Нуклеарна фисија

Овај чланак је добар. Кликните овде за више информација.
С Википедије, слободне енциклопедије
Индукована реакција фисије. Једна од могућих реакција нуклеарне фисије: атом уранијума-235 хвата спори неутрон и распада се на два нова атома (фисијски продукти – баријум-141 и криптон-92), ослобађајући 3 нова неутрона и огромну количину енергије везања (200 MeV). Језгро уранијума-235 апсорбује неутрон, претварајући га накратко у побуђено језгро уранијума-236, са енергијом побуде коју обезбеђује кинетичка енергија неутрона плус силе које везују неутрон. Уранијум-236 се, заузврат, раздваја на лакше покретне елементе (производе фисије) и ослобађа неколико слободних неутрона, један или више „брзих гама зрака“ (није приказано) и (пропорционално) велику количину кинетичке енергије.

Нуклеарна фисија (лат. fissio — раздвајање, дељење) је врста нуклеарне реакције, која настаје кад се језгра атома неког хемијског елемента цепају на два фисијска продукта или фисиона фрагмента сличних маса, уз емисију једног или више неутрона, те велике количине енергије чак и по енергетским стандардима радиоактивног распада. Током процеса фисије долази до ослобађања енергије, јер је мање енергије потребно за формирање два лакша језгра него једног тежег језгра. Спонтана фисија језгра догађа се врло споро, али код неких тешких језграра могуће је иницирати бржу реакцију фисије деловањем спорих неутрона на њих. Таква језгра која су подложна фисији спорим неутронима називају се фисибилним језграма. Осим језгара изотопа уранијума-233 и уранијума-235, те плутонијума-239, фисибилно је и језгро изотопа плутонијума-241. Једини фисибилни изотоп који постоји у природи је изотоп уранијума-235. Енергија ослобођена фисијом уранијума-235 износи приближно 200 MeV. Два лакша језгра које настају фисијом су радиоактивна и зову се фисиони фрагменти или фисиони продукти.

Да би се нуклеарна фисија могла користити као енергетски извор потребно је створити услове у којима ће се та реакција догађати континуирано. Континуирану фисијску реакцију могуће је остварити, јер се фисијом фисибилних изотопа стварају два до три неутрона који могу изазвати фисију у другим језграма фисибилних изотопа. Таква се реакција назива фисибилна нуклеарна ланчана реакција. Масе фисионих продуката су најчешће у односу 3:2, а вероватноћа да дође до нуклеарне фисије је 2 до 4 пута на 1000 догађаја.[1][2]

Нуклеарна се фисија код неких тешких језгара одвија спонтано, као облик радиоактивног распада, тако да се тешка језгра цепају на два дела, тј. X → А + Б. Вероватноћа догађања спонтане фисије је врло мала. Довођењем језгра у побуђено стање вероватноћа фисије се знатно повећава. То је стање најлакше постићи код непарних језгара уранијума-235, уранијума-233 и плутонијума-239, где апсорпција и сасвим спорог неутрона доводи језгро у побуђење довољно за фисију. Језгра које су настала фисијама зову се фисијски фрагменти или фисијски продукти. Фисијски продукти су радиоактивни и главни су извор радиоактивности у истрошеном нуклеарном гориву. Процесом фисије долази до ослобађања енергије, јер је мање енергије потребно за формирање два лакша језгра него једног тежег језгра. Енергија ослобођена фисијом језгра изотопа уранијума-235 износи приближно 200 MeV и преноси се на околни медијум у облику топлотне енергије. Енергија добијена фисијом једног килограма изотопа уранијума-235 једнака је енергији која би се добила изгарањем 1.300 тона угљеника или 1.350 тона нафте. Да би се тај велики енергијски потенцијал фисије могао искористити као енергетски извор потребно је омогућити континуирано одвијање фисијске реакције. Два до три неутрона који се ослобађају током фисијске реакције могу изазвати реакцију фисије на другим језграма фисибилног изотопа и на тај начин наставити нуклеарну ланчану реакцију фисије. Тим процесом долази до континуираног ослобађања фисијске енергије на контролисан начин у посебним уређајима који се зову нуклеарни реактори.[3]

Нуклеарну фисију су открили 19. децембра 1938. у Берлину немачки хемичари Ото Хан и Фриц Штрасман.[4][5][6]}[7][8][9] Физичари Лиза Мајтнер и њен нећак Ото Роберт Фриш су то теоретски објаснили у јануару 1939. Фриш је назвао процес „фисија” по аналогији са биолошком фисијом живих ћелија. У својој другој публикацији о нуклеарној фисији у фебруару 1939. Хан и Штрасман су предвидели постојање и ослобађање додатних неутрона током процеса фисије, отварајући могућност нуклеарне ланчане реакције. За тешке нуклиде, то је егзотермна реакција[10][11] која може ослободити велике количине енергије као електромагнетно зрачење и као кинетичка енергија фрагмената (загревање расутог материјала где се одвија фисија). Као и нуклеарна фузија, да би фисија произвела енергију, укупна енергија везивања насталих елемената мора бити већа од оне почетног елемента. Фисија је облик нуклеарне трансмутације, јер резултујући фрагменти (или атоми ћерке) нису исти елемент као оригинални родитељски атом. Два (или више) произведена језгра су најчешће упоредивих, али мало различитих величина, обично са односом масе производа од око 3 према 2, за уобичајене фисијске изотопе.[12][13] Већина фисија су бинарне фисије (производећи два наелектрисана фрагмента), али повремено (2 до 4 пута на 1000 догађаја) настају три позитивно наелектрисана фрагмента, у тернарној фисији.[14][15][16] Најмањи од ових фрагмената у тернарним процесима креће се у величини од протона до језгра аргона.

Осим фисије изазване неутроном, коју људи искориштавају и експлоатишу, природни облик спонтаног радиоактивног распада (који не захтева неутрон) се такође назива фисијом, а јавља се посебно у изотопима са веома великим масеним бројем. Спонтану фисију су 1940. открили Фљоров, Петржак и Курчатов[17] у Москви, у експерименту који је требало да потврди да је, без бомбардовања неутронима, брзина фисије уранијума занемарљива, као што је предвидео Нилс Бор; то није било занемарљиво.[17] Непредвидив састав производа (који варирају у широком опсегу и донекле на хаотичан начин) разликује фисију од процеса чисто квантног тунелисања као што су емисија протона, алфа распад и распад кластера,[18][19][20][21] који сваки пут дају исте производе. Нуклеарна фисија ослобађа енергију за нуклеарне електране и покреће експлозију нуклеарног оружја. Обе употребе су могуће јер одређене супстанце које се називају нуклеарна горива подлежу фисији када их ударе фисиони неутрони, а заузврат емитују неутроне када се распадну. Ово чини могућу самоодрживу нуклеарну ланчану реакцију, ослобађајући енергију контролисаном брзином у нуклеарном реактору или веома брзом, неконтролисаном брзином у нуклеарном оружју. Количина слободне енергије која се ослобађа при фисији је еквивалентна количини од 235
У
је милион пута већа од оне која се ослобађа при сагоревању метана или из водоничних горивних ћелија.[22]

Међутим, производи нуклеарне фисије су у просеку далеко радиоактивнији од тешких елемената који се нормално користе као гориво и остају такви током знатног времена, што доводи до проблема нуклеарног отпада. Међутим, седам дуговечних фисионих производа чини само мали део фисионих производа.[23][24] Апсорпција неутрона која не доводи до фисије производи плутонијум (од 238
У
) и мањинске актиниде[25][26] (из оба 235
У
и 238
У
) чија је радиотоксичност далеко већа од оне дуговечних фисионих продуката.[27][28] Забринутост због акумулације нуклеарног отпада и деструктивног потенцијала нуклеарног оружја су противтежа мирнодобској жељи да се фисија користи као извор енергије. Горивни циклус торијума практично не производи плутонијум и формира много мање минорних актинида, али 232
У
- односно његови производи распада - су главни емитер гама зрака.[29][30][31][32][33] Сви актиниди су плодни или фисиони[34] и брзоумножавајући реактори могу их све фисионирати,[35][36][37][38] иако само у одређеним конфигурацијама.[39] Нуклеарна прерада[40][41][42][43] има за циљ да поврати употребљиви материјал из истрошеног нуклеарног горива[44][45][46] како би се омогућило да залихе уранијума (и торијума) трају дуже и да би се смањила количина „отпада”. Индустријски израз за процес који обавља фисију свих или скоро свих актинида је „затворени циклус горива“.[47][48][49][50]

Физички преглед[уреди | уреди извор]

Механизам[уреди | уреди извор]

Визуелна репрезентација индуковања нуклеарне фузије, при чему се споро крећући неутрон апспорбује у језгру атома уранијума-235, услед чега долази до фисије у два лакша елемента (фисиона продукта) који се брзо крећу и у додатне неутроне. Највећи део ослобођене енергије је у облику кинетичке брзине фисионих продуката и неутрона.
Приноси фисионих продуката по маси за термалну неутронску фисију У-235, Пу-239, комбинацију која је типична за данашње нуклеарне реакторе, и У-233 који се користи у торијумском циклусу.

Нуклеарна фисија се може одвијати без неутронског бомбардовања, као тип радиоактивног распада. Овај тип фисије (такозвана спонтана фисија) је редак, изузев у случају неколико тешких изотопа. У нуклеарним уређајима, есенцијално сва нуклеарна фисија се одвија као „нуклеарна реакција“ — процес вођен бомбардовањем који произилази из колизије две субатомске честице. У нуклеарним реакцијама, субатомска честица се судара са атомским језгром и узрокује промене у њему. Нуклеарне реакције су стога вођене и механиком бомбардовања, а не само релативно константним експоненцијалним распадом и полу-животом карактеристичним за спонтане радиоактивне процесе.

