logo
  1. Bosh sahifa
  2. Referatlar
  3. Umumiy
  4. TRANSURAN ELEMENTLAR. TRANSURAN ELEMENTLARINI SINTEZ QILISH. RADIOAKTIV OILALAR. YADROLARNING KETMA-KET YEMIRILISHI

TRANSURAN ELEMENTLAR. TRANSURAN ELEMENTLARINI SINTEZ QILISH. RADIOAKTIV OILALAR. YADROLARNING KETMA-KET YEMIRILISHI

Yuklangan vaqt:

08.08.2023

Ko'chirishlar soni:

0

Hajmi:

287.0576171875 KB
Ko'chirib olish
TRANSURAN ELEMENTLAR. TRANSURAN ELEMENTLARINI SINTEZ QILISH. RADIOAKTIV OILALAR. YADROLARNING KETMA-KET YEMIRILISHI. Reja: 1. Radioaktiv oilalar 2. Transuran elementlar 3. Bo`linuvchi yadroning qobiqli strukturasi. 4. Transuran elementlarni sintez qilish usuli va ularning xossalari. Radioaktiv oilalar Radioaktiv o‘zgarish hamma vaqt turg‘un izotop bo‘lishi bilan tugallanavermaydi. Ko‘pchilik hollarda ketma-ket bir necha radioaktiv o‘zgarish kuzatiladi. Bu holda bir-biri bilan “qarindoshlik” aloqalarida bo‘lgan radioaktiv parchalanishlarning butun bir zanjiri hosil bo‘ladi. Shuning uchun radioaktiv zanjirlar ko‘pincha radioaktiv oilalar deb yuritiladi. Tabiiy radioaktiv izotoplar orasida yarim yemirilish davri Yerning yoshi (4,5∙10 9 yil)ga yaqin bo‘lgan uchta izotop ma’lum. Bularga U92238 (T=4,5∙ 10 9 yil), 235 U (T=7∙ 10 8 yil) va 232 Th (T=1,4∙ 10 10 yil) lar kiradi. Bu izotoplarning hammasi Mendeleyev davriy sistemasining oxiridan joy olgan bo‘lib, uchta tabiiy radioaktiv oilani boshlab beradi. Uran oilasi Mendeleyev davriy sistemasida eng barqaror bo‘lgan qo‘rg‘oshinning 206 Pb va 207 Pb izotoplari bilan tugaydi. Har bir oilada massa soni α- yemirilish natijasida o‘zgaradi. Shuning uchun istalgan oiladagi izotoplarning massa sonlari bir xil formula bilan ifodalanadi: A=4n+c (1.7) bu yerda n-butun sonlarni qabul qiladi. c-har bir oila uchun doimiy bo‘lgan son. Tabiatdagi radioaktiv nurlanishlarni hosil qiluvchi asosiy tabiiy radioaktiv elementlar uran-238, toriy-232, uran-235 tabiiy radioaktiv oilalar a’zolari va kaliy- 40. Bundan tashqari ko‘pgina kimyoviy elementlarning ham radioaktiv izotoplari mavjuddir, masalan, 153 Sm, 138 La, 115 In, 176 Lu. Lekin bu radioaktiv izotoplarning радионуклид, нептуний, tabiatda tarqalishi kam bo‘lganligi va yarim yemirilish davri katta bo‘lganligi uchun umumiy radioaktivlikka qo‘shgan hissasi kichikdir. Shuning uchun ham tabiatda uran, toriy va kaliy elementlari muhim ahamiyatga ega. Uran-238, toriy-232 va uran-235 larning yarim yemirilish davrlarini Yerning yashash vaqti bilan taqqoslaganda shu narsa aniqlanadiki, yerda toriy-232 deyarli hammasi saqlangan, uran-238 qisman yemirilgan, uran-235 esa katta miqdorda yemirilgan. Shuning uchun ham yerda toriy-232 katta miqdorda, uran- 235 uran- 238 ga qaraganda 140 marta kichik miqdorda aniqlandi. Uran-238, toriy-232 va uran-235 lar tabiiy radioaktiv oilalar boshliqlari hisoblanadi. Bu oilaning yemirilish zanjiri 1, 2, 3-rasmlarda sxemarik ravishda keltirilgan . 1-rasm. Uran -238 tabiiy radioaktiv oilasining yemirilish sxemasi. 2-rasm.Toriy -232 radioaktiv oilasining yemirilish sxemasi 3-rasm.Uran-235 tabiiy radioaktiv oilasining yemirilish sxemasi Bu uchta oilaga kiradigan radionuklidlar ketma-ket radioaktiv aylanishlarda hosil bo‘ladigan radionuklidlar bo‘lib, bir-birlari bilan bog‘lanadilar. Radioaktiv oilalarga kiradigan radionuklidlarning yarim yemirilish davrlari turlichadir. Masalan, uran-238 ning yarim yemirilish davri 4,5∙10 9 yil, radiy-226 niki 1620 yil, Po-218 (RaA) niki 3000 sek.va h.k. Oilalarda radionuklidlar yarim yemirilish davrlari turlicha bo‘lsada, uran va toriy oilasidagi radionuklidlar orasida radioaktiv muvozanat saqlanadi. Uran-238 oilasiga radioaktiv aylanishlar qo‘rg‘oshinning barqaror izotopi 206 Pb bilan tugaydi, uran-235 oilasidagi radioaktiv aylanishlar qo‘rg‘oshinning barqaror izotopi 207 Pb bilan toriy-232 oilasidagi radioaktiv aylanishlar esa qo‘rg‘oshinning barqaror izotopi bilan tugaydi. Uran oilasi uchun s=2; n esa, 51≤n<59 oraliqda; aktinouran oilasi uchun s=3; 51≤n<58; toriy oilasi uchun s=0; 51≤n<58. S=1 bo‘lgan tabiiy radioaktiv oilani qidirishlar natija bermadi. Uni keyinchalik sun’iy yo‘l bilan olindi. Bu neptuniy oilasi bo‘lib, boshida neptuniy izotopi Np 93237 turadi. Uning yarim yemirilish davri 2,2∙ 10 6 yilga barobar 238 U, 232 Th, 235 U (AcU) va 237 Np oilalari to‘g‘risidagi ma’lumotlar 1-jadvalda keltirilgan. 