1Rozszczepienie
- Rozszczepienie to podział ciężkiego jądra (np. ²³⁵U) po pochłonięciu neutronu na dwa lżejsze jądra. Uwalniają się przy tym 2–3 neutrony i ok. 200 MeV energii, głównie jako energia kinetyczna fragmentów, która zamienia się w ciepło.
- Przykład: ¹₀n + ²³⁵₉₂U → ¹⁴¹₅₆Ba + ⁹²₃₆Kr + 3 ¹₀n. Sprawdzenie: A: 1 + 235 = 141 + 92 + 3 = 236; Z: 0 + 92 = 56 + 36 = 92.
- Energia się wydziela, bo fragmenty mają większą energię wiązania na nukleon niż uran, więc suma mas produktów jest mniejsza niż suma mas substratów.
- Przykład. Dane: jedno rozszczepienie daje 200 MeV, 1 MeV = 1,6·10−13 J. Obliczenia: 200 · 1,6·10−13 J = 3,2·10−11 J; 1 J przez 3,2·10−11 J ≈ 3·1010. Odpowiedź: 1 J energii to ok. 3·1010 rozszczepień.
2Reakcja łańcuchowa
Reakcja łańcuchowa trwa, gdy średnio co najmniej jeden neutron z każdego rozszczepienia wywoła następne rozszczepienie.
- Warunki: wystarczająca ilość materiału rozszczepialnego (masa krytyczna, żeby neutrony nie uciekały na zewnątrz) i zwykle spowalnianie neutronów (moderator, np. woda), bo wolne neutrony łatwiej rozszczepiają ²³⁵U.
- W reaktorze pręty sterujące pochłaniają nadmiar neutronów, tak by średnio dokładnie jeden wywoływał kolejne rozszczepienie.
„reakcja łańcuchowa to zawsze wybuch”
W reaktorze jest kontrolowana i przebiega w stałym tempie; lawinowo narasta tylko wtedy, gdy średnio więcej niż jeden neutron wywołuje kolejne rozszczepienie.
Reakcja łańcuchowa się podtrzymuje, gdy średnio
Wtedy liczba rozszczepień w kolejnych pokoleniach nie maleje.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
3Synteza i energia gwiazd
- Synteza (reakcja termojądrowa) to łączenie lekkich jąder w cięższe. W gwiazdach wodór zamienia się w hel: 4 ¹₁H → ⁴₂He + 2e⁺ + 2ν; wydziela się ok. 27 MeV.
- Jądra są dodatnie i się odpychają. Żeby zbliżyły się na tyle, by się połączyć, potrzebna jest bardzo wysoka temperatura (we wnętrzu Słońca ok. 15 mln K) i duża gęstość.
Źródłem energii gwiazd, także Słońca, jest synteza wodoru w hel.
| reakcja | co się dzieje | energia (orientacyjnie) |
|---|---|---|
| rozszczepienie ²³⁵U | ciężkie jądro dzieli się, powstają neutrony | ok. 200 MeV na rozszczepienie |
| synteza 4 ¹H → ⁴He | lekkie jądra łączą się | ok. 27 MeV na jądro helu |
✎Ściąga: Rozszczepienie, synteza i energia gwiazd
Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.
- Reakcja łańcuchowa trwa, gdy średnio co najmniej jeden neutron z każdego rozszczepienia wywoła następne rozszczepienie.
- Źródłem energii gwiazd, także Słońca, jest synteza wodoru w hel.
- Rozszczepienie to podział ciężkiego jądra (np. ²³⁵U) po pochłonięciu neutronu na dwa lżejsze jądra. Uwalniają się przy tym 2–3 neutrony i ok. 200 MeV energii, głównie jako energia kinetyczna fragmentów, która zamienia się w ciepło.
- Przykład. Dane: jedno rozszczepienie daje 200 MeV, 1 MeV = 1,6·10−13 J. Obliczenia: 200 · 1,6·10−13 J = 3,2·10−11 J; 1 J przez 3,2·10−11 J ≈ 3·1010. Odpowiedź: 1 J energii to ok. 3·1010 rozszczepień.
- Synteza (reakcja termojądrowa) to łączenie lekkich jąder w cięższe. W gwiazdach wodór zamienia się w hel: 4 ¹₁H → ⁴₂He + 2e⁺ + 2ν; wydziela się ok. 27 MeV.
?Quiz: powtórz przed kartkówką
8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.
Co powstaje przy rozszczepieniu jądra ²³⁵U po pochłonięciu neutronu?
- Atylko fotony γ
- Bjedno cięższe jądro
- Ccztery jądra helu
- Ddwa lżejsze jądra i 2–3 neutrony
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: dwa lżejsze jądra i 2–3 neutrony – Rozszczepienie dzieli jądro na dwa fragmenty i uwalnia kilka neutronów.
Ile energii wydziela się średnio w jednym rozszczepieniu ²³⁵U?
- Aok. 27 MeV
- Bok. 2 MeV
- Cok. 200 MeV
- Dok. 13,6 eV
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: ok. 200 MeV – Typowo ok. 200 MeV; 27 MeV to synteza helu z wodoru.
W reakcji ¹₀n + ²³⁵₉₂U → ¹⁴¹₅₆Ba + Kr + 3 ¹₀n liczba masowa powstałego kryptonu wynosi
- A91
- B92
- C94
- D95
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: 92 – 1 + 235 = 141 + A + 3, więc A = 92.
Reakcja łańcuchowa się podtrzymuje, gdy średnio
- Aco najmniej jeden neutron z rozszczepienia wywołuje kolejne rozszczepienie
- Bwszystkie neutrony uciekają z materiału
- Cneutrony są pochłaniane przez pręty sterujące
- Dżaden neutron nie wywołuje kolejnego rozszczepienia
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: co najmniej jeden neutron z rozszczepienia wywołuje kolejne rozszczepienie – Wtedy liczba rozszczepień w kolejnych pokoleniach nie maleje.
Do czego służy moderator w reaktorze?
- Aprzyspiesza neutrony
- Bpochłania wszystkie neutrony
- Cspowalnia neutrony, które wtedy łatwiej rozszczepiają ²³⁵U
- Dzamienia uran w ołów
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: spowalnia neutrony, które wtedy łatwiej rozszczepiają ²³⁵U – Wolne neutrony skuteczniej wywołują rozszczepienie ²³⁵U.
Dlaczego synteza jąder wodoru wymaga bardzo wysokiej temperatury?
- Awodór musi najpierw się stopić
- Bpotrzebne są wolne neutrony
- Cjądra przyciągają się grawitacyjnie zbyt słabo
- Djądra muszą pokonać wzajemne odpychanie elektryczne
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: jądra muszą pokonać wzajemne odpychanie elektryczne – Tylko bardzo szybkie jądra zbliżają się na odległość, na której działają siły jądrowe.
Źródłem energii Słońca jest
- Aspalanie węgla
- Brozszczepienie ²³⁵U
- Csynteza wodoru w hel
- Drozpad β
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: synteza wodoru w hel – We wnętrzu Słońca jądra wodoru łączą się w jądra helu.
Ile rozszczepień, każde dające 3,2·10−11 J, potrzeba, by uzyskać 1 J?
- Aok. 3·1010
- Bok. 3·10−11
- Cok. 3,2·1011
- Dok. 3·108
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: ok. 3·1010 – 1 J : 3,2·10−11 J ≈ 3,1·1010.
Cały dział „Jądro atomowe”: ściąga i próbny sprawdzian →
Kartkówka albo sprawdzian już blisko?
Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.