מבוא לפחמי גרעיני ופיספס

גרעין האטום הוא מערכת דינמית הנשלטת על ידי הממשק של כוחות גרעיניים חזקים, הדחף האלקטרומגנטי, מכניקת הקוונטים.שני התהליכים המשמעותיים ביותר שהופכים את גרעינים הם אפסון אלפא ונפיחות גרעינית, בעוד שניהם כרוכים בשחרור האנרגיה ויצירת ניוקלידים חדשים, הם פועלים בקנה מידה שונה ו נשלטים על ידי עקרונות פיזיים שונים הבנה של מערכת היחסים שלהם חיונית לתחומים החל מאנרגיה גרעינית ועד טיפול בטוח של אנרגיה וקרינה בטוחה.

Alpha דעיכה היא מצב של דעיכה רדיואקטיבית ספונטנית שבו גרעין לא יציב מזין חלקיק אלפא - אשכול כבול של שני פרוטונים ושני נויטרונים, שווה ערך לגרעין ה-helium-4. תהליך זה מקטין את המספר האטומי על ידי שניים ומספר המסה על ידי ארבעה, העברת גרעין ההורה לכיוון תצורה יציבה יותר.

למרות תופעות אלה שונות במנגנון ובתוצאה, הם חולקים את המשותף החשוב: שניהם מונעים על ידי התחרות בין הכוח החזק לבין ההנעה הקולולמבית בין פרוטונים, הן משחררות אנרגיה שניתן לרתום, והן ממלאות תפקידים קריטיים בהתנהגות של אלמנטים כבדים. מאמר זה חוקר את היסודות הפיזיים שלהם, הבדלים מרכזיים, חיבורים והשלכות מעשיות.

הפיזיקה של אלפא Decay

מכניזם ואפקט המנהרות הקוונטי

Alphaדע הטוב ביותר באמצעות מנהרה קוונטית.בגרעין כבד, הכוח הגרעיני החזק מחזיק nucleons יחד, אבל ההנעה אלקטרוסטטית בין פרוטונים יוצרת מחסום פוטנציאלי.חלקיק אלפא, שהוגדר מראש בתוך הגרעין, חייב להתגבר על המחסום הזה כדי לברוח.על פי פיזיקה קלאסית, החלקיק חסר אנרגיה מספיק כדי לטפס על המחסום.

חלקיק אלפא הנפלט נושא אנרגיה קינטית מוגדרת היטב, בדרך כלל בטווח של 4-9 מ"א כי חלקיק אלפא הוא כבד יחסית ונושא שני חיובי, יש לו טווח קצר בחומר - כמה סנטימטרים באוויר - אבל יכול לגרום כריתה משמעותית לאורך הנתיב שלו. ion זה רתום ביישומים כגון גלאי עשן (באמצעות אלומיניום 241) ו- alpha ב חלקיק לטיפול בסרטן.

Alpha-Emitting Isotopes ו- Decay chains

(א) באלפאון הוא הנפוץ ביותר בין אלמנטים כבדים עם מספרים אטומיים גדולים מ 82 (לאד) פולטי אלפא בלתי אפשריים כוללים צינורות אורניום-238, thorium-232, רדיום-226, ו-radon-222.איזוטופים אלה הם לעתים קרובות חלק מרשתות דעיכות טבעיות - רצפי אלפא ו Beta מתפוררות שמובילות בסופו של דבר ל-Aopeotopes יציבה.

האנרגיה המשוחררת בכל דעיכה אלפא היא קטנה יחסית בהשוואה לנפיחות, בדרך כלל על סדר 5 MeV לדעיכה. עם זאת, כי אלפא פולטים יכולים להיות בעלי חיים ארוכים מאוד (למשל, FLT:0238FLT:1U יש מחצית חיים של 4.5 מיליארד שנים), סך האנרגיה הכוללת על פני טווחי זמן גיאולוגיים היא משמעותית.

הפיזיקה של שיקול דעת גרעיני

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

פשפש גרעיני הוא תהליך שבו גרעין כבד מתחלק לשני או יותר גרעיניים קלים יותר, הנקראים לעתים קרובות שברים של סדקים, יחד עם כמה ניטרון וקרני גמא.התגובות הידועות והטכנולוגיות החשובות ביותר הן הנגרמות על ידי ספיגת נויטרונים. לדוגמה, כאשר אורניום-235 לוכד אט (mal) נייטרון, זה צורות נרגשות במהירות של 236 קליבריום בממוצע כ- 200 ליטרים של אנרגיה.

