Ii bob yadroviy reaksiyalar

2.3 Yadrolarning bo‘linishi
Faqat uyg‘ongan yadrogina ikki qismga bo‘linishi yoki parchalanishi mumkin. Yadroni uyg‘otish uchun, masalan, uni α-zarralar yoki protonlar bilan bombardimon qilish usuli bilan unga yetarlicha energiya sarflash kerak bo‘ladi. Avval qayt qilinganidek, yadrolarni parchalashning eng yaxshi effektiv quroli neytronlardir, chunki ular elektr jihatdan neytral bo‘lgani uchun yadro tomonidan elektrostatik itarish kuchiga duch kelmaydi. XX asrning 40 yillariga kelib, bir qancha olimlar (E.Fermi, I.Jolio – Kyuri, P.Savich, O.Gan, Shtrasman, O.Frish, L.Maytner) ning tajribalari va nazariy izlanishlari tufayli, neytronlar bilan bombardimon 395 qilingan uran yadrosining bo‘linish reaksiyasi kashf qilindi. Yadroning tomchi modeliga asoslanib, bu reaksiyani quyidagicha izohlash mumkin. Neytron n ni o‘ziga qo‘shgan uran yadrosi U uyg‘ongan bo‘lib qoladi va deformatsiyalanadi . Agar uyg‘onish unchalik katta bo‘lmasa, u vaqtda yadro γ fotonlar yoki neytron chiqarish yo‘li bilan ortiqcha energiyadan qutilib, turg‘un holatga qaytadi. Bunda tomchining shakli sharsimondan ellipsoidsimonga, undan yana sharsimonga qaytadi. Agar uyg‘onish energiyasi yetarlicha katta bo‘lsa, u vaqtda yadroda ikkiga bo‘linayotgan suyuqlik tomchisining ikki qismi orasidagi cho‘zilishga o‘xshash uzunchoq shakl (23.1,v-rasmga q.) paydo bo‘ladi. Cho‘zilayotgan yadroning juda ingichka qismida ta’sir qilayotgan yadro kuchlari endilikda yadroning bir xil ishorali zaryadlangan qismlarining kulon itarishish kuchlariga qarshi tura olmaydi. Natijada cho‘zilgan yadro uziladi va qarama-qarshi tomonga katta tezlik bilan uchib ketadigan ikkita «parchaga» yemiriladi. Bundan tashqari bo‘linish vaqtida yadrodan oniy neytronlar deb ataladigan 2-3 ta neytron ajralib chiqadi. Oniy neytronlarning ko‘pchiligi 1-2 MeV energiyaga ega. Energiyasi 1,5 MeVdan katta bo‘lgan neytronlar tez neytronlar, energiyasi 1,5 MeV dan oz neytronlar sekin neytronlar deb ataladi. Energiyasi juda kichik neytronlar issiqlik neytronlari deyiladi. Bo‘lingan yadroning parchalari radioaktiv bo‘ladi: ular γ-fotonlar, β-zarralar va neytronlar chiqaradi; bu neytronlarni oniy neytronlardan farqlash maqsadida kechikkan neytronlar deb ataladi. Barcha og‘ir elementlarning yadrolari neytronlar ta’sirida ikki qismga bo‘linish qobiliyatiga ega. Amaliy jihatdan eng muhim bo‘linuvchi materiallar uran 92U 238, aktino uran 92U 235, uranning sun’iy 92U 233 izotopi va plutoniy 94Ru239 dir. 92U 235 , 92U 233 va 94Ru239 yadrolar tez, shuningdek, sekin (jumladan, issiqlik) neytronlar ta’sirida bo‘linadi, 92U 238 yadrosi esa faqatgina tez neytronlar ta’sirida bo‘linadi. Uran 92U 235 ning uchta neytron chiqarib, kripton va bariy izotoplariga yemirilishi ehtimolligi ko‘proqdir: U n Kr Ba 3n 140 56 93 36 1 0 235 92 + → + + . (23.15) 23.1-rasm 396 Keyingi tekshirishlar uran yadrosi neytronlar bilan bombardimon qilinganda 80 xil bo‘laklar hosil bo‘lishini ko‘rsatdi. Shu