Fisio
En lapartikla fiziko,lafisio(ankaŭ nomatakernofendadoaŭnuklea fendiĝo) estas fizika reago en kiuatomkernofendiĝas en pli malgrandajn nukleojn dum elsendado de neŭtronoj. Ĉi tiu fenomeno okazas en la kernoj de pezaj elementoj kaj estas akompanata de liberigo de multe da energio, kiu estas elsendita en formo dekineta energiode la fisiaj produktoj kajgamaradioj.La procezo povas estasspontaneaĉe kelkajizotopoj,sed tio estas escepto.
Ĝenerale, la fisio estas okazigita pernuklea reakcio,en kiu unufisieblanukleo estas bombardata perneŭtronoj.Se la energio estas adekvata, la nukleo absorbas la neŭtronon, kaj post malstabila stato, ĝi fendiĝas, kaj la rezulto estas la kreado de du aŭ tri pli malgrandaj kernoj, plus la elsendo de aliajradiadoj,ĉefe pliaj neŭtronoj kajgama-radiado.Ankaŭ produktiĝas granda kvanto daenergio,kio klarigas ĝian uzon enatomcentralojaŭ enarmiloj(vidu artikolonatomeksplodo).
En la tipa procezo de fisio, la nombro da elirintaj neŭtronoj estas egala aŭ pli granda ol tiuj produktintaj la unuan reakcion, kio permesas la daŭrigo de la procezo. Oni tiam parolas priĉenreakcio.
La rezultantaj kernoj, aŭfisiproduktoj,havas eksceson de neŭtronoj, kaj do estasradioaktivaj.Ili konsistigas parton de lareziduode la atomcentraloj.
Tipa ekzemplo de tiu reakcio estas jena:
Neŭtrono +235U → fisiproduktoj + pliaj neŭtronoj + energio
Aliajnuklidojkiuj suferas fision estas238U kaj izotopoj deplutoniokajtorio.
Mekanismo
[redakti|redakti fonton]Fisio povas okazi sen neŭtronbombado kiel speco deradiaktiva disfalo.Tiu speco de fisio (nomitaspontanea fisio) estas malofta krom en kelkaj pezajizotopoj.En realigitaj atomaparatoj, esence fisio okazas kiel "nuklea reago" - bombad-movita procezo kiu rezultas de la kolizio de du subatomaj partikloj. En nukleaj reagoj, subatoma partiklo kolizias kun atomkerno kaj kaŭzas ŝanĝojn al ĝi. Nukleaj reagoj estas tiel movitaj per la mekaniko de bombado, ne preter la relative konstanta eksponenta atomdisfalo kaj duoniĝotempo karakterizaĵo de spontaneaj radioaktivaj procezoj.
Multaj specoj denukleaj reagojestas nuntempe konataj. Fisio devias grave de aliaj specoj de nukleaj reagoj, en tio ke ĝi povas esti plifortigita kaj foje kontrolita per atomĉenreakcio (unu speco de ĝenerala ĉenreakcio). En tia reago, liberajneŭtronojliberigitaj per ĉiu fisiokazaĵo ankoraŭ povas ekigi pli da okazaĵoj, kiuj en victurno liberigas pli da neŭtronoj kaj kaŭzas pli da fisioj.
La kemia elemento izotopoj kiuj povas daŭrigi fisian ĉenreakcion estas nomitaj nukleaj fueloj, kaj laŭdire estas fendeblaj. La plej oftaj nukleaj fueloj estas 235U (la izotopo deuraniokun atompezo de 235 kaj de uzo ennukleaj reaktoroj) kaj 239Pu (la izotopo deplutoniokun atompezo de 239). Tiuj fueloj krevas dise en dumodalan vicon da kemiaj elementoj kun atompezcentrado proksime de 95 kaj 135 u (fisiproduktoj). La plej multaj nukleaj fueloj spertas spontanean fision nur tre malrapide, kadukiĝante anstataŭe plejparte per alfa-beta disfala vico dum periodoj dejarmilojaleonoj.En nuklea rektoro aŭ atombombo, la superforta plimulto de fisiokazaĵoj estas okazigita per bombado kun alia partiklo, neŭtrono, kiu estas sinproduktita per antaŭaj fisiokazaĵoj.
