Bolyai Farkas Elmleti Lceum Marosvsrhely Atomenergiatermels I rsz

Bolyai Farkas Elméleti Líceum Marosvásárhely Atomenergia-termelés I. rész Maghasadás és láncreakció Szász Ágota Judit Fizika tanár 2020

Atomenergia-termelés Maghasadás és láncreakció Emberi ujjperc (~0, 01 m) tízezerszer kisebb sejt (~0, 000 001 m) tízezerszer kisebb atomok (~0, 000 000 1 m) tízezerszer kisebb atommagok (~0, 000 000 01 m) Kicsik, de fontosak! A testek súlyát (tömegét) a bennük lévő atommagok adják! Az anyag roppant „üres” ! (Elektronok „tartják távol” az atommagokat) Ha egy emberben lévő atommagokat egymás mellé helyeznénk, a mérete gombostűfejnél kisebb lenne! (De a súlya a mi súlyunk lenne!)

Atomenergia-termelés Maghasadás és láncreakció Az atommagok is összetett részek: még kisebb részecskékből, protonokból és neutronokból állnak. Ezek azonban szorosan összesimulva helyezkednek el az atommagban • Erősen vonzzák egymást (de csak ha közel vannak) • A neutronok elektromosan semlegesek (jó „ragasztóanyag”) • A protonok elektromosan is töltöttek ( + töltésük van), ezért taszítják (is) egymást (ha távol vannak, akkor is!) Sok protont tartalmazó atommagba több neutron kell, hogy kötésükkel ellensúlyozzák a protonok taszító hatását. A Földön a legtöbb proton az urán atommagjában van: 92 db.

Atomenergia-termelés Maghasadás és láncreakció Két fajta „stabil” urán atommag is van: a 235 U, és a 238 U. 235 U: 92 db proton+143 db neutron 238 U: 92 db proton+146 db neutron A természetes uránban az arányuk 1: 140, azaz minden 140 -edik uránmag 235 U, a többség pedig 238 U. (0, 71% 235 U, 99, 29% 238 U)

Atomenergia-termelés Maghasadás és láncreakció A maghasadás jelensége: neutron+ 235 U Példa: két kisebb atommag + 3 neutron + energia Rádioaktív végtermékek

Atomenergia-termelés Maghasadás és láncreakció A legtöbb atommag (a 238 U is) csak elnyeli a neutronokat, de nem hasad el. Csak a 235 U ilyen különleges ! DE: Nem minden neutron hasítja el a 235 U-t sem! El is nyelődhet, és van, amelyik csak „elrepül” mellette. Annál valószínűbb a hasadás, minél hosszabb ideig tartózkodik a mag közelében!! Probléma: a maghasadáskor keletkezett neutronok részesülnek a felszabaduló nagy energiából, tehát nagyon gyorsak. Nagy sebesség rövid ideig van a mag mellett! NEM JÓ ! Megoldás: neutronok lelassítása. Moderátor anyag (víz, nehézvíz, grafit)

Atomenergia-termelés Maghasadás és láncreakció A láncreakció (Szilárd Leó ötlete): a maghasadáskor keletkezett neutronokat újabb maghasadás kiváltására használjuk, így a számuk gyorsan megsokszorozódik. (pl. 1, 3, 9, 27, 81, 243, 729, 2187, …) Ez mértani sorozat: 3 n. Ha a hányados k, akkor kn szerint változik

Atomenergia-termelés Maghasadás és láncreakció A hasadáskor átlagosan keletkező neutronok száma = 2, 4. Ha minden keletkező neutron hasítana, akkor k = 2, 4 lenne ! Nem minden keletkező neutron okoz azonban hasadást ! • Elnyelődhetnek pl. a 238 U-ban, de a reaktorban lévő egyéb anyagokban is (még a moderátorban is), • vagy addig bolyonganak, amíg kiszöknek a reaktorból! „Neutronháztartás” A tényleges neutron sokszorozási tényező: k = (Ni+1/Ni), ahol Ni+1 és Ni két, egymást követő neutron-generáció neutronszáma. k >1 növekszik (szuperkritikus) =1 állandó (kritikus) <1 csökken (szubkritikus)