1-jadval № Oilalar Atom og‘irligi Yarim yemirilish davri T 1 238 U oilasi 4n 4,5 ∙10 9 yil Oilada 15 element bor oxirgisi turg‘un 2 232 Th oilasi 4n+2 1,4 ∙10 10 yil Oilada 11 ta radioaktiv element bor oxirgisi turg‘un 208 Pb3 235 U (AcU) 4n+3 7,2 ∙10 9 yil Oilada 14 element bor oxirgisi turg‘n 207 Pb 4 237 Np oilasi 4n+1 2,2 ∙10 6 yil Oilada 14 element bor oxirgisi 206 Bi Tartib nomeri z ≥ 81 (Tl elementdan boshlab) bo‘lgan izotoplar radioaktiv oilalarga birlashgan. Hozir izotoplar orasidagi gigiyenik aloqa ancha qat’iy aniqlangan. Tabiatda tarqalgan tabiiy radioaktiv oilalar boshliqlari 238 U, 232 Th, 235 U larning yemirilishidan quyidagi tabiiy radioaktiv izotoplar hosil bo‘ladi: 238 U oilasida: 234 Th , 234 Pa , 234 U , 230 Th , 226 Ra , 222 Rn , 218 Po , 214 Po , 214 Pb , 214 Bi , 210 Po , 206 Pb . 232 Th oilasida: 228 Ra , 228 Ac , 228 Th , 224 Ra , 220 Rn , 216 Po , 212 Po , 212 Pb , 208 Pb . 235 U oilasida: 231 Th , 231 Po , 227 Ac , 227 Th , 223 Ra , 219 Rn , 219 At , 215 Bi , 215 Po , 211 Pb , 211 Bi , 207 Pb . Bunday radionuklidlar kichik miqdorda bo‘lsada tabiat namunalarida keng tarqalgan bo‘lib, ularning yarim yemirilish davrlari 0,3 sek. ( 222 Ra) dan 2,5 ∙10 5 gacha ( 234 U) ytadi. Yarim yemirilish davrlari kichik bo‘lgan radionuklidlarning yemirilish tezligi katta. Radioaktiv oilalarning yemirilish zanjiri 1-rasmda keltirilgan. 1-jadvaldan ko‘rish mumkinki, bunday radioaktiv izotoplarning yarim yemirilish davri juda katta bo‘lib 10 21 yilgacha yetadi ( 130 Tl). Shuning uchun ularning yemirilish tezligi kichik bo‘lib, aktivliklari hisobga olmaslik darajada past. Mendeleyev elementlar davriy sistemasidagi ko‘pgina mikroelementlarning radioaktiv izotoplari mavjud. Radioaktiv oilalarga kirmaydigan bunday radioaktiv izotoplar ham tabiatda tarqalgan. Lekin ularning yarim yemirilish davrlari juda katta (10 10 -10 17 yil) bo‘lib, aktivliklari kichik. Shuning uchun ular biosferaning umumiy radioaktivligi darajasiga sezilarli hissa qo‘shmaydi. Lekin bunday tabiiy radioaktiv izotoplar orasida 40 K katta ahamiyatga egadir. Chunki kaliy elementi Yer qa’rida katta miqdorda tarqalgan (2,5%). Shuning uchun umumiy kaliy (kaliyning 39 K, 40 K, 41 K izotoplari tabiiy aralashmasi) tarkibidagi radioaktiv izotop 40 K ning ham tabiat namunalarida tarqalishi katta bo‘lib, uning aktivligi yoki Yer qa’ri energiyasiga qo‘shgan hissasi sezilarli darajada ahamiyatga egadir. Radioaktiv oilalarga kirmaydigan bunday radioaktiv izotoplar to‘g‘risida ma’lumot 2-jadvalda keltirilgan. Bo’linish reaksiyalari va uning borishi Yadro reaktorlarida yonilg‘i sifatida asosan plutoniy – 239 Pu, uran 235 U, 238 U 92 va 232 Th 92 izotoplaridan foydalaniladi. Bu izotoplarni olish reaksiyalariga keyinroq to‘xtalamiz. Endi yadrolar bo‘linishida ajralib chiqadigan energiyani qarab chiqamiz. Massa sonlari bo‘lgan bo‘linish parchalarida bitta nuklonga to‘g‘ri kelgan o‘rtacha bog‘lanish energiyasi А=235 bo‘lgan yadrolardagiga nisbatan taxminan E=0,85 Mev katta. Demak, buning natijasida har bir nuklonga 0,85 MeVga teng bo‘lgan energiya ajraladi yoki har bir yadroga to‘g‘ri keladigan bo‘linish energiyasi . Demak, uran- 238 yadrosi bo‘linganda, har bir bo‘linish aktida 200 MeV energiya ajralib chiqadi. Ammo bu energiyani boshqacha usul bilan ham hisoblab topish mumkin. Yadroning bo‘linishida ajralib chiqadigan energiyani bo‘linish parchalarining kinetik energiyasi sifatida ham qarash mumkin. Bunga asos qilinib bo‘linish parchalari zaryadlarining kulon itarishish kuchlari ta’sirini hisobga olish lozim. Radiuslari R 1 va R 2 bo‘lgan parchalar orasidagi masofani R=R 1 +R 2 deb olsak, u holda R Ze Z Ukulon 2 1  zaryadlarning o‘zaro ta’sir kuchlaridan foydalanib parchalarning kulon itarishish energiyasini hisoblash mumkin. Masalan (1)da Fermi , va uran-238 izotopini 2 ta bir xil parchaga bo‘linadi deb faraz qilib, zaryadlarning saqlanish qonuniga amal qilib va xuddi shunday ekanligini hisobga olib МэВ U E кулон бўл 200   ekanligini hisoblab topish mumkin. E бўл – bo‘linish energiyasining asosiy qismi parchalarning kinetik energiyasini tashkil qilib, qolgan qismi – kvantlar energiyasi va parchalanishdagi nurlar, bo‘linish neytronlarining kinetik energiyasi va neytrinoning energiyasi holida ajralib chiqadi. Bo‘linish energiyasi quyidagicha taqsimlanadi: 1. Bo‘linish parchalarining kinetik energiyasi - 169 Mev. 2. Oniy γ – kvantlar energiyasi - 8 Mev 3. Bo‘linish neytronlarining energiyasi - 5 Mev 4. β – parchalanish energiyasi - 9 Mev; 5. γ – nurlanish energiyasi - 7 Mev; 6. Neytrino energiyasi - 11 Mev; 7. Bo‘linishning