פשפשנות ספונטנית היא מצב נדיר יותר של דעיכה רדיואקטיבית המתרחשת ללא ציטוט חיצוני.זה נצפה באיזוטופים כבדים מאוד כגון californium-252 ו- fermium-256. נפיחות ספונטנית הופכת להיות סבירה יותר ויותר ככל שמספר האטומי עולה על 100, והוא מהווה גורם מגביל ליציבות של אלמנטים על-על.

תגובות שרשרת וביקורת

הניטריונים ששוחררו במהלך הזיכרונות יכולים לגרום לאירועים נוספים, מה שמוביל לתגובה שרשרת מעצמן-עצמית-עצמית-על-ידי שרשרת של תגובה לקיום, לפחות אחד מהנוטרונים מכל פיסת-התעל חייב לגרום לכשל נוסף.התנאים למסה קריטית – כמות מינימלית של חומר פישל הנדרש כדי לשמור על תגובת שרשרת – תלוי בגאומטריה, העשרה, נוכחות של ערפיליות ונוכחות של ערפיליות גרעיניות (או ספוגות) או מטענים גרעיניים במהירות, או ספוגים).

שחרור האנרגיה לנפיחות (כ-200 מ"א) הוא בערך 50 מיליון פעמים גדול יותר לאטומים מאשר האנרגיה המשוחררת בתגובות כימיות טיפוסיות.דחיסות אנרגיה עצומה זו הופכת את הנפיחות הגרעינית למקור אטרקטיבי של ייצור חשמל, אבל היא מציגה אתגרים בבטיחות, ניהול פסולת וחוסר הפצתן.

השוואתי ותיקון אלפא Decay ו-Fission

דומים

  • (ב) התחוללה:0) שינוי גרעיני: 1FLT:1 שני התהליכים הופכים את אחד משני המיחזור לתוך אחד או יותר ניוקלידים, מלווה בשחרור אנרגיה.
  • [ה]הכוח [ה]: [הכוח] [הכוח] והכוח החזק וההנעה של קוטולומיב בין פרוטונים הם הכוחות הבסיסיים שקובעים יציבות ושפל.
  • (בשני המקרים, מסה של ה-FLT:0) ,0 (המאה ה-1) בשניהם, המסה של המוצרים היא פחות מאשר מסה של הגרעין המקורי; המסה החסרה מומרת לאנרגיה קינטית על פי ה-FLT של איינשטיין:2E= mc2FLT:3).
  • (FLT:0) קרינה מקרינה: 1FLT:1 אלפא דעיכה ו fission שניהם מייצרים קרינה מרתיעה (חלקיקי pha ופרקים סדקים, בהתאמה) שיכולה לפגוע רקמות ביולוגית.

הבדלים מרכזיים

  • (ב) .0.19Scale of Changerea:FLT:1 אלפא נרקב תוצאות בשינוי קטן יחסית - הגרעין מאבד רק ארבעה ניונקיונים.פיקול מפריד את הגרעין לשני שברים גדולים, כל אחד עם עשרות ניוקלונים.
  • (FLT:0) תפוקה של אוררגיה: FLT:1 אלפא דעיכה משחררת כ-4-9 מ"ר לאירוע.פישון משחרר כ-200 מ"ר - בערך 20-50 פעמים יותר אנרגיה לגרעין מתפורר.
  • (ב) ⁇ :0 (בשיתוף פעולה) לעומת אינדוקציה: ⁇ FLT:1) , Alpha דעיכה היא ספונטנית לחלוטין, ותלויה רק במבנה הפנימי של הגרעין.
  • (FLT:0) מוצרים: אנדרט 1:1 , Alphaדעון מייצרת גרעין לבת כבד אחד וחלקיק אלפא.פיסsion מייצר שני שברים של סדקים (לעתים קרובות רדיואקטיביים), כמה נויטרונים חופשיים, קרני גמא מהירות וטרם עיכבו נייטוונים.
  • (FLT:0)Half-Life טווחs:Falve:1 אלפא מנפח מחצית החיים ממיקרו-שניות למיליארדי שנים. סדקים חצי-חיים נוטים להיות קצרים מאוד עבור איזוטופים כבדים, בעוד שנפיחות מושרה מתרחשת על פני תקופות של מתיטו שניות לאחר מכן.

