كيف يحدث انشطار اليورانيوم 235، وما هي نواتج تفاعل هذا الانشطار؟

1 إجابة واحدة

اليورانيوم 235 هو نظير انشطاري، يبلغ المقطع العرضي لهذا الانشطار الخاص به للنيوترونات الحرارية حوابي 585 حظيرة( للنيوترون 0,0253)، بالنسبة للنيوترونات السريعة فيكون المقطع العرضي للانشطار بترتيب الحظائر ، كما تؤدي معظم تفاعلات الامتصاص إلى تفاعل انشطار لكن الأقلية منها فقط تؤدي إلى التقاط إشعاعي مكون من 236. يبلغ المقطع العرضي للالتقاط الاشعاعي للنيوترونات الحرارية حوالي 99 حظيرة (بمعدل 0.0253 نيوترون)، لذلك حوالي 15% من جميع تفاعلات الامتصاص ينتج عنها التقاط اشعاعي للنيوترون كما أن حوالي 85% من جميع تفاعلات الامتصاصينتج عنها انشطار.

عندما تخضع نواة اليورانيوم 235 للانشطار تنقسم النواة لنواتين أصغر (نادراً مايحدث انشطار ثلاثي) بالإضافة لعدد من النيوترونات ويكون المتوسط هو 2.43 نيوترون الحراري وأشعة جاما. ويبلغ متوسط الكتلة الذرية للجزء حوالي للجزء الواحد حوالي 118، لكن قد تم العثور على شظايا قليلة جداً بقرب المتوسط، من الممكن أن ينقسم إلى شظايا غير متساوية، كما تكون كتل الشظايا المحتملة أكثر حول الكتلة 95 كريبتون و 137 باريوم.

معظم شظايا الانشطار عبارة عن نوى غير مشعة وغير مستقرة للغاية تتعرض لمزيد من الانحلال الاشعاعي لتثبيت نفسها، لذلك سيشع جزء من الطاقة المنبعثة بعيداً عن المفاعل، من جهة أخرى تظهر معظم الطاقة المنبعثة من الانشطار كطاقة حركية لهذه الأجزاء الانشطارية.

تتفاعل شظايا الانشطار بقوة مع الجزيئات أو الذرات المحيطة التي تسير بسرعة كبيرة مما يتسبب في في تأيُنها، بالإضافة إلى أن إنشاء أزواج أيونية يتطلب طاقة، حيث تُفقد من الطاقة الحركية لجزء من الانشطار المشحون ممايؤدي إلى تباطؤه، سيتم بعد ذلك إعادة توحيد الأيونات الموجبة والالكترونات الحرة الناتجة عن مرور جزء الانشطار المشحون مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة على شكل حرارة كالطاقة الاهتزازية أو الطاقة الدورانية للذرات، هذا هو مبدأ تسخين شظايا الانشطار للوقود في قلب المفاعل.

بعد الحديث عن الانشطار وكيف يحدث لابد من أن نتعرف على نواتج هذا الانشطار، حيث يوجد عدة مئات من نواتج الانشطار المختلفة المحتملة والتي يتم انتاجها كوقود نووي تخضع لعملية الانشطار في المفاعلات النووية، مع كون اليورانيوم 235 هو النظير الأكثر شيوعاً والمرتبط بمعظم أحداث الانشطار التي تسببها التيوترونات ذات الطاقة المنخفضة والتي تسمى بالنيوترونات الحرارية، الأهمية الوحيدة لسلسيلة الأكتينيوم التي تم ذكرها هي أن النويدة الأم في السلسلة هي اليورانيوم 235، ويعتمد نظير اليورانيوم في مفاعلات الانشطار الحراري أيضاً، عندما تلتقط اليورانيوم 235 نيوترون تكون الطاقة المرتبطة بالالتقاط كافية لتسبب انشطار في نواة مركب اليورانيوم 235 إلى شظيتين رئيسيتين يرافقهما عادة عدد قليل من النيوترونات وبعض أشعة جاما.

قد يكون الجزئين الذان تم الإشارة لهما على أنهما نواتج الانشطار عبارة عن مجموعة واسعة من الكتل النووية، تتميز عملية الإنشطار بالواقع أن هذه العملية لا تفضل توزيع كتلة متساوية بين الجزئين، حيث أن التوزيع الجماعي المفضل للمنتجات هو ثنائي الاتجاه، أي  إذا قمت برسم مجموعة نواتج الانشطار لكتل معينة مقابل عدد الكتلة فسوف يتولد منحى بقمتين ، فتقع الذرة الأولى بين أعداد الكتلة 90 و 100، وستقع الذروة الثانية بين أعداد الكتلة 130 و 140.

يمكن العثور على هذا التوزع الجماعي على الكثير من مواقع الانترنت لتصل إليها بدقة، فإذا نظرت إلى المنحنى لانشطار اليورانيوم 235 ستتمكن من رؤية التوزيع الشامل ذو الأفضلية، كما يوضح الجدول الموجود أسفل المنحنى بعض نواتج الانشطار المتوقعة مرتبة من نواتج الانشطار ذات الأفضلية حتى النواتج الأقل احتمالاً.

انشطار اليورانيوم 235

 

عندما نقول المفضل أو ذو الأفضلية نعني تلك التي تكون عائداتهم من الانشطار مرتفعة نسبياً، حيث سنلاحظ أن 137 درجات مئوية لديها حوالي 6.1% وهذا يعني أن لكل 100 حدث انشطاري أكثر بقليل من 6%،  وبشكل متوسط تنتج 137 درجة مئوية كمنتج انشطاري واحد والعائد يكون بنسبة 6% وهو عائد مرتفع، و 137 درجة مئوية هو ناتج انشطار مفضل ، كما تبين أنه إذا بحثنا عن المكان الذي تأتي منه 137 درجة سنجد أن غالبها يأتي من الانشطار المباشر لليورانيوم 235 وكمية صغيرة تأتي من العمليات الغير مباشرة، أي أن الـ 137 درجة مئوية تأتي من تحلل النويدات المشعة السليفة التي يتم انتاجها في عملية الانشطار.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف يحدث انشطار اليورانيوم 235، وما هي نواتج تفاعل هذا الانشطار؟"؟