(nukleus nastavak)
Razbijanje jezgra i lančana reakcija
Transuranski elementi
ili transuran,
ime za radioaktivni, umjetno dobiveni kemijski element
koji slijedi periodički sistem elementa urana (atomski
broj 92). Ovdje pripadaju elemenati 93 do 103 sve do
akcinida. Tehnički važan elemet je plutonijum. O
postojanju super teških elemenata (114 i većih) još
postoji nedoumica.
Razbijena
materija, materija koji sadrži cjepiva atomska
jezgra (nuklide), a koji mogu postavljanjem u jedan
atomski reaktor održavati lančanu reakciju posredstvom
oslobađanja slobodnih neutrona. Nuklidi koji se
posredstvom termičkih neutrona (nije usporeno) mogu
razbiti, napr. su: 235U, 233 U i 239
U.
Prvi naimenovani nuklid javlja se sa 0,71% u
prirodnom uranu;obadva druga nuklida nastaju za vrijeme
lančane reakcije.
Šta
je lančana reakcija?
Lančana
reakcija nastupa kada jedan neutron iz jedne već razbijene
reakcije bude primljen od nekog drugog uranijumova jezgra.
Kada više od jednog neutrona prilikom razbijanja izazove
novo cjepanje, onda će se broj cjepanja vremenom povećati
i lančana reakcija će se završiti eksplozivno.
Ako broj eksplodirajućih jezgara svaku generaciju
utrostruči, onda kažemo da reakcija ima multiplikativni
faktor 3 (vidi figuru 'razbijanje atoma'). Što je veći
faktor umnožavanja, s'time mora da bude i veći blok
uranijuma; neutroni moraju da pogode uranijumovo jezgro
prije nego napuste masu.
Umnožavajući faktor je 1 ako je samo jedan neutron u
vrijeme reakcije razbijanja preuzet u jedno drugo
uranijevo jezgro. Ovo se naziva koncentrirana, ili
koncentrična, lančana reakcija. Koja je proizišla iz
kritične mase ili kritičnog volumena, to je ustvari
najmanja masa kod cijepanja materije, pri čemu razbijena
jezgra mogu sami sebe održavati u lančanoj reakciji.
Volumen komada URANA tako je mali da se većina neutrona
izgubi iz mase prije nego što dotaknu neko jezgro, slučaj je
da tada samo jedan neutron dotakne jezgro.
Uran ili uranijum
Uran
je kemijski elemenat, simbol U, atomski broj 92,
relativna atomska masa 238,029, tri prirodna,
radioaktivna izotopa: 234 U (poluvrijeme
starenja 235 000 godina), 235 U (710 000 000
godina) i 238 U (4.500 000 000 godina).
Uran je srebreno bijel, mekahan metal sa tačkom taljenja
1132°C; ima gustoću od 18 700 kg/m3.
Za upoređivanje; voda ima gustoću od 998 kg/m3,
a olovo 11900 kg/m3. Zemljina kora prema
procjeni ima 0,0004% urana. Nije tako rijedak, ali zbog
različitog pojavljivanja u više od 100 minerala moguće
je dobivati uran; uran 235 U daje se termički
odvajati (polako) u 238 U i 234 U
sa brzim neutronima. Kao razbijajuće (cjepajuće)
materije za energetske reaktore upotrebljavaju se
uranijevi spojevi (napr. UO2).
Nakon mljevenja rudače slijedi fizička koncentracija.
Pročišćavanje se obično čini izmjenom jona i
ekstrakcijom. Većinom se dobiveni metal, sa uranijevim
spojevima, postavlja u tetrafluorid (UF4) i
nakon toga se reducira.
Redukcija, reakcija prilikom koje se
preuzimaju elektroni. Za termičku produkciju u
reaktorima upotrebljivi tip je 235 U vrlo radišan
isotop čiji prirodni sadržaj možemo zaboraviti kroz
podjelu izotopa.
Kemijski posmatrano uran je dosta reaktivan. Na vazduhu
metal je prekriven sa jednim slojem oksida. Najvažniji
spojevi su oksidi (napr. UO2, U3O8)
i halogenidi ( napr. UF4 i UF6).
Poluvrijeme starenja, vrijeme u kojem se broj
atoma kod radioaktivnog raspada svodi na raspadanje do
polovine njegove prvobitne vrijednosti. Vrijeme starenja
za svako radioaktivno atomsko jezgro je jedna
karakteristična konstanta.
Ekstrakcija ili ekstrahacija, znači da se od
mješavine odvaja jedna ili više komponenti pomoću
sredstava za razređivanje.
Podjela izotopa je: podjela jedne prirodne mješavine
izotopa u zasebne izotope, da bi se primjenili za
oplemenjivanje urana i za pripremu teške vode.
Plutonijum
Plutonijum je umjetni radioaktivni kemijski
elemenat, simbol Pu, atomski broj 94; atomska težina 244,
radioaktivni izotopi do 246 Pu: 244Pu
244 Pu (instabilan); 232 Pu ima
najduže poluvrijeme starenja od svih radioaktivnih
elemenata (76 miliona godina). Tačka taljenja je 641°C; tačka vrenja 3232°C; relativna gustoća 19,8.
