التفاعل النووي المتسلسل

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 66 صور
الموسوعة الحرة
تفاعل انشطار نووي متسلسل محتمل : 1) تمتص ذرة يورانيوم-235 نيوترونًا وتنشطر إلى ذرتين ، مطلقةً ثلاثة نيوترونات جديدة وطاقة ربط كبيرة . 2) يمتص أحد هذه النيوترونات بواسطة ذرة يورانيوم-238 ، ولا يستمر التفاعل. يغادر نيوترون آخر النظام دون امتصاص. مع ذلك، يصطدم أحد النيوترونات بذرة يورانيوم-235، فتنشطر وتطلق نيوترونين وطاقة ربط إضافية. 3) يصطدم كلا النيوترونين بذرتي يورانيوم-235، فتنشطر كل منهما وتطلق بضعة نيوترونات، مما يسمح باستمرار التفاعل.

في الفيزياء النووية ، يحدث التفاعل النووي المتسلسل عندما يتسبب تفاعل نووي واحد في حدوث تفاعل نووي واحد أو أكثر لاحق، مما يؤدي إلى إمكانية حدوث سلسلة ذاتية الانتشار أو "حلقة تغذية راجعة إيجابية " لهذه التفاعلات. قد يكون التفاعل النووي المحدد هو انشطار النظائر الثقيلة (مثل اليورانيوم-235 ). يُطلق التفاعل النووي المتسلسل طاقةً تفوق ملايين المرات الطاقة التي يُطلقها أي تفاعل كيميائي .

تاريخ

اقترح الكيميائي الألماني ماكس بودنشتاين التفاعلات الكيميائية المتسلسلة لأول مرة عام 1913، وكانت مفهومة بشكل معقول قبل اقتراح التفاعلات النووية المتسلسلة. [ 1 ] كان من المعلوم أن التفاعلات الكيميائية المتسلسلة مسؤولة عن الزيادة الهائلة في معدلات التفاعلات، كما هو الحال في الانفجارات الكيميائية.

يُقال إن مفهوم التفاعل النووي المتسلسل طُرح لأول مرة من قِبل العالم المجري ليو زيلارد في 12 سبتمبر 1933. [ 2 ] كان زيلارد يقرأ في ذلك الصباح في صحيفة لندن عن تجربة استُخدمت فيها بروتونات من مُسرِّع لفصل الليثيوم-7 إلى جسيمات ألفا ، وحقيقة أن التفاعل أنتج كميات من الطاقة أكبر بكثير من البروتون المُزوَّد. علّق إرنست رذرفورد في المقال بأن أوجه القصور في العملية حالت دون استخدامها لتوليد الطاقة. مع ذلك، كان جيمس تشادويك قد اكتشف النيوترون في عام 1932، قبل ذلك بقليل، كناتج لتفاعل نووي . قام زيلارد، الذي تلقى تدريباً كمهندس وفيزيائي، بدمج نتائج التجربتين النوويتين في ذهنه، وأدرك أنه إذا أنتج تفاعل نووي نيوترونات، والتي بدورها تسببت في تفاعلات نووية مماثلة أخرى، فقد تكون هذه العملية تفاعلاً نووياً متسلسلاً ذاتي الاستدامة، ينتج تلقائياً نظائر جديدة وطاقة دون الحاجة إلى بروتونات أو مسرع. مع ذلك، لم يقترح زيلارد الانشطار النووي كآلية لتفاعله المتسلسل، إذ لم يكن هذا التفاعل قد اكتُشف بعد، أو حتى كان يُشتبه به. بدلاً من ذلك، اقترح زيلارد استخدام مخاليط من نظائر أخف معروفة تُنتج نيوترونات بكميات وفيرة. وقدّم طلب براءة اختراع لفكرته عن مفاعل نووي بسيط في العام التالي. [ 3 ]

في عام 1936، حاول زيلارد إحداث تفاعل متسلسل باستخدام البريليوم والإنديوم ، لكنه لم ينجح. اكتُشف الانشطار النووي على يد أوتو هان وفريتز ستراسمان في ديسمبر 1938 [ 4 ] ، وشرحته نظريًا ليز مايتنر وابن أخيها أوتو روبرت فريش في يناير 1939 [ 5 ] . في منشورهم الثاني حول الانشطار النووي في فبراير 1939، استخدم هان وستراسمان مصطلح " انشطار اليورانيوم " ( Uranspaltung ) لأول مرة، وتوقعا وجود وتحرر نيوترونات إضافية أثناء عملية الانشطار، مما فتح الباب أمام إمكانية حدوث تفاعل نووي متسلسل [ 6 ] .

بعد بضعة أشهر، قام فريدريك جوليو-كوري ، وهـ. فون هالبان، ول . كوارسكي في باريس [ 7 ] بالبحث عن تكاثر النيوترونات في اليورانيوم، واكتشفوه، مُثبتين بذلك إمكانية حدوث تفاعل نووي متسلسل بهذه الآلية. في 4 مايو 1939، قدّم جوليو-كوري، وهالبان، وكوارسكي ثلاث براءات اختراع. وصفت البراءتان الأوليان إنتاج الطاقة من تفاعل نووي متسلسل، أما الأخيرة، والتي سُميت " إتقان الشحنات المتفجرة"، فكانت أول براءة اختراع للقنبلة الذرية ، وهي مسجلة برقم 445686 لدى الصندوق الوطني للبحث العلمي . [ 8 ] بالتوازي، أجرى زيلارد وإنريكو فيرمي في نيويورك التحليل نفسه. [ 9 ] دفع هذا الاكتشاف زيلارد إلى كتابة رسالة موقعة من ألبرت أينشتاين إلى الرئيس فرانكلين د. روزفلت ، يُحذر فيها من احتمال محاولة ألمانيا النازية بناء قنبلة ذرية. [ 10 ]

في عام ١٩٤٢، أثبتت جيرترود شارف غولدهاير أن اليورانيوم، عند انشطاره التلقائي، يُنتج نيوترونات متعددة، بطاقة كافية لحدوث تفاعل نووي متسلسل. [ ١١ ] وفي ٢ ديسمبر ١٩٤٢، نجح فريق بقيادة فيرمي (وضم زيلارد) في إحداث أول تفاعل نووي متسلسل اصطناعي ذاتي الاستدامة باستخدام مفاعل شيكاغو بايل-١ التجريبي في ملعب رياضي أسفل مدرجات ملعب ستاغ في جامعة شيكاغو . كانت تجارب فيرمي في جامعة شيكاغو جزءًا من مختبر آرثر إتش. كومبتون للمعادن التابع لمشروع مانهاتن ؛ وقد أُعيد تسمية المختبر لاحقًا إلى مختبر أرغون الوطني ، وكُلِّف بإجراء أبحاث في تسخير الانشطار النووي لتوليد الطاقة النووية. [ ١٢ ]

