Your browser does not support Javascript, in order to see this website. Please turn it on.

Grandininė branduolių dalijimosi reakcija

Pirmą kartą branduolių dalijimąsi 1934 m. stebėjo italų fizikas Enrikas Fermis (Enrico Fermi), kai eksperimentuose uranas buvo bombarduojamas neutronais. Tačiau šis reiškinys nebuvo iki galo suprastas. 1938 m. Otas Hanas (Otto Hahn), Fricas Štrasmanas (Fritz Strassmann), Liza Meitner (Lise Meithner) ir Otas Robertas Frišas (Otto Robert Frisch), tyrinėdami produktus, gautus iš urano, nustatė, jog mažas neutronas padalina didelį urano atomą į dvi apytiksliai lygias dalis. Prasidėjo aktyvūs branduolių dalijimosi tyrimai.

Pagrindinis grandininės branduolių dalijimosi reakcijos pranašumas prieš bet kurią cheminę reakciją yra didžiulis energijos kiekis, išsiskiriantis dalijantis branduoliams. Energija siekia iki kelių šimtų MeV (1 MeV (vienas millijonas elektronvoltų) = 1,609 x 10 -13 J). Palyginimui - cheminių reakcijų metu išsiskiria vos kelios dešimtys eV energijos.

Tipinė branduolio dalijimosi reakcija yra urano izotopo U-235 sąveika su šiluminiu neutronu, kurios metu branduolys skyla į 2 lengvesnius branduolius ir 2 ar 3 neutronus, šie neutronai vėl pataiko į U-235 branduolius, kurie taip pat skyla. Tokiu būdu, kai eilinio dalijimosi metu atsiradusių neutronų skaičius yra lygus kitai dalijimosi reakcijai sukelti sunaudotų neutronų skaičiui, vyksta stabili ir savarankiška grandininė reakcija. Kad tokia reakcija galėtų vykti, reikalinga tam tikra pradinė medžiagos masė, vadinama kritine mase. Kritinė masė priklauso nuo branduolio savybių (tankio, formos ir kt.). Esant kritinei masei, susidaro pakankamai reakcijos produktų, galinčių inicijuoti tolimesnes reakcijas.

Be grandininės branduolių dalijimosi reakcijos neįsivaizduojama branduolinė energetika.


Grandininė branduolių dalijimosi reakcija

Branduoliniuose reaktoriuose grandininė branduolių dalijimosi reakcija yra kontroliuojama absorbuojant perteklinius po branduolių pasidalijimo atsiradusius laisvuosiuos neutronus. Tam, kad grandininė reakcija vyktų stabiliai ir dalijimųsi metu išsiskirtų pastovus energijos kiekis, neutronų daugėjimo koeficientas k turi būti lygus 1.

Neutronų daugėjimo koeficientas, k, yra apibrėžiamas kaip vienos kartos neutronų skaičiaus santykis su neutronų skaičiumi ankstesnėje kartoje. k=1 reiškia, jog kiekvienas dalijimasis vidutiniškai sukelia vieną dalijimąsi kitoje kartoje. Branduoliniame reaktoriuje k visada yra šiek tiek didesnis už vienetą. Kai k<1, grandininė branduolių dalijimosi reakcija užgęsta.

Svarbu paminėti, jog dėl branduoliniuose reaktoriuose naudojamo mažai sodrinto urano, neutronų sulėtinimo šilumnešyje ir lėtiklyje bei perteklinių šiluminių neutronų absorbcijos neskylančiame U-238 izotope, branduolinėse elektrinėse neįmanoma sukelti sprogstamosios grandininės reakcijos, kuri yra pagrindinė branduolinio ginklo veikimo sąlyga.