นิวเคลียร์ฟิชชัน: มันคืออะไร กระบวนการ การใช้งาน นิวเคลียร์ฟิวชัน และแบบฝึกหัด

นิวเคลียร์ฟิชชันเป็นกระบวนการของการแบ่งนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียรออกเป็นนิวเคลียสอื่นที่เสถียรกว่า กระบวนการนี้ถูกค้นพบในปี 1939 โดย Otto Hahn (1879-1968) และ Fritz Strassmann (1902-1980)

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันของยูเรเนียมเป็นที่รู้จักกันดีที่สุด เพราะมันถูกใช้มากที่สุดสำหรับการสร้างพลังงานผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์

กระบวนการโดยทั่วไปประกอบด้วยการทำให้นิวตรอนชนนิวเคลียสของอะตอมและจะแบ่งออกเป็นสอง นิวเคลียสที่เสถียรกว่าและจะปล่อยนิวตรอนซึ่งจะไปถึงอะตอมอื่นทำให้เกิดปฏิกิริยาใน คุก.

แผนผังกระบวนการนิวเคลียร์ฟิชชัน

นิวเคลียร์ฟิชชันและนิวเคลียร์ฟิวชัน

นิวเคลียร์ฟิชชันคือการแตกตัวของนิวเคลียสของอะตอม ตัวอย่างเช่น เมื่อโดนนิวตรอน (n) อะตอมของยูเรเนียม (U) สามารถแตกตัวและสร้างอะตอมของแบเรียม (Ba) และคริปทอน (Kr) และนิวตรอนอีกสามตัว (n)

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันของยูเรเนียมสามารถปลดปล่อยพลังงานได้ 8.10⁷ กิโลจูล/กรัม

เธ นิวเคลียร์ฟิวชั่น มันเป็นกระบวนการที่ตรงกันข้ามกับการแยกตัว แทนที่จะแยกนิวเคลียสของอะตอม นิวเคลียสของอะตอมตั้งแต่สองอะตอมขึ้นไปมารวมกัน

ปฏิกิริยาที่พบบ่อยที่สุดคือการรวมตัวของไอโซโทปสองไอโซโทปของธาตุไฮโดรเจน (H) ไอโซโทป (

₁โฮ³) และดิวเทอเรียม (₁โฮ²) รวมกันเป็นอะตอมฮีเลียม (₂เขา⁴) นิวตรอน (n) และปล่อยพลังงานออกมาเป็นจำนวนมาก

นี่เป็นกระบวนการที่รุนแรงมากขึ้น พลังงานที่ปล่อยออกมาประมาณ 3.10⁸ กิโลจูล/กรัม ทำให้เกิดการทำงานของระเบิดทำลายล้างมากที่สุดในโลก นั่นคือ ระเบิดไฮโดรเจน

นอกจากนี้ แม้ว่าจะสามารถควบคุมนิวเคลียร์ฟิชชันได้ ซึ่งใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ก็เช่นเดียวกันกับนิวเคลียร์ฟิวชันไม่ได้เกิดเช่นเดียวกัน

การประยุกต์ใช้นิวเคลียร์ฟิชชัน

นิวเคลียร์ฟิชชันใช้ในกิจกรรมต่อไปนี้:

1. ยา: ผลกัมมันตภาพรังสีจากการแตกตัวของนิวเคลียส ดังนั้นจึงใช้ในรังสีเอกซ์และการรักษาเนื้องอก
2. การผลิตพลังงาน: นิวเคลียร์ฟิชชันเป็นทางเลือกในการผลิตพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและสะอาดกว่า เนื่องจากไม่ปล่อยก๊าซ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สามารถควบคุมความรุนแรงของกระบวนการฟิชชันได้โดยการชะลอการทำงานของนิวตรอนเพื่อไม่ให้เกิดการระเบิด พลังงานประเภทนี้ที่เราเรียกว่า พลังงานนิวเคลียร์.
3. ระเบิดปรมาณู: ระเบิดปรมาณูทำงานจากกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันและฟิชชัน และมีพลังทำลายล้างสูง ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันก่อให้เกิดโครงการแมนฮัตตัน ซึ่งสร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์ในการสร้างอาวุธนิวเคลียร์

อย่างไรก็ตาม แม้จะมีข้อดีและการใช้งาน พลังงานที่ผลิตในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ก่อให้เกิดกากนิวเคลียร์

ดังนั้น ความเสียหายหลักจากการใช้ฟิชชันคือความเสี่ยงที่จะเกิดอุบัติเหตุอันเนื่องมาจากการใช้วัสดุกัมมันตภาพรังสี การสัมผัสกับสารตกค้างเหล่านี้สามารถนำไปสู่โรคต่างๆ เช่น มะเร็ง และถึงขั้นเสียชีวิตได้

สถานการณ์นี้สามารถยกตัวอย่างได้โดย อุบัติเหตุเชอร์โนบิลซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 26 เมษายน พ.ศ. 2529 ถือเป็นเหตุการณ์ที่ร้ายแรงที่สุดในประวัติศาสตร์ของพลังงานนิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ ทำให้เกิดการปลดปล่อยกากนิวเคลียร์จำนวนมาก

ยังรู้เรื่อง ฮิโรชิม่าบอมบ์.

