Yadroviy reaksiyalar (zanjir reaksiya) - bet 4

|
Yadroviy reaksiyalar (zanjir reaksiya)
|
bet | 4/8 | Sana | 29.05.2024 | Hajmi | 243 Kb. | | #256834 |
Bog'liq ELEKTRO YADRO REAKSIYALARI3. Yadroviy reaksiyalarda massaning saqlanish qonuni (va energiyaning saqlanish qonuni ham) bajariladi. Bu ikki qonunni birgalikda bayon qilmoqchiligimizning sababi massa va energiya o'zaro W = тс2 munosabat bilan bog’langanligidadir. Yadroviy reaksiyani (18.1) belgilanishiga amal qilaylik. U holda yadroviy reaksiyaga kirishayotgan zarralarning tinchlikdagi massalarini mA va ma deb, reaksiyada vujudga kelgan zarralarnikini esa mB va mb deb belgilaymiz. Ularning kinetik energiyalarini mos ravishda TA, Ta, TB, Tb deb belgilaylik. Natijada reaksiyaga kirishayotgan zarralar to'liq energiyalarining yig’indisi reaksiyada vujudga kelgan zarralar to'liq energiyalarining yig’indisiga tengligini quyidagicha ifodalaymiz:
mАс2+TА+ mас2+Tа= mВс2+TВ+ mbс2+Tb
Mos hadlarni gruppalasak, bu ifoda quyidagi
[(mA+ ma) - (mB+ mb)]c2=(Ta+ Tb) - (TA+ Ta)
ko'rinishga keladi. Bu tenglikning o'ng tomoni reaksiya natijasida vujudga keladigan energiya o'zgarishini ifodalaydi. Yadroviy reaksiyada ajralib chiqadigan yoki yutiladigan energiyani reaksiya energiyasi deb ataladi va odatda, Q qarfi bilan belgilanadi. U holda
Q = [(mА + та)-(тВ + mв)] с2 = (ТВ + Тв) - (ТА +Та). (3.3)
Agar Q > 0 bo'lsa, zarralar tinchlikdagi massasining kamayuvi hisobiga zarralar kinetik energiyasining ortishi kuzatiladi. Bu holda ekzoenergetik, reaksiya amalga oshayotgan bo'ladi. Ekzoenergetik reaksiya (TA + Ta) ning har qanday qiymatida ham amalga oshadi. Faqat zarra zaryadli bo'lgan holda uning energiyasi yadro elektr maydonining qarshiligini (odatda, uni kulon to'sig’i deyiladi) yengishga yetarli bo'lishi kerak, albatta.
Agar Q < 0 bo'lsa, endoenergetik reaksiya sodir bo’ladi. Bunda zarralar kinetik energiyasining kamayuvi qisobiga ularning tinchlikdagi massalari ortadi. Shuning uchun reaksiyaga kirishayotgan zarralar kinetik energiyalari yetarlicha katta bo'lishi, ya'ni (TA + Ta) = |Q| + (TB + Tb) shart bajarilishi kerak.
Endi yadroviy o'zaro ta'sir ehtimolligini xarakterlash uchun qo'llaniladigan effektiv kesim tushunchasi bilan tanishaylik. Buning uchun quyidagi xayoliy tajriba ustida mulohaza yuritaylik. Nishon sifatida qo'llanilayotgan bir jinsli jism tarkibidagi yadrolar konsentratsiyasi, ya'ni birlik hajmdagi yadrolar soni n bo'lsin. Nishonning qalinligi shunday bo'lsinki, (3.1-rasm), undagi yadrolar bir-birini to'smasin. Bu nishonga tushayotgan zarralarning zichligi (ya'ni nishonning birlik yuzidan birlik vaqtda o'tadigan zarralar soni) N bo'lsin. Bu zarralarning hammasi ham nishondagi yadrolar bilan to'qnashmaydi, albatta. Chunki to'qnashish sodir bo'lishi uchun zarra nishondan uchib o'tayotganda uning yo'lida yadro mavjud bo'lishi kerak. Agar yadroni radiusi Rya bo'lgan sharcha deb tasavvur qilsak, uning ko'ndalang kesimi r2ya yuzli doira bo'ladi. Nishonning birlik yuziga mos kelgan hajmdagi yadrolar soni n ga, bu yadrolar kesimlarining umumiy yuzi esa п ga teng bo'ladi. Bu yuzning qiymati kanchalik katta bo'lsa, nishonga tushayotgan zarrani yadrodan birortasi bilan to'qnashishining ehtimolligi shunchalik katta bo'ladi. U holda nishondagi yadrolar bilan to'qnashadigan zarralar soni
N = N п