Познато је много типова нуклеарних реакција. Нуклеарна фисија се значајно разликује од других типова нуклеарних реакција, по томе што она може да буде појачана и у неким случајевима контролисана нуклеарна ланчана реакција (она је специфични тип опште класе ланчаних реакција). У таквој реакцији, слободни неутрони који су ослобођени фисијом могу да изазову додатне реакције фисије, чиме се затим ослобађа још више неутрона и узрокује даља фисија.

Изотопи хемијских елемената који имају способност подржавања фисионе ланчане реакције се називају нуклеарним горивима, и каже се да су фисиви. Најчешће коришћена нуклеарна горива су 235У (изотоп уранијума са атомском масом од 235 и 239Пу (изотоп плутонијума са атомском масом од 239). Та горива се распадају у бимодалном опсегу хемијских елемената са атомским масама центрираним у близини 95 и 135 у (фисиони продукти). Већина нуклеарних горива само веома споро подлеже спонтаној фисији, распадајући се уместо тога углавном путем алфа/бета ланца распадања током дужих периода од миленијума до еона. У нуклеарним реакторима или нуклеарном оружју, велика већина фисионих реакција се индукује бомбардовањем са другим честицама, неутронима, који су ослобођени претходним фисионим реакцијама.

Нуклеарне фисије у нуклеарним горивима су резултат енергије нуклеарне ексцитације произведене уласком неутрона у фисивна атомска језгра. Та енергија, је резултат нуклеарне силе привлачења између неутрона и нуклеуса. Довољно је да се деформише нуклеус у облик дводелне текуће капљице, док се не пређе тачка у којој нуклеарни фрагменти премашују растојања на којима нуклеарна сила може да држи две групе наелектрисаних нуклеона заједно, и кад то тога дође, два фрагмента комплетирају своје раздвајање и бивају одбијени један од другог услед узајамно репулзивних наелектрисања, у процесу који постаје неповратан са све већим и већим растојањем. Сличан процес се јавља код фисивих изотопа (као што је уранијум-238), мада да би дошло до фисије, тим изотопима је неопходна додатна енергија коју пружају брзи неутрони (као што су они произведени нуклеарном фузијом у термонуклеарном оружју).

Модел капљице течности атомског нуклеуса предвиђа фисионе продукте једнаке величине као исход нуклеарне деформације. Софистикованији модел нуклеарне љуске је неопходан да би се механистички објаснио начин енергетички повољнијег исхода, у коме је један фисиони продукт мало мањи од другог. Теорију фисије базирану на моделу љуске је формулисала Марија Мајер.

Бинарна фисија је најчешћи фисиони процес, и њиме се производе горе поменути фисиони продукти, са 95±15 и 135±15 u. Међутим, до бинарног процеса долази углавном зато што је највероватнији. У око 2 до 4 фисије на 1000 у нуклеарном реактору, процес који се назива тернерна фисија производи три позитивно наелектрисана фрагмента (плус неутроне) и најмањи међу њима могу да буду у опсегу од веома малог наелектрисања и масе као што је протон (Z=1), до великог фрагмента као што је аргон (Z = 18). Најчешћи мали фрагменти, међутим, се састоје од око 90% језгара хелијума-4 са више енергије од алфа честица из алфа распада (такозване „алфе дугог опсега“ са ~ 16 MeV), плус језгра хелијума-6, и тритони (језгра трицијума). Тернарни процес је заступљен у мањој мери, мада се њиме ипак производе знатне количине гасова хелијума-4 и трицијума у шипкама горива модерних нуклеарних реактора.[51]

Енергетика[уреди | уреди извор]

Улаз[уреди | уреди извор]

Фазе бинарне фисије у моделу течне капи. Унос енергије деформише језгро у облик „цигаре“, затим у облик „кикирикија“, након чега следи бинарна фисија док два режња прелазе удаљеност привлачења нуклеарне силе кратког домета, а затим се одвајају и удаљавају својим електричним набојем. У моделу капи течности, предвиђа се да су два фрагмента фисије исте величине. Модел нуклеарне љуске омогућава да се разликују по величини, као што се обично експериментално запажа.

За фисију тешких језгара неопходан је тотални унос енергије од око 7 од 8 милиона електрон волти (MeV) да би иницијално свладала нуклеарна сила која држи језгро у сферном или приближно сферном облику, и почевши од тога, да га деформише у облик дводелне капљице („кикирикија“) у коме делови могу да наставе да се одвајају један од другог, потпомогнути својим узајамним одбијањем позитивних наелектрисања, као што је то случај у најзаступљенијем процесу бинарне фисије (два позитивно наелектрисана фисиона продукта + неутрони). Након што су делови језгра потиснути до критичног размака, изван кога краткосежна јака сила не може више да их држи заједно, процес њихове сепарације се одвија посредством енергије (далекосежног) електромагнетског одбијања између два фрагмента. Резултат су два фисиона фрагмента који се удаљавају један од другог, носећи висок садржај енергије.

Попречни пресеци фисије су мерљиво својство које се односи на вероватноћу да ће до фисије доћи у нуклеарној реакцији. Попречни пресеци су функција упадне енергије неутрона, а они за У-235 и Пу-239 су милион пута већи од У-238 на нижим нивоима енергије неутрона. Апсорпција било ког неутрона чини доступном енергију везивања језгра од око 5,3 МеВ. Изотопу У238 је потребан брзи неутрон за снабдевање додатних 1 МеВ потребних за прелазак критичне енергетске баријере за фисију. У случају У235, међутим, та додатна енергија се добија када се У235 прилагођава са непарне на парну масу. По речима Јонеса и Лавлејса, „...апсорпција неутрона на 235
У
мети формира 236
У
језгро са енергијом побуде већом од критичне енергије фисије, док у случају н + 238
У
, настаје 239
У
језгро које има енергију побуде испод критичне енергије фисије.”[22]:25–28[52]:282–287[53][54]

Око 6 MeV фисионе улазне енергије долази од једноставног везивања једног додатног неутрона у тешко језгро дејством јаке силе; мада, код многих изотопа подложних фисији, та количина енергије није довољна. Уранијум-238, на пример, има скоро ништавну фисиону попречну секцију за неутроне са мање од једног MeV енергије. Ако се не унесе додатна енергија путем неког другог механизма, не долази до фисије језгра, него се само апсорбује неутрон, као што је то случај кад U-238 апсорбује споре и чак извесни удео брзих неутрона, чиме постаје U-239. Преостала енергија неопходна за иницијацију фисије може произаћи из једног од два друга механизма: један од којих је унос вишка кинетичке енергије улазних неутрона, који су у све већој мери способни то изазову фисију подложних тешких језгара, кад њихова кинетичка енергија прелази један MeV (они су такозвани брзи неутрони). Такви високо енергетски неутрони моду да директно изазову расцеп U-238 (они налазе примену у термонуклеарном оружју, у коме брзи неутрони проистичу из нуклеарне фузије). Међутим, тај процес није подесан за широку примену у нуклеарним реакторима, пошто сувише мали удео фисионих неутрона произведених било којим типом фисије има довољно енергије да ефективно расцепи U-238 (фисиони неутрони имају мод енергије од 2 MeV, али је медијан само 0,75 MeV, што значи да пола њих има недовољну енергију).[55]

Међу тешким актиноидним елементима, изотопи који имају непаран број неутрона (као што је 235У са 143 неутрона) везују екстра неутрон са додатних 1 до 2 MeV енергије у односу на изотоп истог елемента са парним бројем неутрона (као што је 238У са 146 неутрона). Та екстра енергија везивања је доступна као ресулт ефекта неутронског упаривања. Та екстра енергија произилази из Паулијевог принципа искључивања којим се дозвољава додатном неутрону да заузме исту нуклеарну орбиталу као и задњи неутрон у нуклеусу, тако да они формирају пар. Код таквих изотопа, стога није неопходна неутронска кинетичка енергија, пошто се сва неопходна енергија добија апсорпцијом неутрона, било спорог или брзог, при чему се спори неутрони користе у нуклеарним реакторима са модератором, а брзи у брзим неутронским реакторима, и оружју). Као што је већ напоменуто, потгрупа елемената подложних фисији се може ефективно цепати њиховим сопственим фисионим неутронима (чиме се потенцијално може изазвати нуклеарна ланчана реакција у релативно малим количинама чистог материјала). Примери су изотопи 235У и 239Пу. Према Јонесу и Лавланду, „Актиниди попут 235
У
код којих фисија која лако следи након апсорпције термичког (0,25 меВ) неутрона називају се фисилни, док се оне попут 238
У
, који се не цепају лако када апсорбују термални неутрон називају се фисибилни.”[22]:25

Излаз[уреди | уреди извор]

Типични фисиони догађаји отпуштају око две стотине милиона eV (200 MeV) енергије при сваком фисионом догађају. Избор изотопа има малог утицаја на количину ослобођене енергије. То се може лако уочити прегледом криве енергије везивања. Просечна енергија везивања актиноидних језгара почевши од уранијума је око 7,6 MeV по језгру. Идући на лево дуж криве енергије везивања, где се фисиони продукти групишу, лако се може уочити да енергија везивања фисионих продуката тежи да буде око 8,5 MeV по нуклеону. Стога у сваком фисионом догађају изотопа у актиноидном опсегу масе, око 0,9 MeV се ослобађа по нуклеону почетног елемента. Фисија U235 спорим неутроном производи скоро идентичну количину енергије са фисијом U238 брзим неутроном. Тај профил ослобађања енергије такође важи за торијум и разне мање актиноиде.[56]

У контрасту с тим, већина реакција хемијске оксидације (као што су сагоревање угља или ТНТ) ослобађају у најбољем случају неколико eV по догађају. Стога, нуклеарно гориво садржи најмање десет милиона пута више корисне енергије по јединици масе него хемијско гориво. Енергија нуклеарне фисије се ослобађа као кинетичка енергија фисионих продуката и фрагмената, и као електромагнетна радијација у облику гама зрака; у нуклеарном реактору, енергија се конвертује у топлоту пошто се честице и гама зраци сударају са атомима од којих је направљен реактор и његовим радним флуидом, обично водом или у неким случајевима тешком водом или истопљеним солима.

