Eszkola

Rozszczepienie jądra atomowego

Przydatne kalkulatory i narzędzia

Rozszczepieniem jądra atomowego nazywany jest proces rozpadu jądra na części (najczęściej dwie) o mniejszych masach. W wyniku tego zjawiska emitowana jest energia.

Siły jądrowe, które wiążą nukleony w jądrze mają bardzo krótki zasięg, zatem w jądrach o większych rozmiarach, gdzie nukleony są bardziej oddalone od siebie, przyciąganie będzie słabsze. Jeżeli takie jądro zostanie rozdzielone na dwa mniejsze, to będą one silnej wiązane kosztem masy ich składników. Z tego wynika, że mniejsze jądra będą sumarycznie miały mniejszą masę od wyjściowego, a ta różnica będzie wydzielana w postaci energii zgodnie ze wzorem Einsteina:   \(E\) - uwolniona energia, \(\Delta m\) - różnica mas, \(c\) - prędkość światła:

\(E=\Delta mc^2\), gdzie:

\(E\) - uwolniona energia, \(\Delta m\) - różnica mas, \(c\) - prędkość światła;

Energia, o której mowa wyżej, jest wykorzystywana w reaktorach jądrowych i bombach atomowych. Ze względu na niskie prawdopodobieństwo samoistnego zajścia takiej reakcji, ciężkie jądra (np.\(^{235}U\), \(^{239}Pu\)) są bombardowane neutronami. Ponieważ w wyniku rozszczepienia uwalniane są neutrony (zgodnie z zasadą zachowania nukleonów), jeden rozpad może inicjować kolejne reakcje. Zjawisko to nazywane jest reakcją łańcuchową. Jeżeli masa materiału rozszczepianego będzie większa od masy krytycznej, to neutrony z jednego rozszczepienia spowodują więcej niż jedną kolejną reakcję. Mowa wtedy o lawinowej reakcji łańcuchowej. Taka reakcja zachodzi w bombach atomowych, w reaktorach jądrowych proces ten jest kontrolowany.

W pojedynczej reakcji rozszczepienia uranu wydziela się energia 200 [MeV], a z jednego kilograma można uzyskać energię równą spaleniu około 2.5 milionom kilogramów węgla. Przykładową reakcję rozszczepienia przedstawiono poniżej:

\(^{235} _{92}U + ^1 _0n \to ^{93} _{36}Kr + ^{140} _{56}Ba + 3 ^1 _0 n\)