תהליכים גרעיניים מלאכותיים

ביקוע גרעין האטום

גרעין של אטום כבד, אטום שמספר האטום שלו שווה או גדול מ- 230, עשוי להתפרק בתהליך של ביקוע לשני גרעיני אטום קלים יותר. הסיבה לכך היא שבגרעין כבד אנרגיית הקשר הגרעיני היא חלשה יותר מזו הקיימת בגרעין קל יותר. לכן, כשגרעין האטום הכבד מזועזע, למשל על-ידי פגיעה של חלקיק ניוטרון אנרגטי בו, צורתו מתעוותת והוא מתחלק לשני גרעינים קלים יותר.

בזמן ביקוע גרעין האטום משתחררת גם אנרגיה רבה בצורה של קרינה. המקור לאנרגיה זו הוא בהפרש שבין מסת הגרעין הכבד שלפני הביקוע ובין סך המסות של הגרעינים הקלים שהתקבלו לאחריו. הפרש מסה זה מומר לאנרגיה לפי המשוואה המפורסמת של אלברט איינשטיין,

E = m c²

נשים לב שבשל ההכפלה בערך ריבועי של מהירות האור כל הפרש קטן במסה מומר לכמות אנרגיה עצומה.

כדי להתחיל את תהליך הביקוע יורים חלקיק ניוטרון אל עבר גרעין של אטום כבד, לדוגמה גרעין של האיזוטופ אורניום-235, שהינו לא יציב. נוכל לוודא שהגרעין אכן לא יציב בבדיקה של רמת אנרגיית הקשר לנוקליאון של הגרעין, כשידוע שמסתו הנמדדת היא 218,896.8[MeV],

B = (Z‧m_p + (A-Z)‧m_n – m₀)‧c²

B = (92‧938.28 + (235-92)‧939.57 – 218,896.8) = ~1783.47[MeV]

B / A = 1783.47 / 235 = ~7.59[MeV]

ואכן קיבלנו ערך נמוך מאוד של אנרגיית קשר לנוקליאון עבור גרעין גדול מימדים (A>60).

הניוטרון הנורה נבלע בגרעין והאורניום-235 הופך לאיזוטופ אורניום-236.

בניגוד לאיזוטופ אורניום-235 האורניום-236 הינו איזוטופ לא יציב. גרעין האורניום-236 עובר תהליך ביקוע ומתפצל לשני גרעינים קלים ויציבים: בריום-141 וקריפטון-92. שלושה ניוטרונים עודפים נפלטים החוצה מהגרעין.

ביקוע גרעין איזוטופ-אוראניום-235

ולדוגמה נוספת, האיזוטופ פלוטוניום-239 הינו איזוטופ יציב. כאשר נירה ניוטרון לעבר הגרעין של איזוטופ זה והוא יבלע בו יהפוך האיזוטופ לפלוטוניום-240. פלוטוניום-240 הינו איזוטופ לא יציב שבהסתברות גבוהה יתפרק לשני אטומים קלים ממנו שיציבים יותר ממנו: אורניום-236 והליום-4.

ביקוע גרעין איזוטופ פלוטוניום-240

בהתפרקות זו אין חלקיקים עודפים, אך כפי שכבר ראינו קודם האורניום-236 אינו יציב מספיק בפני עצמו והוא יתפרק גם כן לשני אטומים קלים יותר ויציבים. בהתפרקות של האורניום-236 מתקבלים שלושה ניוטרונים עודפים שנפלטים החוצה מהגרעין הכבד בזמן הביקוע.

על חשיבות הניוטרונים הנפלטים החוצה בתהליך הביקוע והשימוש שנעשה בעובדה זו נלמד מייד בפרק הבא.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - פיזיקה גרעינית | פיזיקה גרעינית - תהליכים גרעיניים מלאכותיים : ביקוע גרעין האטום | תגובת שרשרת גרעינית | פצצת אטום וכור גרעיני | מיזוג גרעיני | תהליך תרמו-גרעיני בכוכב | סיכום ]