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) !!!!

Tokamak

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 +→+