jami energiyasi - 205 Mev. (1) (3)(2) Bo‘linish energiyasidan ~194 Mev qismini (neytrino energiyasidan tashqari) hammasini issiqlikka aylantirishi mumkin. Ammo shuni e’tiborga olish kerakki, bo‘linishda ajralib chiqqan energiyaning hammasi (194+11 Mev) uran yadrosi massasiga to‘g‘ri keladigan to‘la energiya ~ мс 2 ning faqat 0,1 % qismini tashkil etadi, xolos. Nihoyatda katta energiyalarni hosil qilish uchun yadrolarni bo‘linib turishidan foydalanish kerak. Buning ya’ni har bir bo‘linishlarning alohida reaksiyalari bor. Demak, ko‘p energiyalarni olish uchun yadrolarni muntazam ravishda bo‘linib turishiga erishish kerak. Yadrolarni muntazam bo‘linishi va bo‘linishning har bir aktida juda katta (~200 Mev) energiya olish uran yadrosi uchun xos jarayon ya’ni neytron ta’sirida uran yadrosi parchalanganda hamma vaqt 2-3 ta neytron ajralib chiqib uranning qolgan yadrolarini ham parchalay boshlaydi. Xuddi mana shu yo‘l bilan uran yadrosini o‘z-o‘zidan muntazam parchalanib turishiga erishish mumkin. Uran yadrosining mana shunday o‘z-o‘zidan parchalanish jarayoniga zanjir reaksiyasi deyiladi. Zanjir reaksiyada qatnashuvchi neytronlarni, ya’ni yadro bo‘linishining birinchi aktida qatnashgan neytronlar o‘z navbatida 3 2 =9 ta ikkinchi avlodga tegishli neytronlarni hosil qiladi. Uchinchi avlodga esa 3 3 =27 neytron hosil bo‘ladi va elliginchi avlodga tegishli neytronlar soni 3 50 10 25 bo‘ladi. Umuman olganda yadro reaksiyalarida qatnashuvchi neytronlarni energiyasi quyidagicha: № Neytronlar turi Energiyasi 1 Issiq 0,025-0,5 Ev 2 Rezonans 0,5 Ev – 1 Kev 3 Oraliq 1 Kev-100 Kev 4 Tez 100 Kev – 14 Mev Birinchi issiq neytronlar energiyasi 0,025 Ev xona temperaturasidagi issiqlik energiyasiga mos keladi, ammo 0,5 Ev energiya real yadro qurilmalari bilan bog‘langan. Issiq neytronlar esa atrof-muhit bilan termodinamik muvozanatda bo‘ladi. Rezonans neytronlar esa o‘zlariga tegishli energiya sohasida (0,5-1 Kev) to‘la neytron kesimida rezonans to‘sig‘i yuzaga keladi. Yadroning bo‘linish jarayoni sekin bo‘ladigan jarayonlar, chunki u yadro tuzilishini qayta o‘zgarishini vujudga keltiradi. yadroning (А-massa soni, Z-element tartib raqami) neytron qamrash paytidan to bo‘linish paytigachа , ya’ni vaqtidan 4-5 tartibga ortiq vaqt o‘tadi. Shu sababli tarkibli yadroning paydo bo‘lishi haqida gapirish mumkin. U aynan asosiy holatdan emas, balki qo‘zg‘algan holatidan bo‘linadi. Uran-235 yadrosining bo‘linishida ajralib chiqqan energiyaning (Мэв Eбўл 200 ) 80% dan ortig‘i bo‘linish parchalarinning kinetik energiyasiga tegishli. O‘rta hisobda parchalar kripton ( 36 Kr) va ksenon ( 54 Xe) yaqinida guruhlanadi va ulardan biri ikkinchisidan taxminan 1,5 marta ko‘proqdir. Taxminan bir xil (simmetriyali) parchali bo‘linish soni 1% dan kamroq. Nisbatan soni bo‘linish parchalari ortiqcha neytronlarga ega. Ortiqcha neytronlar yadrodan chiqib ketishi kerak. Har bir ortiqcha neytron chiqib ketishda yadrodan ma’lum bir energiyani olib ketadi. Bu neytronlar oniy neytronlar deyiladi, chunki ular bo‘linish paytida yadrodan chiqib ketadi. Uran – 235 izotopining bo‘linishining har bir aktida o‘rta hisobda 2-3 neytron hosil bo‘ladi. Oniy neytronlarning o‘rtacha kinetik energiyasi qariyb 2 Mev ni tashkil etadi va ular bo‘linish reaksiyasi energiyasining 30 % ni olib ketadi. Oniy neytronlarni chiqargandan keyin parchalar qo‘zg‘algan holatda bo‘ladi. Ular tezda oniy / kvantlarni chiqarish bilan asosiy holatga o‘tadi. Bo‘linishning har bir aktiga o‘rtacha energiyasi 1Mev tartibida bo‘lgan qariyb 8 ta foton to‘g‘ri keladi. Yuqorida aytganimizdek yadroni ketma-ket bo‘linishiga olib keluvchi neytronlar soni 2 – 3 ta bo‘lmasdan 1 ta bo‘lganda ham bo‘linish davom etadi, chunki rezonans qamrash jarayonida bir qism neytronlar chiqib ketishi ham mumkin. Zanjir reaksiyasining borishini chegaraviy sharti sifatida quyidagi koeffitsiyent kiritilgan: K-biron – bir avlodga tegishli issiq neytronlar sonining( ) o‘tgan avlodga tegishli issiq neytronlarga ( ) nisbatidir. Agar k=1 bo‘lsa sistema kritik sistema deyiladi va bunday sistemada reaksiya o‘zgarmas tezlik bilan boradi. Agar bo‘lsa bunda sistema kritik usti deyiladi va zanjir reaksiyasi vaqt bo‘yicha o‘sib boruvchi deyiladi. Agar bunda sistema kiritik osti deyiladi va reaksiya o‘chadi, ya’ni tugaydi. Reaksiyani o‘sish tezligi ko‘payish koyeffitsiyenti kattaligi va ikkita ketma – ket bo‘linish aktlari o‘rtasidagi vaqt, ya’ni bir avlodga tegishli