При расцепу језгара уранијума у фрагменте језгра, око 0,1% масе уранијумских језгара[57] прелази у енергију фисије од ~200 MeV. За уранијум-235 (тотална просечна фисиона енергија је 202,5 MeV), типично се ~169 MeV јавља као кинетичка енергија расцепљених језгара, која лете са око 3% брзине светлости, услед Кулоновске репулзије. Такође, у просеку се емитује 2,5 неутрона, са просечном кинетичком енергијом по неутрону од ~2 MeV (тотално 4.8 MeV).[58] Реакција фисије такође ослобађа ~7 MeV у облику фотона гама зрака. Из те вредности произилази да нуклеарно фисиона експлозија или несрећни случај емитује око 3,5% своје енергије у облику гама зрака, што је мање од 2,5% енергије брзих неутрона (тотална вредност оба типа радијације је ~ 6%), а остатак је кинетичка енергија фисионих фрагмената (она се појављује скоро одмах након што фрагменти дођу у сусрет са окружном материјом, као једноставна топлота). У атомској бомби, та топлота може да служи за повишење температуре језгра бомбе до 100 милиона келвина и да узрокује секундарну емисију X-зрака, који конвертују део те енергије у јонизациону радијацију. Међутим, у нуклеарним реакторима, кинетичка енергија фисионих фрагмената се задржава као топлота ниске температуре, која узрокује мало јонизације, или је нема.

Такозване неутронске бомбе[59][60] (побољшана радијациона оружја) су конструисана тако да ослобађају већи удео своје енергије као јонизујуће зрачење (специфично неутроне), мада су све оне термонуклеарни уређаји који се ослањају на ступањ нуклеарне фузије за производњу додатне радијације. Енергијска динамика чисте фисионе бомбе се увек задржава на око 6% приноса у облику радијације, као директни резултат фисије.

Тотална енергија брзе фисије досеже око 181 MeV, или ~ 89% тоталне енергије која се коначно ослобађа фисијом током времена. Преосталих ~ 11% се ослобађа у облику бета распада који има вазне полу-животе, али одмах почине као процес у фисионим продуктима; и у облику одложених гама емисија везаних за те бета распаде. На пример, у уранијуму-235 та одложена енергија је подељена у око 6,5 MeV у бетама, 8,8 MeV у антинеутринима (ослобођеним у исто време као и бете), и коначно, додатних 6,3 MeV у одложеним гама емисијама из побуђених продуката бета-распада (за просечну тоталну емисију од ~10 гама зрака по фисији). Стога, око 6,5% тоталне енергије фисије се ослобађа након догађаја, као одложена јонизујућа радијација, и одложена јонизујућа енергија је равномерно подељена између гама и бета зрака.

У реактору који је радио извесно време, радиоактивни фисиони продукти се накупљају до концентрација стабилног стања, тако да је њихова брзина распадања једнака њиховој брзини формирања, тако да је њихов фракциони тотални допринос топлоти реактора (путем бета распада) једнак доприносу радиоизотопске фракције. Под тим условима, 6,5% фисије се јавља као одложена јонизациона радијација (одложене гаме и бете из радиоактивних фисионих продуката) која доприноси стабилном стању реакторске топлотне продукције. Та фракција заостаје кад се реактор нагло затвори (при хитном искључивању). Из тог разлога, реакторски излаз топлоте распада почиње са око 6,5% пуне фисионе снаге реакторског стабилног стања, након заустављања реактора. Међутим, у току неколико сати, услед распада тих изотопа, излазна снага распада је далеко мања.

Остатак енергије распада (8,8 MeV/202,5 MeV = 4,3% тоталне фисионе енергије) се емитује као антинеутрини, који се као практична материја, не сматрају „јонизационом радијацијом“. Енергија ослобођена у облику антинеутрина се не задржава материјалом реактора као топлота, него директно пролази кроз све материјале (укључујући Земљу) брзином која је близу брзине светлости, и одлази у интерпланетарни простор (апсорбована количина је занемарљива). Неутринска радијација се обично не класификује као јонизациона радијација, пошто се скоро у потпуности не апсорбује и стога не производи ефекте (мада су веома ретки неутрински догађаји јонизујући). Скоро целокупан остатак радијације (6,5% одложене бета и гама радијације) се коначно конвертује у топлоту у језгру реактора или његовом заштитном омотачу.

Неки процеси у којима учествују неутрони су приметни по апсорбовању или коначном приносу енергије — на пример неутронска кинетичка енергија не даје одмах топлоту ако је неутрон заробљен атомом уранијума-238, чиме се ствара плутонијум-239, али се та енергија емитује ако касније дође до фисије плутонијума-239. Са друге стране, такозвани одложени неутрони емитовани као радиоактивни продукти распада са полу-животима до неколико минута, из продуката фисије, су веома важни за контролу реактора, зато што они дају карактеристично „реакционо“ време за удвостручавање величине тоталне нуклеарне реакције, ако се реакција одвија у „одложеној критичној“ зони која се намерно ослања на те неутроне за суперкритичну ланчану реакцију (у којој сваки фисиони циклус производи више неутрона него што их апсорбује). Без њиховог постојања, нуклеарна ланчана реакција би била брзо критична и повећала би се брже него што бе се могла контролисати људском интервенцијом. У том случају, први експериментални атомски реактори би отишли изван контроле у опасне и збркане „брзе критичне реакције“ пре него што би њихови оператори могли да их ручно зауставе (из тог разлога, дизајнер Енрико Ферми је увео радијацијом контра побуђене контролне шипке, суспендоване електромагнетима, које могу да аутоматски падну у центар Чикаго гомиле-1). Ако су ти одложени неутрони узваћени без изазивања фисије, они такође производе топлоту.[61]

Језгра продукта и енергија везивања[уреди | уреди извор]

Код фисије постоји преференција у погледу приноса фрагмената са парним бројем протона, која се назива непарно-парним ефектом дистрибуције наелектрисања фрагмената. За разлику од тога, непарно-парни ефекат није уочен код дистрибуције масених бројева фрагмената. Тај резултат се објашњава разлагањем нуклеонског пара.

У нуклеарно фисионим догађајима језгра се могу разложити у било коју комбинацију лакших језгара, али најчешћи догађај није фисија до језгара једнаких маса од око 120; најчешћи догађај (у зависности од изотопа и процеса) је благо неравномерна фисија у којој једно новонастало језгро има масу око 90 до 100 u а друго преосталих 130 до 140 u.[62] Неравномерне фисије су енергетски повољније јер се тиме омогућава једном продукту да буде ближе енергетског минимума у близини масе 60 u (само четвртине просечне фисибилне масе), док друго језгро са масом 135 u још увек није далеко од опсега најчвршће везаног језгра (још један начин интерпретације је да су криве атомске енергије везивања нешто стрмије лево од масе 120 u, него десно од ње).

Историја[уреди | уреди извор]

Године 1919, Ернест Радерфорд је бомбардирајући азот алфа-честицама извео прво нуклеарно претварање (трансмутацију) једног хемијског елемента у други. При процесу је настао кисеоник, тако је извршена прва нуклеарна реакција: азот-14 + α (алфа-честица) → кисеоник-17 + п (протон). Године 1932. Радерфордове колеге Џон Кокрофт и Ернест Валтон су бомбардовали атом литијума-7 с протонима, који се распао на две алфа-честице. Тај експеримент је назван цепање атома. Након што је Џејмс Чедвик открио неутрон 1932, италијански физичар Енрико Ферми 1934. је озрачио уранијум спорим неутронима и запазио је да се као производ јавља неколико нових атома, који се разликују по времену полураспада. Ферми је сматрао да је бомбардовање уранијума-235 спорим неутронима изазвало нуклеарну реакцију, при којој су настали нови радиоактивни елементи, с атомским бројем изнад 92, нестабилни хемијски елементи с редним бројем 93, 94 и већим бројевима, који се називају трансуранијски елементи.

Откриће нуклеарне фисије[уреди | уреди извор]

Ото Хан и Лиз Мајтнер 1912. године

Откриће нуклеарне фисије догодило се 1938. године у зградама Друштва за хемију Кајзер Вилхелм, данас у склопу Слободног универзитета у Берлину, након више од четири деценије рада на науци о радиоактивности и разради нове нуклеарне физике која описује компоненте од атома. Ернест Радерфорд је 1911. године предложио модел атома у којем је врло мало, густо и позитивно наелектрисано језгро протона окружено негативним електронима који круже (Радерфордов модел).[63] Ниелс Бор је ово побољшао 1913. помирујући квантно понашање електрона (Бохров модел). Године 1928, Џорџ Гамов је предложио модел капљице течности, који је постао суштински важан за разумевање физике фисије.[52]:49–51,70–77,228[22]:6–7

Године 1896, Анри Бекерел је пронашао, а Марија Кири дала име, радиоактивност. Године 1900, Радерфорд и Фредерик Соди, истражујући радиоактивни гас који потиче из торијума, „пренели су огроман и неизбежан закључак да се елемент торијум полако и спонтано претвара у гас аргон!“[52]:41–43

Године 1919, пратећи ранију аномалију коју је Ернест Марсден забележио 1915. године, Радерфорд је покушао да „разбије атом“. Радерфорд је успео да изврши прву вештачку трансмутацију азота у кисеоник, користећи алфа честице усмерене на азот 14Н + α → 17О + п.  Радерфорд је изјавио: „...морамо закључити да је атом азота дезинтегрисан“, док су новине навеле да је он поделио атом. Ово је било прво посматрање нуклеарне реакције, односно реакције у којој се честице из једног распада користе за трансформацију другог атомског језгра. Такође је понудио нови начин проучавања језгра. Радерфорд и Џејмс Чедвик су затим користили алфа честице да „разбију“ бор, флуор, натријум, алуминијум и фосфор пре него што су достигли ограничење повезано са енергијом његовог извора алфа честица.[52] На крају, 1932. године, потпуно вештачку нуклеарну реакцију и нуклеарну трансмутацију су постигле Радерфордове колеге Ернест Волтон и Џон Кокрофт, који су користили вештачки убрзане протоне против литијума-7, да поделе ово језгро на две алфа честице. Тај подвиг је био популарно познат као „цепање атома“ и донео им је Нобелову награду за физику 1951. године за „Трансмутацију атомских језгара вештачки убрзаним атомским честицама“, иако то није била реакција нуклеарне фисије која је касније откривена у тешким елементима.[64]

