Maghasadás és láncreakció

Maghasadá Maghasadás ı

1932: J. Chadwick: neutron felfedezése A neutronra a mag nem gyakorol taszítóer t, így könnyen a magba hatolhat. ı

Maghasadás és láncreakció

Különböz atommagokat kezdtek besugározni neutronnal. 1933. jan. 30.: Hitler hatalomra kerülése

1933: E. Fermi: az uránnál nagyobb rendszámú, a termé-

Összeállította: CSISZÁR IMRE SZTE, Ságvári E. Gyakorló Gimnázium SZEGED, 2007. január

szetben fel nem lelhetı új elemek mesterséges elıállítását tőzte ki célul.

U + n 0 → ??

238

A keletkezett magokat nem tudta azonosítani.

Maghasadá Maghasadás 1933: Irene Curie: Fermihez hasonló kísérletsorozatot végeztek a transzuránok keresésére.

Ac

β

89

Mesterségesen el állított izotópok vagy sugárzás kibocsátásával másik atommaggá alakulnak. ı

La

1934: F.-J. és I. Curie: mesterséges radioaktivitás

α

U + n0

238 92

57

Maghasadá Maghasadás

transzurán? 1934: P. Scherrer:

Th + n 0 → jelent s radioaktivitás ő

ı

238

M szerhibára gondolt

1



1938. dec.: Hahn és Strassmann: maghasadás

n +

92

n0 +

235 92

U →

236 92

n0 +

235 92

n0 +

235 92

U →

139 56

U →

236 92

U →

236 92

Ba +

94 36

U →

137 55

U →

144 54

Kr + 3n 0 + energia

Cs +

96 37

Xe +

90 38

Rb + 3n 0 + energia

F. Strassmann (1902-1980)

O. Hahn (1879-1968)

0

Késıbb azt is kimutatták, hogy a kripton és a bárium mellett másfajta hasadási termékek is felléphetnek.

U →

56

Ba + ...

Azt a meglepı eredményt kapták, hogy az urán besugárzását követıen a jóval kisebb rendszámú bárium mutatható ki.


Sr + 2n0 + energia

hasadási termékek tömegszám szerinti eloszlása

Maghasadá Maghasadás A maghasadás mechanizmusa: az 235U befog egy neutront

ı

Maghasadás: Az a jelenség amely során a nagy tömegszámú atomag két közepes tömegszámú atommaggá és néhány neutronná esik szét energia felszabadulás kíséretében. A természetben el forduló atommagok közül csak az 235U izotóp képes hasadásra.

az atommag rezgésbe jön, hasonlóan egy vízcsepphez

A maghasadás mechanizmusa: X

n 235U

236U izotóppá változik

n

236U

Y

n

a mag két részre esik szét energia

n

a két rész Coulomb taszítás miatt nagy sebességgel szétlökıdik

2


Maghasadá Maghasadás Megjegyzések: • A keletkezett magok nem stabil izotópok, a hasadási termékekben több a neutron, mint ami stabil magokra jellemzı lenne, ezért a hasadási termékek radioaktívak.(β sugárzással bomlanak stabil magokká.) • A keletkezı neutronok száma a bomlás eredményétıl függıen 2 vagy 3. Ezek a neutronok újabb urán magoknak ütközve a hasadás lehetıségét hordozzák magukban. A probléma az, hogy ezek a neutronok túl gyorsak (pJ) a további hasításokhoz. Ezért le kell ıket lassítani (0,01aJ), hogy újabb hasadás következzen be. A lassító közeg (moderátor) könnyő magokból álló anyag, pl.: víz vagy grafit. • A maghasadás során jelentıs mennyiségő energia szabadul fel



Az urán fıbb izotópjai: 99,3 %-a 238U

n 0 + 238 92 U → 0,7 %-a

1 g urán hasadásakor 8250MJ (5t szén) Mo. éves elektromosenergia-fogyasztása: 19 tonna tiszta 235U 47.000.000 tonna feketekıszén

β → U 

239 92

β Np  →

239 93

239 94

Pu

Neutron veszteség

235U

Neutron nyereség

A természetes uránban a jóval gyakoribb 238U elnyeli a gyors neutronokat, tehát a természetes uránban nincs láncreakció.