في عام 1956، افترض بول كورودا من جامعة أركنساس احتمال وجود مفاعل انشطار طبيعي في الماضي. وبما أن التفاعلات النووية المتسلسلة قد لا تتطلب سوى مواد طبيعية (مثل الماء واليورانيوم، إذا كان اليورانيوم يحتوي على كميات كافية من نظير اليورانيوم -235 )، فقد كان من الممكن حدوث هذه التفاعلات المتسلسلة في الماضي البعيد عندما كانت تركيزات اليورانيوم-235 أعلى مما هي عليه اليوم، وحيث وُجد المزيج المناسب من المواد داخل قشرة الأرض . وشكّل اليورانيوم-235 نسبة أكبر من اليورانيوم على الأرض في الماضي الجيولوجي بسبب اختلاف أعمار النصف لنظائره .يو و 238يتحلل اليورانيوم-234 بشكل أسرع بعشر مرات تقريبًا من اليورانيوم -234 . وقد تأكدت تنبؤات كورودا باكتشاف أدلة على حدوث تفاعلات نووية متسلسلة طبيعية ذاتية الاستدامة في الماضي في أوكلو بالغابون في سبتمبر 1972. [ 13 ] ويتطلب استمرار تفاعل الانشطار النووي المتسلسل بنسب النظائر الحالية في اليورانيوم الطبيعي على الأرض وجود مُعدِّل للنيوترونات مثل الماء الثقيل أو الكربون عالي النقاء (مثل الجرافيت) في غياب سموم النيوترونات ، وهو أمرٌ أقل احتمالًا للنشوء بفعل العمليات الجيولوجية الطبيعية من الظروف التي سادت في أوكلو قبل نحو ملياري عام.

عملية

تحدث تفاعلات الانشطار المتسلسلة نتيجةً لتفاعلات بين النيوترونات والنظائر القابلة للانشطار (مثل اليورانيوم -235 ). يتطلب هذا التفاعل المتسلسل إطلاق النيوترونات من النظائر القابلة للانشطار أثناء عملية الانشطار النووي، ثم امتصاص بعض هذه النيوترونات في النظائر القابلة للانشطار. عند حدوث الانشطار النووي، ينطلق عدد قليل من النيوترونات (يختلف العدد الدقيق تبعًا لعوامل خارجة عن السيطرة والقياس؛ ويتراوح العدد المتوقع عادةً بين 2.5 و3.0، ويعتمد على عدة عوامل). تتفاعل هذه النيوترونات الحرة مع الوسط المحيط، وإذا وُجد المزيد من الوقود القابل للانشطار، فقد يمتص بعضها ويتسبب في المزيد من الانشطارات. وهكذا، تتكرر الدورة لتُنتج تفاعلًا مستدامًا ذاتيًا.

تعمل محطات الطاقة النووية من خلال التحكم الدقيق في معدل حدوث التفاعلات النووية. أما الأسلحة النووية، فهي مصممة خصيصًا لإنتاج تفاعل سريع وشديد لدرجة يصعب معها السيطرة عليه بعد بدء حدوثه. وعند تصميمها بشكل صحيح، سيؤدي هذا التفاعل غير المنضبط إلى إطلاق طاقة هائلة.

وقود

تستخدم الأسلحة النووية وقودًا عالي الجودة وعالي التخصيب يتجاوز الحجم والشكل الحرج ( الكتلة الحرجة ) اللازمين لحدوث تفاعل متسلسل متفجر. أما الوقود المستخدم لأغراض الطاقة، كما هو الحال في مفاعل الانشطار النووي، فهو مختلف تمامًا، ويتكون عادةً من مادة أكسيدية منخفضة التخصيب (مثل ثاني أكسيد اليورانيوم ، UO₂ ) . ويُستخدم نظيران أساسيان في تفاعلات الانشطار داخل المفاعلات النووية.

أولها وأكثرها شيوعًا هو اليورانيوم-235 . وهو النظير الانشطاري لليورانيوم، ويشكل حوالي 0.7% من إجمالي اليورانيوم الموجود في الطبيعة . [ 14 ] ونظرًا لقلة كمية اليورانيوم -235 الموجودة، يُعتبر مصدرًا غير متجدد للطاقة، على الرغم من وجوده في التكوينات الصخرية حول العالم. [ 15 ] لا يمكن استخدام اليورانيوم-235 كوقود في صورته الأساسية لإنتاج الطاقة؛ بل يجب أن يخضع لعملية تُعرف بالتكرير لإنتاج مركب أكسيد اليورانيوم (UO₂) . يُضغط أكسيد اليورانيوم بعد ذلك ويُشكّل على هيئة كريات خزفية، والتي يمكن وضعها لاحقًا في قضبان الوقود. عندئذٍ يُمكن استخدام أكسيد اليورانيوم في إنتاج الطاقة النووية .

يُعد البلوتونيوم-239 ثاني أكثر النظائر استخدامًا في الانشطار النووي، لقدرته على الانشطار بتفاعله البطيء مع النيوترونات. يتكون هذا النظير داخل المفاعلات النووية بتعريض اليورانيوم -238 للنيوترونات المنبعثة أثناء الانشطار. [ 16 ] ونتيجةً لالتقاط النيوترونات ، يُنتج اليورانيوم-239، الذي يخضع لتحللين بيتا ليصبح بلوتونيوم-239. كان البلوتونيوم موجودًا في الأصل كعنصر بدائي في قشرة الأرض، لكن لم يتبق منه سوى كميات ضئيلة، لذا فهو يُصنع في الغالب صناعيًا.

يُعد اليورانيوم-233 وقودًا مقترحًا آخر للمفاعلات النووية، ولكنه لا يُستخدم تجاريًا حتى عام 2021. ويتم إنتاجه عن طريق التقاط النيوترونات وما يتبعه من تحلل بيتا من الثوريوم الطبيعي ، الذي يتكون بنسبة 100% تقريبًا من نظير الثوريوم-232 . وتُعرف هذه العملية بدورة وقود الثوريوم .

عملية الإثراء

يُعدّ نظير اليورانيوم-235 القابل للانشطار، بتركيزه الطبيعي، غير مناسب لمعظم المفاعلات النووية. ولتحضيره للاستخدام كوقود في إنتاج الطاقة، يجب تخصيبه. ولا تنطبق عملية التخصيب على البلوتونيوم. يُنتج البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات كمنتج ثانوي لتفاعل النيوترونات بين نظيرين مختلفين من اليورانيوم .