neytronlarning o‘rtacha yashash vaqti bilan aniqlanadi. Bitta avlod uchun neytronlar sonining o‘sishi quyidagicha: Birlik vaqt ichid а (6) formulani yechish vaqtining elementidagi neytronlar sonini ko‘rasatadi, bu yerda - jarayonning boshlang‘ich paytidagi neytronlar soni. Demak, reaktordagi issiq neytronlar soni eksponensial qonuniyat asosida o‘sib boradi. Yadrolarning zanjir reaksiya vaqtida neytronlarning bir qismini qamrab olishlari reaksiya intensivligini susaytiradi, biroq bu jarayon yangi qimmatli izotoplarning vujudga kelishida muhim ahamiyatga ega. Zanjir reaksiyaga yaroqsiz bo‘lgan neytronlarning uran va toriy 23292 Th izotoplari tomonidan qamrab (4)) (5)) olinishi o‘z navbatida qimmatli yadro yonilg‘isi bo‘lgan plutoniy 23994 Pu va uran izotoplarini hosil qiladi. 23994 23993 23992 23892 Pu Np U U n             23392 23391 23290 23290 U Pa Th Th n             (9) Bu ikkala reaksiya jarayoni yadro yonilg‘isini qayta hosil qilishning real imkoniyatlarini ochib beradi. Tabiiy sharoitda uchraydigan 23290 Th – toriy va uran 23892U , 23592U izotoplari yonilg‘i vazifasini o‘tashi mumkin. Bulardan birinchi ikkitasi zanjir reaksiyada qatnashmasada, ular (8) va (9) reaksiyalar asosida yadro yonilg‘isi vazifalarini bajaruvchi sifatida qo‘llaniladi. Tabiiy uran bir jinsli blokiga, ya’ni 99,3% 238 U va 0,7% 235 U izotoplar aralashmasiga biror neytron kelib tushsa, bo‘linish sodir etsa, 2 MeV energiyali neytronlar hosil bo‘ladi. Bu neytronlar: 1) Neytronlar ta’sirida 238 U bo‘linish ehtimoliyati 1/5, 235 U bo‘linishi mumkin, lekin tarkibida kam bo‘lgani uchun tabiiy uranda zanjir reaksiya bormaydi. 2) Tez neytronlar noelastik sochiladi, natijada energiyasini kamaytiradi, E<100 keV bo‘lgan oraliq neytronlarga aylanadi, bu neytronlar 238 U yadrosini bo‘la olmaydi. Lekin biroz kichik ehtimollik bilan 235 U yadrosini bo‘lishi mumkin. Uranning tabiiy aralashmasida oraliq neytronlar yordamida zanjir reaksiyasi yuz berishi mumkin emas. 3) Elastikmas sochilish natijasida neytron energiyasi kamayib boradi, oraliq va rezonans soha neytronlariga o‘tadi. Bu soha neytronlari yadroga yutilishi natijasida radioaktiv bo‘lib qoladi, lekin bo‘linmaydi, bu soha neytronlarining yutilishi juda foydali, lekin zanjir reaksiyasi borishida xavflidir. 4) Ko`rsatilgan hamma bosqichlarda aralashmalar, bo‘linish reaksiya mahsulotlari va hokazo yadrolari tomonidan neytronlarning juda ham nomaqbul kam yemirilishi yuz beradi. 5) Neytronlarning muhitdan chiqib ketishligi uning razmeriga bog‘liq. (8)) 6) Hamma xavfli bosqichlarda n o‘tgan neytronlar issiq energiyaga qadar sekinlashadi va katta ehtimollik bilan 235 U ning yadrolarini bo‘ladi. Lekin tabiiy uran blokidagi neytronlarning boshlang‘ich miqdorida issiq neytronlar juda ham oz bo‘lganligi uchun zanjir reaksiyasini yuzaga keltira olmaydi. Zanjir reaksiyasini amalga oshirish uchun: 1) Neytronlarni intensiv yutuvchi boshqa aralashmalardan tozalash zarur. Undan tashqari bo‘linish jarayonida hosil bo‘lgan boshqa mahsulotlardan aktiv zonani o‘z vaqtida tozalab turish kerak. 2) Tez neytronlarda zanjir reaksiya borishi uchun uran yoqilg‘isining tarkibini 235 U izotoplar bilan boyitish zarur. Tajribadan ma’lumki uran 235 U bilan boyitilganda 5,56% dan boshlab zanjir reaksiya boshlanganligi, amalda 15% dan kam bulmasligi kerak. 3) Reaksiyani amalga oshirishda rezonans sohada neytronlarni rezonans kamrab olish ( n  ) jarayon katta xalakit beradi. Shuning uchun rezonans sohadan tezrok issiq neytronlar sohasiga o‘tkazish lozim. Neytronlarni sekinlashtirishda massasi neytron massasiga yaqin bo‘lgan turli moddalardan sekinlashtirgichlardan foydalaniladi. Kinetik energiyasi T p bo‘lgan neytron nuklonlar soni A bo‘lgan sekinlashtirgich yadrosi bilan to‘qnashganda har bir to‘qnashuvda neytronning energiya yo‘qotishiΔT n= 4 A (A+1)2Tn (19.7) Demak, sekinlatgich qancha yengil bo‘lsa, neytronlar shuncha tez sekinlashadi. Sekinlashtiruvchi yadro neytronlarni yutmasligi kerak. Sekinlatgich: 1) Suv bo‘lsa; suv tarkibidagi protonlarning neytronlar bilan ta’sirida deytronlar hosil bo‘lishi hisobiga neytronlar suvda intensiv yutiladi; 2) Geliy 4 He bo‘lsa, neytronni yutmaydi, 5 He tabiatda uchramaydi. Lekin gaz bo‘lgani uchun zichligi kichik, foydalanish noqulaydir; 3) Eng yaxshi sekinlatgich og‘ir suv D 2 O ; 4) Sekinlashtiruvchi moddaning fizik xossalarini, iktisodiy jihatdan arzonligini ham hisobga oladigan bo‘lsak, u holda og‘ir suv, uglerod, berilliy