189
4.12. İSTİLİK NÜVƏ REAKSİYASI
İki nüvənin birləşməsi (sintezi) üçün onlar eyni işarəli yükə malik
nüvələr arasındakı Kulon itələmə qüvvələrini dəf edib nüvə
qüvvələrinin təsir məsafəsinə qədər (
10
m) yaxınlaşmalıdır.
Bunun üçün nüvələr çox böyük kinetik enerjiyə malik olmalıdır.
Nüvələrin həmin enerjini alması üçün sintez reaksiyası çox yüksək temperaturda
(
10 10 K) aparılmalıdır, çünki temperaturun kəskin artması nüvələrin sürət və kinetik
enerjisinin də kəskin artmasına səbəb olur.
Çox yüksək temperaturlarda gedən yüngül nüvələrin birləşmə (sintez) reaksiyası
istilik
nüvə reaksiyası adlanır.
Araşdırmalardan müəyyən edilmişdir ki, Günəş və digər ulduzların daxilində əsas etibarilə
aşağıdakı sintez nüvə reaksiyaları gedir:
He + He → He + 2 H; H + H → He və s.
Günəş və digər ulduzlar – öz-özünə idarəedilən təbii istilik nüvə “reaktorları”dır.
İdarəedilməyən istilik nüvə reaksiyası
hidrogen bombasının partladılması ilə əldə edil-
mişdir. Bombanın partlayıcı başlığını litium-deyterium qarışığından ibarət
LiD adlanan
maddə təşkil edir. Alışdırıcı (detonator) kimi atom bombasından istifadə olunur. Əvvəlcə
hidrogen bombasının daxilində atom bombası partladılır. Nəticədə temperatur kəskin artır
və güclü neytron seli yaranır. Neytronların litium izotopu ilə birləşmə reaksiyası baş verir.
Sintez nüvə reaksiyasından helium və tritium nüvələri yaranır:
n + Li → He + H.
Deyterium və litium nüvələrinin yüksək temperaturda neytronla birləşməsindən idarəedil-
məyən istilik nüvə reaksiyası baş verir – külli miqdarda enerji ayrılır və hidrogen bombası
partlayır.
Ağır radioaktiv nüvələrin zəncir-
varı bölünmə reaksiyası əsasında
işləyən AES-in istilik elektrik stan-
siyasından iki mühüm üstünlüyü
vardır: ekoloji baxımdan nisbətən
təmizdir və az yanacaq sərf etmək-
lə çox böyük miqdarda enerji isteh-
sal edir. Lakin bununla yanaşı,
AES bəşəriyyəti iki ciddi problem
qarşısında qoyur: birincisi, nüvə
yanacağı (əsasən, uran və torium)
Yer qabığı kütləsinin çox cüzi
hissəsini – cəmi (
3
8) ∙ 10 %
təşkil edir və onun əldə olunması
getdikcə çətinləşir. İkincisi, bütün
dünyada fasiləsiz artan radioaktiv
yanacaq tullantısının harada təhlü-
kəsiz saxlanılması problemi.
Ağır nüvələrin bölünmə reaksiyasını
əvəz edən elə nüvə reaksiyaları varmı ki,
AES-in üstünlüklərini saxlamaqla onun
çatışmayan cəhətlərini aradan qaldır-
sın?
Belə səmərəli yanacaq nə ola bilər?
• KEÇDİKLƏRİNİZİ XATIRLAYIN •
Fizika – 9
LAYİHƏ
190
Çox yüngül nüvələrin sintez (birləşmə) reaksiyaları ağır nüvələrin bölünmə reaksi-
yasının üstünlüklərini saxlamaqla onun çatışmayan cəhətlərini aradan qaldıra bilər.
Nüvələrin sintez reaksiyaları ifrat yüksək temperaturlarda (
≈ 10 ??????) baş verir və bu
zaman ayrılan çox böyük miqdarda enerji hesabına reaksiya öz-özünə davam edir.