تبدأ الخطوة الأولى لتخصيب اليورانيوم بتحويل أكسيد اليورانيوم (الناتج عن عملية طحن اليورانيوم) إلى غاز. يُعرف هذا الغاز باسم سداسي فلوريد اليورانيوم ، والذي يتكون من اتحاد فلوريد الهيدروجين والفلور وأكسيد اليورانيوم. كما يوجد ثاني أكسيد اليورانيوم في هذه العملية ، ويُرسل لاستخدامه في المفاعلات التي لا تتطلب وقودًا مخصبًا. يُصب مركب سداسي فلوريد اليورانيوم المتبقي في أسطوانات معدنية حيث يتصلب. الخطوة التالية هي فصل سداسي فلوريد اليورانيوم عن اليورانيوم-235 المستنفد المتبقي. ويتم ذلك عادةً باستخدام أجهزة طرد مركزي تدور بسرعة كافية لفصل نظائر اليورانيوم، التي لا تتجاوز نسبة الفرق في كتلتها 1%. ثم يُستخدم الليزر لتخصيب مركب سداسي الفلوريد. تتضمن الخطوة الأخيرة إعادة تحويل المركب المخصب إلى أكسيد اليورانيوم، لينتج في النهاية أكسيد اليورانيوم المخصب . يمكن الآن استخدام هذا الشكل من أكسيد اليورانيوم (UO2 ) في مفاعلات الانشطار داخل محطات الطاقة لإنتاج الطاقة.

نواتج التفاعل

عندما تخضع ذرة قابلة للانشطار النووي، فإنها تنقسم إلى شظيتين أو أكثر. كما ينبعث منها العديد من النيوترونات الحرة وأشعة غاما والنيوترينوات ، وينطلق منها كمية كبيرة من الطاقة. يكون مجموع كتل السكون لشظايا الانشطار والنيوترونات المنبعثة أقل من مجموع كتل السكون للذرة الأصلية والنيوترون الساقط (بالطبع، شظايا الانشطار ليست في حالة سكون). يُؤخذ فرق الكتلة في الحسبان عند إطلاق الطاقة وفقًا للمعادلة E= Δmc² .

كتلة الطاقة المنطلقة =هـج2=مإبداعي-مأخير{\displaystyle {\frac {E}{c^{2}}}=m_{\text{original}}-m_{\text{final}}}

نظراً للقيمة الهائلة لسرعة الضوء ( c) ، فإن أي انخفاض طفيف في الكتلة يصاحبه إطلاق هائل للطاقة الفعالة (على سبيل المثال، الطاقة الحركية لشظايا الانشطار). تحمل هذه الطاقة (على شكل إشعاع وحرارة) الكتلة المفقودة عند مغادرتها نظام التفاعل (الكتلة الكلية، مثل الطاقة الكلية، محفوظة دائماً ). في حين أن التفاعلات الكيميائية النموذجية تُطلق طاقات في حدود بضعة إلكترون فولت (على سبيل المثال، طاقة ارتباط الإلكترون بالهيدروجين هي 13.6  إلكترون فولت)، فإن تفاعلات الانشطار النووي تُطلق عادةً طاقات في حدود مئات الملايين من الإلكترون فولت.

يُعرض أدناه تفاعلان نموذجيان للانشطار النووي مع القيم المتوسطة للطاقة المنبعثة وعدد النيوترونات المقذوفة:

يو235+النيوترون⟶ شظايا الانشطار+2.4 النيوترونات+192.9 MeVبو239+النيوترون⟶ شظايا الانشطار+2.9 النيوترونات+198.5 MeV{\displaystyle {\begin{aligned}{\ce {^{235}U + neutron ->}}&\ {\text{شظايا الانشطار}}+2.4{\text{ نيوترونات}}+192.9{\text{ ميغا إلكترون فولت}}\\{\ce {^{239}Pu + neutron ->}}&\ {\text{شظايا الانشطار}}+2.9{\text{ نيوترونات}}+198.5{\text{ ميغا إلكترون فولت}}\end{aligned}}}[ 17 ]

تجدر الإشارة إلى أن هذه المعادلات خاصة بالانشطارات الناتجة عن النيوترونات البطيئة الحركة (الحرارية). ويعتمد متوسط ​​الطاقة المنبعثة وعدد النيوترونات المقذوفة على سرعة النيوترون الساقط. [ 17 ] كما تجدر الإشارة إلى أن هذه المعادلات لا تأخذ في الحسبان طاقة النيوترينوات ، لأن هذه الجسيمات دون الذرية شديدة الخمول، وبالتالي نادراً ما تُودع طاقتها في النظام.

فيزياء المفاعلات

عمر النيوترون الفوري

عمر النيوترون الفوري ،ل{\displaystyle l}يُعرَّف متوسط ​​الزمن بين انبعاث النيوترون وامتصاصه أو هروبه من النظام. [ 18 ] تُسمى النيوترونات الناتجة مباشرةً عن الانشطار بالنيوترونات الفورية ، بينما تُسمى تلك الناتجة عن التحلل الإشعاعي لشظايا الانشطار بالنيوترونات المتأخرة . يُستخدم مصطلح " عمر النيوترون " لأن انبعاث النيوترون يُعتبر غالبًا ولادته ، بينما يُعتبر امتصاصه أو هروبه اللاحق من قلب المفاعل بمثابة موته .

في مفاعلات الانشطار "الحرارية" (البطيئة النيوترونات)، يبلغ عمر النيوترون الفوري النموذجي حوالي 10⁻⁴ ثانية ، بينما في مفاعلات الانشطار السريع، يبلغ عمر النيوترون الفوري حوالي 10⁻⁷ ثانية . [ 17 ] تعني هذه الأعمار القصيرة للغاية أنه في ثانية واحدة، يمكن أن يمر ما بين 10,000 إلى 10,000,000 عمر نيوتروني. يأخذ متوسط ​​عمر النيوترون الفوري (المعروف أيضًا باسم العمر المرافق غير المرجح ) في الاعتبار جميع النيوترونات الفورية بغض النظر عن أهميتها في قلب المفاعل ؛ أما عمر النيوترون الفوري الفعال (المعروف باسم العمر المرافق المرجح حسب المكان والطاقة والزاوية) فيشير إلى نيوترون ذي أهمية متوسطة. [ 19 ]

متوسط ​​زمن الجيل

متوسط ​​زمن الجيل ،Λ{\displaystyle \Lambda }يمثل متوسط ​​الزمن بين انبعاث النيوترون والتقاطه الذي يؤدي إلى الانشطار. [ 17 ] يختلف متوسط ​​زمن التوليد عن عمر النيوترون الفوري، لأن متوسط ​​زمن التوليد يشمل فقط امتصاصات النيوترونات التي تؤدي إلى تفاعلات الانشطار (ولا يشمل تفاعلات الامتصاص الأخرى). ويرتبط هذان الزمنان بالصيغة التالية:

Λ=لكهـوو{\displaystyle \Lambda ={\frac {l}{k_{\mathrm {eff} }}}}

في هذه الصيغةكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}وهو عامل تكاثر النيوترونات الفعال، الموصوف أدناه.

عامل تكاثر النيوترونات الفعال

عامل تكاثر النيوترونات الفعالكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}يتم قياسها في أغلب الأحيان كنسبة معدل إنتاج النيوترونات إلى معدل فقدان النيوترونات في النظام النووي، وغالبًا ما يتم وصفها باستخدام صيغة العوامل الستة .