กระบวนการแยกตัวของนิวเคลียร์

กระบวนการนี้เกิดขึ้นจากอุบัติการณ์ของนิวตรอนบนนิวเคลียสของอะตอม เมื่อคุณเร่งการทิ้งระเบิดของอะตอมที่มีนิวเคลียสแบบฟิชชันได้ มันจะแยกออกเป็นสองส่วน

ด้วยเหตุนี้ นิวเคลียสใหม่ 2 อันจึงปรากฏขึ้นและมีนิวตรอนมากถึง 3 นิวตรอนและปล่อยพลังงานจำนวนมาก

นิวตรอนที่ปล่อยออกมาสามารถไปถึงนิวเคลียสอื่นและก่อให้เกิดนิวตรอนใหม่ได้ ดังนั้น a ปฏิกิริยาลูกโซ่นั่นคือกระบวนการต่อเนื่องที่ปล่อยพลังงานนิวเคลียร์จำนวนมาก

นิวเคลียร์ฟิชชันของยูเรเนียม

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันที่รู้จักกันดีที่สุดคือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับยูเรเนียม เมื่อหนึ่ง นิวตรอน ด้วยพลังงานที่เพียงพอจะไปถึงนิวเคลียสของยูเรเนียม ปล่อยนิวตรอนที่อาจทำให้เกิดการแตกตัวของนิวเคลียสอื่น ปฏิกิริยานี้เป็นที่รู้จักกันว่าปล่อยพลังงานจำนวนมาก

จากยูเรเนียม (U) สามารถสร้างผลิตภัณฑ์ได้หลายอย่าง เช่น แบเรียม (Ba) คริปทอน (Kr) โบรมีน (Br) แลนทานัม (La) ดีบุก (Sn) โมลิบดีนัม (Mo) ไอโอดีน (I) และอิตเทรียม ( ย)

แบบฝึกหัดเกี่ยวกับนิวเคลียร์ฟิชชัน

คำถามที่ 1

(Ufal) สมการ:

แสดงถึงปฏิกิริยาของ:

ก) การแปลงตัวเร่งปฏิกิริยา
b) การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี
ค) รีดอกซ์
ง) นิวเคลียร์ฟิชชัน
จ) นิวเคลียร์ฟิวชัน

ดูคำตอบ

ทางเลือกที่ถูกต้อง: d) นิวเคลียร์ฟิชชัน

เมื่อนิวตรอน (n) ชนกับนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียร เช่น ยูเรเนียม (U) จะเกิดการหยุดชะงักและปล่อยนิวเคลียสของอะตอมที่เสถียรกว่า นิวตรอนที่ผลิตในปฏิกิริยานี้จะไปถึงนิวเคลียสอื่นทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่

คำถาม2

อะไรคือความแตกต่างระหว่างฟิชชันและนิวเคลียร์ฟิวชัน?

ดูคำตอบ

คำตอบ: ในระหว่างการแยกตัวของนิวเคลียสมีการแบ่งนิวเคลียสของอะตอม ในการหลอมรวมนิวเคลียสของอะตอมจะรวมกันเป็นหนึ่ง

คำถาม 3

(Ufal) Nuclear Fission คือการแบ่งตัวของนิวเคลียสอะตอมที่หนักและไม่เสถียรที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น โดยการทิ้งระเบิดนิวเคลียสนี้ด้วยนิวตรอน ปล่อยพลังงานออกมา ทางเลือกที่แทนสมการนิวเคลียร์ฟิชชันได้อย่างถูกต้องคือ:

ก)

ข)

ค)

ง)

ดูคำตอบ

ทางเลือกที่ถูกต้อง: ง) .

จำนวนมวลขององค์ประกอบสอดคล้องกับผลรวมของโปรตอนและนิวตรอน ในสมาชิกตัวแรกของสมการ เรามีโปรตอน 92 ตัวในอะตอมของยูเรเนียม ซึ่งตรงกับเลขอะตอม และ 143 นิวตรอน คำนวณโดยการลบจำนวนโปรตอนออกจากมวล

Z = p = 92

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

นอกจากยูเรเนียมนิวตรอนแล้ว เรามีนิวตรอนอีกหนึ่งตัวที่ระเบิดนิวเคลียสของอะตอมและมีนิวตรอนรวม 144 นิวตรอนในสมาชิกตัวแรก

ในสมาชิกตัวที่สองของสมการ ผลรวมของเลขอะตอมของแบเรียม (Ba) และคริปทอน (Kr) ทั้งหมด 92 โปรตอน

56 + 36 = 92

จำนวนนิวตรอนของแบเรียม (Ba) คือ 84 และคริปทอน (Kr) คือ 57 เราได้รับค่าเหล่านี้โดยการลบจำนวนโปรตอนออกจากมวล

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

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

ในสมาชิกที่เป็นอยู่นั้น เรามีนิวตรอน 144 ตัว ในขณะที่เราเพิ่มนิวตรอนจากนิวเคลียสของอะตอมสองนิวเคลียสด้วยสามตัวที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยา

84 + 57 + 3 = 144

ดังนั้น สมการ ถูกต้อง: 92 โปรตอนและ 144 นิวตรอนในแต่ละสมาชิกของสมการ

ดูคำถามสอบเข้ามหาวิทยาลัยในหัวข้อในรายการที่เราเตรียมไว้: การออกกำลังกายกัมมันตภาพรังสี.