2-
الإنشطار و الإندماج النووي:
1- الإنشطار النووي:
- يحدث الإنشطار النووي عندما يصطدم نوترون بطيء طاقته تكون من رتبة
0,1 MeV بنواة ثقيلة قابلة
للإنشطار فتتكون أنوية أخف و يصاحب ذلك تحرر نوترونات و طاقة.
- النواة الوحيدة القابلة للإنشطار هي ذرة اليورانيوم 235.
مثال:
10n + 23592Uà3895Sr +13954Xe +210n
+
γ
- إذا تجاوزت كتلة المادة المنشطرة قيمة
معينة تسمى الكتلة الحرجة، فإنه يمكن للنوترونات المحررة أن تتسبب إنشطارات
أخرى و هذا ما يسمى بـسلسة تفاعلات الإنشطار.
2- سلسلة تفاعلات الإنشطار:
ليكن
K متوسط عدد النوترونات المحررة المسببة لحدوث إنشطار.
·
إذاكان
K<1 الجملة تتوقف. الجملة في حالة غير حرجة.
·
إذا كان
K>1 الفاعل يمكن أن يصبح قابل للإنفجار. الجملة
في حالة حرجة جدا.
·
إذا كان
K=1 التفاعل يستمر آليا. الجملة في حالة حرجة.
3- الإندماج النووي:
- في الإندماج النووي تتحد نواتين خفيفتين لتكوين نواة أثقل عن طريق تحرير طاقة.
- إندماج الهيدروجين لتكوين الهيليوم هو أساس الطاقة الشمسية:
21H + 31H
à 42He + 10n
+ 17 MeV
- هذه التفاعلات ناشرة للطاقة بشكل كبير
(القنبلة الهيدروجينية).
- لا تحدث تفاعلات الإندماج النووي إلا في درجات عالية جدا من الحرارة (تقريبا
108 K)
يطلق عادة على هذا النوع من التفاعلات مصطلح: التفعلات الحرارية النووية.
تطبيق:
1- أحسب طاقة الربط لكل نكليون
Eℓ/A ( بـ نكليونMeV/ ) لنواة يورانيوم 235. ماهي ميزتها من ضمن كل الأنوية الطبيعية؟ نذكر بأن العدد
الذري لنواة ذرة اليورانيوم هو 92.
2- يمكن أن يعطي إنشطار هذه النواة نواة
14857La نواة بروم و 3 نوترونات. أكتب معادلة هذا التفاعل.
الحل:
1- من التعريف:
ت ع: نكليون
Eℓ /A
≈ 1,24 . 10-12 J/
بالقسمة على 1,6.10-19 نجد نكليونEℓ ≈ 7,76 MeV/
هذه النواة هي النواة الطبيعية الوحيدة القابلة للإنشطار النووي.
2 – معادلة التفاعل:
10n + 23592U
à 14857La + 8535Br
+ 3.10n +
γ
3- حصيلة الكتلة و الطاقة في تفاعل نووي:
1- الكتلة في الفيزياء النووية:
- للتعبير عن الكتلة
في الفيزياء النووية نستعمل وحدة عملية تسمى وحدة الكتل الذرية رمزها
u
حيث:
- حسب علاقة أينشتاين
1 u = 931,5 MeV
2- الطاقة المحررة
خلال تفاعل نووي:
الطاقة المحررة خلال تفاعل نووي توافق نقصان الكتلة الكلية للجملة و هو:
= mi
- mf(الكتلة الكلية بعد التفاعل) - (الكتلة الكلية قبل التفاعل) =
M∆
- حسب علاقة أينشتاين الطاقة الموافقة هي:
M.c2= (mi – mf).c2
E=
- هذه الطاقة تكون على شكل:
- طاقة حركية للجسيمات الناتجة
- طاقة إشعاع
γ (إشعاع كهرومغناطيسي ذو تواتر كبير جدا أي
طاقة كبيرة)
تطبيق:
I- نعتبر تفاعل الإنشطار التالي:
23994Pu + 10n
à 13856Ba
+ 9038Sr + x.10n .
mPu=239,0522
u, mBa=138,9050 u, mSr = 89,9070 u, 1 u = 1,66.10-27
kg
1- أحسب عدد النوترونات المحررة في هذا
التفاعل
2- ما هي كمية الطاقة المحررة من هذا التفاعل؟
3- ما هي الطاقة ( بـ
MeV ) المحررة عند إنشطار 100 غرام من البلوتونيوم
Pu ؟
الحل:
1- عدد النكليونات محفوظ إذن
239 + 1 = 138 + 90 + x
نجد
x = 12
2- الكتلة المختفية:
M = mi – mf
= (mPu + mn) – (mBa + mSr + 12.mn)
∆
ت ع:
M = (239,0522 +
1,00087) – (137,9050 + 89,9070 + 12x1,0087)∆
M=0,23063 u.
∆
بما أن
1 u
يوافق
931,5 MeV، إذن الطاقة المحررة هي:
E1 =
0,23063 x 931,5 = 214,832 MeV
3- كتلة ذرة
mPu
= 239,0522 u = 3,9683.10-25 kg
نحسب أولا عدد الأنوية الموجودة في 100 غرام:
ذرةN = 0,1/3,9683.10-25
= 2,52.1023
إنشطار 100 غرام يحرر:
E2 =
214,832 x 2,52.1023 = 5,414.1025 MeV
II- ليكن التفاعل التالي:
21H + 31H
à 42He
+ 10n
ما هي الطاقة المحررة (بـ
MeV) عند تشكل نواة الهيليوم؟
نعطي: طاقة الربط لكل نكليون :
21H : 1,10 MeV, 31H : 2.83
MeV, 42He : 7,07 MeV
الحل:
نحسب أولا طاقة الربط الكلية لكل نواة ثم نحسب الطاقة المحررة:
E = Eℓ(42He) – (Eℓ(21H)
+ Eℓ(31H))
E = 4 x 7,07 – (2 x 1,10 + 3 x 2,83) = 17,59 MeV