va berilliy oksidi va boshqalari bo‘lishi mumkin. Suv yuqorida aytilgan kamchiliklarga qaramay, sekinlatgich sifatida keng ishlatiladi; 5) Sekinlatuvchi moddaning uran bilan aralashmasidan tashqari (bunday reaktorlarga gomogen reaktor deyiladi) bo‘linuvchi uran va sekinlatgichlar alohida bir-biriga yonma-yon qo‘yiladi. Uran moddasida hosil bo‘lgan neytronlar sekinlatgichga o‘tadi, u yerda neytronlar issiq neytronlar energiyasiga qadar sekinlashadi va yana uran yo‘qilgisiga o‘tadi hamda bo‘linish reaksiyasini hosil qilishini davom ettiradi. Bunday reaktorlar geterogen reaktorlar deyiladi. Gomogen reaktorda zanjir reaksiya hosil qilish uchun qimmat baholi og‘ir suv sekinlatgichdan foydalansa, geterogen reaktorlarda arzon grafit ishlatilganda ham zanjir reaksiya hosil bo‘lishi mumkin; 6) Zanjir reaksiyaning kechishida bo‘linuvchi moddaning formasi ham muhim rol o‘ynaydi. Sferik shaklda bo‘lganda neytronlarning aktiv zonadan tashqariga chiqib ketishi eng kam bo‘lar ekan; 7) Zanjir reaksiya yetarli darajada massaga ega bo‘lganda ro‘y beradi. Zanjir reaksiya borishi mumkin bo‘lgan sistemaning minimal massasi kritik massa deb ataladi. Sistemaning (aktiv zonaning) kattaligi esa kritik kattalik deyiladi. Kritik massa sistemaning geometriyasiga bog‘liq. Masalan: toza 235 U dan iborat ellipsoid shaklda (a=1,94 m, b=1,55 m) bo‘lgan sistemaning kritik massasi 47 kg. Shar radiusi R=17 sm. Agar uran moddasi berilliy qobiqli poluetilen plyonkalar bilan katlam-katlam ajratilsa, kritik massa 242 g radiusi R=3 sm bo‘ladi; 8) Aktiv zona kritik kattaligini va yo‘qilgi kritik massasini yanada kamaytirish uchun reaksiya zonasini neytronlarni qaytaruvchi modda qaytargich bilan o‘raladi. U aktiv zonadan chiqib ketadigan neytronlar sonini kamaytiradi. Qaytargich sifatida berilliy ishlatiladi. Shunday qilib, issiq neytronlar ishtirokida ishlaydigan reaktorning k  ko‘payish koeffitsiyenti k ∞ = ηρ fε(19.8) ko‘rinishdagi takribiy formuladan foydalanish mumkin. (19.8) formuladagi uchta kupaytuvchi to‘g‘risida yuqorida bayon etildi. Turtinchi  kupaytuvchi esa tez neytronlarda kupayish koeffisiyentini, bu koeffisiyent tez neytronlar sekinlashgunga qadar bo‘linishga olib kelishi mumkinligini hisobga olish uchun kiritiladi. O‘z ma’nosiga asosan  doim birdan katta bo‘ladi. Issiq neytronlar ishtirokida bo‘ladigan reaksiyalar uchun uning qiymati 1,03 atrofida bo‘ladi. Tez neytronlar ishtirokida bo‘ladigan bo‘linish reaksiyalari uchun (19.8) formula o‘rinli bo‘lmaydi.  -kattalik yonilgining turiga bog‘liq bo‘lganligi,  esa sekin neytronlar bilan amalga oshadigan reaksiyalar uchun 1 ga yaqin bo‘lganligidan, biror aktiv muhitning sifati  f kupaytma bilan aniqlanadi va (  f ) get =0,823; (  f ) gom =0,595 bo‘ladi. Tabiiy uran uchun  =1,34 ekanligidan (k  ) get >1, (k  ) gom <1. Bu sonlar geterogen muhitning gamogen muhitga nisbatan afzalligini ko‘rsatadi. 1942 yilning dekabrida Chikago (AKSh) universitetida E.Ferli boshchiligida jahonda birinchi boshqariladigan reaktor kurildi. 1946 yilning dekabrida Moskva shahrida I.V.Kurchatov va A.I.Alixanov boshchiligida reaktor ishga tushirildi. Bu reaktorlarda sekinlatgich sifatida grafit, boshqarishda neytronlarni kuchli yutuvchi kadmiy yoki bordan yasalgan sterjenlardan foydalanilgan. Zanjir reaksiyani boshqarishda kechiquvchi neytronlarning ahamiyati katta. Kechiquvchi neytronlarni hisobga olib, kupayish koeffisiyentini k = k 0 + k kech (bu yerda k 0 -oniy neytronlarning kupayish koeffisiyenti) yig‘indi ko‘rinishida yozish mumkin. Zanjir reaksiyaning rivojlanib borish tezligi neytronlarning kupayish koeffisiyenti k bilan ikki ketma-ket bulinish jarayonlari orasida o‘tuvchi vaqt miqdoriga ham bog‘liq. Bu vaqt (  ) bir bo‘linish jarayonining o‘rtacha yashash vaqti deb ataladi. Bir bo‘linish boskichida neytronlar soni  n = n ( k -1) ga ortadi. Vaqt birligida esa neytronlar sonining ortishi dn dt = n(k− 1) τ (19.9) Bu tenglamadan istalgan t -vaqtdagi neytron sonini aniqlash uchun formula n= n0e k−1/τ(19.10) bu yerda n 0 -boshlang‘ich vaqtdagi neytronlar soni. Reaktorda neytronlar soni (19.10) formula bo‘yicha eksponensial konun bilan ortib boraveradi. Quvvati E=2,718 marta orttirish uchun kerak bo‘ladigan vaqt zanjir reaksiya davri yoki reaktor davri deyiladi. Zanjir reaksiyani boshqarishda kechiquvchi neytronlarning ahamiyati katta. Agar kechiquvchi neytron bulmasa reaksiya n-ta avloddan so‘ng neytronlar miqdori, reaksiya tezligi va quvvati k n marta ortadi, ya’ni vaqtning t momentidagi quvvati N=N 0 k 0 bo‘ladi.  -issiq neytronlarda ishlaydigan reaktorlar uchun  =10 -3 s. Kechi k uvchineytronlarnihisobgaolmagandaissiqneytronlarishtirokidaishlaydiganre aktorningdavri 10 sgayaqinbo ‘ ladi . (19.10) formuladan quvvati e marta oshirganda 2,718= k 10/10 ; k 0 =1,0001 hosil bo ‘ ladi . Reaksiya (k 0 ) T/  -ga proporsional keskin oshib ketadi, bunda hech qanday qutqarish chorasini ko‘rib bo‘lmaydi. Kechikuvchi neytronlar zanjir reaksiya davrini bir necha tartibga oshirib reaktorni boshqarish imkoniyatini beradi. k =1,001 bo‘lganda sistemaning davri yoki neytronlar sonining e-marta k o‘ payish vaqti 80 s ni t ash k il etadi. Bu vaqt zanjir reaksiyasini shoshmasdan boshqarishga imkon beradi. Sof yo q l i gi muhitda, odatda neytronlar siklining vaqti ~10 -8 s teng, k =1,1 bo‘lganda dastlabki 1 dona neytron 6 mks da 10 26 ta neytron hosil qiladi yoki bitta bulinish 10 26 bo‘linishni vujudga keltiradi. Bu t =6 mks oxiridagi bir neytron sikli vaqtida 40 kg uranning bulinishiga tengdir. Zanjir reaksiyasining usib borishi sistemada neytronlar ko‘payish koeffi t siyenti bilan xarakterlanadi. k= N i N i−1 (19.11) Agar birinchi avlodda N i neytronlar bo‘lsa, n -avlodda N n = N 1 k n -1 bo‘ladi. O‘z navbatida k= ℘ k∞(19.12) bu yerda k  cheksiz muhitning neytronlar ko‘payish koeffitsiyenti.  - muhitdanneytronningchiqibketmaslikehtimolligi . Hardoim  <1 bo ‘ lib , qiymati Sistema geometriyasi va q aytaruvchi qobiliyatiga bog ‘ liq . Neytronlarning yuqorida ta ’ kidlanganidek , k  - bo ‘ linmaydigan elementlar tomonidan yutilmaslik ehtimoliyati , neytronlarni aktiv yadro tomonidan yutib bo ‘ linish ehtimolligi P = σ nf σ nf + σnγ , uchinchidan har bir bo ‘ linish aktida yangi  - sondagi neytronlar vujudga kelish ehtimolligiga bog ‘ liq . Zanjir reaksiyasi bo‘lishi uchun  =  P >1 bo‘lishi kerak.  -qiymati bo‘linuvchi yadroga va bo‘luvchi neytron energiyasiga bog‘liq. 3-jadvalda ayrim yadrolar uchun ikki energiya tizimida  ,  , P, k- qiymatlari keltirilgan (R kr , m kr -kritik o‘lcham va kritik massa). 3-jadval Bo‘linuvchi elеmеnt 235 U 239 Pu 233 U 238 U Issik nеytrоnlаr ( E n =0,025 eV )  P  2,47 0,84 2,07 2,91 0,72 2,09 2,52 0,90 2,28 - 0 0 Tеz nеytrоnlаr ( E n =1,2 MeV )  P  2,65 0,87 2,3 3,0 0,9 2,7 2,7 0,91 2,45 2,5 0,12 0,3 R kr ( sm ) m kr ( kg ) 8,5 48 6 6 6 12 - - Jadvaldan ko‘rinib turibdiki, 238 U issiq yoki tez neytronlar bo‘linish zanjir reaksiyasida qatnashmaydi. Tabiiy radioaktiv oilalarga kirmaydigan tabiiy radioaktiv izotoplar 2-jadval Radioaktiv element Tabiiy izotopning element tabiiy aralashmasidagi miqdori, % Yarim yemirilish davri, yil Nurlanish turi Nurlanishdan keyin hosil bo‘lgan element 19 K 40 0,0119 1,31∙ 10 9β−¿¿ 20 Ca 40 20 Ca 48 0,179 2,0∙10 16 β−¿¿ 21 Sc 48 37 Rb 87 27,85 6,15∙10 10 β−¿¿ 38 Sr 87 40 Zr 96 2,80 6,2∙10 16 β−¿¿ 41 Nb 96 40 In 115 95,77 6,0∙10 14 β − ¿ ¿ 50 Sn 115 52 Te 130 34,11 1,4∙10 21 β − ¿ ¿ 52 J 130 53 La 136 0,089 7,0∙10 10 β − ¿ ¿ 56 Ba 138 60 Na 150 5,60 5,0∙10 10 β − ¿ ¿ 61 Pm 150 62 Sm 147 15,07 6,7∙10 11 α 60 Nd 142 71 Lu 176 2,60 2,4∙10 10 β−¿¿ 72 Hf 176 Tabiiy radioaktiv elementlarning Yer qobig‘idagi o‘rtacha miqdori 0,1 % ni tashkil etadi. Yadrolarning к etma-ket yemirilish i. Ko‘pchilik hollarda radioaktiv yadroning parchalanishi natijasida hosil bo‘lgan ikkinchi yadro ham radioaktiv bo‘lib qoladi, ya’ni 1-radioaktiv yadro parchalanishi natijasida 2-yadro va bu parchalanish natijasida 3-yadro va h.k. radioaktiv yadrolar hosil bo‘ladi: 1  2  3 Bu holda birinchi yadro sonining o‘zgarishi N 1 , ikkinchi yadrolarning soni o‘zgarishini esa N 2 deb belgilab olamiz va ushbu o‘zgarishlarni ifodalovchi quyidagi defferensial tenglamalar sistemasini hosil qilamiz: dN 1 N =−λ1N1, dN 2 N =−λ2N2+λ1N1 ( 8.6 ) Bu tenglamalarning ma’nosi quyidagicha: 1 – yadroning soni uning parchalanishi hisobiga kamayadi, 2 – yadroning soni ham o‘zining parchalanishi hisobiga kamayadi, ammo shu bilan birga 1 – yadroning parchalanishi hisobiga ortadi. Bu tenglamalar sistemasini yechamiz va quyidagi ifodalarni olamiz:{N 1(t)= N 10 e − λ1t ¿ ¿ ¿ ¿ (8.7) t   = 0 da birinchi yadroning soni N 10 ta, ikkinchi yadroning soni esa N 20 = 0 bo‘lsin, u holda (8.7) tenglamalar sistemasi quyidagi ko‘rinishga keladi, ya’ni: {N 1(t)= N 10 e −λ1t ¿¿¿¿ (8.8) Agar N 20 = 0 va T 1 >> T 2 (  1 <<  2 ) bo‘lsa, t   << T 1 vaqt uchun (8.8) ifoda quyidagi ko‘rinishga keladi: N2(t)≈ λ1 λ2 N10(1−e−λ2t) ( 