Plutonijum 239Pu, koji nastaje u atomskim
reaktorima ima poluvrijeme od 24.400 godina, najvažnoji
je element za razbijanje u atomskim reaktorima.
Plutonijevi spojevi kao PuO2 i PuC, imaju višu
tačku taljenja nego čisti plutonijum (Pu),
upotrebljavaju se za cijepanje elemenata.
Plutonijum je vrlo otrovan. Za čovjeka on je smrtonosan
već kod količine od 1 µg; naslojava se u koštanoj srži
i može da nanese strašne posljedice zračenja (preko
alfa čestica).
Razbijanje odn.cijepanje atoma
Zračenje
ustvari nisu čisti zraci. To
su čestice materije, određenije to su helijumska jezgra,
sa masom 4 i nabojem +2, uz to sa brzinom od 14.000 a 20.103
km/s.
nastaju kada jezgro postane nestabilno,
naprimjer zbog prijema jednog neutrona.
mogu biti opasni samo ako ih
progutamo ili udišemo, znači ako dođu u tijelo ili ako
dodirnemo izvor njihovih zraka.
se mogu lako zaustaviti sa komadom papira
ili kartona. U vazduhu dostižu
udaljenost od tek 3 cm, a u vodi to iznosi 0,2 mm.
Beta čestice (negativno
nabijeni elektroni) veoma su mali. Oni imaju samo jednu
jedinicu negativnog ektričnog naboja sa malom
masom (skoro nulta masa), preciznije to je: 0,00000000000000000000000000000910534
kg, skoro zanemarljiva masa sa jednim nabojem i brzinom
od 100 000 do 290 000 km/s. Ovi elektroni stvarno ne
dolaze iz elektronskog oblaka koji cirkulira okolo jezgra,
već se formiraju preko i iz jezgara koja posjedu previše
neutrona za svoju stabilnost. Neutron koji je viška
preformira se u proton u jednom odbačenom elektronu
:
Beta
čestice se mogu zaustaviti sa metalnom folijom ili sa
tanjim slojem stakla. Međutim, da bi zaustavili vrlo
brze beta čestice, koje posjeduju više energije,
potreban je deblji sloj plastike.
Beta zraci dosežu udaljenost do 3 m u vazduhu i tek
nekoliko cm u vodi.
Ako se beta čestice zaustavljaju kroz substance, jedan
dio njihove energije zrači u obliku elektromagnetskog
zračenja, koje se naziva Bremsovo zračenje. Energija
istog može da se razlikuje, od slobodno ništa do
maksimalne energije beta čestica, koje prouzrokuju zračenje.
Bremsovo zračenje je prodornije nego opšte zračenje i
mogućnost ove vrste zračenja je veća ako je veća količina
materijala koji emituje radio-aktivne-beta-čestice.
Teži elementi propuštaju Bremsovo zračenje više nego
lakši elementi, tako da je lakša plastika vrlo podesna
kao zaštita protiv zračenja beta-čestica.
Neutroni su vrlo probojni i teško se zaustavljaju. Zbog
toga što se teško preuzimaju od bilo koje substance i
zbog toga što ne posjeduju električno punjenje.
Vrlo je malo elemenata koji lako preuzimaju neutrone zato
treba navesti boron i kadmijum, koji vrlo lako preuzimaju
neutrone. Ako postoji opasnost od zračenja neutronima
treba pripremiti sloj borona ili kamijuma u cilju zaštite.
(ili fotonski zraci) su elektromagnetski
zraci, pravi zraci, sa brzinom svjetla: 299.790 km/s.
Gama zraci imaju vrlo kratku talasnu dužinu i prema tome
posjeduju veoma veliku energiju.
Ako je jedano atomsko jezgro emitiralo, bilo alfa-zrake
ili beta-zrake onda je nastupilo "zasićeno stanje":
što znači da ima previše energije. Zato će se
elektroni i protoni u jezgru prestrojiti da bi izdvojili
višak energije. Prilikom toga procesa emituju se gama
zraci. ().
Da bismo zaustavili g = gama
zrake (odn. gama čestice) potreban je debeli betonski
zid, čelična ili još bolje olovna izolacija. Beta
zraci u vazduhu dosežu udaljenost od nekoliko stotina
metara, u vodi 10 m, u betonu 1 m i u olovu 30 cm.
Jedan debeli sloj teškog materijala nudi također dosta
zaštite, ali dosta smeta ako treba napraviti neki
eksperimenat, unutar zaštićenog prostora. Providno
olovno staklo, koje posjeduje u sebi olovo, nekoliko
centimetara debelo, obično može da pruži dovoljno zaštite
ali se prije toga treba stabilizirati i posebno obraditi
da ne pocrni pod uticajem gama-zračenja. Za rupe u
betonu debljine od jednog metra, upotrebljava se rastvor
cinkovog-bromida. Ova braonkasta tečna masa je
prozirnija nego staklo za promatranje vidljivog zračenja,
što je najvažnije ona štiti od gama-zraka.