كهـوو=معدل إنتاج النيوتروناتمعدل فقدان النيوترونات{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }={{\mbox{معدل إنتاج النيوترونات}} \over {\mbox{معدل فقدان النيوترونات}}}}

استخدامكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}وعمر النيوترون الفوري،ل{\displaystyle l}يمكن استخدام المعادلة التفاضلية التالية لوصف معدل تغير عدد النيوترونات مع الزمن:

ددتن(ت)=(كهـوو-1ل)ن(ت){\displaystyle {d \over dt}n(t)=\left({k_{\mathrm {eff} }-1 \over l}\right)n(t)}

عند حلها لـن(ت){\displaystyle n(t)}تمثل هذه المعادلة عدد النيوتروناتن{\displaystyle n}في أي وقت محددت{\displaystyle t}بافتراض وجود عدد أولي من النيوتروناتن(0){\displaystyle n(0)}فيت=0{\displaystyle t=0}:

ن(ت)=ن(0)هـ(كهـوو-1ل)ت{\displaystyle n(t)=n(0)e^{\left({k_{\mathrm {eff} }-1 \over l}\right)t}}

عند وصف المفاعل النووي، حيث يتناسب عدد النيوترونات طرديًا مع الطاقة الحرارية، يتم استخدام المعادلة التالية:

P=P0هـت/τ{\displaystyle P=P_{0}e^{t/\tau }}

أينP{\displaystyle P}هي قدرة المفاعل في وقتت{\displaystyle t}، بالنظر إلى قوة أوليةP0{\displaystyle P_{0}}، وτ{\displaystyle \tau }، فترة المفاعل . قيمةτ{\displaystyle \tau }يمكن حسابها على النحو التالي

τ=لكهـوو-1{\displaystyle \tau ={l \over k_{\mathrm {eff} }-1}}

صيغة العوامل الستة

عامل تكاثر النيوترونات الفعالكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}يمكن وصفها باستخدام حاصل ضرب ستة عوامل احتمالية تصف نظامًا نوويًا. تشمل هذه العوامل، المرتبة تقليديًا زمنيًا فيما يتعلق بعمر النيوترون في المفاعل الحراري ، احتمال عدم التسرب السريع.PFشمالل{\displaystyle P_{\mathrm {FNL} }}عامل الانشطار السريعε{\displaystyle \varepsilon }احتمالية الهروب من الرنينص{\displaystyle p}، احتمال عدم التسرب الحراريPتيشمالل{\displaystyle P_{\mathrm {TNL} }}، عامل الاستخدام الحراريو{\displaystyle f}وعامل تكاثر النيوتروناتη{\displaystyle \eta }(يُسمى أيضًا عامل كفاءة النيوترونات). تُكتب صيغة العوامل الستة تقليديًا على النحو التالي:

كهـوو=PFشماللεصPتيشماللوη{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }=P_{\mathrm {FNL} }\varepsilon pP_{\mathrm {TNL} }f\eta }

أين:

  • PFشمالل{\displaystyle P_{\mathrm {FNL} }}يصف هذا الاحتمال أن النيوترون السريع لن يفلت من النظام دون أن يتفاعل.
    • حدود هذا العامل هي 0 و 1، حيث تصف القيمة 1 نظامًا لن تتمكن فيه النيوترونات السريعة من الهروب أبدًا دون التفاعل، أي نظام لانهائي.
    • تُكتب أيضًا على النحو التالي:لو{\displaystyle L_{f}}
  • ε{\displaystyle \varepsilon }هي نسبة الانشطارات الكلية إلى الانشطارات الناتجة فقط عن النيوترونات الحرارية.
    • للنيوترونات السريعة احتمال ضئيل للتسبب في حدوث انشطار في اليورانيوم، وتحديداً اليورانيوم-238.
    • يصف عامل الانشطار السريع مساهمة الانشطارات السريعة في عامل تكاثر النيوترونات الفعال
    • يتراوح نطاق هذا العامل بين 1 وما لا نهاية، حيث تشير القيمة 1 إلى نظام لا تُسبب فيه الانشطارات إلا النيوترونات الحرارية. أما القيمة 2 فتشير إلى نظام تُسبب فيه النيوترونات الحرارية والسريعة كميات متساوية من الانشطارات.
  • ص{\displaystyle p}هي نسبة عدد النيوترونات التي تبدأ عملية التوازن الحراري إلى عدد النيوترونات التي تصل إلى الطاقات الحرارية.
    • تحتوي العديد من النظائر على "رنين" في منحنيات المقطع العرضي لالتقاطها والتي تحدث في طاقات تتراوح بين الطاقة السريعة والحرارية.
    • إذا بدأ النيوترون في التباطؤ (أي بدأ في التباطؤ)، فهناك احتمال أن يتم امتصاصه بواسطة مادة غير متكاثرة قبل أن يصل إلى الطاقة الحرارية.
    • حدود هذا العامل هي 0 و 1، حيث تصف القيمة 1 نظامًا تصل فيه جميع النيوترونات السريعة التي لا تتسرب ولا تسبب انشطارات سريعة في النهاية إلى طاقات حرارية.
  • Pتيشمالل{\displaystyle P_{\mathrm {TNL} }}يصف هذا الاحتمال احتمال عدم تمكن النيوترون الحراري من الهروب من النظام دون التفاعل.
    • حدود هذا العامل هي 0 و 1، حيث تصف القيمة 1 نظامًا لن تهرب فيه النيوترونات الحرارية أبدًا دون أن تتفاعل، أي نظام لا نهائي.
    • تُكتب أيضًا على النحو التالي:لتح{\displaystyle L_{th}}
  • و{\displaystyle f}هي نسبة عدد النيوترونات الحرارية التي تمتصها النوى الانشطارية مقابل عدد النيوترونات التي تمتصها جميع المواد في النظام.
    • يصف هذا العامل كفاءة استخدام النيوترونات الحرارية في النظام، ومن هنا جاء اسم عامل الاستخدام الحراري.
    • يتراوح نطاق هذا العامل بين 0 و1، حيث تشير القيمة 1 إلى نظام يتكون بالكامل من نوى قابلة للانشطار (أي أن النيوترونات الحرارية لا تتفاعل إلا مع المواد القابلة للانشطار). وبالمثل، تشير القيمة 0.5 إلى نظام تتساوى فيه التفاعلات مع النوى القابلة للانشطار وغير القابلة للانشطار.
    • في مفاعل الطاقة النووية التقليدي، يُعد هذا العامل الوحيد الذي يمكن للمشغل التحكم فيه مباشرةً. فمن خلال تعديل قضبان التحكم ، يُمكن زيادة كمية النيوترونات الممتصة في النوى غير الانشطارية، مع تقليل كمية النيوترونات الممتصة في النوى الانشطارية في الوقت نفسه.
  • η{\displaystyle \eta }يصف هذا الاحتمال احتمال أن يتسبب النيوترون الممتص في حدوث تفاعل انشطاري.
    • يصف هذا العامل سلوك المادة الانشطارية، وتحديداً إذا تم امتصاص نيوترون، فما مدى احتمالية تسببه في حدوث انشطار، وكم عدد النيوترونات التي ينتجها الانشطار.