8.9 ) Demak, T 1 >> T 2 (  1 <<  2 ) bo‘lgan holda radioaktiv yadrolarning parchalanish qonuni ikkilamchi yadroning parchalanish doimiysi bilan xarakterlanar ekan. Agar t   >> T 2 , ya’ni  2 t   >> 1 bo‘lganda ( 8.9 ) ifoda o‘zining chegaraviy qiymatiga yaqinlashadi: lim t→0 N2(t)≈ λ1N10 λ2 = const (8.10) Agar t   > 10 T bo‘lsa, ( 8.10 ) ifoda quyidagi ko‘rinishga keladi: λ1N1= λ2N2 ( 8.11 ) Bu ifoda asriy  muvozanat  tenglamasi deb ataladi. Bunda vaqt birligi ichida hosil bo‘layotgan ikkilamchi yadrolar soni parchalanayotgan birlamchi yadrolar soniga teng degan ma’noni beradi. Bunga misol qilib radiy parchalanishi natijasida radon hosil bo‘lish jarayonini keltirish mumkin. Foydalanilgan adabiyotlar. Asosiy adabiyotlar 1. Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика: Учебник. В 3-х тт. Т. 1,2. Физика атомного ядра. 7-е изд., СПб.: Изд-во «Лань», 2009. - 384 с. 2. Климов А.Н. Ядерная физика и ядерные реакторы: Учебник для вузов.М.: Энергоатомиздат, 2002. - 464. 3. Владимиров В.И. Практические задачи по эксплуатации ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1986. — 304. 4. Нигматулин И.Н., Нигматулин Б.И. Ядерные энергетические установки. — М.: Энергоатомиздат, 1986. - 168 с 5. Барсуков О.А. Основы физики атомного ядра. Ядерные технологии – Москва.: Физматлит, 2011. 6. Апсэ В.А, Шмельев А.Н. Я дерные технологии . Москва 2008 . 7. Ахmedovа G., Тo‘xtaev U.. Yadro fizikasi va dozimetriyadan masalalar to‘plami. SamDU nashriyoti , 2019 y . Qo’ shimcha adabiyotlar 3 Бойко В. И , Кошелев Ф. П. технологии в различнқх сферах человеческой деятельности Ядерн ы е.- Томского политехнического университета 2008. 4 Рыжакова Н.К. Я дерная физика и её приложения . Учебное пособие . 2-е издание . Издательство Томского политехнического университета . 2008 г. 5 Подготовка облученного ядерного топлива к химической переработке / А.Т. Агинков, Э.А. Ненарокомов, В.Ф. Савельев, А.Б. Ястребов. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 128 с. 6 Воронин В.П. РАО «ЕЭС России». Состояние и перспективы // Электрические сети и системы. - 2003. - № I . - С. 1 3—16.

TRANSURAN ELEMENTLAR. TRANSURAN ELEMENTLARINI SINTEZ QILISH. RADIOAKTIV OILALAR. YADROLARNING KETMA-KET YEMIRILISHI. Reja: 1. Radioaktiv oilalar 2. Transuran elementlar 3. Bo`linuvchi yadroning qobiqli strukturasi. 4. Transuran elementlarni sintez qilish usuli va ularning xossalari.

Radioaktiv oilalar Radioaktiv o‘zgarish hamma vaqt turg‘un izotop bo‘lishi bilan tugallanavermaydi. Ko‘pchilik hollarda ketma-ket bir necha radioaktiv o‘zgarish kuzatiladi. Bu holda bir-biri bilan “qarindoshlik” aloqalarida bo‘lgan radioaktiv parchalanishlarning butun bir zanjiri hosil bo‘ladi. Shuning uchun radioaktiv zanjirlar ko‘pincha radioaktiv oilalar deb yuritiladi. Tabiiy radioaktiv izotoplar orasida yarim yemirilish davri Yerning yoshi (4,5∙10 9 yil)ga yaqin bo‘lgan uchta izotop ma’lum. Bularga U92238 (T=4,5∙ 10 9 yil), 235 U (T=7∙ 10 8 yil) va 232 Th (T=1,4∙ 10 10 yil) lar kiradi. Bu izotoplarning hammasi Mendeleyev davriy sistemasining oxiridan joy olgan bo‘lib, uchta tabiiy radioaktiv oilani boshlab beradi. Uran oilasi Mendeleyev davriy sistemasida eng barqaror bo‘lgan qo‘rg‘oshinning 206 Pb va 207 Pb izotoplari bilan tugaydi. Har bir oilada massa soni α- yemirilish natijasida o‘zgaradi. Shuning uchun istalgan oiladagi izotoplarning massa sonlari bir xil formula bilan ifodalanadi: A=4n+c (1.7) bu yerda n-butun sonlarni qabul qiladi. c-har bir oila uchun doimiy bo‘lgan son. Tabiatdagi radioaktiv nurlanishlarni hosil qiluvchi asosiy tabiiy radioaktiv elementlar uran-238, toriy-232, uran-235 tabiiy radioaktiv oilalar a’zolari va kaliy- 40. Bundan tashqari ko‘pgina kimyoviy elementlarning ham radioaktiv izotoplari mavjuddir, masalan, 153 Sm, 138 La, 115 In, 176 Lu. Lekin bu radioaktiv izotoplarning радионуклид, нептуний, tabiatda tarqalishi kam bo‘lganligi va yarim yemirilish davri katta bo‘lganligi uchun umumiy radioaktivlikka qo‘shgan hissasi kichikdir. Shuning uchun ham tabiatda uran, toriy va kaliy elementlari muhim ahamiyatga ega. Uran-238, toriy-232 va uran-235 larning yarim yemirilish davrlarini Yerning yashash vaqti bilan taqqoslaganda shu narsa aniqlanadiki, yerda toriy-232 deyarli hammasi saqlangan, uran-238 qisman yemirilgan, uran-235 esa katta miqdorda yemirilgan. Shuning uchun ham yerda toriy-232 katta miqdorda, uran- 235 uran- 238 ga qaraganda 140 marta kichik miqdorda aniqlandi.