İstilik
nüvə reaksiyası adlandırılan belə reaksiyalarda külli miqdarda enerji ayrılmasının səbəbi
nüvələrin bölünmə reaksiyalarında olduğu kimidir. Belə ki, reaksiyanın məhsulu olan
nüvələrin xüsusi rabitə enerjisi sintez olunan nüvələrin uyğun enerjisindən böyükdür.
Sintez olunan iki yüngül nüvənin kütlələri cəmi, reaksiya məhsulu olan nüvələrin
kütlələri cəmindən böyük olduğundan yaranan kütlə defekti reaksiya nəticəsində külli
miqdarda enerji ayrılmasına səbəb olur:
∆?????? = (?????? − ?????? ) ∙ 931,5 ??????????????????
düsturuna əsasən
.
İstilik nüvə reaksiyaları təbiətdə yalnız ulduz və Günəş nüvəsində baş verir. Belə
reaksiyaları Yer şəraitində həyata keçirmək üçünsə maddəni ya nüvə partlayışı ilə,
ya güclü qaz boşalması ilə, ya nəhəng lazer şüalanması ilə, ya da sürətləndirilmiş
zərrəciklərlə bombardman etmək lazımdır. İdarəolunan nüvə sintez reaksiyası
üçünsə
istilik nüvə reaktoru tələb olunur. İstilik nüvə reaktorunda aşağıdakı nüvə
sintez reaksiyalarının həyata keçirilməsi ehtimal oluna bilər:
?????? + ?????? → ???????????? + ?????? + 3,27 ??????????????????, (1)
?????? + ?????? → ?????? + ?????? + 4,03 ??????????????????, (2)
?????? + ?????? → ???????????? + 2 ?????? + 11,53 ??????????????????, (3)
?????? + ?????? → ???????????? + ?????? + 17,59 ??????????????????. (4)
Göründüyü kimi, (4) reaksiyası enerji ayrılması baxımından daha sərfəlidir, çünki
nüvələrin bu sintez reaksiyasında ayrılan enerjinin hər nuklona düşən miqdarı
3,5 ??????????????????-dir. Halbuki uran nüvəsinin bölünməsi zamanı ayrılan enerjinin hər nuk-
lona düşən miqdarı cəmi
1 ??????????????????-dir.
Əgər istilik nüvə reaktoru yaratmaq mümkün olsa idi, o, AES-dən bəzi üstünlük-
ləri ilə fərqlənərdi. Bu üstünlüklər:
1) çox böyük miqdarda enerji
istehsal etməsindən ibarətdir;
2) Yerdə nüvə sintez reaksiyasının əsas “yanacağı” olan deyteriumun (
??????
) miq-
darının, demək olar, sonsuz olmasından ibarətdir. Belə ki, deyteriumun mənbəyini
Dünya okeanı təşkil edir. Tritiumu isə reaktorun özündə litiumun neytronla qarşılıqlı
təsirindən almaq mümkündür:
???????????? + ?????? → ???????????? + ??????;
Hansı reaksiya nəticəsində bir nuklona düşən rabitə enerjisi daha böyükdür: iki
yüngül nüvənin sintez, yoxsa bir ağır nüvənin bölünmə reaksiyasında?
Məsələ 1.
Ən sadə nüvələrin sintez reaksiyası iki deyterium nüvəsinin heliuma çevrilmə
reaksiyasıdır:
?????? + ?????? → ????????????.
Reaksiya nəticəsində ayrılan enerjinin hər nuklona düşən miqdarını təyin edin. Bu enerjini
uran nüvəsinin bölünmə reaksiyasında yaranan uyğun enerjinin qiyməti ilə müqayisə edin.
Nəticənin müzakirəsi:
Hansı reaksiyada ayrılan enerjinin bir nuklona düşən miqdarı daha böyükdür: iki yüngül
nüvənin sintezində, yoxsa bir uran nüvəsinin bölünməsində? Niyə?
ARAŞDIRMA
1
LAYİHƏ