המשחק בין אלפא Decay ו-Fission

Alpha Decay as a Pre ⁇ to Fission Fuel

Alphaדעון ממלא תפקיד בייצור וטיפול בחומרים פישליים.לדוגמה, דעך אורניום-238 מייצר את אורניום אלפא פולטטר 234, אך חשוב מכך, בכורים גרעיניים, אורניום-238 יכול לספוג נויטרונים כדי להפוך אורניום-239, אשר בטא-decays פעמיים עד פלוטוניום-239 - פלזול מרכזי משמש הן בכור והן כלי נשק לטווח ארוך (Apaxym) לדלק גרעיני באורך 239.

הבנת שיעורי הדעיכה של אלפא חיונית גם לחישוב המלאי של איזוטופים רדיואקטיביים בדלק מושקע לאורך זמן. כמו מוצרים סדקים דלע, הם פולטים חלקיקי אלפא, חלקיקים בטא, וקרני gamma. פעילות אלפא מאלמנטים טרנסאורניים (למשל, americium-241, curium-244) שולטים בסכנת הארוכת זמן של פסולת גרעינית, הרבה מעבר לפח של מוצרים קצרי-חיים.

תחרות בין אלפא Decay ו-Spontaneous Fission

(ההסתברות של גרעינים כבדים מאוד, אלפא דעיכה וספונטניים להתחרות כמצבי דעיכה.ההסתברות של כל מצב תלויה איזוטופ הספציפי.לדוגמה, FLT:0252igFLT:1Cf דעיכה בערך 97% על ידי פליטת אלפא ו-3% על ידי פלסמנט ספונטנית של פלסיבו גדל מעבר ל -100, fission ספונטני הופך דומיננטי יותר ויותר, מה שהופך את הסינתזה של אלמנטים סופר-אפואלה של אטומיים, כי הוא עשוי להיות מאתגר מאוד, כי הוא אטומים של מחקר אחד של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים הוא יכול להיות מאתגר יותר ויותר דומיננטי יותר ויותר דומיננטי יותר ויותר דומיננטי יותר ויותר, כי הוא יכול להיות מאתגר יותר ויותר, כי הוא יכול להיות מאתגר יותר ויותר, כי הוא אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של מדענים לפני אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומים של אטומי

אנרגיה: השוואה קוונטית

אנרגיה משוחדת ומשתפת

האנרגיה המשוחררת בכל דעיכה גרעינית או תגובה נובעת מהבדל באנרגיה מחייבת בין גרעינים הראשונים והאחרון , מינוף אנרגיה לפסגות ניוקלון סביב ברזל-56; גרעינים כבדים יותר יש אנרגיה מחייבת נמוכה יותר לנקיון. Both alpha ו fission להעביר את הגרעין לעבר אנרגיה מחייבת גבוהה יותר עבור nucleon, שחרור אנרגיה. in alpha, האנרגיה המחייבת של החלקיק אלפא היא גבוהה מאוד (28.

(ב) ניתן לחשב את האנרגיה המשוחררת בפרשת אלפא (FLT:0QueFLT) מ- 1-value) מן ההמונים האטומיים של ההורה, הבת, וה-Ilium-4. forFLT:2238FLT 3,2238FLT 3:U alphaווא, FLT:4QFLT:5 ⁇ 4.

רדיפת אנרגיה לשימוש מעשי

אנרגיית הדעיכה משמשת ב- Radioisotope thermoelectric גנרטורים (RTGs), אשר ממיר את החום מדעיכה אלפא (למשל, מפלוטוניום-238) לחשמל. RTGs כוח עמוק בחלל חקירות כמו וויאג'ר, קאסיני, ו- Perseverance rover של אנרגיה מאובנים (hunds of וואטs) אבל אמין מאוד על פני עשרות שנים, לעומת זאת, קשקשים של כוח גרעיני בגודל של 1 ק"מ"מ"מ, הוא צורך בגודל של 1 ק"מ) בגודל של כוח גדול יותר מגודל של 1 ק"מ.

