Atommaghasadás,Láncreakció

Az előadások a következő témára: "Atommaghasadás,Láncreakció"— Előadás másolata:

1 Atommaghasadás,Láncreakció
Készítette: Veres József

2 Atommaghasadás atommaghasadás – az atomenergia felszabadításának egyik módja, nehéz atommagok átalakulása, amelynek során az atommag két (ritkán három), kö­zepes tömegű atommagra hasad szét. Az urán és a nála nehezebb transzurán elemek képesek spontán maghasadásra, ekkor az atommag külső behatás nélkül hasad. A gyakorlatban fontosabb a valamilyen részecske befogásával, elsősorban neutronnnal kiváltott (indukált) maghasadás. A maghasadás fo­lyamatában neutronok lépnek ki, ez teszi lehetővé az önfenntartó lánc­reakció megvalósítását: a neutronnal kiváltott hasadásban felszabaduló ne­utronok újabb és újabb hasadásokat idéznek elő. Az atombombában sza­bá­lyozatlanul megy végbe a láncreakció. Az atomreaktorokban a láncreakciót szabályozzák, ezért működésük biztonságos, az energiafelszabadulás egyen­letes. Az atommagból felszabaduló energia a hasadási termékek mozgási energiájában jelenik meg, a középnehéz atommagok lelassulva energiájukat átadják a hűtőközegnek. A keletkező hasadási termékek között sok a radi­oaktív izotóp, ezért a kiégett fűtőelemek kezelése nagy elővigyázatosságot kíván. – A jelenséget O. Hahn és F. Strassmann fedezte fel 1938-ban, el­mé­leti értelmezését Lisa Meitner és O. Frisch adta meg. Az első atomreaktor az Egyesült Államokban épült meg a Manhattan terv keretében de­cem­berben, az első atombomba-kísérletet július 16-án hajtották végre az USA-ban.

3 Szabályozott és Szabályozatlan láncreakció
A termikus neutronok a 235U magokat esetről esetre különböző hasadványpárokra "robbantják", miközben változó számú (jellemzően 2-3) neutron szabadul fel. Az animáción látszik, hogy nem minden keletkező neutron okoz újabb hasadást. Egy részük elvész: főleg azok, amelyek a hasadási zónát jelképező golyómátrix peremén vannak. A veszteség dacára a bemutatott példában a hasadások száma generációnként megduplázódik (1 → 2 → 4 → 8, azaz 2n), vagyis exponenciálisan nő. (Ez persze csak addig mehet így, ameddig van bőven hasadóanyag.) Szabályozott láncreakció Ha gátat akarunk vetni a hasadási lánc exponenciális növekedésének, akkor olyan anyagot (pl. kadmiumot) kell a hasadó anyag közé juttani, amelynek magjai nagy valószínűséggel (vagyis nagy hatáskeresztmetszettel) nyelik el a neutronokat. Erre szolgálnak a mozgathatható szabályzórudak. Az adott példában a rudak addig a határig vannak betolva, amikor még nem állítják le a láncreakciót, de nem is engedik felgyorsulni azt, és ezért a hasadésok száma generációtól generációra állandó marad. Vészleállás esetén a rudakat igen gyorsan a zónába juttatják, hogy a lánc nyomban megszakadjon.

4 Az atomreaktor felépítése
 Üzemanyag (Üzemanyagkötegek) Moderátor Reflektor Hûtõkörök

5 Az atomreaktor működés
Maghasadás Láncreakció

6 Láncreakció A láncreakció általánosan események, folyamatok gyors egymásutániságát jelenti, amiben egyetlen esemény sok egyéb, általában a kiváltó okhoz hasonló eseményt indít el. Láncreakció bekövetkezhet a természetben, a társadalomban, az atommagok bomlásában (nukleáris láncreakció), de a lelki életben is. A láncreakciót egy ok váltja ki, amely katalizátorként (iniciátorként) viselkedve elindítja a folyamatokat, és több lépcsőben létrehoz egy új állapotot. A láncreakció egyik szemléletes, sarkított példája a „pillangóeffektus”, amely a determinisztikus káosz megnyilvánulási formája. Eszerint, ha például az Amazonas őserdejében egy pillangó a korábbi szokásától eltérően nem kettőt, hanem hármat legyint a szárnyaival, ennek következménye később akár egy tornádó is lehet a Florida félszigeten.

7 Atombomba Az atombomba energiáját urán vagy plutónium hasadása szolgáltatja. Egy neutron által elõidézett hasadás során átlagosan 2-3 neutron szabadul fel, és ezek a neutronok újabb hasadásokat idézhetnek elõ. Annak a feltétele, hogy egy láncreakció önállóan fennmaradjon az, hogy a reakcióban keltett neutronok átlagosan legalább egy újabb hasadást idézzenek elõ. A hasadás során felszabaduló neutronok újabb hasadást kelthetnek, elnyelõdhetnek a bomba anyagában és kiléphetnek a felületen. Ez a három folyamat meghatároz egy kritikus tömeget, mely alatt a kilépõ és elnyelõdõ neutronok miatt nem tud önfenntartó láncreakció kialakulni. Mekkora ez a kritikus tömeg? Tegyük fel, hogy a bomba gömb alakú és hogy a neutronsûrûség az anyagban állandó (ez utobbi feltétel biztosan csak közelítés)! A gömbtérfogatban lévõ hasadóanyag tömege legyen: M. A hasadások száma a tömeggel arányos és tegyük fel, hogy hasadásonként átlagosan 2 neutron keletkezik, így a keletkezõ neutronok száma 2aM. A láncreakció feltétele, hogy a hasadások során keletkezett neutronok száma (2aM) ne legyen kisebb, mint az új hasadást elõidézõ (aM), elnyelõdõ (bM) és a felületen kiszökõ (cF) neutronok számának összege.