Енглески физичар Џејмс Чедвик открио је неутрон 1932. године.[65] Чедвик је користио јонизациону комору да посматра протоне које је избацило из неколико елемената берилијумским зрачењем, пратећи ранија запажања Жолиот-Кири. Чедвиковим речима, „...Да бисмо објаснили велику продорну моћ зрачења, морамо даље претпоставити да честица нема нето набој...” Постојање неутрона је први постулирао Рудерфорд 1920. године, а у Чедвиковим речима, „...како си, забога, намеравао да изградиш велико језгро са великим позитивним набојем? А одговор је била неутрална честица.“[52]:153–165 Након тога, он је објавио своја открића са више детаља.[66]

Речима Ричарда Родса, у контексту неутрона, „Она би стога служила као нова нуклеарна сонда са бољом моћи продирања“. Филип Морисон је изјавио: „Сноп термалних неутрона који се крећу брзином звука... производи нуклеарне реакције у многим материјалима много лакше него сноп протона... који путује хиљадама пута брже.” Према Роудсу, „успоравање неутрона дало му је више времена у близини језгра, а то му је дало више времена да буде ухваћен“. Фермијев тим, проучавајући радијацијско хватање, што је емисија гама зрачења након што језгро ухвати неутрон, проучавао је шездесет елемената, изазивајући радиоактивност у четрдесет. У процесу су открили способност водоника да успорава неутроне.[52]:165,216–220

Енрико Ферми и његове колеге у Риму проучавали су резултате бомбардовања уранијума неутронима 1934. године.[67] Ферми је закључио да су његови експерименти створили нове елементе са 93 и 94 протона, које је група назвала аузонијум и хесперијум. Међутим, нису сви били убеђени Фермијевом анализом његових резултата, иако је он добио [Нобел Призе ин Пхyсицс[|Нобелову награду за физику]] 1938. за своје „демонстрације постојања нових радиоактивних елемената произведених неутронским зрачењем, и за сродно откриће нуклеарних реакција помоћу спорих неутрона“. Немачка хемичарка Ида Нодак је 1934. године посебно сугерисала да уместо стварања новог, тежег елемента 93, „могуће је замислити да се језгро распадне на неколико великих фрагмената.“[68] Међутим, цитирани приговор долази са извесним растојањем, и био је само један од неколико празнина које је приметила у Фермијевој тврдњи. Иако је Нодак била реномирани аналитички хемичар, недостајала јој је позадина у физици да би проценила енормност онога што је предлагала.[69]

Изложба нуклеарне фисије у Дојчес музеју у Минхену. Сто и инструменти су оригинални,[70][71] мада нису кориштени у истој просторији.

Након Фермијеве публикације, Ото Хан, Лиз Мајтнер и Фриц Штрасман су почели да изводе сличне експерименте у Берлину. Мајтнер, аустријска Јеврејка, изгубила је аустријско држављанство Аншлусом, уједињењем Аустрије са Немачком у марту 1938, али је у јулу 1938. пребегла у Шведску и започела преписку поштом са Ханом у Берлину. Игром случаја, њен нећак Ото Роберт Фриш, такође избеглица, такође је био у Шведској када је Мајтнерова примила писмо од Хана од 19. децембра у коме је описао његов хемијски доказ да су неки од производа бомбардовања уранијума неутронима били баријум. Хан је предложио распад језгра, али није био сигуран која је физичка основа за те резултате. Баријум је имао атомску масу 40% мању од уранијума и ниједна раније позната метода радиоактивног распада није могла да објасни тако велику разлику у маси језгра. Фриш је био скептичан, али Мајтнерова је веровала Хановој способности као хемичара. Марија Кири је годинама одвајала баријум од радијума, и технике су биле добро познате. Мајтнер и Фриш су затим исправно протумачили Ханове резултате да значе да се језгро уранијума поделило отприлике на пола. Фриш је предложио да се процес назове „нуклеарна фисија”, по аналогији са процесом деобе живих ћелија на две ћелије, који је тада називан бинарном фисијом. Као што ће термин нуклеарна „ланчана реакција“ касније бити позајмљена из хемије, тако је и термин „фисија“ позајмљен из биологије.[72]

Брзо су се прошириле вести о новом открићу, које је исправно виђено као потпуно нов физички ефекат са великим научним – и потенцијално практичним – могућностима. Мајтнерова и Фришова интерпретација открића Хана и Штрасмана прешли су Атлантски океан са Нилсом Бором, који је требало да предаје на Универзитету Принстон. I.I. Раби и Вилис Лам, два физичара са Универзитета Колумбија који су радили на Принстону, чули су вест и пренели је назад у Колумбију. Раби је изјавио да је рекао Енрику Фермију; Ферми је дао признање Ламу. Бор је убрзо након тога отишао са Принстона у Колумбију да види Фермија. Не затекавши Фермија у његовој канцеларији, Бор је отишао до циклотрона и пронашао Херберта L. Андерсона. Бор га је ухватио за раме и рекао: „Младићу, дозволите ми да вам објасним нешто ново и узбудљиво у физици.“[73]

Бројним научницима у Колумбији било је јасно да треба да покушају да детектују енергију ослобођену у нуклеарној фисији уранијума неутронским бомбардовањем. Тим Универзитета Колумбија је 25. јануара 1939. извео први експеримент нуклеарне фисије у Сједињеним Државама,[74] који је урађен у подруму Пупин Хола. Експеримент је обухватао стављање уранијум оксида у комору за јонизацију, озрачивање неутронима и мерење тако ослобођене енергије. Резултати су потврдили да је дошло до фисије и снажно наговестили да је фисији посебно подложан изотоп уранијум 235. Следећег дана, у Вашингтону је почела Пета Вашингтонска конференција о теоријској физици под заједничким покровитељством Универзитета Џорџ Вашингтон и Карнеги института из Вашингтона. Тамо су се вести о нуклеарној фисији још више прошириле, што је подстакло још много експерименталних демонстрација.[75] Чланак Хана и Штрасмана од 6. јануара 1939. објавио је откриће фисије. У својој другој публикацији о нуклеарној фисији у фебруару 1939. године, Хан и Штрасман су први пут употребили термин Уранспалтунг (фисија уранијума) и предвидели постојање и ослобађање додатних неутрона током процеса фисије, отварајући могућност нуклеарне ланчане реакције.[76] Рад Мајтнерове и Фриша од 11. фебруара 1939. упоредио је процес са поделом капи течности и проценио ослобођену енергију на 200 МеВ.[77] Чланак од 1. септембра 1939. Бора и Вила користио је овај модел течне капљице да квантификује детаље фисије, укључујући ослобођену енергију, процену попречног пресека за неутрон-индуковану фисију и навели су да је 235
У
био главни доприносилац том попречном пресеку и фисији спорих неутрона.[78][52]:262,311[22]:9–13

Реализација ланчане реакције фисије[уреди | уреди извор]

Током овог периода, мађарски физичар Лио Силард је спознао да се фисија тешких атома вођена неутронима може користити за стварање нуклеарне ланчане реакције. Таква реакција коришћењем неутрона била је идеја коју је први пут формулисао 1933. године, након што је прочитао Радерфордове омаловажавајуће опаске о стварању енергије из неутронских судара. Међутим, Силард није успео да оствари ланчану реакцију вођену неутронима користећи берилијум. Силард је изјавио: „...ако бисмо могли да пронађемо елемент који би се делио неутронима и који би емитовао два неутрона када би апсорбовао један неутрон, такав елемент, ако се састави у довољно велика маса, могао би да подржава нуклеарну ланчану реакцију.” Дана 25. јануара 1939, након што је сазнао за Ханово откриће од Јуџина Вигнера, Силард је приметио: „...ако се емитује довољно неутрона...онда би, наравно, требало да буде могуће одржати ланчану реакцију. Све ствари које је Х. Г. Велс предвидео су ми се одједном учиниле реалним.” Након објављивања Хан-Штрасмановог чланка, Силард је у писму Луису Штраусу приметио да током фисије уранијума „енергија ослобођена у овој новој реакцији мора бити много већа од свих раније познатих случајева...“, што би могло довести до „велике производње енергије и радиоактивних елемената, нажалост можда и до атомских бомби.“[79][52]:26–28,203–204,213–214,223–225,267–268

Силард је сада позвао Фермија (у Њујорку) и Фредерика Жолио-Кирија (у Паризу) да се уздрже од објављивања могућности ланчане реакције, како нацистичка влада не би постала свесна могућности уочи онога што ће касније бити познато као Други светски рат. Уз мало оклевања, Ферми је пристао на аутоцензуру. Али Жолио-Кири није, и априла 1939. његов тим у Паризу, укључујући Ханса фон Халбана и Луа Коварског, известио је у часопису Натуре да је број неутрона емитованих нуклеарном фисијом уранијума тада износио 3,5 по фисији.[80] Силард и Валтер Зин су открили да је „...број неутрона емитованих фисијом око два.” Ферми и Андерсон су проценили „принос од око два неутрона по сваком ухваћеном неутрону.”[52]:290–291,295–296

Цртеж првог вештачког реактора, Чикашка гомила-1.[81][82][83][84]

