Ydinfissio: mikä se on, prosessi, sovellukset, ydinfuusio ja harjoitukset

Ydinfissio on prosessi, jolla epävakaa atomituuma jaetaan toisiin, vakaampiin ytimiin. Tämän prosessin löysivät vuonna 1939 Otto Hahn (1879-1968) ja Fritz Strassmann (1902-1980).

Uraanin ydinfissio on tunnetuin, koska sitä käytetään eniten energian tuottamiseen ydinreaktioiden avulla.

Prosessi koostuu periaatteessa siitä, että neutroni osuu atomin ytimeen ja se jakautuu kahteen osaan vakaampia ytimiä ja vapauttaa neutroneja, jotka tavoittavat myös muita atomeja, jotka aiheuttavat reaktion sisään vankila.

Ydinfissioprosessikaavio

Ydinfissio ja ydinfuusio

Ydinfissio on atomien ytimien halkaisu. Esimerkiksi neutronin (n) osuessa uraaniatomi (U) voi hajota ja tuottaa bariumin (Ba) ja kryptonin (Kr) ja vielä kolmen neutronin (n) atomeja.

Uraanin ydinfissio voi vapauttaa kohdan 8.10 energian⁷ kJ / g.

THE Ydinfuusio se on päinvastainen prosessi fissiolle. Kahden tai useamman atomin ydin yhdistyy atomin ytimen sijasta.

Yleisin reaktio on alkuaineen vety (H) kahden isotoopin yhdistyminen. tritium (₁H³) ja deuterium (

₁H²) yhdistyvät muodostaen heliumatomin (₂hän⁴), neutroni (n) ja vapauttaa suuria määriä energiaa.

Tämä on paljon väkivaltaisempi prosessi. Vapautunut energia on noin 3,10⁸ kJ / g. Siitä tulee planeetan tuhoisimman pommin toiminta: vetypommi.

Vaikka ydinvoimalaitosten reaktoreissa käytettyä ydinfissiota on mahdollista hallita, samaa ei tapahdu ydinfuusion kanssa.

Ydinfissioiden sovellukset

Ydinfissiota käytetään seuraavissa toiminnoissa:

1. Lääke: Radioaktiivisuus johtuu ydinfissiosta. Siten sitä käytetään röntgensäteissä ja kasvainhoidoissa.
2. Energian tuotanto: Ydinfissio on vaihtoehto energiantuotannossa tehokkaammin ja puhtaammin, koska se ei aiheuta kaasuja. Ydinreaktorit pystyvät hallitsemaan fissioprosessin väkivaltaa hidastamalla neutronien toimintaa niin, ettei räjähdystä tapahdu. Tämän tyyppistä energiaa kutsumme Ydinenergia.
3. Atomipommit: Atomipommit toimivat ydinfuusio- ja fissioprosessien tuloksena ja niillä on suuri tuhoava voima. Ydinfissioreaktio synnytti Manhattan-projektin, joka luotiin ydinaseiden rakentamista varten.

Sen etuista ja sovelluksista huolimatta ydinvoimaloissa tuotettu energia aiheuttaa kuitenkin ydinjätettä.

Täten suurin halkeaminen fissiosta on radioaktiivisen materiaalin käytöstä johtuva onnettomuusriski. Kosketus näihin jäämiin voi johtaa erilaisten sairauksien, kuten syövän ja jopa kuoleman, syntymiseen.

Tästä tilanteesta voi olla esimerkki Tšernobylin onnettomuus, joka tapahtui 26. huhtikuuta 1986. Sitä pidetään vakavimpana kaupallisen ydinenergian historiassa, aiheuttaen valtavan määrän ydinjätettä.

Tiedä myös Hiroshiman pommi.

ydinfissioprosessi

Prosessi tapahtuu neutronin esiintymisen seurauksena atomituumassa. Kun kiihdytetyn ytimen pommittamisen nopeutit, se jakautuu kahtia.

Tämän myötä ilmestyy kaksi uutta ydintä ja vapautuu jopa 3 neutronia ja suuri määrä energiaa.

Vapautuneet neutronit voivat päästä muihin ytimiin ja synnyttää uusia neutroneja. Siten a Ketjureaktioeli jatkuva prosessi, joka vapauttaa suuren määrän ydinenergiaa.

Uraanin ydinfissio

Tunnetuin ydinfissioreaktio on se, joka tapahtuu uraanin kanssa. Kun yksi neutroni riittävällä energialla se saavuttaa uraanin ytimen vapauttaen neutroneja, jotka voivat aiheuttaa muiden ytimien halkeamisen. Tämän reaktion tiedetään myös vapauttavan suuria määriä energiaa.

Uraanista (U) voidaan muodostaa useita tuotteita, kuten barium (Ba), krypton (Kr), bromi (Br), lantaani (La), tina (Sn), molybdeeni (Mo), jodi (I) ja yttrium ( Y).

Harjoitukset ydinfissiolle

Kysymys 1

(Ufal) Yhtälö:

edustaa reaktiota:

a) katalyyttinen konversio.
b) radioaktiivinen hajoaminen.
c) redox.
d) ydinfissio.
e) ydinfuusio.

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: d) ydinfissio.

Kun neutroni (n) osuu epävakaaseen atomituumaan, kuten uraaniin (U), tapahtuu vakaampien atomituumien hajoaminen ja vapautuminen. Myös tässä reaktiossa syntyvät neutronit saavuttavat muut ytimet aiheuttaen ketjureaktion.

kysymys 2

Mitä eroa on fissio ja ydinfuusio?

Katso Vastaus

Vastaus: Vaikka ydinfissiossa on atomiytimen jakautuminen, fuusiossa atomisydämet yhdistyvät.

kysymys 3

(Ufal) Ydinfissio on raskas ja epävakaa atomiatuma, joka tapahtuu esimerkiksi pommittamalla tätä ydintä neutroneilla vapauttamalla energiaa. Vaihtoehto, joka edustaa oikein ydinfissioyhtälöä, on:

)

B)

ç)

d)

Katso Vastaus

Oikea vaihtoehto: d) .

Elementin massanumero vastaa protonien ja neutronien summaa. Yhtälön ensimmäisessä jäsenessä uraaniatomissa on 92 protonia, mikä vastaa atomilukua, ja 143 neutronia, jotka lasketaan vähentämällä protonien määrä massasta.

Z = p = 92

A = p + n = 235
n = A - p = 235 - 92 = 143

Uraanineutronien lisäksi meillä on vielä yksi neutroni, joka pommitti atomiytimen, ja yhteensä 144 neutronia ensimmäisessä jäsenessä.

Yhtälön toisessa jäsenessä bariumin (Ba) ja kryptonin (Kr) atomilukujen summa on 92 protonia.

56 + 36 = 92

Bariumin (Ba) neutroniluku on 84 ja krypton (Kr) 57. Saamme nämä arvot vähentämällä protonien määrän massasta.

A = p + n = 140
n = A - p = 140 - 56 = 84

A = p + n = 93
n = A - p = 93 - 36 = 57

Tällöin meillä on 144 neutronia, kun lisätään neutronit kahdesta atomituumasta reaktiossa vapautuneiden kolmen kanssa.

84 + 57 + 3 = 144

Siksi yhtälö on oikea: 92 protonia ja 144 neutronia yhtälön jokaisessa jäsenessä.

Katso yliopiston pääsykokeita aiheesta laatimastamme luettelosta: radioaktiivisuuden harjoitukset.