոհումը։ Որպես այդպիսի նյութ, հաճախ օգտագործվում են ուրան-238, ուրան-235, պլուտոնիում-239: Միջուկային շղթայական ռեակցիայի ընթացքում այս տարրերի իզոտոպները կքայքայվեն և կստեղծեն երկու կամ ավելի այլ քիմիական նյութեր: Այս գործընթացում արտանետվում են այսպես կոչված «գամմա» ճառագայթներ, տեղի է ունենում էներգիայի ինտենսիվ արտազատում, առաջանում են երկու կամ երեք նեյտրոններ, որոնք ունակ են շարունակել ռեակցիայի ակտերը։ Կան դանդաղ և արագ նեյտրոններ, քանի որ որպեսզի ատոմի միջուկը քայքայվի, այդ մասնիկները պետք է թռչեն որոշակի արագությամբ։