Са вестима о фисионим неутронима од уранијумске фисије, Силард је одмах схватио могућност нуклеарне ланчане реакције коришћењем уранијума. У лето, Ферми и Силард су предложили идеју нуклеарног реактора (гомиле) који би посредовао у овом процесу. Гомила би користила природни уранијум као гориво. Ферми је много раније показао да су атоми далеко ефикасније хватали неутроне ако су били мале енергије (тзв. „спори“ или „термални“ неутрони), јер је из квантних разлога то чинило да атоми изгледају као много веће мете за неутроне. Тако да би успорили секундарне неутроне које ослобађају фисиона језгра уранијума, Ферми и Силард су предложили графитни „модератор“, са којим би се брзи, високоенергетски секундарни неутрони сударали, што би их ефикасно успоравало. Са довољно уранијума и довољно чистог графита, њихова „гомила” би теоретски могла да издржи ланчану реакцију спорих неутрона. То би резултирало производњом топлоте, као и стварањем радиоактивних фисионих продуката.[52]:291,298–302

У августу 1939. Силард, Телер и Вигнер су сматрали да би Немци могли да искористе ланчану реакцију фисије и били су подстакнути да покушају да привуку пажњу владе Сједињених Држава на то питање. У том циљу, убедили су Алберта Ајнштајна да им помогне својим кредибилитетом у писму упућеном председнику Френклину Рузвелту. Дана 11. октобра, Ајнштајн-Силардово писмо је достављено преко Александра Сакса. Рузвелт је брзо схватио импликације, рекавши: „Алекс, оно што желиш је да видиш да нас нацисти не дигну у ваздух“. Рузвелт је наредио формирање Саветодавног комитета за уранијум.[52]:303–309,312–317

У фебруару 1940, подстакнут од стране Фермија и Џона Р. Данинга, Алфред О. C. Ниер је успео да одвоји У-235 и У-238 од уранијум тетрахлорида у стакленом масеном спектрометру. Након тога, Данинг је, бомбардујући узорак У-235 неутронима генерисаним циклотроном Универзитета Колумбија, потврдио да је „У-235 одговоран за спору неутронску фисију уранијума.”[52]:297–298,332

На Универзитету у Бирмингему, Фриш се удружио са Пајерлсом, који је радио на формули критичне масе, под претпоставком да је одвајање изотопа могуће, они су разматрали 235У, чији попречни пресек још није био одређен, али за који се претпостављало да је много већи од природног уранијума. Они су израчунали да би само фунта или две у запремини мањој од лоптице за голф, могла да доведе до ланчане реакције брже од испаравања, и да би резултујућа експлозија створила температуру већу од унутрашњости Сунца и притиске веће од центра земље. Поред тога, трошкови одвајања изотопа „били би безначајни у поређењу са трошковима рата“. До марта 1940. године, подстакнути Марком Олифантом, написали су Фриш-Пајерлсов меморандум у два дела, „О конструкцији супербомбе; засноване на нуклеарној ланчаној реакцији у уранијуму” и „Меморандум о својствима радиоактивне супербомбе.” Дана 10. априла 1940. одржан је први састанак МАУД комитета.[52]:321–325,330–331,340–341

У децембру 1940, Франц Симон из Оксфорда је написао своју „Процену величине стварног постројења за сепарацију”. У њој је Симон предложио гасну дифузију као најбољи метод за одвајање изотопа уранијума.[52]:339,343

Емилио Сегре и Глен Сиборг су 28. марта 1941. известили о „јаким индикацијама да 94239 пролази кроз фисију са спорим неутронима“. То је значило да је хемијско одвајање била алтернатива одвајању изотопа уранијума. Уместо тога, нуклеарни реактор са горивом са обичним уранијумом могао би да произведе изотоп плутонијума као замену за нуклеарни експлозив за 235У. У мају су показали да је попречни пресек плутонијума 1,7 пута већи од У235. Када је измерено да је пресек плутонијума за брзу фисију десет пута већи од У238, плутонијум је постао одржива опција за бомбу.[52]:346–355,366–368

У октобру 1941. МАУД је објавио свој коначни извештај Влади САД. У извештају је стајало: „Сада смо дошли до закључка да ће бити могуће направити ефикасну уранијумску бомбу...Материјал за прву бомбу могао би бити спреман до краја 1943. године...“[52]:368–369

У новембру 1941. Џон Данинг и Јуџин Т. Бут су успели да демонстрирају обогаћивање уранијума кроз дифузију гасне баријере. Дана 27. новембра, Буш је Рузвелту предао трећи извештај Националне академије наука. Извештај је, између осталог, позвао на паралелни развој свих система за одвајање изотопа. Дана 6. децембра, Буш и Конант су реорганизовали задатке Комитета за уранијум, при чему је Харолд Ури развио гасну дифузију, Лоренс је развио електромагнетну сепарацију, Егер V. Марфри је развио центрифуге, а Артур Комтон је био одговоран за теоретске студије и дизајн.[52]:381,387–388

Дана 23. априла 1942, научници Мет Лаб-а су расправљали о седам могућих начина да се екстрахује плутонијум из озраченог уранијума и одлучили су да наставе истраживање свих седам. Дана 17. јуна, прва серија уранијум нитрат хексахидрата (УНХ) била је подвргнута неутронском бомбардовању на циклотрону у Универзитету Вашингтон у Сент Луису. Дана 27. јула, озрачени УНХ је био спреман за тим Глена Т. Сиборга. Дана 20. августа, користећи ултрамикрохемијске технике, успешно су екстраховали плутонијум.[52]:408–415

У априлу 1939. стварање ланчане реакције у природном уранијуму постало је циљ Фермија и Силарда, за разлику од раздвајања изотопа. Њихови први напори укључивали су петсто фунти уранијум оксида из Елдорадо Радијум корпорације. Упакован у педесет и две лименке пречника два инча и дужине два метра у резервоару са раствором мангана, могли су да потврде да је више неутрона емитовано него што је апсорбовано. Међутим, водоник у води је апсорбовао споре неутроне неопходне за фисију. Тада је разматран угљеник у облику графита, због његовог мањег пресека хватања. У априлу 1940. Ферми је успео да потврди потенцијал угљеника за ланчану реакцију спорих неутрона, након што је примио графитне цигле Националне компаније за угљеник у њиховим Пупин лабораторијама. У августу и септембру, тим из Колумбије је проширио мерења попречног пресека правећи серију експоненцијалних „гомила”. Прве гомиле састојале су се од уранијум-графитне решетке, која се састојала од 288 лименки, од којих је свака садржала 60 фунти уранијум-оксида, окружених графитним циглама. Фермијев циљ је био да одреди критичну масу неопходну за одржавање генерисања неутрона. Ферми је дефинисао фактор репродукције к за процену ланчане реакције, са вредношћу од 1,0 која означава трајну ланчану реакцију.

У септембру 1941. Фермијев тим је успео да постигне само вредност к од 0,87. У априлу 1942, пре него што је пројекат централизован у Чикагу, постигли су 0,918 уклањањем влаге из оксида. У мају 1942. Ферми је планирао пуну ланчану гомилу, Чикаго гомила-1, након што је једна од експоненцијалних гомила на Стаг Филду достигла к од 0,995. Између 15. септембра и 15. новембра, Херберт L. Андерсон и Валтер Зин изградили су шеснаест експоненцијалних гомила. Прибављање чистијих облика графита, без трагова бора и његовог великог попречног пресека, постало је најважније. Такође је била важна набавка високо пречишћених облика оксида од Малинкродт хемијских радова. Коначно, прибаљање чистог металног уранијума из Ејмсовог процеса, значило је замену оксидних псеудосфера са „јајима“ Френка Спединга. Почевши од 16. новембра 1942. године, Ферми је наложио да Андерсон и Зин раде у две смене од по дванаест сати, конструишући гомилу која је на крају достигла 57 слојева до 1. децембра. Коначна гомила се састојала од 771.000 фунти графита, 80.590 фунти уранијум-оксида, 12.400 фунти металног уранијума, са десет контролних шипки кадмијума. Интензитет неутрона је мерен бор трифлуоридним бројачем, са уклоњеним контролним шипкама, након завршетка сваке смене. Дана 2. децембра 1942. године, када се к приближило 1,0, Ферми је уклонио све контролне шипке осим једне и постепено уклонио последњу. Кликови бројача неутрона су се повећали, као и оловка за снимање, када је Ферми објавио „Гомила је постала критична“. Они су постигли к од 1,0006, што је значило да се интензитет неутрона удвостручује свака два минута, поред стварања плутонијума.[52]:298–301,333–334,394–397,400–401,428–442

Природни фисиони ланчани реактори на Земљи[уреди | уреди извор]

Критичност је неуобичајена у природи. На три лежишта руде у Оклу у Габону, откривено је шеснаест локација (тзв. Окло фосилни реактори) на којима се самоодржива нуклеарна фисија догодила пре отприлике 2 милијарде година. Непознато до 1972. године (мада је то постулирао Пол Курода 1956. године[85]), када је француски физичар Френсис Перин открио фосилне реакторе Окло, схватило се да је природа предухитрила људе. Ланчане реакције природне фисије уранијума великих размера, које је модерирала нормална вода, дешавале су се далеко у прошлости и не би биле могуће сада. Овај древни процес је могао да користи нормалну воду као модератора само зато што је 2 милијарде година пре садашњости природни уранијум био богатији краће живећим фисилним изотопом 235У (око 3%) од природног уранијума који је данас доступан (који је само 0,7% , и мора бити обогаћен на 3% да би се могао користити у реакторима лаке воде).

Уранијум-235[уреди | уреди извор]

Уранијум је у то време био последњи хемијски елемент у периодном систему елемената. На основу поузданих резултата који су добијени помоћу хемијског раздвајања и проучавања бета-честица, утврђено је да продукти нуклеарног претварања уранијума-235 са спорим неутронима, нису трансуранијски елементи, већ елементи из средине периодног система. Ото Хан и Фритц Штрасман су 1938. открили да је један од продуката баријум. Марија Кири је у својим експериментима 1939. добила лантан. Ни једна група научника није добила трансуранијске елементе, а касније су Ото Хан и Фритц Штрасман добили итријум, стронцијум, криптон, ксенон и друге елементе из средине периодног система.

