Δευτέρα, 05 Μαρτίου 2012 01:52

πυρηνική σχάση

Written by
Rate this item
(0 votes)
πυρηνική σχάση (Πυρ. Φυσ.). Το φαινόμενο της διάσπασης ενός ασταθούς πυρήνα βαρέων στοιχείων (δηλαδή υψηλού ατομικού αριθμού) σε δύο μέρη (σπανιότερα περισσότερα) των οποίων οι μάζες είναι της ίδιας τάξης μεγέθους· κατά το φαινόμενο, αντί για σωμάτια α ή β, εκπέμπονται ηλεκτρόνια, νετρόνια, ακτίνες γ και –σπανιότερα– μικρά φορτισμένα πυρηνικά θραύσματα. Το 1932 ο Τζέιμς Τσάντγουικ (βλ. λ.) ανακάλυψε το νετρόνιο και δύο χρόνια αργότερα ο Ενρίκο Φέρμι (βλ. λ.) είχε την ιδέα να βομβαρδίσει με το σωμάτιο αυτό βαρέα στοιχεία, ιδιαίτερα το ουράνιο (Ζ = 92), με την πρόθεση να πετύχει ακόμα βαρύτερους πυρήνες. Ο Ότο Χαν και η συνεργάτης του Λίζε Μάιτνερ προσπάθησαν να διαχωρίσουν με χημικά μέσα τους πυρήνες των στοιχείων που σχηματίστηκαν με τον τρόπο αυτό και κατόρθωσαν να διακρίνουν περίπου είκοσι από αυτά. Ακολούθως, το 1939, ο Χαν και ο Φριτς Στράσμαν ανακάλυψαν το φαινόμενο της σχάσης. Παρατήρησαν ότι η ακτινοβολία που προέκυπτε κατά τον βομβαρδισμό ενός από τους ραδιενεργούς πυρήνες με νετρόνια δεν ήταν αυτή κάποιου γνωστού νουκλιδίου. Με χημική ανάλυση οδηγήθηκαν στο συμπέρασμα ότι είχαν ανακαλύψει ένα ραδιενεργό ισότοπο του βαρίου (Ζ = 56). Η ερμηνεία του φαινομένου είναι ότι ο πυρήνας του ουρανίου διασπάστηκε σε δύο μέρη με συγκρίσιμες μάζες, τα λεγόμενα θραύσματα σχάσης.
Η Μάιτνερ και ο Στράσμαν ήταν αυτοί που έδωσαν την παραπάνω εξήγηση και απέδειξαν την τεράστια ποσότητα ενέργειας που εκλύεται κατά τη σχάση.
Η σχάση αυτή ερμηνεύεται ποιοτικά αν θεωρήσουμε τον ατομικό πυρήνα σύμφωνα με το πρότυπο της υγρής σταγόνας που διατύπωσε ο Νιλς Μπορ. Κατά το πρότυπο αυτό, κάθε πυρήνας συμπεριφέρεται σαν μια σταγόνα ρευστού με ηλεκτρικό φορτίο, η οποία μπορεί να διαχωριστεί όταν υφίσταται δυνάμεις ανώτερες των ενδομοριακών δυνάμεων που την κρατούν ενωμένη. Μπορούμε συνεπώς να περιγράψουμε τη σχάση κατά τον ακόλουθο τρόπο: όταν ένας πυρήνας συλλάβει με βομβαρδισμό ένα νετρόνιο, παραμορφώνεται και παίρνει επίμηκες σχήμα· διαδοχικές και βίαιες ταλαντώσεις που οφείλονται στο πλεόνασμα ενέργειας τον οδηγούν σε κατάσταση αστάθειας. Οι δυνάμεις της ηλεκτροστατικής άπωσης μεταξύ των πρωτονίων του πυρήνα τείνουν να δημιουργήσουν στην κεντρική ζώνη μια στένωση (λαιμός), η οποία σιγά-σιγά εκτείνεται, λόγω της ηλεκτρικής άπωσης, ώσπου ο πυρήνας να διαχωριστεί σε δύο μικρότερα τεμάχια (βλ. σχήμα). Η ενέργεια που κρατούσε ενωμένα τα σωμάτια στον πυρήνα και προέκυπτε από την ισορροπία μεταξύ των ελκτικών πυρηνικών δυνάμεων, που είναι πάρα πολύ ισχυρές σε μικρή απόσταση, και των ηλεκτροστατικών απωστικών δυνάμεων μεταξύ των πρωτονίων, ελαττώνεται με την αύξηση της ακτίνας του πυρήνα ώσπου να φτάσει τιμές (στην ακραία περιοχή του περιοδικού συστήματος) για τις οποίες οι πυρήνες δεν είναι πλέον σταθεροί και μπορούν να διασπαστούν αυτόματα.
Η μάζα ενός πυρήνα στην ακραία περιοχή του περιοδικού συστήματος, σύμφωνα με την εξίσωση του Αϊνστάιν, θα είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα των δύο πυρήνων και των νετρονίων που σχηματίζονται από τη σχάση: αυτή η διαφορά μάζας μετατρέπεται σε μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας.
Γενικά, τα τεμάχια που σχηματίζονται είναι ραδιενεργά, γιατί περιέχουν ένα περίσσευμα ηλεκτρονίων· ύστερα από διάφορες διαδικασίες μετάπτωσης μετασχηματίζονται σε ευσταθή προϊόντα. Κατά τη σχάση έχουμε, συνήθως, εκπομπή δύο ή τριών ελεύθερων νετρονίων, τα οποία, σε ορισμένες συνθήκες, μπορούν να οδηγήσουν σε νέες σχάσεις, δηλαδή σε ένα αυτοσυντηρούμενο φαινόμενο. Το φαινόμενο αυτό είναι η βάση της λειτουργίας των πυρηνικών αντιδραστήρων και της βόμβας Α. Τα νετρόνια, όμως, που παράγονται από τη σχάση, είναι συνήθως ταχύτατα, ενώ οι βαρείς πυρήνες (για παράδειγμα, ουράνιο 235, πλουτώνιο 239) είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι στα αργά νετρόνια ως προς το ενδεχόμενο παραγωγής νέων σχάσεων: αυτό υποχρεώνει να χρησιμοποιούνται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες κατάλληλες ουσίες, που έχουν την ιδιότητα να επιβραδύνουν τα ταχέα νετρόνια, δηλαδή να τους αφαιρούν ενέργεια.
Read 329 times

Leave a comment

Make sure you enter all the required information, indicated by an asterisk (*). HTML code is not allowed.