Fisioj en fendeblaj fueloj estas la rezulto de laatomenergioproduktita kiam fendebla nukleo kaptas neŭtronon. Tiu energio, rezultiĝante el la neŭtronasimilado, estas rezulto de la alloga nuklea forto aganta inter la neŭtrono kajnukleo.Ĝi estas sufiĉe por misformi la nukleon en duoble-loba "guton", ĝis la punkto ke atomfragmentoj superas la distancojn ĉe kiuj la nuklea forto povas teni du grupojn de ŝarĝitaj nukleonoj kune kaj, kiam tio okazas, la du fragmentoj kompletigas sian apartigon kaj tiam estas movitaj pli malproksime dise per siaj reciproke fiaj pagendaĵoj, en procezo kiu iĝas nemaligebla kun pli granda distanco. Simila procezo okazas en fisieblaj izotopoj (kiel ekzemple urani-granda), sed por fisio, tiuj izotopoj postulas kroman energion disponigitan per rapidaj neŭtronoj (kiel ekzemple tiuj produktitaj per fuzio en termonukleaj armiloj).
La likvaĵa gutmodelo de la atomkerno antaŭdiras egal-grandajn fisiproduktojn kiel rezulto de atomdeformado. La pli sofistika atomŝelmodelo estas necesa por mekanike klarigi la itineron al la pli energie favora rezulto, en kiu unu fisiprodukto estas iomete pli malgranda ol la alia. Teorio de la fisio bazita sur ŝelmodelo estis formulita fare deMaria Goeppert Mayer.
La plej ofta fisioprocezo estas binara fisio, kaj ĝi produktas la fisiproduktojn supre, ĉe 95±15 kaj 135±15 u. Tamen, la binara procezo okazas simple ĉar ĝi estas la plej verŝajna. En ie ajn de 2 ĝis 4 fisioj per 1000 en nuklea rektoro, procezo de ternara fisio produktas tri pozitive ŝargitajn fragmentojn (kaj plie neŭtronoj) kaj la plej malgranda el tiuj povas gami de tiom eta aĵo kielprotono(Z 1), ĝis same granda fragmento kielargono(Z 18). La plej oftaj malgrandaj fragmentoj, aliflanke, estas kunmetitaj de 90% nukleoj deheliumokun pli da energio ol alfa-partikloj de alfa-kadukiĝo (tielnomitaj "longdistancaj alfaoj" ĉe 16 MeV), kaj plie heliumnukleoj, kaj tritonoj (la nukleoj eltricio). La ternara procezo estas malpli ofta, sed daŭre finas produkti signifan helium-trician gasamasiĝon en la fuelstangoj de modernaj nukleaj reaktoroj.
Historio
[redakti|redakti fonton]
La procezo de fisio estis renkontita plurfoje dum la esploroj prikernenergiodum la tridekaj jaroj de la 20-a jarcento, sed ili ne estis ĝuste interpretitaj ĝis1939,fare deOtto Hahn,Fritz Strassmannkaj aliaj enBerlino.Fisio de pezaj elementoj estis malkovrita precize la 17-an de decembro 1938 fare de germana Otto Hahn kaj lia asistanto Fritz Strassmann, kaj klarigita teorie en januaro 1939 fare deLise Meitnerkaj ŝia nevoOtto Robert Frisch.Frisch nomis la procezon de analogeco kun biologia fisio de vivantajĉeloj.Ĝi estas eksoterma reago kiu povas liberigi grandajn kvantojn deenergiokaj same elektromagnetan ondon kaj kiel kineta energio de la fragmentoj (varmigante la grocan materialon kie fisio okazas). En ordo por fisio por produkti energion, la totala ligoenergio de la rezultaj elementoj devas esti malpli negativa (pli alta energio) ol tiu de la startelemento.
Tre baldaŭ sekvis diversaj aliaj esploroj, kaj estis agnoskita la ebleco ĝin uzi por diversaj aplikoj, inter ili militaj. EnUsono,Enrico Fermigvidis la konstruon de la unuaatomreaktoro.Spontanea fisioestis malkovrita en 1940 fare de Fljorov, Petrĵak kaj Kurĉatov en Moskvo, kiam ili decidis konfirmi ke, sen bombado de neŭtronoj, la fisiofteco de uranio estis efektive nekonsiderinda, kiel antaŭdirite de Niels Bohr; fakte ĝi ne estis.