Ову загонетку с нуклеарном реакцијом уранијума-235 правилно је решила Лиза Мајтнер и њен нећак Ото Роберт Фриш. Они су 1939. претпоставили да се уранијум-235 хватањем спорог неутрона цепа на два фисијска фрагмента, један је атом баријума, а други атом криптона. Ову нуклеарну реакцију при којој се уранијум-235 цепа на два приближно једнака фисијска фрагмента су назвали нуклеарна фисија. Они су указали да су фрагменти нуклеарне фисије врло нестабилни и да због односа неутрона и протона у њима, настаје читав низ бета-распада. Утврђено је да се атомске масе фисијских фрагмената налазе у подручју с атомском масом од 70 до 160, и да нуклеарна фисија није симетрична, па се масе фисијских фрагмената односе у размери 2:3.

Крива просечне енергије везања по нуклеону
Нуклеарни ударни пресек уранијума-235 у зависности од брзине или енергије (температуре) неутрона
Једна од могућих нуклеарних фисијских ланчаних реакција: 1. Атом уранијума-235 хвата спори неутрон и распада се на два нова атома (фисиони фрагменти – баријум-141 и криптон-92), ослобађајући 3 нова неутрона и огромну количину енергије везања (200 MeV). 2. Један од тих неутрона бива ухваћен атомом уранијума-238 и не наставља реакцију. Други неутрон напушта систем неухваћен. Ипак, један од неутрона се судара с новим атомом уранијума-235, који се распада на два нова атома (фисиони фрагменти), ослобађајући 3 нова неутрона и огромну количину енергије везања (200 MeV). 3. Два се неутрона сударају с два атома уранијума-235 и сваки се распада и наставља реакцију.

Продукти нуклеарне фисије или фисијски фрагменти се могу поделити у две групе, и то на лаку групу елемената с атомским бројем од 85 до 104 и тешку групу елемената с атомским бројем од 130 до 149. Спорим неутронима се може изазвати нуклеарна фисија уранијума-235, али не и код уранијума-238. Нуклеарна фисија уранијума-235 се одвија на 30-так начина. У врло кратком времену од 10-12 секунда атомска језгра уранијума-235 избаци 2 до 3 неутрона. Ови фисијски неутрони су брзи, али кратког живота, мање од 10-14 секунди. Осим фисијских неутрона, настају и закаснели неутрони, које емитирају фисијски фрагменти и њихово време полураспада је од 0,05 секунди до 120 минута. Иако закаснели неутрони чине само мали део око 0,65% свих ослобођених неутрона, имају пресудну улогу у регулацији нуклеарних реактора.[86]

Помоћу спорих (термичких) неутрона не настаје нуклеарна фисија само код уранијума-235, већ и код уранијума-233 и плутонијума-239 (нуклеарно гориво). Нуклеарне фисије су остварене и код атомских језгара других тешких елемената, и то не само деловањем неутрона, већ и са неким електрисаним честицама, као што су протон, деутеријум и алфа-честица, помоћу акцелератора честица. Нуклеарна фисија може настати и деловањем гама-честица, као што су познати примери бизмута, олова, живе, злата, платине и тантала.

Модел текуће капљице атомског језгра[уреди | уреди извор]

Механизам нуклеарне фисије објашњава се теоријом нуклеарне фисије, коју су изнијели Нилс Бор и Ј.А. Вилер 1939, коју су је назвали модел текуће капљице атомског језгра. Они су претпоставили да је деловање нуклеарних сила слично деловању привлачних сила између молекула у капљици воде, која заузима облик кугле и супротставља се својој промени облика. Кад у атомско језгро уранијума-235 улети спори неутрон, он своју енергију преда нуклеонима у том језгру. Услед тога настаје њихово брже кретање и језгро уранијума-235, које треба проматрати као капљицу течности облика кугле, пролази кроз низ промена стања и облика. Капљица се најпре издужује у елипсоид (облик јајета). Ако у капљици не постоји довољна количина енергије да се свлада сила напетости површине, она ће након вибрирања заузети поновно свој сферни облик. Али при довољној количини енергије, сила која врши промену облика ће изазвати удубљивање капљице у средини и капљица ће добити облик сличан кикирикију. У том случају, електростатичка одбијајућа Кулонова сила може свладати резидуалну јаку нуклеарну силу, па ће се капљица расцепити у два дела, која ће бити избачена у различитим смеровима. Два фисијска фрагмента ће добити на крају облик кугле. Тако ће настати два одвојена атомска језгра различитих елемената, који ће тежити стабилнијем стању, па ће избацити један или више неутрона.

Сматра се да несиметрична природа нуклеарне фузије настаје због тога што се атомска језгра састоје од неколико слојева. Претпоставља се да се симетрично цепају само спољашњи слојеви, а унутрашњи део језгра се уопште не цепа, него излеће заједно с једном половином нуклеона из спољашњих слојева. Фисиони фрагменти излећу великом брзином и загревају околину у којој настају.

Фисиони фрагменти уранијума-235 због великог броја неутрона, којих има више него у стабилним изотопима елемената, су врло нестабилни. Сви фисиони фрагменти су електронски активни и после низа узастопних бета-распада прелазе у стабилне изотопе. То значи да сваки фисиони фрагмент има свој својствени радиоактивни низ. Пошто се при емисији бета-честица мења атомска маса тог атома, нормално је да се атомски број таквог атома повећава за један. При нуклеарној фисији уранијума-235 откривено је преко 300 различитих активних продуката фисије.

Како при нуклеарној фисији настаје велики број бета-честица и гама-честица, ова јака радиоактивност ствара затровање (контаминацију), услед чега долази до оштећења људског организма, који су им изложени. Због тога особље које ради у нуклеарним реакторима мора употребљавати заштитна средства.

Својстава нуклеарне фисије[уреди | уреди извор]

Нуклеарна енергија везања атомског језгра[уреди | уреди извор]

Нуклеарна енергија везања атомског језгра је енергија која држи нуклеоне на окупу. Та енергија има различите вредности за различита језгра, а расте с порастом масеног броја. Због такве разлике у енергији везања, нека су језгра нестабилна и распадају се претварајући се у друге стабилнија језгра. Учесталост распада је повезана уз време полураспада, које се дефинише као време које је потребно да се распадне половина језгри неког узорка. Време полураспада различитих језгара може имати вредности између делића секунде па све до неколико милијарди година.

Нуклеарни ударни пресек[уреди | уреди извор]

Нуклеарни ударни пресек је врло важан појам којим се одређује искористљивост неке нуклеарне реакције или вероватноћа да дође до судара између неке улазне честице и атомског језгра неког атома. Мерна јединица за нуклеарни ударни пресек је 1 барн, а то износи 1 x 10-28 m2. Тако је на пример нуклеарни ударни пресек за уранијум-235 и споре (термичке) неутроне 700 x 10-28 m2 или 700 барна.

Нуклеарна ланчана реакција[уреди | уреди извор]

Нуклеарна ланчана реакција настаје услед самоодржања нуклеарне фисије, тако да фисијски неутрони, којих је просечно око 2,5 по фисији једног језгра, узрокују нове фисије. Самоодржање нуклеарне фисије може се остварити ако бар један од тих неутрона проузрокује нову фисију у околним језгрима. Тим процесом долази до континуираног ослобађања фисијске енергије на контролирани начин у посебним уређајима који се зову нуклеарни реактори.

Темељни принцип ланчане реакције прилично је једноставан. Атом уранијума-235 апсорбује неутрон, који узрокује његово цепање. При цепању се ослобађа енергија и у просеку два до три нова неутрона, који могу изазвати нова цепања. Тај се процес назива нуклеарном ланчаном реакцијом. У нуклеарном реактору процес ланчане реакције се контролише, јер од два до три новонастала неутрона при цепању у просеку само један узрокује ново цепање уранијума 235. У реактору се, дакле, одвија контролирана ланчана реакција.

Након цепања настају две врсте неутрона: фисијски и закаснели. Фисијски неутрони се ослобађају непосредно након цепања, а закаснели касније, и то само након распада неких фрагмената, односно њихових потомака. Иако закаснели неутрони чине само мали део, око 0,65% свих ослобођених неутрона, имају пресудну улогу у регулацији реактора.

Сви фрагменти и већина њихових потомака радиоактивни су и распадају се. У просеку су до коначно стабилног изотопа потребна три до четири радиоактивна распада. Већином је реч о бета- и гама-распаду, при чему се ослобађају бета-честице, односно гама-зраци. Енергија која се ослобађа у тим распадима назива се закаснелом топлотом.

За одвијање ланчане реакције одлучне су две величине: неутронски принос k i trajanje fisijske generacije τ u lančanoj reakciji. Trajanjem jedne fisijske generacije naziva se prosečno vreme između dve uzastopne fisije (da bi fisijski neutroni bili emitovani iz nekog jezgra i dospeli do drugih fisibilnih jezgara potrebno je neko vreme). Neutronski prinos k je odnos broja neutrona nastalih u fisijskom procesu prema broju neutrona nastalih u prethodnom fisijskom procesu. Lančana je reakcija nadkritična ako je k > 1, podkritična ako je k < 1. Ako je k = 1, lančana reakcija održava se trajno s istim brojem fisija u jediničnoj zapremini. Kontrolom neutronskog prinosa kontroliše se broj neutrona, koriste se štapovi od kadmijuma koji se uvlače u reaktorsko jezgro i apsorbiraju neutrone.