bilan birga massalari nisbati 2:3 bo‘lgan bo‘laklarga bo‘linish eng ehtimolli ekani ma’lum bo‘ldi. Uran yadrosining mumkin bo‘lgan bo‘linish reaksiyalaridan yana biri quyidagi sxema bo‘yicha o‘tadi. 1 0 94 40 140 58 236 92 1 0 235 92U + n → U → Ce + Zr + 6β +2 n (23.16) Shuningdek 1 0 95 38 139 54 1 0 235 92U + n → Xe + Sr +2 n , (23.17) bu yerda Se – seriy, Zr-sirkoniy, Xe-ksenon, Sr-stronsiylar davriy sistema elementlarining o‘rta qismiga to‘g‘ri keladi. Neytronlar ta’sirida bo‘linish bilan bir qatorda, garchi juda oz darajada bo‘lsada, og‘ir yadrolar o‘z-o‘zidan bo‘linishi ham mumkin; masalan, 1 g uranda bir soatda hammasi bo‘lib taxminan 20 tacha o‘zo‘zidan yemirilish yuz beradi. Bu hodisani 1940 yilda sovet fiziklari K.A.Petrjak va G.N.Flerov kashf qilganlar. Uran yadrosining bo‘linishida, taxminan, 208 MeV energiya ajraladi, bu energiyaning deyarli 80 %i parchalarning kinetik energiyasi ko‘rinishida ajraladi; qolgan 20%i esa parchalarning radioaktiv nurlanish energiyasiga va oniy neytronlarning kinetik energiyasiga to‘g‘ri keladi. Yadroning bo‘linishida sarf qilingan neytronlarning energiyasi 7- 10 MeV dan oshmaydi. Buni yadrolarni bo‘linishida ajralib chiqqan energiya bilan solishtirsak, yadrosi bo‘linadigan materiallar juda katta energiya manbai bo‘lib xizmat qilishi ko‘rinadi. Masalan: 1 kg uran – 235 da bo‘lgan barcha yadrolarning bo‘linishida ajralib chiqqan energiya, taxminan, 2,3⋅107 kvt⋅soat ga teng. Buncha energiya miqdori 2000000 kg benzin yoki 2500000 kg tosh ko‘mir yonganda ajralishini ko‘rsatish mumkin. Shuning uchun xalq xo‘jaligida «yadro yoqilg‘isidan» foydalanish maqsadga muvofiqdir.
Zanjir reaksiya. Reaktorlar Yadroning bo‘linish energiyasidan foydalanish imkoniyatini amalga oshirish uchun shunday sharoit yaratish kerakki, bu sharoitda reaksiya bir boshlangandan so‘ng o‘z-o‘zidan davom eta olsin, ya’ni reaksiya zanjir xarakteriga ega bo‘lsin. Bunday reaksiyani amalga oshirishga, masalan, og‘ir Uran – 235 yadroning bo‘linishida vujudga keladigan 2-3 dona neytron yordam beradi. Masalan, birinchi yadro 397 bo‘linganda ajralib chiqqan 2-3 neytronning har biri o‘z navbatida yangi yadrolarning bo‘linishiga sabab bo‘ladi. Natijada 6-9 yangi neytronlar vujudga keladi. Bu neytronlar o‘z navbatida yana boshqa yadrolarni bo‘linishiga imkoniyat yaratadi va hokazo. Bunday reaksiya bo‘linishning zanjir reaksiyasi deb yuritiladi. Uran – 235 bo‘linishining zanjiriy reaksiyasi nazariyasini 1938 yilda Ya.B.Zeldovich va Yu.B.Xaritonlar ishlab chiqishgan. Uranning har bir yadrosining bo‘linishida 2-3 ta neytron paydo bo‘lishiga qaramasdan, ularning hammasi ham boshqa yadrolarning bo‘linishiga sabab bo‘lavermaydi. Neytronlarning bir qismini yadro yoqilg‘isida bo‘ladigan bo‘linmaydigan aralashma yadrolari o‘ziga qo‘shib olish mumkin, neytronlarning yana bir boshqa qismi yoqilg‘i matarial hajmi sirtidan uning boshqa yadrolari bilan to‘qnashmay chiqib ketishi mumkin. Shuning uchun uran yadrolar bo‘linishining