יישומים וטכנולוגיות

שימוש רפואי ב-Alpha Emitters

Alpha particles, due to their high linear energy transfer (LET), are highly effective at killing cancer cells while sparing surrounding healthy tissue when precisely delivered. Targeted alpha therapy uses alpha-emitting isotopes such as 225Ac (actinium-225) and 213Bi (bismuth-213) attached to molecules that bind to tumor cells. The short range of alpha particles (a few cell diameters) minimizes damage to nearby normal cells. Clinical trials are ongoing for treating prostate cancer, leukemia, and neuroendocrine tumors. The U.S. Nuclear Regulatory Commission provides regulatory guidance for medical use of alpha emitters.

כוח גרעיני ותגובה של פישייק

(ב) יותר מ-400 כורי חשמל גרעיניים ברחבי העולם מייצרים כ-10% מהחשמל העולמי באמצעות משקעים מבוקרים של (FLT:0reas 235FLT:1U ו-FLT:2393FLT 3Pu.The design ofכורים (PWR, BWR, CANDU, וכו ') מאזן של אמצעי טיהור, קירור, בטיחות ומוצרים LT5, כולל כורים רדיואקטיביים, כולל מחסנים מהירים, כולל מחסנים, 7.

עשן Detectors ו Gauges תעשייתי

Americium-241, אלפא פולטטר, משמש גלאי עשן ionization. חלקיקי אלפא מארגן אוויר בתא זיהוי, ומייצר זרם חשמלי קטן.חלקיקי עשן להפחית את הזרם, גורם אזעקה. יישום זה מדגים את השימוש הבטוח, יומיומי של דעיכה אלפא במוצרי צרכנים.

בטיחות, איכות הסביבה ושיקולי מדיניות

קרינה ממוצרי אלפא Decay ו-Fission

חלקיקי אלפא הם מאוד מרתיעים אבל יש טווח קצר.הם מהווים מעט סכנה חיצונית כי תאי עור מתים עוצרים אותם.עם זאת, אם פולט אלפא הוא מבולבל או מחוסם, זה יכול לספק מנה קרינה גבוהה לרקמות פנימיות.מסיבה זו, גז ראדון (אשר עובר דעיכה אלפא) הוא גורם מוביל לסרטן ריאות אצל לא מעשנים כראוי וגילויים הם בבני אדם קריטיים.

(ב) מוצרים, לעומת זאת, כוללים מגוון רחב של בטא ו gamma פולטים (למשל, FLT:0131FLT:1I,FLT:2137FLT 3Cs) אשר יכול להוות סיכונים חיצוניים ופנימיים (התאונה Fukushima Daiichi) הדגיש את הצורך עבור החזקת חירום ותכנון חירום.

ניהול פסולת ו Transmutation

אסטרטגיה אחת להפחית את הנטל ארוך הטווח של פסולת אלפא-המיטה היא טרנס-מוטציה גרעינית: הפצצה של אקטינוסים ארוכי ימים עם נייטרונים בכור או מאיץ כדי להפוך אותם למנודים קצרים או יציבים יותר.מחלוקת וטרנסמורציה (P&T) עלולה להפחית את הזמן הדרוש לבזבוז ממאות אלפי שנים עד כמה מאות שנים למתקנים פעילים אלה של אלפא (F) או ניהול יעיל מאוד (Fercrelimate Institute) או בקיצור: F-Fercrelimate) יכול להפחית את הזמן) של מערכות פעולה (R.

מסקנה

אלפא דעיכה ונפיחות גרעינית הם שני תהליכים יסודיים השולטים בהתנהגות של גרעיני כבד גרעיניים. בעוד אלפא דעיכה נעה גרעין לעבר יציבות על ידי הזרקת גרעין ה-helium-4, fission מתפצל את הגרעין לחלוטין, משחרר הרבה יותר אנרגיה ויצירת קער של חומרים גרעיניים, אשר משלבים ביניהם הוא מרכזי לפיזיקה גרעינית, מהבנת סטיות-התקימיות לכדי ביטחון גרעיני ולטיפול בתהליכים גרעיניים מתקדמים, וריפוי גרעיניים, בין מדעני אנרגיה, לבין טכנולוגיות גרעיניות, לבין טכנולוגיות מתקדמות יותר, וריפוי גרעיניות, יכולות לנהל את ההבדלים בין מדעני אנרגיה מתקדמות יותר.