يُحسب عامل الضرب أحيانًا باستخدام صيغة مبسطة ذات أربعة عوامل ، وهي نفسها المذكورة أعلاه.PFشمالل{\displaystyle P_{\mathrm {FNL} }}وPتيشمالل{\displaystyle P_{\mathrm {TNL} }}كلاهما يساوي 1، ويتم استخدامه عند افتراض أن المفاعل "لانهائي" بمعنى أن تسرب النيوترونات من النظام أمر غير مرجح للغاية. هذه القيمةك∞{\displaystyle k_{\infty }}يُستخدم غالبًا في تقييمات السلامة لتصاميم المفاعلات.

الأهمية

لأن قيمةكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}بما أن معدل تغير عدد النيوترونات في النظام يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالزمن، فمن الملائم تصنيف حالة النظام النووي وفقًا للقيمة الحرجة لمعادلة عدد النيوترونات. وتُعد النقطة التي يتغير عندها سلوك النظام النووي هي النقطة التي يحدث عندها تغير سلوك النظام النووي.كهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}يساوي تمامًا 1. تسمى هذه النقطة "الحرجية"، وتصف نظامًا يكون فيه معدل إنتاج النيوترونات ومعدل فقدانها متساويين تمامًا.

متىكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}إذا كانت القيمة أقل من واحد أو أكبر منه، فإن مصطلحي "دون الحرجة" و"فوق الحرجة" يُستخدمان على التوالي لوصف النظام:

  • كهـوو<1{\displaystyle k_{\mathrm {eff} <1}( دون الحرجة ): يتناقص عدد النيوترونات في النظام بشكل أسي.
  • كهـوو=1{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }=1} ( الحرجية ): يحافظ عدد النيوترونات على قيمة ثابتة.
  • كهـوو>1{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }>1} ( فوق الحرجة ): يتزايد عدد النيوترونات في النظام بشكل أسي.

في نظام نووي عملي، مثل مفاعل الانشطار، إذا كان الهدف هو الوصول إلى حالة حرجة، فمن المرجح أنكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}سيتذبذب هذا الرقم فعليًا من أقل بقليل من 1 إلى أكثر بقليل من 1، ويعود ذلك أساسًا إلى تأثيرات التغذية الراجعة الحرارية. ويبدو عدد النيوترونات، عند حساب متوسطه بمرور الوقت، ثابتًا، مما يجعل القيمة المتوسطة لـكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}عند حوالي 1 أثناء تشغيل الطاقة الثابتة. يلعب كل من النيوترونات المتأخرة ونواتج الانشطار العابرة " السموم القابلة للاحتراق " دورًا مهمًا في توقيت هذه التذبذبات.

التفاعل

قيمةكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}لا يُعدّ حساب تفاعلية النظام أو استخدامها عمليًا أمرًا سهلاً عمومًا. وبدلًا من ذلك، يتم تحديدها كميًا. تُوصف تفاعلية النظام النووي نوعيًا بأنها مدى انحرافه عن الحالة الحرجة. وتصف المعادلة أدناه التفاعلية النقية.ρ{\displaystyle \rho }كدالة لعامل تكاثر النيوتروناتكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}:

ρ=كهـوو-1كهـوو{\displaystyle \rho ={k_{\mathrm {eff} }-1 \over k_{\mathrm {eff} }}}

أو عند مقارنة اختلافات التفاعل بين نظامين نوويين بمعاملات التضاعفك1{\displaystyle k_{1}}وك2{\displaystyle k_{2}}،

Δكك=ك2-ك1ك1ك2{\displaystyle {\Delta k \over k}={k_{2}-k_{1} \over k_{1}k_{2}}}

بالنسبة لمعظم الأنظمة، فإن التفاعليةρ{\displaystyle \rho }يتميز بنطاق ضيق للغاية، مما يجعل من الصعب وصف أي قيمة أو تفسيرها نوعيًا، مثلكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}غالباً ما يتم التعبير عنها بوحدات%Δك/ك{\displaystyle \%\Delta k/k}، أو في المئة من الألف ، أو (في الولايات المتحدة فقط تقريبًا) مع الوحدات المشتقة من الدولار والسنت . لاحظ أنρ{\displaystyle \rho }يُعبّر عنه أيضاً في كثير من الأحيان بـΔك/ك{\displaystyle \Delta k/k}

%Δكك=ρ×100{\displaystyle \%{\Delta k \over k}=\rho \times 100}

صجم=ρ×105{\displaystyle \mathrm {pcm} =\rho \times 10^{5}}

دولار=ρβهـوو{\displaystyle \$={\rho \over \beta _{\mathrm {eff} }}}

القيمةβهـوو{\displaystyle \beta _{\mathrm {eff} }}يُعرف هذا باسم نسبة النيوترونات المتأخرة الفعالة، وهو يصف المساهمة النسبية للنيوترونات المتأخرة في معدل انشطار النظام، ويُقاس كنسبة بين العدد الإجمالي للانشطارات الناتجة عن النيوترونات المتأخرة والعدد الإجمالي للانشطارات في النظام. يختلف هذا الرقم قليلاً عن نسبة النيوترونات المتأخرة.β{\displaystyle \beta }وهي نسبة النيوترونات المتأخرة في النظام ، لأن النيوترونات المتأخرة تولد عمومًا بطاقات أقل، وبالتالي يسهل تحويلها إلى طاقة حرارية، مما يعني أنها أكثر عرضة للتسبب في انشطار نووي من النيوترون الفوري. ويُبين تأثير الترجيح هذا في اشتقاقβهـوو{\displaystyle \beta _{\mathrm {eff} }}.

التضاعف دون الحرج

عندما يكون النظام النووي دون مستوى الحرجية، فإن إدخال النيوترونات إليه سيؤدي إلى تحلل تلك المجموعة من النيوترونات؛ ومع ذلك، إذا أُدخلت النيوترونات بمعدل ثابت (أي من مصدر نيوتروني )، فقد يبدو النظام النووي حرجًا ظاهريًا بينما لا يحافظ في الواقع على الحرجية الحقيقية. يُطلق على هذه الظاهرة اسم الحرجية المصدرية ، وهي ناتجة عن ظاهرة تُسمى التكاثر دون الحرجي.

يمكن تعديل معادلة تعداد النيوترونات لتُكتب على النحو التالي:

ددت(ن(ت))=(كهـوو-1ل)ن(ت)+S(ت){\displaystyle {d \over dt}\left(n(t)\right)=\left({{k_{\mathrm {eff} }-1} \over l}\right)n(t)+S(t)}

هذه معادلة تفاضلية أكثر صعوبة في الحل. في هذه الحالة، نفترض أن جميع النيوترونات مصدرها المصدر، وأن كل جيل من النيوترونات متساوٍ في المقدار. في هذه الحالة، يمكننا التقريب باستخدام متسلسلة هندسية.