zanjiriy reaksiyasi hamma vaqt ham sodir bo‘lavermaydi. Zanjir reaksiya yuz berishi uchun birinchidan 92U 235 izotopning bo‘lagi yetarli katta bo‘lishi kerak. Uran bo‘lagining o‘lchamlari yetarli katta bo‘lganda bo‘linish reaksiyasi davomida ajraluvchi neytronlarning ko‘p qismi uran bo‘lagining chekkasiga yetguncha reaksiyaga kirishib ulguradi. Uran bo‘lagining neytronlari ham zanjir reaksiyaning amalga oshishiga yordam beradi. Umuman, zanjir reaksiyaning rivojlanish tezligi ko‘payish koeffitsienti K ning qiymati bilan xarakterlanadi. Ko‘payish koefitsienti – biror avlod bo‘linishlarida vujudga kelgan neytronlar sonini undan oldingi avlod bo‘linishida hosil bo‘lgan neytronlar soniga nisbatidir. Agar K>1 bo‘lsa, zanjir reaksiyasi rivojlanadi. Kmkr shart bajarilganda K>1 bo‘lsa, zanjir reaksiya boshqarilmaydigan tarzda amalga oshishi atom bombaning portlash jarayonida sodir bo‘ladi. Atom bombaning tuzilishi sxematik tarzda tasvirlangan. Unda bo‘linuvchi modda ikki yoki ko‘proq bo‘laklar tarzida tayyorlanadi. Bu bo‘lakchalarning umumiy massasi kritik massasidan katta, lekin har bo‘lakchaning massasi kritik massadan kichik. Shuning uchun har bir bo‘lakning o‘zida bo‘linish zanjir reaksiya rivojlanmaydi. Bombaga joylashtirilgan oddiy portlovchi qurilma portlaganda mazkur bo‘laklar qo‘shilib, zanjir reaksiyani amalga oshishiga sharoit yaratiladi. Bo‘linish reaksiyasini boshlab berish uchun kerak bo‘ladigan birinchi neytronlar esa bo‘linuvchi modda ichida doimo «adashib» yurgan bo‘ladi. Masalan, massasi 1 kg bo‘lgan uranda spontan bo‘linish tufayli sekundiga taxminan 20 neytron vujudga keladi. Bundan tashqari, kosmik nurlar ta’sirida ham doimo turli zarralar qatori neytronlar ham vujudga kelib turadi. Atom bomba portlaganda juda qisqa vaqt ichida nihoyatda katta energiya ajralib chiqqanligi uchun portlash zonasida harorat bir necha million gradusga yetadi. Bunday issiqlik ta’sirida portlash zonasidagi modda bug‘ga aylanadi. O‘ta qizigan sharsimon gaz tez kengayishi natijasida juda kuchli zarb to‘lqini vujudga kelib o‘z yo‘lidagi ob’yektlarni yemiradi va kuydirib tashlaydi. Boshqariladigan bo‘linish zanjir reaksiyalarini amalga oshirish uchun qo‘llaniladigan qurilmani yadroviy reaktor deb ataladi. Bunday qurilmalarda neytronlar ko‘payish koeffitsienti K ning 1 dan ozgina katta qiymatlarida zanjir reaksiyani boshlash imkoniyati mavjud bo‘lishi kerak. Portlovchi qurilma Qobiq Bo‘linuvchi modda bo‘laklari 399 U holda aktiv zonadagi neytronlar konsentratsiyasi va reaktorning quvvati orta boshlaydi. Kerakli quvvatga erishilganda K ning qiymatini aynan 1 ga teng qilib turish imkoniyati bo‘lishi kerak. Bu holda zanjir reaksiya o‘zgarmas tezlik bilan davom etadi, natijada reaktor statsionar rejimda ishlay boshlaydi. Endi biz hozirgi zamon energetikasida keng foydalanilayotgan issiqlik neytronlar ta’sirida ishlaydigan reaktorlar bilan tanishamiz. Reaktorning asosiy elementi – bo‘linuvchi moddadir. Zamonaviy reaktorlarda bo‘linuvchi