Malmultaj jaroj poste eksplodis la unuaatombombo,bazita en la fenomeno (A-bombo: oni ne konfuzu ĝin kun la H-bombo, bazita en la procezo defuzio).
Nuklea fisio, aŭ pli ĝuste, nuklea fisiaĉenreakcio,estas la bazo por funkciado denuklea rektoro,en kiu nuklea fisio estas farita en malrapida kaj kontrolita maniero, kaj deatombombo,en kiu nuklea fisio estas farita pleje rapide. Bomboj de tiu tipo estis ĵetitaj surJapanio,Hiroŝimo kaj Nagasakoĉe la fino deDua Mondmilitofare deUsono.En la1950-aj jarojkomenciĝis la paca uzo de la fisio, kaj la konstruado de la unuajatomcentraloj.
Atombomboj
[redakti|redakti fonton]
Pli detalaj informoj troveblas en artikoloAtombombo.
Atombomboaŭnuklea bomboestasbombofunkcianta per laenergioproduktita de la fisio aŭfuziodeatomajkernoj,t.e. dekernenergio(aŭ:nuklea energioaŭatom-energio). La ĝusta nomo devus estinuklea bombo,ĉar fakte la energio estas originata en procezoj en la nukleo de la atomoj (atomkernoj), kaj ne en la atomo kiel tuto. La uzo estas malsama laŭ lingvoj, kaj en Esperanto la nomo atombombo pli enradikiĝis en nefaka literaturo. Kelkfoje la vortoatombomboestas uzata nur por la armiloj kiuj uzas la nuklean fision, la t.n.A-bomboj,dum tiuj uzantaj la fuzion ricevas la nomonH-bomboj(hidrogenaj bomboj). La granda detrukapablo de la atomarmiloj estas produktata de la liberigo de energio, ĉefe meĥanika (pro la eksplodo) aŭ terma. La elsendo dejoniga radiadoestas sekundara, kvankam ĝi havas longdaŭrajn efikojn.
La unua atombombo estis konstruita deUsonodum laDua mondmilito.Kiam estis malkovrita lanuklea fisio,en1939,la sciencistoj rimarkis, ke ĝi ebligis la militan uzon. La milita situacio, kaj la timo, ke lanaziareĝimo enGermaniopovus disvolvi la armilon antaŭe, okazigis la sisteman esploron, per la kreado de laProjekto Manhattan.La unuan bombon oni testeksplodigisla16-an de julio1945je la kvina kaj duono en ladezertodeAlamogordoenNov-Meksiko.Nur kelkajn horojn, post kiam evidentiĝis, ke "la bombo funkciis", la usonakrozoŝipoUSS Indianapolis forlasis la havenon deSan-Francisko.Ĝia celo estis la insulo Tinian en laPacifiko.En ĝia ŝipkelo troviĝis "Little Boy", la urania bombo, kiu la6-an de aŭgusto1945detruosHiroŝimon.
Pli detalaj informoj troveblas en artikoloAtoma bombado de Hiroŝima kaj Nagasaki.Ĝis nun nur unuŝtatofaligis atombombon kontraŭ loĝataj urboj. Tiu estisUsono,en1945,en la finaj tagoj de laDua mondmilito,kontraŭ lajapanajurbojHiroŝimo(la 6-an de aŭgustoje la okaj kaj kvarono), kajNagasako(la 9-an). Usono elektis uzi la bombojn por eviti eventualan invadon de la Japana ĉefinsulo, kaj la multcentoj da miloj da mortoj kiuj nepre sekvus.
Vidu ankaŭ
[redakti|redakti fonton]Notoj
[redakti|redakti fonton]Bibliografio
[redakti|redakti fonton]- DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory Volume 1 (PDF).U.S. Department of Energy.Januaro 1993. Arkivita el la originalo (PDF) en 2014-03-19. Alirita en 2012-01-03.
- DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory Volume 2 (PDF).U.S. Department of Energy. Januaro 1993. Arkivita el la originalo (PDF) en 2013-12-03. Alirita en 2012-01-03.
- Bulgac, Aurel; Jin, Shi; Stetcu, Ionel (2020)."Nuclear Fission Dynamics: Past, Present, Needs, and Future".Frontiers in Physics. 8: 63. arXiv:1912.00287. Bibcode:2020FrP.....8...63B. doi:10.3389/fphy.2020.00063.
