ביקוע גרעיני הוא תהליך חלוקת גרעין אטום לא יציב לגרעינים אחרים ויציבים יותר. תהליך זה התגלה בשנת 1939 על ידי אוטו האן (1879-1968) ופריץ שטרסמן (1902-1980).
הביקוע הגרעיני של אורניום הוא הידוע ביותר, מכיוון שהוא משמש ביותר לייצור אנרגיה באמצעות תגובות גרעיניות.
התהליך בעצם מורכב מהפיכת נויטרונים למכה בגרעין האטום והוא יתפצל לשניים גרעינים יציבים יותר וישחררו נויטרונים, שיגיעו גם לאטומים אחרים הגורמים לתגובה כלא.
ביקוע גרעיני והיתוך גרעיני
ביקוע גרעיני הוא פיצול גרעיני האטומים. לדוגמא, כאשר הוא נפגע על ידי נויטרון (n), אטום האורניום (U) יכול להתפרק וליצור אטומים של בריום (Ba) וקריפטון (Kr) ושלושה נויטרונים נוספים (n).
ביקוע גרעיני באורניום יכול לשחרר את האנרגיה של 8.107 kJ / g.
ה היתוך גרעיני זהו תהליך הפוך לביקוע. במקום לפצל את גרעין האטום, גרעין של שני אטומים או יותר מצטרף זה לזה.
התגובה הנפוצה ביותר היא האיחוד של שני איזוטופים של היסוד מימן (H). טריטיום (1ה3) ודאוטריום (1ה2) מצטרפים יחד ויוצרים אטום הליום (2הוא4), נויטרון (n) ומשחרר כמויות גדולות של אנרגיה.
זהו תהליך הרבה יותר אלים. האנרגיה המשתחררת היא בערך 3.10
8 kJ / g. ממנו באה תפקוד הפצצה ההרסנית ביותר על פני כדור הארץ: פצצת המימן.יתר על כן, אמנם ניתן לשלוט בביקוע גרעיני, המשמש בכורים בתחנות כוח גרעיניות, אך הדבר אינו קורה עם היתוך גרעיני.
יישומים של ביקוע גרעיני
ביקוע גרעיני משמש בפעילויות הבאות:
- רפואה: רדיואקטיביות נובעת מביקוע גרעיני. לפיכך, הוא משמש בצילומי רנטגן וטיפולים בגידולים.
- ייצור אנרגיה: ביקוע גרעיני הוא אלטרנטיבה בייצור אנרגיה בצורה יעילה ונקייה יותר, מכיוון שהוא אינו פולט גזים. כורים גרעיניים מסוגלים לשלוט באלימות בתהליך הביקוע על ידי האטת פעולתם של נויטרונים כך שלא יתקיים פיצוץ. סוג זה של אנרגיה אנו מכנים אנרגיה גרעינית.
- פצצות אטומיות: פצצות אטומיות פועלות כתוצאה מתהליכי היתוך גרעיני וביקוע ובעלות כוח הרסני גבוה. תגובת הביקוע הגרעיני הולידה את פרויקט מנהטן, שנוצר לצורך בניית נשק גרעיני.
עם זאת, למרות יתרונותיו ויישומיו, האנרגיה המופקת בתחנות כוח גרעיניות מולידה פסולת גרעינית.
לפיכך, הנזק העיקרי ממריחת ביקוע הוא סכנת התאונה עקב שימוש בחומר רדיואקטיבי. מגע עם שאריות אלה יכול להוביל להופעת מחלות שונות, כמו סרטן ואף מוות.
ניתן להדגים מצב זה על ידי תאונת צ'רנוביל, שהתקיים ב- 26 באפריל 1986. הוא נחשב לחמור ביותר בהיסטוריה של אנרגיה גרעינית מסחרית, וגורם לשחרור עצום של פסולת גרעינית.
גם לדעת על פצצת הירושימה.
תהליך ביקוע גרעיני
התהליך מתרחש כתוצאה משכיחותו של הנויטרון על גרעין האטום. כאשר האצתם את ההפצצה על האטום שיש בו גרעין מבוקע, הוא מתפצל לשניים.