ن(ت)=ن0+ن0كهـوو+ن0(كهـوو)2+ن0(كهـوو)3+⋯=ن0∑أنا=0∞(كهـوو)أنا=(11-كهـوو)ن0{\displaystyle n(t)=n_{0}+n_{0}k_{\mathrm {eff} }+n_{0}\left(k_{\mathrm {eff} }\right)^{2}+n_{0}\left(k_{\mathrm {eff} }\right)^{3}+\cdots =n_{0}\sum _{i=0}^{\infty }(k_{\mathrm {eff} })^{i}=\left({1 \over {1-k_{\mathrm {eff} }}}\right)n_{0}}

رسم بياني شريطي يُظهر سلسلة من الأشرطة الملونة، حيث يُمثل كل لون جيلاً متناقصاً أُسّياً من النيوترونات. تتراكم الأشرطة فوق بعضها البعض، بحيث أنه مع تناقص كل جيل، يزداد إجمالي عدد النيوترونات في الإطار الزمني التالي، مما يؤدي إلى زيادة إجمالي عدد النيوترونات، وصولاً إلى قيمة ثابتة.
التمثيل البياني للضرب دون الحرج

نأخذ المعادلة أعلاه ونحدد عاملاً جديداًم{\displaystyle M}، ويسمى عامل الضرب دون الحرج:

م=11-كهـوو{\displaystyle M={1 \over {1-k_{\mathrm {eff} }}}}

سيؤدي ضرب هذا العامل بقوة المصدر (بالنيوترونات/ثانية) إلى الحصول على عدد النيوترونات المستقرة، طالما أنكهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}من المعروف:

ن∞=S0×م{\displaystyle n_{\infty }=S_{0}\times M}

في أغلب الأحيان، تُستخدم هذه المعادلة لتقديركهـوو{\displaystyle k_{\mathrm {eff} }}بما أن قياس عدد النيوترونات المستقرة سهل، إلا أنه من الصعب معرفة قوة مصدر النيوترونات. وللتغلب على هذه المشكلة، عندما يقترب النظام من حالة حرجة،م{\displaystyle M}يقترب من اللانهاية؛ لذلك، من العملي أكثر قياسه1/م{\displaystyle 1/M}، والتي تقترب من الصفر عندما يقترب النظام من حالة حرجة.1/م{\displaystyle 1/M}يمكن تقريبها بنسبة معدلات العد قبل وبعد إضافة التفاعل.

جR0جR≈1م∴ليمجR0/جR→0(كهـوو)=1{\displaystyle {CR_{0} \over CR}\approx {1 \over M}\quad \therefore \quad \lim _{CR_{0}/CR\rightarrow 0}\left({k_{\mathrm {eff} }}\right)=1}

تتكون معظم مصادر النيوترونات من مزيج من باعث جسيمات ألفا والبريليوم. والبريليوم-9 ، وهو النظير المستقر الوحيد للبريليوم الموجود في الطبيعة، قادر على إطلاق نيوترون عند امتصاص جسيم ألفا.α،ن{\displaystyle \alpha ,n}التفاعل الثنائي هو ما يولد النيوترونات. وأكثرها شيوعاً مصادر الأمريسيوم-بيريليوم (AmBe) والبلوتونيوم-بيريليوم (PuBe) والبولونيوم-بيريليوم (PoBe).

يكون49+α24⇒ن01+ج612{\displaystyle {\ce {{^{9}_{4}Be}+{^{4}_{2}\alpha }\Rightarrow {^{1}_{0}n}+{^{12}_{6}C}}}}

يُستخدم الأنتيمون-124 أيضًا مع البريليوم لتوليد النيوترونات، حيث أن أشعة غاما المنبعثة من الأنتيمون-124 تتمتع بطاقة فريدة يمكن للبريليوم امتصاصها مما يؤدي إلى انبعاث نيوترون. يُطلق على هذا اسم (γ،ن{\displaystyle \gamma ,n}تُستخدم مصادر الأنتيمون-124 بشكل شائع لتحديد موقع خام البريليوم من قبل شركات التعدين.

يكون49+γ⇒ن01+يكون48{\displaystyle {\ce {{^{9}_{4}Be}+{\gamma }\Rightarrow {^{1}_{0}n}+{^{8}_{4}Be}}}}

وتشمل المصادر الأخرى للنيوترونات المسرعات التي تستخدم الاندماج لتوليد النيوترونات باستخدام اندماج الديوتيريوم والتريتيوم عبر هذا التفاعل

د12+د12⇒ن01+هو23{\displaystyle {\ce {{^{2}_{1}D}+{^{2}_{1}D}\Rightarrow {^{1}_{0}n}+{^{3}_{2}He}}}}

د12+تي13⇒ن01+هو24{\displaystyle {\ce {{^{2}_{1}D}+{^{3}_{1}T}\Rightarrow {^{1}_{0}n}+{^{4}_{2}He}}}}

حالات تفاعل خاصة

لا تنبعث جميع النيوترونات كنتيجة مباشرة للانشطار؛ بل ينتج بعضها عن التحلل الإشعاعي لبعض شظايا الانشطار. تُسمى النيوترونات الناتجة مباشرة عن الانشطار "النيوترونات الفورية"، بينما تُسمى تلك الناتجة عن التحلل الإشعاعي لشظايا الانشطار "النيوترونات المتأخرة". ويُطلق على نسبة النيوترونات المتأخرة اسمβ{\displaystyle \beta }كما نوقش سابقاً، وعادةً ما تكون هذه النسبة أقل من 1% من إجمالي النيوترونات في التفاعل المتسلسل. [ 17 ]

بما أن سلائف النيوترونات المتأخرة (النويدات المشعة التي تتحلل عبر انبعاث النيوترونات) لها ثوابت تحلل في حدود الثواني والمللي ثانية، فإن النيوترونات المتأخرة المتولدة منها تسمح لمجموعة النيوترونات في النظام بالاستجابة لتغيرات التفاعل الصغيرة ببطء أكبر بعدة مراتب من استجابة النيوترونات الفورية وحدها، حيث أن هذه النيوترونات المتأخرة تزيد بشكل فعال من متوسط ​​عمر النيوترونل{\displaystyle l}[ 18 ] بدون النيوترونات المتأخرة، ستحدث تغييرات في معدلات التفاعل في الأنظمة النووية بسرعات أسرع من أن يتمكن البشر من السيطرة عليها.

متىβهـوو>0{\displaystyle \beta _{\mathrm {eff} }>0}وρ=0{\displaystyle \rho =0}يُطلق على النظام النووي اسم النظام الحرج المتأخر. منطقة فوق الحرجة حيث0<ρ<βهـوو{\displaystyle 0<\rho <\beta _{\mathrm {eff} }}تُعرف هذه الظاهرة باسم التجاوز الحرج المتأخر. وفي هذه المنطقة تعمل جميع مفاعلات الطاقة النووية.ρ=βهـوو{\displaystyle \rho =\beta _{\mathrm {eff} }}يُوصف النظام بأنه حرج فوري . منطقة فوق الحرجة لـρ>βهـوو{\displaystyle \rho >\beta _{\mathrm {eff} }}تُعرف هذه الحالة باسم فوق الحرجة الفورية. وهي المنطقة التي تعمل فيها الأسلحة النووية، إلى جانب بعض مفاعلات الأبحاث النووية النابضة، مثل مفاعل تريغا .

