Post on 08-Feb-2016
description
Reacţii de captură urmată de fisiune (n, f)
Are loc cu nucleele fissile→ formarea unui nucleu compus înalt excitat, instabil (~10-2 s) care se fragmentează
n2SrXe)instabil(UUn
n3KrBa)instabil(UUn10
9438
14054
23692
23592
10
10
9236
14156
23692
23592
10
⋅++→→+
⋅++→→+
Neutronii emişi - neutroni prompţiIn medie 233U, ν=2.49, pentru 235U, ν=2.43 iar pentru 239Pu, ν=2.87
spectru energetic continuu
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
π=
N
n
23
N
n0 T
EexpT
E2n)E(n
Energia medie a neutronilor de fisiune Nn0 N
n
23
N
nnn T
23dE
TEexp
T
E2EE =⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
π= ∫
∞
Temperatura nucleară - masură a gradului de excitare a nucleului compus
ν++= 143.05.0TN
Fragmentele de fisiune - în jur de 30 de perechi
Două grupe, asimetrice sub aspectul maselor atomice, în raport de aproximativ 3:2
A doua grupă cuprinde radionuclizi cu maseleatomice mai mari, situate în intervalulA=119÷165 şi poartă numele de grupa grea
Prima grupă cuprinde radionuclizi cu maseleatomice cuprinse în domeniul A=72÷117 şi poartă denumirea de grupa uşoară
( )5.0ZZAA u
F
Fu −=
( )5.0ZZAA g
u
Fg −=
Zu - numărul atomic al fragmentului uşor, Zg - numărul atomic al fragmentului greu
Produşii de fisiune sunt nuclee neutrono-excedentare şi în consecinţă suntradioactive β-
Energia reactiei de fisiune
energia cinetică a produşilor de fisiuneenergia neutronilorenergia radiaţiei γ prompteenergia radiaţie βenergia neutrinilorenergia radiaţiei γ întârziate
162 MeV5 MeV6 MeV7 MeV11 MeV6 MeV
Total 197 MeV
Reacţia de fisiune in lanţ
Reacţie nucleară în lanţ - o reacţie nucleară care este cauzată de o reacţie nuclearăanterioară, putând conduce la o creştere exponenţială a numărului de reacţii nucleare
1.Un atom de uraniu-235 absoarbe un neutron şi se sparge în 2 atomi, 3 neutroni şi energie.2.Unul din aceşti neutroni este absorbit de un atom de uraniu-238 şi nu mai participă, în continuare, la reacţie. Al doilea neutron este pur şi simplu pierdut înmediul/materialul înconjurător, nu se mai ciocneşte cu alţi atomi de uraniu, fapt pentru care nici el nu maiparticipă la continuarea reacţiei. Al treilea neutron se ciocneşte cu un atom de uraniu-235 care fisioneazaelibererand neutroni şi, din nou, energie de legătură.3.Ultimii doi neutroni se ciocnesc fiecare cu câte un atom de uraniu-235 care se sparg şi eliberează de la unu la trei neutroni ce pot continua reacţia.
Fisiune nucleară în lanţ - 3 secvenţe
Factorul efectiv de multiplicare a neutronilor, k, este numărul mediu de neutronidin aceşti 2,5 sau 3 care cauzează reacţia de fisiune
Condiţia de reacţie în lanţ - numărul de neutroni produşi prin fisiuneacombustibilului nuclear să fie egal cu suma dintre numărul neutronilor absorbiţi de combustibil şi numărul de neutroni absorbiţi de celelalte componente ale reactorului, inclusiv a neutronilor care părăsesc zona activă.
•k < 1 (masă subcritică): plecând cu o fisiune, avem în medie un total de 1/(1-k) fisiuni -reacţia în lanţ se stinge•k = 1 (masă critică): numarul actelor de fisiune ramane constant•k > 1 (masă supercritică): numarul actelor de fisiune numărulcreaste exponenţial
Nuclid Masa Critica(kg)
Diametru(cm)
uraniu-235 52 17plutoniu-239 10 9.9plutoniu-240 40 15americiu-241 55–77 20-23californiu-249 6 9californiu-251 5 8.5
Masa critică -cantitatea de material fisionabil care permitemenţinerea unei reacţii nucleareîn lanţ. Depinde de sectiunea eficace de fisiune, densitate, geometrie, puritate si mediul in care se afla.
Reactia de fuziune
Eliberarea energiei nucleare poate avea loc in partea inferioara a curbei din grafic prin fuziunea a doua nuclee usoare intr-unul mai greu.
1 Kg de amestec Deuteriu/Tritiu genereaza3.4 x1014 J ( aprox. 1700 MW h) !!!!
Legi de conservare în reacţiile nucleare
Stabilirea relaţiilor între mărimile şi caracteristicile cuantice implicate înprocesele de interacţii nucleare.
►invarianţa la translaţia spaţială şi temporală implică legea conservării impulsuluitotal şi legea conservării energiei totale
► invarianţa la rotaţie implică legea de conservare a momentului cinetic total;
► inversia spaţială implică legea conservării parităţii;
► inversia temporală implică reversibilitatea racţiilor nucleare;
► transformarea şi distribuţia numărului de neutroni şi protoni într-o reacţienucleară, implică legea conservării numărului de masă şi legea conservăriisarcinii electrice.
a) Legea conservării impulsului liniar.
Reacţii nucleare binare cu formarea unei stări intermediare de nucleu compus
YbCXa +→→+
impulsul total al sistemului se conservă
YbXa pppprrvr
+=+
b) Legea conservării energiei totale
Intr-un sistem izolat în care nucleonii se află în interacţie - energia totală se conservă
2Y
2bYb
2X
2aXa cMcmEEcMcmEE +++=+++
repaus de energia -mc 2
E - energia cinetică
Diferenţa dintre energiile cinetice - energie de reacţie Q
( ) ( ) ( ) 2Yb
2XaXaYb cMmcMmEEEEQ +−+=+−+=
Q>0 - reacţie exoenergeticăQ<0, reacţe endoenergetica
c) Legea conservării parităţii
Paritate - mecanica cuantică - mărime care caracterizeaza simetria stărilor
YXba ,,, ππππ parităţile nucleelor; lax şi lbY sunt momentele cinetice relative
d) Legea conservării momentului unghiular
bYYbNCaXXa lIIIlII ++==++
( ) ( ) bYaX lYb
lXa 11 −ππ=−ππ
momentul unghiular total este o constană a mişcării si ca urmare se conservă în orice reacţie nuclear
e) Legea coservării numărului de masăNumărul total al nucleonilor (A) care intră în reacţie este egal cu numărultotal al nucleonilor care ies din reacţie
YbXa AAAA +→+f) Legea conservării sarcinii electrice.
Suma sarcinilor electrice înaintea şi după interacţie, se conservă (Numarul total al protonilor ramane constant)
YbXa ZZZZ +→+