Vidi još[уреди | уреди извор]

Reference[уреди | уреди извор]

  1. ^ Arora, M. G.; Singh M. (1994). Nuclear Chemistry. Anmol Publications. ISBN 9788126117635. 
  2. ^ Gopal, Saha (2010). Fundamentals of Nuclear Pharmacy. Springer Science+Business Media. ISBN 9781441958600. 
  3. ^ "Uvod u nuklearnu energetiku", Prof. dr. sc. Danilo Feretić, 2011.
  4. ^ „The Nobel Prize in Physics 1938”. Nobel Media AB. Архивирано из оригинала 22. 5. 2020. г. Приступљено 1. 6. 2020. 
  5. ^ Noddack, Ida (15. 9. 1934). Превод: Graetzer, H. G.. „Über das Element 93” [On Element 93]. Zeitschrift für Angewandte Chemie. 47 (37): 653—655. Bibcode:1934AngCh..47..653N. ISSN 1433-7851. doi:10.1002/ange.19340473707. Архивирано из оригинала 10. 6. 2020. г. Приступљено 2. 6. 2020. 
  6. ^ Sime, Ruth Lewin (мај 1989). „Lise Meitner and the Discovery of Fission”. Journal of Chemical Education. 66 (5): 373—376. Bibcode:1989JChEd..66..373S. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed066p373Слободан приступ. 
  7. ^ „Ehrung der Physikerin Lise Meitner Aus dem Otto-Hahn-Bau wird der Hahn-Meitner-Bau” [Honouring Physicist Lise Meitner as the Otto Hahn Building Becomes the Hahn-Meitner Building] (на језику: немачки). Free University of Berlin. 28. 10. 2010. Архивирано из оригинала 3. 8. 2020. г. Приступљено 10. 6. 2020. 
  8. ^ v. Grosse, A.; Agruss, M. (1. 8. 1934). „The Chemistry of Element 93 and Fermi's Discovery”. Physical Review. 46 (3): 241. Bibcode:1934PhRv...46..241G. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/PhysRev.46.241. 
  9. ^ v. Grosse, A.; Agruss, M. (1. 3. 1935). „The Identity of Fermi's Reactions of Element 93 with Element 91”. Journal of the American Chemical Society. 57 (3): 438—439. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja01306a015. 
  10. ^ „Exothermic reaction”. The IUPAC Compendium of Chemical Terminology. IUPAC. 2014. doi:10.1351/goldbook.E02269. 
  11. ^ Laidler, K. J. (1996). „A glossary of terms used in chemical kinetics, including reaction dynamics (IUPAC Recommendations 1996)”. Pure and Applied Chemistry. 68: 149—192. S2CID 98267946. doi:10.1351/pac199668010149Слободан приступ. 
  12. ^ M. G. Arora; M. Singh (1994). Nuclear Chemistry. Anmol Publications. стр. 202. ISBN 81-261-1763-X. 
  13. ^ Gopal B. Saha (1. 11. 2010). Fundamentals of Nuclear Pharmacy. Springer. стр. 11—. ISBN 978-1-4419-5860-0. 
  14. ^ „Fraction ternary fission as a function of different Z and A in fissile isotopes.”. 
  15. ^ „True ternary fission”. јануар 2003. 
  16. ^ „Ternary and Quaternary fission”. 
  17. ^ а б Петржак, Константин (1989). „Как было открыто спонтанное деление” [How spontaneous fission was discovered]. Ур.: Черникова, Вера. Краткий Миг Торжества — О том, как делаются научные открытия [Brief Moment of Triumph — About making scientific discoveries] (на језику: руски). Наука. стр. 108—112. ISBN 5-02-007779-8. 
  18. ^ Poenaru, Dorin N.; Greiner, Walter (2011). „Cluster Radioactivity”. Clusters in Nuclei I. Lecture Notes in Physics. 818. Berlin: Springer. стр. 1—56. ISBN 978-3-642-13898-0. 
  19. ^ Poenaru, D. N.; Greiner, W. (1996). Nuclear Decay Modes. Bristol: Institute of Physics Publishing. стр. 1—577. ISBN 978-0-7503-0338-5. 
  20. ^ Sandulescu, A.; Poenaru, D. N.; Greiner, W. „New type of decay of heavy nuclei intermediate between fission and alpha-decay”. Soviet Journal of Particles and Nuclei. 11: 528—541. OSTI 6189038. 
  21. ^ Rose, H. J.; Jones, G. A. (1984). „A new kind of natural radioactivity”. Nature. 307 (5948): 245—247. Bibcode:1984Natur.307..245R. S2CID 4312488. doi:10.1038/307245a0. 
  22. ^ а б в г д Younes, Walid; Loveland, Walter (2021). An Introduction to Nuclear Fission. Springer. стр. 28—30. ISBN 9783030845940. 
  23. ^ Nuclear Wastes: Technologies for Separations and Transmutation. National Academies Press. 1996. ISBN 978-0-309-05226-9. 
  24. ^ Zerriffi, Hisham; Makhijani, Annie (мај 2000). „The Nuclear Alchemy Gamble: An Assessment of Transmutation as a Nuclear Waste Management Strategy”. Institute for Energy and Environmental Research. 
  25. ^ Moyer, Bruce A. (2009). Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances, Volume 19. CRC Press. стр. 120. ISBN 9781420059700. 
  26. ^ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (април 2004). „Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels”. Journal of Nuclear Science and Technology. 41 (4): 448—456. doi:10.3327/jnst.41.448Слободан приступ. 
  27. ^ Stacey, Weston M. (2007). Nuclear Reactor Physics. John Wiley & Sons. стр. 240. ISBN 9783527406791. 
  28. ^ Etienne Parent (2003). „Nuclear Fuel Cycles for Mid-Century Deployment” (PDF). MIT. стр. 104. Архивирано из оригинала (PDF) 2009-02-25. г. 
  29. ^ Robert Hargraves; Ralph Moir (јануар 2011). „Liquid Fuel Nuclear Reactors”. American Physical Society Forum on Physics & Society. Приступљено 31. 5. 2012. 
  30. ^ Sublette, Carey (20. 2. 1999). „Nuclear Materials FAQ”. nuclearweaponarchive.org. Приступљено 23. 10. 2019. 
  31. ^ Kang, J.; Von Hippel, F. N. (2001). „U‐232 and the proliferation‐resistance of U‐233 in spent fuel”. Science & Global Security. 9 (1): 1—32. Bibcode:2001S&GS....9....1K. S2CID 8033110. doi:10.1080/08929880108426485.  „Archived copy” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 2014-12-03. г. Приступљено 2015-03-02. 
  32. ^ „"Superfuel" Thorium a Proliferation Risk?”. 5. 12. 2012. 
  33. ^ Ashley, Stephen; Parks, Geoffrey (2012-12-05). „Thorium fuel has risks”. Nature. 492 (7427): 31—33. PMID 23222590. S2CID 4414368. doi:10.1038/492031aСлободан приступ. „We are concerned, however, that other processes, which might be conducted in smaller facilities, could be used to convert 232Th into 233U while minimizing contamination by 232U, thus posing a proliferation threat. Notably, the chemical separation of an intermediate isotope — protactinium-233 — that decays into 233U is a cause for concern. ... The International Atomic Energy Agency (IAEA) considers 8 kilograms of 233U to be enough to construct a nuclear weapon1. Thus, 233U poses proliferation risks. 
  34. ^ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (април 2004). „Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels”. Journal of Nuclear Science and Technology. 41 (4): 448—456. doi:10.3327/jnst.41.448Слободан приступ. 
  35. ^ „A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy Systems” (PDF). Generation IV International Forum. децембар 2002. GIF-002-00. Архивирано (PDF) из оригинала 1. 7. 2015. г. Приступљено 1. 7. 2015. 
  36. ^ Davis, Thomas P. (2018). „Review of the iron-based materials applicable for the fuel and core of future Sodium Fast Reactors (SFR)” (PDF). Office for Nuclear Regulation. Архивирано (PDF) из оригинала 3. 1. 2019. г. Приступљено 2. 1. 2019. 
  37. ^ „The Integral Fast Reactor”. Reactors Designed by Argonne National Laboratory. Argonne National Laboratory. Архивирано из оригинала 17. 9. 2013. г. Приступљено 20. 5. 2013. 
  38. ^ „National Policy Analysis #378: Integral Fast Reactors: Source of Safe, Abundant, Non-Polluting Power – December 2001”. Архивирано из оригинала 25. 1. 2016. г. Приступљено 13. 10. 2007. 
  39. ^ Berthou, V.; et al. (2003). „Трансмутатион цхарацтеристицс ин тхермал анд фаст неутрон спецтра: апплицатион то америциум” (ПДФ). Јоурнал оф Нуцлеар Материалс. 320 (1–2): 156—162. Бибцоде:2003ЈНуМ..320..156Б. дои:10.1016/С0022-3115(03)00183-1. Архивирано из оригинала (ПДФ) 2016-01-26. г. Приступљено 2013-03-31. 
  40. ^ Харолд Феивесон; et al. (2011). „Managing nuclear spent fuel: Policy lessons from a 10-country study”. Bulletin of the Atomic Scientists. Архивирано из оригинала 26. 4. 2012. г. Приступљено 8. 7. 2011. 
  41. ^ „Adieu to nuclear recycling”. Nature. 460 (7252): 152. 2009. Bibcode:2009Natur.460R.152.. PMID 19587715. doi:10.1038/460152bСлободан приступ. 
  42. ^ „Supply of Uranium”. World Nuclear Association. Архивирано из оригинала 12. 2. 2013. г. Приступљено 29. 1. 2010. 
  43. ^ „Fast Neutron Reactors”. World Nuclear Association. Архивирано из оригинала 24. 2. 2013. г. Приступљено 11. 3. 2012. 
  44. ^ „RWMAC's Advice to Ministers on the Radioactive Waste Implications of Reprocessing”. Radioactive Waste Management Advisory Committee (RWMAC). 3. 11. 2002. Архивирано из оригинала 29. 8. 2008. г. Приступљено 2008-05-18. 