modda sifatida 235 U izotop bilan boyitilgan tabiiy urandan foydalanamiz. Issiqlik neytronlar 235 U ni effektiv ravishda bo‘linishiga sababchi bo‘ladi. Shuning uchun bo‘linish reaksiyasida vujudga kelgan tez neytronlarni sekinlashtirish yo‘li bilan issiqlik neytornlarga aylantiriladi. Sekinlatkichlar sifatida grafit yoki og‘ir suv (D2O) dan, ba’zan esa oddiy suv (N2O) dan ham foydalaniladi. reaktor aktiv zonasining soddalashtirilgan sxemasi sekinlatkich modda bilan to‘ldirilgan. Sekinlatkich ichiga sterjen yoki plastinka shaklida bo‘linuvchi modda bo‘laklari joylashtiriladi. Zanjir reaksiya tezligini boshqaruvchi sterjenlar yordamida o‘zgartirish mumkin. Bu sterjenlar neytronlarni intensiv ravishda yutadigan materiallar (masalan, bor yoki kadmiy)dan tayyorlanadi. Boshqaruvchi sterjenlarning ko‘proq yoki kamroq qismini aktiv zona ichiga kiritish yo‘li bilan K ning qiymatini o‘zgartirishga erishiladi. Boshqaruv sterjenlari Issiqlik eltuvchi Sekinlatkich va issiqlik eltuvchi Bo‘linuvchi modda bo‘laklari Issiqlik eltuvchi 400 Yadroviy energiyadan foydalanishga asoslangan qurilmalarning asosiy qismi yadroviy reaktorlardir. Misol tariqasida atom elektr stansiya (AES) ning ishlash prinsipi bilan tanishaylik. Zanjir bo‘linish reaksiyasida ajralayotgan energiya aktiv zonani aylanib yuradigan issiqlik eltuvchiga o‘tadi. Issiqlik eltuvchi bu energiyani issiqlik almashgichda suvga beradi, natijada suv bug‘ga aylanadi. Bug‘ esa o‘z navbatida generatorning trubinasini harakatga keltiradi. Trubinadan o‘tgan bug‘ kondensorda suvga aylanib, yana issiqlik almashgichga boradi. Shu tarzda yadroviy energiya elektr energiyaga aylantiriladi.


XULOSA
Yadro fizikasi tez rivojlanib borayotgan sohadir. Ayniqsa, keying yillarda tcxnika taraqqiyoti ko’p yo‘nalishlar bo'yicha ilmiy izlanishlar olib borish, bu bilan barcha elementlar yadrolarining kvant xususiyatlarini aniqlash imkoniyatini beradi. Hozirgi vaqtda yadro fizikasi fani oldida yadro kuchlar tabiatini, elementar zarralar xususiyatlarini hamda termoyadro reaksiyasini boshqarish kabi eng muhim muammolar turibdi. Bu xil muammolarni hal etishda, yagona nazariyani yaratishdagi asosiy qiyinchilik shundan iboratki, yadrodagi nuklonlar orasidagi o'zaro ta’sirlashuv kuchlarini bilmaymiz (yadro kuchlari tabiatda eng katta kuch, bu kuchdan katta kuchga ega emasmiz, ta’sirlashuv qisqa musofada - R⁓10^-13sm, ta’sirlashuv vaqti t = 10-^23s bo’lganligi uchun). Ikkinchi tomondan nuklonlar orasidagi ta’sirlashuvni bilganimizda ham ta'sirlashuv qiymatini hisoblash uchun matematik hisoblash
imkoniyatiga ega emasmiz, chunki yadro ko‘p nuklonli sistema. Hozirgi zamon EHM ham ularni hisoblash uchun ojizlik qiladi. Shuning uchun hozirgi yaratilayotgan nazariyalar tajriba natijalarini umumlashtirishga asoslangan fenomenologik xususiyatga egadir. Yadro fizikasi fani hozirgi zamon tezlatkichlari, qayd qiluvchi detektorlar, kameralar, EHMlar, elektron avtomatik qurilmalar yordamida rivojlanib bormoqda.