בכך מופיעים שני גרעינים חדשים ומשתחררים עד 3 נויטרונים וכמות גדולה של אנרגיה.
הנויטרונים המשוחררים יכולים להגיע לגרעינים אחרים ולהוליד נויטרונים חדשים. לפיכך, א תגובת שרשרתכלומר תהליך מתמשך המשחרר כמות גדולה של אנרגיה גרעינית.
ביקוע גרעיני באורניום
תגובת הביקוע הגרעיני הידועה ביותר היא זו המתרחשת עם אורניום. כשאחד נֵיטרוֹן עם מספיק אנרגיה הוא מגיע לגרעין האורניום, ומשחרר נויטרונים שיכולים לגרום לביקוע של גרעינים אחרים. ידוע כי תגובה זו משחררת כמויות גדולות של אנרגיה.
מאורניום (U) ניתן ליצור כמה מוצרים, כגון בריום (Ba), קריפטון (Kr), ברום (Br), לנתן (La), פח (Sn), מוליבדן (Mo), יוד (I) ואיטריום ( Y).
תרגילים בנושא ביקוע גרעיני
שאלה 1
(Ufal) המשוואה:
מייצג תגובה של:
א) המרה קטליטית.
ב) ריקבון רדיואקטיבי.
ג) חמצון מחדש.
ד) ביקוע גרעיני.
ה) היתוך גרעיני.
חלופה נכונה: ד) ביקוע גרעיני.
כאשר נויטרון (n) פוגע בגרעין אטומי לא יציב, כגון אורניום (U), יש הפרעה ושחרור גרעיני אטום יציבים יותר. הנויטרונים המיוצרים גם בתגובה זו יגיעו לגרעינים אחרים הגורמים להופעת תגובת שרשרת.
שאלה 2
מה ההבדל בין ביקוע לאיחוי גרעיני?
תשובה: בעוד בביקוע גרעיני יש חלוקה של גרעין אטום, בהתמזגות גרעיני האטום מתאחדים.
שאלה 3
(ביקוע) ביקוע גרעיני הוא החלוקה של גרעין אטומי כבד ולא יציב המתרחש, למשל על ידי הפצצת גרעין זה בנויטרונים, תוך שחרור אנרגיה. החלופה המייצגת כראוי משוואת ביקוע גרעינית היא:
ה)
ב)
ç)
ד)
חלופה נכונה: ד) .
מספר המסה של יסוד מתאים לסכום הפרוטונים והנויטרונים. בחבר הראשון של המשוואה יש לנו 92 פרוטונים באטום האורניום, המתאים למספר האטומי, ו -143 נויטרונים, המחושבים על ידי הפחתת מספר הפרוטונים מהמסה.
Z = p = 92
A = p + n = 235
n = A - p = 235 - 92 = 143
בנוסף לנויטרונים לאורניום, יש לנו נויטרון אחד נוסף שהפציץ את גרעין האטום ובסך הכל 144 נויטרונים בחבר הראשון.
בחבר השני של המשוואה סכום המספרים האטומיים של בריום (Ba) וקריפטון (Kr) מסתכם ב -92 פרוטונים.
56 + 36 = 92
מספר הנויטרונים של בריום (Ba) הוא 84 וקריפטון (Kr) הוא 57. אנו מקבלים ערכים אלה על ידי חיסור מספר הפרוטונים מהמסה.
A = p + n = 140
n = A - p = 140 - 56 = 84
A = p + n = 93
n = A - p = 93 - 36 = 57
בהיות החבר יש לנו 144 נויטרונים, כאשר אנו מוסיפים את הנייטרונים משני גרעיני האטום כאשר השלושה משתחררים בתגובה.
84 + 57 + 3 = 144
לכן המשוואה נכון: 92 פרוטונים ו -144 נויטרונים בכל איבר במשוואה.
ראה שאלות בנושא בחינות כניסה לאוניברסיטה בנושא ברשימה שהכנו: תרגילי רדיואקטיביות.
