Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

07.04.2015Tutay1 Nükleer Reaksiyon II Füzyon, Fisyon ve Multifragmentasiyon

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "07.04.2015Tutay1 Nükleer Reaksiyon II Füzyon, Fisyon ve Multifragmentasiyon"— Sunum transkripti:

1 Tutay1 Nükleer Reaksiyon II Füzyon, Fisyon ve Multifragmentasiyon

2 Tutay2 Fisyon ve füzyon Eğer çekirdek reaksiyonu, (A=200) örnek olarak 235 U çekirdeğinin parçalanması gibi olursa, biz bu reaksiyona fisyon (Fisson) diyoruz. Yani ağır çekirdek iki hafif çekirdeğe bölünüyor ve enerji açığa çıkıyor. Eğer yukardaki reaksiyonun tersi olursa, bunu da çekirdek füzyonu diyoruz. Yani hafif iki çekirdek yeni ağır bir çekirdek oluşturur.

3 Tutay3 Fisyon: Otto Hahn ve Fritz Strassmann 235 U i bir n ile bombardıman edilmesiyle fisyon reaksiyonunu gördüler. Örnek: Yavaş nötronla 235 U bombardımanı. 235 U+n  ( 236 U)*  f 1 *+f 2 *+n (n=2,5)

4 Tutay4 Çekirdek niye bölünür? Nükleon bağlanma enerjisi: (A=238) E b =7,6 MeV ve (A=119) E b =8.5 MeV dir. Daha sıkı bağlı sistemde enerji açığa çıkar. -238x7.6 = MeV ( 238 U) -2x119x8.5= MeV (2 adet 119 Pd) Coulomb itme gücü ile parçalanır.

5 Tutay5 238 U iki 119 Pd çekirdeği halinde bulunabilir. Ama Coulomb engelini aşamaz. E c =(1.44 MeVfm) [(46) fm] = 250 MeV Q=214 MeV Eğer iki çekirdek 79 Zn ve 159 Sm gibi kütle oranı 2:1 olsaydı E c =221 MeV olurdu. Fisyon A=300 sıfıra gider. Başlangıçta fisyon ürünleri radyoaktif olduklarından  veya  yayınlayarak kararlı izobarlara bozunurlar. 141 Cs  141 Ba  141 La  141 Ce  141 Pr (25s  18dk  4h  33gün)

6 Tutay6 Z  92 olan ağır çekirdeklerde anlık bölünme olur. Ağır çekirdeklerde anlık bölünme bir nötron reaksiyonu ile de olur. 235 U+n  236 U*  93 Rb+ 141 Cs +2n 235 U+n  236 U*  X+Y+ n; >1 235 U bölünme enerji büyüklüğü 5.3 MeV 238 U bölünme enerji büyüklüğü 5.9 MeV

7 Tutay7 Fisyon özelikleri: İki fisyon ürünün kütlesi oranı simetriktir. A 1  A 2 olasılığı A1  95 ve A 2  140 göre 1/600 dır. Yayımlanan nötronların sayısı: Deneysel olarak gözlenen: 233 U için n=2, U için n=2, Pu için n=2,86 dır. Fisyon enerjisi: Termik bir enerjiye sahip bir nötron (yavaş nötron), E k =0,0253 eV ve T=293 K ‘ne sahip olduğunda bir fisyona yol açar. 235 U+n  236 U*

8 Tutay8 236 U* Uyarılma enerjisi E uy = [m( 236 U*)-m( 236 U)]c 2 M( 236 U*)=m( 235 U)+m n =236, u E*=(236,052589u u) MeV/u E*=6,5 MeV ( 236 U aktivasyon enerjisi =6.2 MeV) 238 U+n  239 U* E*=4,8 MeV ( 239 U aktivasyon enerjisi =6.6 MeV)

9 Tutay9 İki hafif çekirdeğin nükleer reaksiyon sonucu ağır bir çekirdek oluşturmasına füzyon denir. Örneğin bir 40 Ca oluşturmak için iki 20 Ne gereklidir. E c =21.2 MeV, Q=20.7 MeV dır. Reaksiyon gözlemlemek için E c yi aşmak gerekir. Ya hızlandırıcıyla ya da termonükleer füzyon elde etmek için 20 Ne gazını ısıtmak gerekli.

