Sadaļā par radioaktivitāti tika apskatīta kodolu šķelšanās, kuras rezultātā veidojās α, β un γ starojums, kā arī elements pārvērtās par kādu no blakus elementiem ķīmisko elementu periodiskajā tabulā. Šī šķelšanas notiek dabiskā ceļā, bez ārējas stimulācijas, tādēļ to sauc par dabīgo radioaktivitāti. Kodolus var šķelt, uz tiem arī ārēji iedarbojoties, tādā veidā izraisot mākslīgo radioaktivitāti. Piemēram, ja urāna-235 kodola virzienā tiek raidīts neitrons, tad pastāv iespēja, ka urāna kodols šo neitronu absorbē, tādā veidā kļūstot par izotopu urāns-236. Šis izotops ir ļoti nestabils, tādēļ drīz vien, notiekot kodolreakcijai, urāna kodols sadalās divu elementu – bārija (Ba) un kriptona (Kr) kodolos (1. att.). Kodolreakcijā rodas arī trīs brīvi neitroni, kas var tālāk izraisīt jaunas kodolreakcijas.
Apskaties DZM materiālu par urāna kodola dalīšanos!
1.att. Urāna-235 dalīšanās reakcija
Jāpiezīmē, ka Ba un Kr nav vienīgā iespējamā reakcija, iespējamas arī daudzas citas, tādēļ vispārēju urāna-235 dalīšanās reakciju var attēlot, kā tas redzams 2. att.
2.att. Vispārīga urāna-235 dalīšanās reakcija
Ja kodolreakcijas rezultātā radušies neitroni sastopas ar citiem urāna kodoliem, tad atkal var notikt kodolreakcija, kuras rezultātā urāna kodols sašķeļas divos gabalos un atkal tiek radīti vairāki brīvie neitroni. Tā kā viena urāna-235 kodola sadalīšanās rezultātā rodas līdz par trīs brīvajiem neitroniem, tad viena šāda kodola sadalīšanās var izraisīt līdz pat trīs citu kodolu sadalīšanos. Tas var izraisīt lavīnveida kodolreakciju, kas beidzas ar kodolsprādzienu.
Lai raksturotu kodolreakcijas attīstības dinamiku, lieto neitronu pavairošanas koeficientu k. Šis koeficients ir vienāds ar n-tās paaudzes neitronu skaita attiecību pretn-1 paaudzes neitronu skaitu. Ja k > 1, tad kodolreakcija attīstās nekontrolējamā lavīnveidā (3. att. a). Šādu kodolreakcijas dinamiku izmanto kodolieročos. Ja k ≈ 1, tad kodolreakcijas notiek vienmērīgi un to gaita ir vadāma (3. att. b). Šāda kodolreakciju gaita ir jāpanāk kodolreaktoros, lai kodolenerģiju pārvērstu elektroenerģijā. To panāk, izmantojot materiālus, kas absorbē neitronus. Ja k < 1, tad kodolreakcija apstājas.
Apskaties sīklietotni par kodolreakcijām!
3.att. Dažāda kodolreakciju dinamika
Kodolreakcijas nenozīmē tikai kodolu sašķelšanos, kodoli var arī saplūst, un arī šajā procesā izdalās enerģija, turklāt izdalītās enerģijas apjoms ir daudz lielāks nekā kodolu dalīšanās reakcijās. Kodolu saplūšanas reakcijas sauc par kodolsintēzes reakcijām. Šāda veida kodolreakcijas notiek zvaigžņu (arī Saules) dzīlēs un ir to starojuma enerģijas avots. Viena no kodolsintēzes reakcijām ir ūdeņraža izotopu deitērija un tritija saplūšana, veidojot hēlija kodolu, vienu neitronu un izdalot daudz enerģijas. Atšķirībā no kodolu dalīšanās reakcijām, kodolsintēze notiek tikai ļoti augsta spiediena un temperatūras apstākļos, tādēļ pagaidām enerģijas iegūšana kodolsintēzes rezultātā vēl ir attīstības stadijā.
Ielūkojies materiālā par kodolreakcijām!
4.att. Kodolsintēzes reakcija
Lai uzzinātu, vai enerģija izdalīsies kodola dalīšanās vai kodolsintēzes reakcijā, jālieto grafiks, kurā attēlota atomu kodolu īpatnējā saites enerģija uz vienu nuklonu (5. att.). Kodolreakcijas rezultātā rodas produkti, kam kodolu īpatnējā saites enerģija ir lielāka nekā pirms reakcijas. Tā kā vislielākā īpatnēja saites enerģija ir dzelzij (Fe), tad visas kodolreakcijas notiks „līdz dzelzij” (5. att.), attiecīgi, ja elementa nuklonu skaits kodolā ir lielāks nekā dzelzij, tad dzelzs virzienā notiek kodola dalīšanās reakcijas, bet kodolsintēze notiek, ja nuklonu skaits elementa kodolā ir mazāks nekā dzelzij (5. att.).
5.att. Kodolu īpatnējās saites enerģijas līkne