رسم بياني بخط أفقي يُشير إلى النقطة التي تساوي عندها قيمة k_effective واحدًا، وخمس مجموعات من الأعمدة تتكون من قسمين متراكبين، مُصنّفين إلى "فوري" (أسفل) و"متأخر" (أعلى). الفئات الخمس، من اليسار إلى اليمين، هي: "دون حرج"، "حرج متأخر"، "فوق حرج متأخر"، "حرج فوري"، و"فوق حرج فوري". تتزايد أطوال الأعمدة من اليسار إلى اليمين. في حالة دون الحرجة، يكون العمود أسفل الخط. في حالة الحرجة المتأخرة، يلامس العمود الخط. في حالة فوق الحرجة المتأخرة، يكون الجزء المتأخر من العمود أعلى الخط. في حالة الحرجة الفورية، يكون الجزء المتأخر أعلى الخط تمامًا، بينما يلامس الجزء الفوري العمود. في حالة فوق الحرجة الفورية، يكون الجزء المتأخر أعلى الخط تمامًا، بينما يمتد الجزء الفوري جزئيًا فوق الخط.
التمثيل البياني للحالات الحرجة المتأخرة والفورية وفوق الحرجة

الأسلحة البيئية

تتطلب أسلحة الانشطار النووي كتلة من الوقود الانشطاري تكون فوق الحرجة فورًا. بالنسبة لكتلة معينة من المادة الانشطارية، يمكن زيادة قيمة ثابت معدل التفاعل ( k) بزيادة الكثافة. وبما أن احتمال اصطدام النيوترون بالنواة لكل مسافة يقطعها يتناسب طرديًا مع كثافة المادة، فإن زيادة كثافة المادة الانشطارية تزيد من قيمة k . يُستخدم هذا المفهوم في طريقة الانفجار الداخلي للأسلحة النووية. في هذه الأجهزة، يبدأ التفاعل النووي المتسلسل بعد زيادة كثافة المادة الانشطارية باستخدام متفجر تقليدي.

في سلاح الانشطار من نوع المدفع ، تُقرّب كتلتان دون حرجتين من الوقود بسرعة. قيمة ثابت معدل التفاعل ( k) لمجموعة الكتلتين أكبر دائمًا من قيمة ثابت معدل التفاعل لكل منهما على حدة. يعتمد مقدار الفرق على المسافة، بالإضافة إلى الوضع الفيزيائي. يمكن أيضًا زيادة قيمة ثابت معدل التفاعل (k) باستخدام عاكس نيوتروني يحيط بالمادة الانشطارية.

بمجرد أن تصل كتلة الوقود إلى حالة فوق الحرجة، تزداد القدرة بشكل أُسّي. مع ذلك، لا يمكن أن يستمر هذا التزايد الأُسّي في القدرة لفترة طويلة، إذ ينخفض ​​معدل التفاعل (k) مع انخفاض كمية المادة الانشطارية المتبقية (أي استهلاكها في الانشطارات). كما يُتوقع أن يتغير شكل وكثافة المادة الانشطارية المتبقية أثناء الانفجار، نظرًا لتمزقها بفعل الانفجار.

التفجير المسبق

إذا لم يتم تقريب قطعتين من مادة دون حرجة بالسرعة الكافية، فقد يحدث انفجار نووي مبكر، حيث يؤدي انفجار أصغر من المتوقع إلى تفتيت معظم المادة. انظر: فشل الاختبار النووي .

يتضمن تفجير سلاح نووي تحويل المادة الانشطارية إلى حالتها فوق الحرجة المثلى بسرعة فائقة (حوالي ميكروثانية واحدة ، أو جزء من مليون من الثانية). خلال جزء من هذه العملية، تكون المجموعة فوق الحرجة، ولكنها لم تصل بعد إلى الحالة المثلى لحدوث تفاعل متسلسل. يمكن للنيوترونات الحرة، وخاصة الناتجة عن الانشطارات التلقائية ، أن تتسبب في خضوع الجهاز لتفاعل متسلسل تمهيدي يدمر المادة الانشطارية قبل أن تكون جاهزة لإحداث انفجار كبير، وهو ما يُعرف بالتفجير المسبق . [ 20 ]

للحفاظ على احتمالية الانفجار المبكر منخفضة، يتم تقليل مدة فترة التجميع غير المثلى إلى أدنى حد، وتُستخدم مواد انشطارية وغيرها من المواد ذات معدلات انشطار تلقائي منخفضة. في الواقع، يجب أن يكون مزيج المواد بحيث يكون من غير المرجح حدوث أي انشطار تلقائي خلال فترة التجميع فوق الحرج. على وجه الخصوص، لا يمكن استخدام طريقة المدفع مع البلوتونيوم.

محطات الطاقة النووية والتحكم في التفاعلات المتسلسلة

تؤدي التفاعلات المتسلسلة بطبيعتها إلى معدلات تفاعل تتزايد (أو تتناقص) بشكل أُسّي ، بينما يحتاج مفاعل الطاقة النووية إلى الحفاظ على معدل التفاعل ثابتًا نسبيًا. وللحفاظ على هذا التحكم، يجب أن يكون للتفاعل المتسلسل الحرج نطاق زمني بطيء بما يكفي للسماح بتدخل عوامل إضافية، مثل قضبان التحكم الميكانيكية أو التمدد الحراري. ونتيجة لذلك، تعتمد جميع مفاعلات الطاقة النووية (حتى مفاعلات النيوترونات السريعة ) على النيوترونات المتأخرة لتحقيق حرجيتها. يتذبذب مفاعل الطاقة النووية العامل بين كونه دون الحرج بقليل وفوق الحرج المتأخر بقليل، ولكنه يجب أن يبقى دائمًا دون الحرج الفوري.

يستحيل أن تشهد محطة طاقة نووية تفاعلاً نووياً متسلسلاً ينتج عنه انفجار بقوة تضاهي قوة سلاح نووي، ولكن حتى الانفجارات منخفضة الطاقة الناتجة عن تفاعلات متسلسلة غير منضبطة (والتي تُعتبر بمثابة "فشل" في القنبلة) قد تُسبب أضراراً جسيمة وانصهاراً في المفاعل . على سبيل المثال، تضمنت كارثة تشيرنوبيل تفاعلاً متسلسلاً متسارعاً، ولكن النتيجة كانت انفجاراً بخارياً منخفض الطاقة ناتجاً عن انبعاث حرارة ضئيل نسبياً، مقارنةً بالقنبلة. ومع ذلك، فقد دُمّر مجمع المفاعل بفعل الحرارة المتولدة، فضلاً عن الاحتراق الطبيعي للجرافيت المُعرّض للهواء. [ 18 ] تُعدّ مثل هذه الانفجارات البخارية نموذجية لتجمع المواد المتناثرة للغاية في المفاعل النووي، حتى في أسوأ الظروف.

