Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

Transkrypt

1 Elementy Fizyki Jądrowej Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

2 Rozszczepienie lata 30 XX w. poszukiwanie nowych nuklidów n U U + reakcja przez jądro złożone U Np + e + e kolejna przemiana transuranowce Ponadto stwierdzono obecność w stanie końcowym jąder środkowej części układu okresowego.

3 Rozszczepienie wyzwolona energia

4

5 Rozszczepienie wyzwolona energia Najwięcej energii, gdy rozszczepieniu ulegają ciężkie jądra Energia wydzielana dla symetrycznego rozszczepienia A 1 =A 2

6 Warunki wystąpienia rozszczepienia

7 Warunki wystąpienia rozszczepienia

8 Przykład spontanicznego rozszczepienia U Uran I Jod Xe Ksenon Cs Cez Ba Bar Zr - Cyrkon Rozszczepienie prowadzi zazwyczaj do produkcji elementów niesymetrycznych A 1 A 2 Produkty rozszczepienia są zazwyczaj β-niestabilne Posiadają nadmiar neutronów Energia uwalnia się jako energii kinetyczna produktów rozszczepienia

9 Bilans energetyczny Średnie liczby neutronów, elektronów, neutrin, kwantów Średnie wartości energii dla rozpadu 1 jądra Dla porównania: energia uwalniana w reakcji spalania węgla wynosi 4 ev/atom

10 Parametr rozszczepienia Trwałości jądra sprzyja mała liczba nukleonów powierzchniowych A 2/3 1 2 Nietrwałości jądra sprzyja odpychająca siła kulombowska 3 Z A Parametr rozszczepienia: x Z 2 A A x 2 Z 48A Rozszczepienie samoistne, gdy x 1 (Z > 114, A > 270) Przyjmuje się, że dla wartości Z 2 A (33-35,7) jądra są rozszczepialne przez neutrony prędkie, a od 35,7 przez neutrony o dowolnej energii.

11 200 MeV Tunelowanie przez barierę Energia aktywacji E A - różnica pomiędzy wartością maksymalną bariery a energią stanu podstawowego. Dla A~240 energia aktywacji wynosi od 6 do 7 MeV Zwiększanie deformacji 1. Zwiększa powierzchnię w stosunku do objętości (zwiększa a s ) 2. Zmniejsza siłę odpychania kulombowskiego (zmniejsza a C ) Bariera potencjału nałożenie się tych 2 procesów Energia wiązania w modelu kroplowym E B a V A a S A 2 3 a C Z 2 A

12 Warunek na rozszczepienie samoistne

13 Energia aktywacji

14 Wzbudzenie jądra Rozszczepienie indukowane Redukcja bariery Wzrost prawdopodobieństwa tunelowania (rozszczepienia) foto-rozszczepienie Energia progowa

15 Rozszczepienie indukowane absorpcją Energia aktywacji > 0 neutronu n A 1 Z X A Z X rozszczepienie Przy absorpcji neutronu część energii jest zamieniana na energię wiązania neutron powinien posiadać dodatkową energię kinetyczną, która zostanie wykorzystana na wzbudzenie jądra T n Energia progowa neutronu A 1 E A S A S Jeśli energia wzbudzenia większa od energii aktywacji, neutron może mieć dowolnie małą energię n Energia separacji zależy od A (energia korelacji par) Energia wzbudzenia mniejsza od energii aktywacji energia progowa neutronu

16 Rozszczepienie indukowane absorpcją neutronu T n A 1 E A S A S n Paliwo elektrowni

17 T n A 1 E A S A S n 235 U n 236 U * 239 U * 238 U n S n = 6.3 MeV E S = 5.7 MeV 6 MeV 4.8 MeV U U

18 Rozszczepienie indukowane absorpcją neutronu Dla n U 236 U E x = 6,5 MeV (energia wzbudzenia jądra 236 U ) E A = 6,2 MeV (energia aktywacji) Rozszczepienie dla neutronów termicznych (0,025 ev, 2200m/s) Dla n U 239 U E x = 4,8 MeV (energia wzbudzenia jądra 239 U ) E A = 6,6 MeV (energia aktywacji) Rozszczepienie dla energii kinetycznej neutronów od 2MeV

19 Przekroje czynne Rozszczepienie bardziej prawdopodobne niż wychwyt radiacyjny (emisja kwantu po absorpcji neutronu) Rozszczepienie nie zachodzi, jeśli neutron nie osiągnie energii progowej

20 Przekroje czynne Dla 235 U maleje z energią neutronu Obszar rezonansowy struktura powłokowa jądra Dla 238 U energia progowa

21 Rozszczepienie A1 A2 U n 92U Z F1 Z F2 2,5n 1 2 Q liczba neutronów 0 8, średnio 2,5 najbardziej prawdopodobne liczby masowe: 95 i 139, liczby atomowe: 38 i 54 Rozszczepienie jest procesem niesymetrycznym Udział procentowy fragmentów rozszczepienia w zależności od liczby masowej A U

22 Reakcja rozszczepienia wyzwala się ok.180 MeV rozpad - wyzwala się 5,6 MeV

23 Reakcja rozszczepienia

24

25 Skala czasowa Szybki proces Promieniotwórcze produkty rozszczepienia o długich czasach połowicznego zaniku