Uran-238, toriy-232 va uran-235 lar tabiiy radioaktiv oilalar boshliqlari hisoblanadi. Bu oilaning yemirilish zanjiri 1, 2, 3-rasmlarda sxemarik ravishda keltirilgan . 1-rasm. Uran -238 tabiiy radioaktiv oilasining yemirilish sxemasi.

2-rasm.Toriy -232 radioaktiv oilasining yemirilish sxemasi 3-rasm.Uran-235 tabiiy radioaktiv oilasining yemirilish sxemasi Bu uchta oilaga kiradigan radionuklidlar ketma-ket radioaktiv aylanishlarda hosil bo‘ladigan radionuklidlar bo‘lib, bir-birlari bilan bog‘lanadilar. Radioaktiv oilalarga kiradigan radionuklidlarning yarim yemirilish davrlari turlichadir. Masalan, uran-238 ning yarim yemirilish davri 4,5∙10 9 yil, radiy-226 niki 1620 yil, Po-218 (RaA) niki 3000 sek.va h.k. Oilalarda radionuklidlar yarim yemirilish davrlari turlicha bo‘lsada, uran va toriy oilasidagi radionuklidlar orasida radioaktiv muvozanat saqlanadi. Uran-238 oilasiga radioaktiv aylanishlar qo‘rg‘oshinning barqaror izotopi 206 Pb bilan tugaydi, uran-235 oilasidagi radioaktiv aylanishlar qo‘rg‘oshinning barqaror izotopi 207 Pb bilan toriy-232 oilasidagi radioaktiv aylanishlar esa qo‘rg‘oshinning barqaror izotopi bilan tugaydi. Uran oilasi uchun s=2; n esa, 51≤n<59 oraliqda; aktinouran oilasi uchun s=3; 51≤n<58; toriy oilasi uchun s=0; 51≤n<58. S=1 bo‘lgan tabiiy radioaktiv oilani qidirishlar natija bermadi. Uni keyinchalik sun’iy yo‘l bilan olindi. Bu

neptuniy oilasi bo‘lib, boshida neptuniy izotopi Np 93237 turadi. Uning yarim yemirilish davri 2,2∙ 10 6 yilga barobar 238 U, 232 Th, 235 U (AcU) va 237 Np oilalari to‘g‘risidagi ma’lumotlar 1-jadvalda keltirilgan. 1-jadval № Oilalar Atom og‘irligi Yarim yemirilish davri T 1 238 U oilasi 4n 4,5 ∙10 9 yil Oilada 15 element bor oxirgisi turg‘un 2 232 Th oilasi 4n+2 1,4 ∙10 10 yil Oilada 11 ta radioaktiv element bor oxirgisi turg‘un 208 Pb3 235 U (AcU) 4n+3 7,2 ∙10 9 yil Oilada 14 element bor oxirgisi turg‘n 207 Pb 4 237 Np oilasi 4n+1 2,2 ∙10 6 yil Oilada 14 element bor oxirgisi 206 Bi Tartib nomeri z ≥ 81 (Tl elementdan boshlab) bo‘lgan izotoplar radioaktiv oilalarga birlashgan. Hozir izotoplar orasidagi gigiyenik aloqa ancha qat’iy aniqlangan. Tabiatda tarqalgan tabiiy radioaktiv oilalar boshliqlari 238 U, 232 Th, 235 U larning yemirilishidan quyidagi tabiiy radioaktiv izotoplar hosil bo‘ladi: 238 U oilasida: 234 Th , 234 Pa , 234 U , 230 Th , 226 Ra , 222 Rn , 218 Po , 214 Po , 214 Pb , 214 Bi , 210 Po , 206 Pb . 232 Th oilasida: 228 Ra , 228 Ac , 228 Th , 224 Ra , 220 Rn , 216 Po , 212 Po , 212 Pb , 208 Pb . 235 U oilasida: 231 Th , 231 Po , 227 Ac , 227 Th , 223 Ra , 219 Rn , 219 At , 215 Bi , 215 Po , 211 Pb , 211 Bi , 207 Pb . Bunday radionuklidlar kichik miqdorda bo‘lsada tabiat namunalarida keng tarqalgan bo‘lib, ularning yarim yemirilish davrlari 0,3 sek. ( 222 Ra) dan 2,5 ∙10 5 gacha ( 234 U) ytadi. Yarim yemirilish davrlari kichik bo‘lgan radionuklidlarning yemirilish tezligi katta. Radioaktiv oilalarning yemirilish zanjiri 1-rasmda keltirilgan. 1-jadvaldan ko‘rish mumkinki, bunday radioaktiv izotoplarning yarim

O'xshashlar

ATOM YADROSINING BO’LINISHI. BO’LINISHNING ASOSIY QONUNLARI. YADROLAR BO’LINISHINI YADRONING TOMCHI MODELI ASOSIDA TUSHUNTIRISH. BO’LINISH REAKSIYASI MAHSULOTLARI VA ULARNING XOSSALARI.
Yadro fizikasi. Yadro modellari. Bog’lanish energiyasi. Radioaktivlik. Nishonli atomlar usulidan qishloq xo’jaligida foydalanish 52v
Kvant va ionlovchi nurlar. Radioaktivlik
KOMBINATORIKA ELEMENTLARINI VIZULALLASHTIRISH
ATOM ENERGETIKASIDAN FOYDALANISHDA YADRO YOQILG’ILARI. TABIIY URAN VA TORIY IZOTOPLARI. URAN IZOTOPLARINI SANOAT USULIDA OLISH VA BOYITISH. PLUTONIY IZOTOPLARI YADRO YOQILG’ISI SIFATIDA