  45. ^ Lucuta, P.G.; Verrall, R.A.; Matzke, Hj.; Palmer, B.J. (јануар 1991). „Microstructural features of SIMFUEL – Simulated high-burnup UO2-based nuclear fuel”. Journal of Nuclear Materials. 178 (1): 48—60. doi:10.1016/0022-3115(91)90455-GСлободан приступ. 
  46. ^ „Nuclear Crisis in Japan FAQs”. Union of Concerned Scientists. Архивирано из оригинала 2011-04-20. г. Приступљено 2011-04-19. 
  47. ^ „Why Nuclear – Generation Atomic” (на језику: енглески). 26. 1. 2021. Приступљено 2021-06-27. 
  48. ^ „Nuclear Waste May Get A Second Life”. NPR.org (на језику: енглески). Приступљено 2021-06-27. 
  49. ^ „How much depleted uranium hexafluoride is stored in the United States?”. Depleted UF6 Management Information Network. Архивирано из оригинала 2007-12-23. г. Приступљено 2008-01-15. 
  50. ^ „Susquehanna Nuclear Energy Guide” (PDF). PPL Corporation. Архивирано из оригинала (PDF) 2007-11-29. г. Приступљено 2008-01-15. 
  51. ^ S. Vermote, et al. (2008) "Comparative study of the ternary particle emission in 243-Cm (nth,f) and 244-Cm(SF)" in Dynamical aspects of nuclear fission: proceedings of the 6th International Conference. J. Kliman, M. G. Itkis, S. Gmuca (eds.). World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. Singapore.
  52. ^ а б в г д ђ е ж з и ј к л љ м н њ о п Rhodes, Richard (1986). The Making of the Atomic Bomb. New York: Simon & Schuster Paperbacks. стр. 135—138. ISBN 9781451677614. 
  53. ^ Bohr, N. (1939). „Resonance in Uranium and Thorium Disintegrations and the Phenomenon of Nuclear Fission”. Physical Review. American Physical Society. 55 (4): 418—419. Bibcode:1939PhRv...55..418B. doi:10.1103/PhysRev.55.418.2. Приступљено 9. 10. 2023. 
  54. ^ „Essential cross sections”. LibreTexts Library. јул 2022. Приступљено 9. 10. 2023. 
  55. ^ J. Byrne Neutrons, Nuclei, and Matter, Dover Publications, Mineola, NY. Byrne, James (18. 8. 2011). Neutrons, Nuclei and Matter: An Exploration of the Physics of Slow Neutrons. Courier Corporation. стр. 259. ISBN 978-0-486-48238-5. 
  56. ^ Brünglinghaus, Marion. „Nuclear fission”. European Nuclear Society. Архивирано из оригинала 17. 01. 2013. г. Приступљено 04. 01. 2013. 
  57. ^ Hans A. Bethe (April 1950), "The Hydrogen Bomb", Bulletin of the Atomic Scientists. pp. 99.
  58. ^ These fission neutrons have a wide energy spectrum, with range from 0 to 14 MeV, with mean of 2 MeV and mode (statistics) of 0.75 Mev. See Byrne, op. cite.
  59. ^ „Sci/Tech Neutron bomb: Why 'clean' is deadly”. Архивирано из оригинала 2011-10-21. г. 
  60. ^ „Chapter 2 Conventional and Nuclear Weapons - Energy Production and Atomic Physics Section I - General. Figure 2-IX, Table 2-III”. Архивирано из оригинала 2014-07-19. г. 
  61. ^ „Nuclear Fission and Fusion, and Nuclear Interactions”. National Physical Laboratory. Архивирано из оригинала 05. 03. 2010. г. Приступљено 04. 01. 2013. 
  62. ^ Bonneau, L.; Quentin, P. (2005). „Microscopic calculations of potential energy surfaces: Fission and fusion properties” (PDF). AIP Conference Proceedings. 798: 77—84. Bibcode:2005AIPC..798...77B. doi:10.1063/1.2137231. Архивирано из оригинала 29. 09. 2006. г. Приступљено 28. 07. 2008. 
  63. ^ E. Rutherford (1911). „The scattering of α and β particles by matter and the structure of the atom” (PDF). Philosophical Magazine. 21 (4): 669—688. Bibcode:2012PMag...92..379R. S2CID 126189920. doi:10.1080/14786435.2011.617037. 
  64. ^ „Cockcroft and Walton split lithium with high energy protons April 1932”. Outreach.phy.cam.ac.uk. 1932-04-14. Архивирано из оригинала 2012-09-02. г. Приступљено 2013-01-04. 
  65. ^ J. Chadwick (1932). „Possible Existence of a Neutron” (PDF). Nature. 129 (3252): 312. Bibcode:1932Natur.129Q.312C. S2CID 4076465. doi:10.1038/129312a0Слободан приступ. 
  66. ^ Chadwick, J. (1932). „The existence of a neutron”. Proceedings of the Royal Society A. 136 (830): 692—708. Bibcode:1932RSPSA.136..692C. doi:10.1098/rspa.1932.0112Слободан приступ.  and Chadwick, J. (1933). „The Bakerian Lecture: The neutron”. Proceedings of the Royal Society A. 142 (846): 1—25. Bibcode:1933RSPSA.142....1C. doi:10.1098/rspa.1933.0152Слободан приступ. 
  67. ^ E. Fermi, E. Amaldi, O. D'Agostino, F. Rasetti, and E. Segrè (1934) "Radioattività provocata da bombardamento di neutroni III", La Ricerca Scientifica, vol. 5, no. 1, pages 452–453.
  68. ^ Ida Noddack (1934). „Über das Element 93”. Zeitschrift für Angewandte Chemie. 47 (37): 653. Bibcode:1934AngCh..47..653N. doi:10.1002/ange.19340473707. 
  69. ^ Hook, Ernest B. (2002). „Interdisciplinary Dissonance and Prematurity: Ida Noddack’s Suggestion of Nuclear Fission”. Ур.: Hook, Ernest B. Prematurity in Scientific Discovery: On Resistance and Neglect. Berkeley and Los Angeles: University of California Press. стр. 124—148. ISBN 978-0-520-23106-1. OCLC 883986381. 
  70. ^ „Originalgeräte zur Entdeckung der Kernspaltung, "Hahn-Meitner-Straßmann-Tisch". 
  71. ^ „Entdeckung der Kernspaltung 1938, Versuchsaufbau, Deutsches Museum München | Faszination Museum”. YouTube. 
  72. ^ Frisch, Otto Robert (1980). What Little I Remember. Cambridge University Press. стр. 114—117. ISBN 0-52-128010-9. „The paper was composed by several long-distance telephone calls, Lise Meitner having returned to Stockholm in the meantime. I asked an American biologist who was working with Hevesy what they call the process by which single cells divide in two; 'fission', he said, so I used the term 'nuclear fission' in that paper. Placzek was sceptical; couldn’t I do some experiments to show the existence of those fast-moving fragments of the uranium nucleus? Oddly enough that thought hadn’t occurred to me, but now I quickly set to work, and the experiment (which was really very easy) was done in two days, and a short note about it was sent off to Nature together with the other note I had composed over the telephone with Lise Meitner. 
  73. ^ Richard Rhodes. (1986) The Making of the Atomic Bomb, Simon and Schuster, p. 268, ISBN 0-671-44133-7.
  74. ^ Х. L. Андерсон; Е. Т. Боотх; Ј. Р. Дуннинг; Е. Ферми; Г. Н. Гласое; Ф. Г. Слацк (1939). „Тхе Фиссион оф Ураниум”. Пхyсицал Ревиеw. 55 (5): 511. Бибцоде:1939ПхРв...55..511А. дои:10.1103/ПхyсРев.55.511.2. 
  75. ^ Рицхард Рходес (1986). Тхе Макинг оф тхе Атомиц Бомб, Симон анд Сцхустер, пп. 267–270, ISBN 0-671-44133-7.
  76. ^ Hahn, O.; Strassmann, F. (фебруар 1939). „Nachweis der Entstehung aktiver Bariumisotope aus Uran und Thorium durch Neutronenbestrahlung; Nachweis weiterer aktiver Bruchstücke bei der Uranspaltung”. Naturwissenschaften. 27 (6): 89—95. Bibcode:1939NW.....27...89H. S2CID 33512939. doi:10.1007/BF01488988. 
  77. ^ Meitner, Lisa; Frisch, O.R. (1939). „Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction”. Nature. 143 (3615): 239—240. Bibcode:1939Natur.143..239M. S2CID 4113262. doi:10.1038/143239a0. Приступљено 20. 9. 2023. 
  78. ^ Bohr, Niels; Wheeler, John (1939). „The Mechanism of Nuclear Fission”. Physical Review. 56 (5): 426—450. Bibcode:1939PhRv...56..426B. doi:10.1103/PhysRev.56.426Слободан приступ. Приступљено 20. 9. 2023. 
  79. ^ Zoellner, Tom (2009). Uranium. Viking Penguin. стр. 28—30. ISBN 978-0-670-02064-5. 
  80. ^ H. Von Halban; F. Joliot; L. Kowarski (1939). „Number of Neutrons Liberated in the Nuclear Fission of Uranium”. Nature. 143 (3625): 680. Bibcode:1939Natur.143..680V. S2CID 4089039. doi:10.1038/143680a0Слободан приступ. 
  81. ^ Bearak, Barry (16. 9. 2011). „Where Football and Higher Education Mix”. The New York Times. Приступљено 2. 12. 2015. 
  82. ^ „"Site A" at Red Gate Woods & The World's First Nuclear Reactor”. Forest Preserves of Cook County. октобар 2013. Приступљено 26. 11. 2015. 
  83. ^ „How the first chain reaction changed science”. University of Chicago. 10. 12. 2012. Приступљено 22. 11. 2015. 
  84. ^ „Chapter 1: Wartime Laboratory”. ORNL Review. 25 (3 & 4). 2002. ISSN 0048-1262. Архивирано из оригинала 25. 8. 2009. г. Приступљено 22. 3. 2016. 
  85. ^ P. K. Kuroda (1956). „On the Nuclear Physical Stability of the Uranium Minerals” (PDF). The Journal of Chemical Physics. 25 (4): 781. Bibcode:1956JChPh..25..781K. doi:10.1063/1.1743058. 
  86. ^ [1] Архивирано на сајту Wayback Machine (31. јул 2017) "Од руде до жутог колача", Нуклеарна електрана Кршко, 2011.

Литература[уреди | уреди извор]

Спољашње везе[уреди | уреди извор]