Ядролық тізбекті реакция

Ядролық тізбекті реакция – ауыр химиялық элементтердің атом ядроларының нейтрондар әсерінен бөліну реакциясы. Оның әрбір сатысында нейтрондар саны артып, ядроның өзін-өзі қуаттайтын бөліну процессі пайда болуы мүмкін. Ядролық тізбекті реакция – экзотермикалық реакция, яғни реакция кезінде энергия бөлінеді. Бөлінген энергияның мөлшері өте көп болатындықтан ядролық тізбекті реакцияны бейбіт және соғыс мақсатында атом энергиясының көзі ретінде пайдаланады.
Ауыр ядролардың нейтрондар арқылы бөлінуінің ядролық тізбекті реакциясының принциптік мүмкіндігі – уран ядросындағы нейтрондар санының протондар санына қатынасы, бөліну жарықшақтарындағы сол қатынастың шамасына қарағанда едәуір көп болатындығына байланысты. ядролық тізбекті реакцияның іс жүзіндегі жүру шарты реакцияның тармақтау процестері мен оның үзілу ықтималдықтарының қатысы арқылы анықталады. Тармақтардың басым болуы өзін-өзі қуаттайтын тізбекті процестің жүруін қамтамасыз етеді, ал үзілістің басым болуы тізбекті реакцияның жүрмейтіндігін көрсетеді. ядролық тізбекті реакцияның даму сипаттамасы – жүйенің көбею коэффициенті (k). Ол (k) бөлінгіш заттағы реакция тізбегінің кез келген буыны мен сол алдындағы буында жұтылатын нейтрондар санының қатынасына тең. Өзін-өзі қуаттайтын тізбекті процесс тек k1 болғанда ғана жүруі мүмкін. Жүйе k=1 болғанда кризистік жүйе, k>1 болғанда жоғары кризистік жүйе, ал k<1 болғанда төмен кризистік жүйе деп аталады. Жүйенің көбею коэффициенті (k) ядролық тізбекті реакция жүзеге асатын жүйенің пішініне, массасына және изотоптық құрамына тәуелді болады.
Бөгде қоспасы жоқ жүйенің пішіні мен өлшемі кез келген шамадағы уран изотоптарының табиғи қоспасы (99,28% 238U және 0,71% 235U) әрқашанда төмен кризистік жүйеге жатады. Ықтималдығы басымырақ бөлгіш нейтрондар 238U ядроларымен өзара әсерлесе отырып, жаңадан бөліну актісін туғызбайды, қайта серпімсіз шашырайды. Олардың энергиясы 238U-ның бөлінуіне қажетті минимум энергиядан аз болады (~1 МэВ). Сондықтан табиғи уранның бөлінуінің тармақты ядролық тізбекті реакциясы шапшаң нейтрондар арқылы дами алмайды. Уран изотопының табиғи қоспасындағы ядролық тізбекті реакцияның тармақталуы, нейтрондардың энергиясы өте аз болғанда ғана (мысалы, бөлме температурасында ~1/40 эВ), тізбектің үзілуінен басымырақ бола бастайды. Осындай энергия кезінде 238U-ның бөліну ықтималдығының артатындығы сонша, 235U-ның бөлінуі, оның қоспадағы аздығына қарамастан, басымырақ процесс болып шығады. Бөлгіш нейтрондар энергиясының жылулық нейтрондар энергиясына дейін азаюы нейтрондардың уран ядроларымен көп қайтара серпімді соқтығысуы салдарынан болады. Баяу нейтрондар арқылы жүретін ядролық тізбекті реакция табиғи не 238U изотопымен байытылған уранның жеке блоктар түрінде орналастырылған немесе баяулатқыш (су, ауыр су, графит) көлеміне бір қалыпты таралған ядролық реакторларда жүзеге асырылады. Ал шапшаң нейтрондармен жүретін ядролық тізбекті реакция бридерлік реакторлардың кейбір түрінде және әр түрлі атом бомбасында жүзеге асады. ^[1]

Пайдаланылған әдебиеттер:

1. Қазақ энциклопедиясы, 10 - том