ifoda bilan aniqlanadi. Agar N = 1 (ya'ni nishonning birlik yuziga birlik vaqtda bitta zarra tushmoqda) va п = 1 (ya'ni nishonning birlik yuziga mos keluvchi hajmda bittagina yadro mavjud) bo'lsa, N = bo'lib qoladi. Demak, yuzi bir birlikka teng nishon hajmida bittagina yadro mavjud bo'lgan holda bu nishonga birlik vaqtda bitta zarra tushadigan bo'lsa, uning yadro bilan to'qnashish ehtimolligi miqdoran yadroning ko'ndalang kesim yuziga teng ekan. Lekin zarra yadro bilan to'qnashganda hamma vaqt ham biz qiziqayotgan yadroviy reaksiya sodir bo'lavermaydi. Umuman, yadroviy reaksiyani sodir bo'lish ehtimolligi zarra va nishonning parametrlariga, ayniqsa, zarraning energiyasiga bog’liq. Bundan tashqari yadroviy reaksiyani qattiq zarra bilan sferik shakldagi qattiq yadroning to'qnashishi kabi tasavvur qilish ham haqiqatga unchalik mos kelmaydi. Natijada yadroviy reaksiyani sodir bo'lish ehtimolligi zarrani yadro bilan to'qnashish ehtimolligidan miqdoran farq qiladi. Boshqacha qilib aytganda, biror yadroviy reaksiyani sodir bo'lish ehtimolligi aslida ga emas, balki undan farqlanuvchi qiymatga ega bo'ladi. Bu qiymat yadroning ko'ndalang kesimiga emas, balki qandaydir effektiv kesimga mos keladi. Shuning uchun yadroviy reaksiyaning sodir bo'lish ehtimolligini effektiv kesim orqali xarakterlash odat bo'lgan. Effektiv kesim m2 larda o'lchanadi.
1932 yilda D.Chedvik -zarralar ta'sirida vujudga keladigan "berilliy nurlanishi" massasi proton massasiga yaqin bo'lgan elektroneytral zarralardan iborat, degan fikrni ilgari surdi. Bu fikrga asoslanib Chedvik mavjud tajriba natijalarini miqdoriy jihatdan ham izohlab berdi. Neytronlar deb nomlangan zarralar shu tarzda kashf etildi. Shunday qilib, neytronlar kuzatilgan birinchi yadroviy reaksiyani
Ве9 + Не4С12+n (3.4)
shaklda yozamiz. Bu reaksiyadan qanuzgacha neytronlarning ixchamgina manbai sifatida foydalaniladi. Bunday manbalarni berilliy metalliga - nurlanish chiqaradigan preparat aralashtirib hosil qilinadi. Masalan, 1g radiyga bir necha gramm berilliy aralashtirilsa, sekundiga taxminan 107 neytron chiqaradigan manba hosil bo'ladi. 1g poloniy aralashtirilgan (Po-Be) manbadan sekundiga chiqariladigan neytronlar soni 3∙106 ga etadi. Bu ikkala manba chiqaradigan neytronlar energiyasi keng intervaldagi qiymatlarga ega. Agar monoenergetik neytronlar lozim bo'lsa, boshqa reaksiyalardan foydalaniladi. Masalan, Bi214 ning 1,78 MeV energiyali -kvantlari ta'sirida
Be9+2He4+n (3.5)
reaksiya tufayli energiyasi ~ 110 keV bo'lgan monoenergetik neytronlar hosil bo'ladi. Erkin holatdagi (ya'ni, yadro tarkibiga kirmagan) neytron -radioaktiv emirilishga moyil. Uning yarim emirilish davri ~ 12 minut. Yemirilish quyidagi
sxema bo'yicha sodir bo'ladi.
Neytronlar biror muhitdan o'tayotganda, muhit atom va molekulalarining elektron qobiqlari bilan deyarli ta'sirlashmaydi. Sababi - neytronlarning elektr zaryadga ega emasligidir. Neytronlar faqatgina muhit atomlarining yadrolari bilan ta'sirlashadi, xolos. Bu ta'sirlashuv neytronning tezligiga (ya'ni, energiyasiga) bog’liq. Neytronlarning tezligi bo'yicha shartli ravishda tez va sekin neytronlarga ajratiladi:
1) de-Broyl to'lqin uzunliklari (=h/mn) yadro radiusi r dan kichik bulgan neytronlar [bunga (0,1, 4, 50) MeV energiyalar mos keladi] tez neytronlar deb ataladi;
2) neytronlarning de-Broyl to'lkin uzunliklari yadro radiusidan katta bo'lgak hollarda (bunga 0,1 MeV dan kichik energiyalar mos keladi) ularni sekin neytronlar deb nomlanadi.
|
| |