يمكن اتخاذ خطوات أخرى لتعزيز السلامة أيضًا. على سبيل المثال، تشترط محطات الطاقة المرخصة في الولايات المتحدة معامل فراغ سالب للتفاعلية: فإذا أُزيل سائل التبريد من قلب المفاعل، يجب أن يميل التفاعل النووي نحو التوقف، لا نحو الازدياد. وهذا يُلغي احتمال وقوع حادثة من نوع حادثة تشيرنوبيل (التي نتجت عن معامل فراغ موجب ). مع ذلك، لا تزال المفاعلات النووية قادرة على إحداث انفجارات كيميائية صغيرة حتى بعد إيقافها تمامًا، كما حدث في كارثة فوكوشيما دايتشي النووية . في مثل هذه الحالات، قد تتسبب حرارة الاضمحلال المتبقية من قلب المفاعل في ارتفاع درجات الحرارة إذا انقطع تدفق سائل التبريد، حتى بعد يوم من إيقاف التفاعل المتسلسل . قد يؤدي هذا إلى تفاعل كيميائي بين الماء والوقود ينتج عنه غاز الهيدروجين، الذي قد ينفجر بعد اختلاطه بالهواء، مع عواقب تلوث خطيرة، إذ قد تظل مادة قضبان الوقود مُعرضة للغلاف الجوي نتيجة لهذه العملية. مع ذلك، لا تحدث مثل هذه الانفجارات أثناء التفاعل المتسلسل، بل نتيجة للطاقة الناتجة عن اضمحلال بيتا الإشعاعي، بعد توقف التفاعل المتسلسل للانشطار.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "انظر إلى محاضرة نوبل لعام 1956 لمعرفة تاريخ التفاعل المتسلسل في الكيمياء" .
  2. ↑ جوجاليكار، أشوتوش. "طريق ليو زيل ، إشارة مرور وشريحة من التاريخ النووي" . مجلة ساينتفك أمريكان . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يناير 2016 . 
  3. ↑ ل. زيلارد، "تحسينات في أو متعلقة بتحويل العناصر الكيميائية"، براءة اختراع بريطانية رقم: GB630726 (تاريخ الإيداع: 28 يونيو 1934؛ تاريخ النشر: 30 مارس 1936). esp@cenet عرض المستند
  4. ↑ ليز مايتنر: أوتو هان - مكتشف الانشطار النووي. في: Forscher und Wissenschaftler im heutigen Europe. Stalling Verlag، أولدنبورغ/هامبورغ 1955.
  5. ↑ ليز مايتنر و أو آر فريش ، " تفكك اليورانيوم بواسطة النيوترونات: نوع جديد من التفاعلات النووية "، مجلة نيتشر 143 ، 3615 (11 فبراير 1939): 239، رمز Bibcode : 1939Natur.143..239M ، doi : 10.1038/143239a0 ؛ أو آر فريش ، " دليل مادي على انقسام النوى الثقيلة تحت تأثير قصف النيوترونات "، مجلة نيتشر 143 ، 3616 (18 فبراير 1939): 276، doi : 10.1038/143276a0 . تاريخ نشر الورقة البحثية هو 16 يناير 1939. تم تحديد مايتنر على أنها تعمل في المعهد الفيزيائي، أكاديمية العلوم، ستوكهولم. تم تحديد فريش على أنه يعمل في معهد الفيزياء النظرية بجامعة كوبنهاغن.
  6. ^ هان، أو. ستراسمان ، ف. (فبراير 1939). "Nachweis der Entstehung activator Bariumisotope aus Uran und Thorium durch Neutronenbestrahlung; Nachweis weiterer aktiver Bruchstücke bei der Uranspaltung". ناتورويسنشافتن . 27 (6): 89– 95. بيب كود : 1939NW .....27...89H . دوى : 10.1007/BF01488988 . S2CID 33512939 . 
  7. ^ H. von Halban، F. Joliot and L. Kowarski، طبيعة 143 (1939) 470 و 680.
  8. ^ بن جبار، أندريه (2000). التاريخ السري للقنبلة الذرية الفرنسية (بالفرنسية). باريس: شيرشي ميدي. رقم ISBN 978-2-862-74794-1. OCLC 45842105 . 
  9. ↑ أندرسون، إتش إل ؛ فيرمي، إي؛ سيلارد، ليو (1 أغسطس 1939). "إنتاج وامتصاص النيوترونات في اليورانيوم" (ملف PDF) . مجلة Physical Review . 56 (3): 284-286 . Bibcode : 1939PhRv...56..284A . doi : 10.1103/PhysRev.56.284 .
  10. ↑ لانويت، ويليام؛ سيلارد، بيلا (1992). عبقرية في الظلال: سيرة ليو سيلارد: الرجل وراء القنبلة . نيويورك: تشارلز سكريبنر وأولاده. ص 199، 202. ISBN  978-0-684-19011-2.
  11. ↑ بيركويتز، سيدني (28 مارس 2023). "استكشاف العالم النووي: حياة وعلم جيرترود شارف-غولدهابر" . عالم الفيزياء . تم الاسترجاع في 19 مايو 2026 .
  12. ↑ هول، جاك (1997). مختبر أرغون الوطني، 1946-1996 . مطبعة جامعة إلينوي . ISBN 978-0-252-02341-5.
  13. ↑ أوكلو: المفاعلات النووية الطبيعية - صحيفة حقائق مؤرشفة بتاريخ 20 أكتوبر 2008 في أرشيف الإنترنت
  14. ↑ "نظرة عامة على دورة الوقود النووي - الرابطة النووية العالمية" . www.world-nuclear.org . تاريخ الاسترجاع: 18 مارس 2020 .
  15. ↑ "شرح الطاقة النووية - إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA)" . www.eia.gov . تاريخ الاسترجاع: 18 مارس 2020 .
  16. ↑ "البلوتونيوم - الرابطة النووية العالمية" . www.world-nuclear.org . تاريخ الاسترجاع: 18 مارس 2020 .
  17. 1 2 3 4 5 دودرشتات، جيمس؛ هاميلتون، لويس (1976). تحليل المفاعلات النووية . جون وايلي وأولاده، المحدودة . ISBN 978-0-471-22363-4.
  18. 1 2 3 لامارش، جون؛ باراتا، أنتوني (2001). مقدمة في الهندسة النووية . برنتيس هول. ISBN 978-0-201-82498-8.
  19. ↑ تالامو، أ.؛ جوهر، ي. (2010). التحليلات الحتمية وتحليلات مونت كارلو لمجموعة يالينا الحرارية دون الحرجة (تقرير فني). مختبر أرغون الوطني. doi : 10.2172/991100 . OSTI 991100 . 
  20. ↑ كاري سوبليت (20 فبراير 1999). "4.1.5.3 التفجير المسبق" . 4. هندسة وتصميم الأسلحة النووية: 4.1 عناصر تصميم سلاح الانشطار . تم الاطلاع عليه في 29 يونيو 2014 .