რა არის ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია?

ბირთვული გახლეჩის რეაქცია ხდება მაშინ, როდესაც არასტაბილური ელემენტის ატომები იბომბებიან ნეიტრონებით, თითოეული ატომის ბირთვს პატარა ნაწილებად ყოფენ. თუ თითოეული ბირთვის გაყოფა გამოყოფს რამდენიმე მაღალსიჩქარიან ნეიტრონს, რომელსაც შემდეგ შეუძლია ელემენტის მეტ ბირთვს გაყოფა, ხდება ჯაჭვური რეაქცია. დამატებითი ნეიტრონების გაყოფა მეტ ბირთვს, მეტი ენერგია გამოიყოფა და ჯაჭვურმა რეაქციამ შეიძლება გამოიწვიოს აფეთქება, მაგალითად ბირთვული ბომბი. თუ ჯაჭვური რეაქცია კონტროლდება დამატებითი ნეიტრონების ამოღებით, ენერგია კვლავ გამოიყოფა სითბოს სახით, მაგრამ თავიდან აცილება შესაძლებელია. ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია არის ბირთვული რეაქციების სამი ტიპიდან ერთი, რომელსაც აქვს განსხვავებული მახასიათებლები და მათი გამოყენება სხვადასხვა გზით შეიძლება.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია გახლეჩის რეაქციაა, რომელიც გამოყოფს დამატებით ნეიტრონებს. ნეიტრონები გაყოფილია დამატებითი ატომებისგან, რის შედეგადაც კიდევ უფრო მეტი ნეიტრონი გამოიყოფა. როგორც გამონაბოლქვი ნეიტრონების რაოდენობა და ატომების გაყოფილი ექსპონენციალურად იზრდება, შეიძლება ბირთვული აფეთქება გამოიწვიოს.

ატომის ბირთვი ინახავს უამრავ ენერგიას, რომელსაც შეუძლია სასარგებლო მიზნების გამოყენება. ბირთვული რეაქციების სამი ტიპი, რომლებიც იყენებენ ბირთვულ ენერგიას, არის რადიაცია, გახლეჩა და შერწყმა. სამედიცინო და სამრეწველო რენტგენის აპარატები რადიოაქტიური ელემენტებისგან გამოსხივებას იყენებენ სხეულის სურათების შესაქმნელად ან საცდელ მასალებში. ელექტროსადგურები და ბირთვული იარაღები იყენებენ ბირთვულ დაშლას ენერგიის წარმოებისთვის. ბირთვული შერწყმა აძლიერებს მზეს, მაგრამ მეცნიერებმა ვერ შეძლეს გრძელი ბირთვული შერწყმის რეაქციის შექმნა დედამიწაზე, თუმცა მცდელობები გრძელდება. ამ სამი ტიპის ბირთვული რეაქციიდან მხოლოდ განხეთქილებას შეუძლია შექმნას ჯაჭვური რეაქცია.

ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის გასაღებია იმის უზრუნველყოფა, რომ რეაქცია წარმოქმნის დამატებით ნეიტრონებს და ნეიტრონები გაყოფს მეტ ატომს. იმის გამო, რომ ურანი -235 ელემენტი წარმოქმნის რამდენიმე ნეიტრონს თითოეული გაყოფილი ატომისთვის, ურანის ეს იზოტოპი გამოიყენება ბირთვული ენერგიის რეაქტორებში და ბირთვულ იარაღში.

ურანის ფორმა და მასა გავლენას ახდენს თუ არა ჯაჭვური რეაქცია. თუ ურანის მასა ძალიან მცირეა, ძალიან ბევრი ნეიტრონი გამოიყოფა ურანის გარეთ და იკარგება რეაქციისთვის. თუ ურანი არასწორი ფორმაა, მაგალითად ბრტყელი ფურცელი, ძალიან ბევრი ნეიტრონიც იკარგება. იდეალური ფორმა არის მყარი მასა, რომელიც საკმარისად დიდია ჯაჭვური რეაქციის დასაწყებად. ამ შემთხვევაში, დამატებითი ნეიტრონები მოხვდება სხვა ატომებში და გამრავლების ეფექტი იწვევს ჯაჭვურ რეაქციას.

ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის კონტროლის ან შეჩერების ერთადერთი გზაა ნეიტრონების მეტი ატომის გაყოფის შეჩერება. ნეიტრონების შემწოვი ელემენტისგან, როგორიცაა ბორი, დამზადებული საკონტროლო წნელები ამცირებს თავისუფალი ნეიტრონების რაოდენობას და გამოაქვს ისინი რეაქციიდან. ეს მეთოდი გამოიყენება რეაქტორის მიერ წარმოებული ენერგიის ოდენობის გასაკონტროლებლად და ბირთვული რეაქციის კონტროლის ქვეშ ყოფნის უზრუნველსაყოფად.

ბირთვულ ელექტროსადგურში საკონტროლო წნელები იწევა და იწევა ურანის საწვავში. სრულად დაწევისას, ყველა წნელები გარშემორტყმულია საწვავით და ნეიტრონების უმეტესობას ითვისებს. ამ შემთხვევაში ჯაჭვური რეაქცია წყდება. წნელების აწევისას, თითოეული ჯოხიდან ნაკლები შთანთქავს ნეიტრონებს და ჯაჭვური რეაქცია ჩქარდება. ამ გზით ბირთვული ელექტროსადგურის ოპერატორებს შეუძლიათ აკონტროლონ და შეაჩერონ ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია.

მიუხედავად იმისა, რომ მთელ მსოფლიოში ელექტროსადგურებში ბირთვული ჯაჭვური რეაქციები მნიშვნელოვან რაოდენობას ელექტროენერგიას აწვდის, ატომურ ელექტროსადგურებს ორი მთავარი პრობლემა აქვთ. პირველი, ყოველთვის არსებობს რისკი, რომ საკონტროლო წნულებზე დაფუძნებული მართვის სისტემა არ იმუშაოს ტექნიკური ხარვეზების, ადამიანური შეცდომის ან დივერსიის გამო. ამ შემთხვევაში შეიძლება მოხდეს აფეთქება ან გამოსხივება. მეორეც, გამოყენებული საწვავი ძალზე რადიოაქტიურია და მისი უსაფრთხოდ შენახვაა საჭირო ათასობით წლის განმავლობაში. ეს პრობლემა ჯერ კიდევ არ არის მოგვარებული და ნახმარი საწვავი უმეტეს შემთხვევაში რჩება სხვადასხვა ბირთვულ ელექტროსადგურებში. შედეგად, ბევრ ქვეყანაში, მათ შორის შეერთებულ შტატებში, ბირთვული ჯაჭვური რეაქციების პრაქტიკული გამოყენება შემცირდა.