3

Láncreakció ncreakció

Szilárd Leo 1939. május 3: „Minden készen állt, nem volt egyéb teend nk, mint az, hogy elfordítsunk egy kapcsolót, hátrad ljünk és nézzük a katódcs képerny jét. Ha felvillanások jelennek meg rajta, ez azt jelenti, hogy az uránhasadás során neutronok is kibocsátásra kerülnek, ekkor viszont küszöbön áll az atomenergia nagyarányú felszabadítása. Elfordítottuk a kapcsolót és láttuk a villanó fényeket: Néztük ket egy darabig, majd mindent lekapcsoltunk és hazamentünk. Ezen az éjszakán kevés kétségem volt afel l, hogy a világ nagy baj el tt áll.” ı

n + ..... ? ...... → 2n + ..... ? ...... + ENERGIA

ı

0

ı

0

Szilárd Leo (1898-1964)

ı

Kísérletileg megvalósítják

ı

1939 márc.: Szilárd Leo Enrico Fermi F-J. Curie

ı

Magfizikai láncreakció: A maghasadás során keletkezı neutronok újabb hasadásokat idéznek elı, és ez a folyamat ismétlıdik.

ı

1934. márc.: Szilárd Leo: a láncreakció titkos szabadalma a Brit Admiralitáshoz


Láncreakció ncreakció ı


Sokszorozási tényez : Ha n számú hasadás során keletkezı neutronokból n’ n′ számú idéz elı újabb hasadást, akkor a k = hányados. n

A láncreakció akkor önfenntartó, ha: k > 1 Elnevezések: • Ha k < 1 szubkritikus a reakció • Ha k = 1 kritikus a reakció • Ha k < 1 szuperkritikus a reakció

4



A neutronok lassítása: - a neutronokat a lassításhoz ki kell vezetni az Uránból

Szabályozhatóság kérdése: - a neutronok kb. 0,01 ms alatt váltanak ki újabb hasadást

?

- Moderátor (lasító) közegek: - grafit: lassít, nem nyeli el a neutronokat (nagyon tiszta kell) - Nehézvíz (D2O): lassít, nem nyeli el a neutronokat (drága)

- vannak ún. késı neutronok 35 87

( 55 s ) Br β →

- Víz (H2O): lassít, de elnyeli a neutronokat 53 137

Fel kell dúsítani a

235U

( 23 s ) → I β

Kr neutron →

36 87

→ Xe neutron

54 137

36 86

Kr

54 136

Xe

mennyiségét az Uránban - a késı neutronok aránya 0,65% - a sokszorozási tényezı ezekkel lesz nagyobb, mint 1

Atomerımővek mőködésének alapjai

Energiahordozó

Gız

Turbina

Generátor

ı

Hagyományos er m m ködési vázlata:

ő

ő

ő

ı


Atomer m veknél: a megoldandó probléma, hogy a víz radioaktív Áram

Több vízkör szükséges

Energiahordozó

Hıcserélı

Turbina

Generátor

Áram

5


Atomerımővek mőködésének alapjai Atomreaktor: főtıelem

energia biztosítása

urán

moderátor

neutronok lassítása

víz, grafit

abszorbens

szabályozás

cadmium, bór

energia elszállítása

víz

ő ő

ő ő

ı

ı

hőtés

ı

f t elem moderátor moderátor szabályzó ő

Csernobil Urán Grafit Cadmium Víz

ő

Atomer m vek m ködésének alapjai

h tés

Paks Urán Víz Cadmium Víz

6

Maghasadás és láncreakció

Recommend Documents