10 Tutay10 Temel füzyon reaksiyonları: En temel reaksiyon: p+p  2 He ( 2 He kararsızdır) Güneşteki reaksiyon: 2 H + 2 H  4 He +  ; Q=23.8 MeV Gerçekleşmesi mümkün olan reaksiyonlar: 2 H + 2 H  3 He+n; Q=3.3 MeV 2 H + 2 H  3 H+p; Q=4.0 MeV D-D (döteryum- döteryum) reaksiyonu denir. 2 H + 3 H  4 He+nQ= 17.6 MeV (D-T reaksiyonu) Burada n=14.1 MeV enerjiye sahip (nötron kaynağı)

11 Tutay11 Güneş Füzyonu: Güneş termonükleer bir reaktördür (10 9 yıl). Hidrojen 4 He dönüşüyor. Evrende hidrojen bol bulunur (%90) ve %1 4 He. 1 H + 1 H  2 H+e + + Q=1.44 MeV (güneşte p) olur sonra 2 H + 1 H  3 He+  Q=5.49 MeV olması mümkün p karşılık 1 D  p, p etkileşmesi olanağı dir. Yani D oluşunca hemen 3 He meydana getirir. 3 He, protonla reaksiyona girmez. Kısaca 3 He başka bir 3 He bulup reaksiyona girene kadar bekler.

12 Tutay12 3 He, p ile reaksiyona girmez. 3 He in d ile reaksiyonu da olası değildir. (d çabucak 3 He dönüşür.) 3 He+ 3 He  4 He+2 1 H+  ; Q=12.86 MeV Proton-proton reaksiyonu 4 1 H  4 He+2e + +2 net olarak 4 1 H  4 He ve Q=26.7 MeV Nötrino ( ) direkt bize ulaşır.

13 Tutay13 3 He için başka bir yol ;  parçacığı ile reaksiyona girer: 3 He+ 4 He  7 Be+  ve aşağıdaki reaksiyonlardan biri ile devam eder. 1) 7 Be+e -  7 Li+ 2) 7 Li+p  2 4 He 7 Be+p  8 B+  8 B  8 Be+e + + 3) 8 Be  2 4 He Sonuç: 3 şekilde Q değeri aynı ve net reaksiyon da aynı.

14 Tutay14 Bir yıldızda ağır elementler varsa füzyon olabilir. CNO çevirimi. 12 C(p,  ) 13 N(e+ ) 13 C(p,  ) 14 N(p,  ) 15 O(e+ ) 15 N(p,  ) 12 C 12 C ne oluşturulabilir ne de yok edilir. 12 C bir katalizör gibi davranır. Not: Net reaksiyon 4 1 H  4 He+2e + +2 gibidir ve Q değeri de aynıdır. Yeryüzüne ulaşan güneş ışını 1, W/m2 Güneşte toplam ışınma 4x10 26 W dır.

15 Tutay15 Her füzyon reaksiyonunda 25 MeV enerji üretilir. Saniyede 4x10 38 p tüketilir reaksiyon gerçekleşir. Güneş in yakıtı yıl devam edecek yeterliliktedir.

16 Tutay16 Bir yıldız sahip olduğu hidrojeni tüketirse hidrojen yerine helyumun füzyon reaksiyonu başlar. 3 4 He  12 C gerçekleşir. 4 He+ 4 He  8Be 8 Be( ,  ) 12 C Bunun dışında 12 C( ,  ) 16 O veya 16 O( ,  ) 20 Ne burada alfa ile reaksiyon son bulur.

17 Tutay17 Bunun dışında 12 C+ 12 C  20 Ne+  veya  23 Na+p  23 Mg+n Eğer 12 C biterse 2x10 9 K sıcaklıkta 16 O yanmaya başlar Si ve S biter. 28 Si( ,  ) 32 S ( ,  ) 36 Ar…… 52 Fe ( ,  ) 56 Ni bağlama enerjisi yüksek çekirdekler oluşur.

18 Tutay18 Bu durumda Fe ve Ni artık enerji üretmiyor. Kollaps olarak supernova patlaması gerçekleştirir. Böylece yeni yıldızlar oluşur. Fe in bağlama enerjisi ve Coulomb enerjisi yüksektir.

19 Tutay19

20 Tutay20

21 Tutay21

22 Tutay22 Ağır iyonlarda enerjiye bağlı olan reaksiyon çeşitleri. 1) E m  10 MeV ise olabilecek reaksiyonlar: Şart: E m >V c a) Füzyon b) Derin elastik saçılma c)’’Quasi (tam olmayan) elastik saçılma’’ (TLF: Target Like Fragment) n,p,d,  salınımı buharlaşma (PLF: Project Like Fragment) n,p,d,  salınımı sıralama 2) E m  10 MeV ise olabilecek reaksiyonlar: a)Preequilibrium bileşik çekirdek oluşmadan önce n,p,d,  salınımı b)Fisyon, c) Füzyon ve tam olmayan füzyon (hcsor) 3) E m  20 MeV ise olabilecek reaksiyonlar Multifragmentasiyon (MF) dur.

23 Tutay23 Fermi Gaz modeline göre E*=aT 2 MeV Burada E*: uyarılma enerjisi, T:ısı a sistemin yoğunluk parametresi a=A/8 MeV -1 T=5 MeV bir anormalik var Faz geçişi gibi algılanabilir. Çekirdek sıvı fazdan gaz fazına geçiyor gibi.

24 Tutay24 Gross modeline göre Multifragmentasyon: Eğer uyarılma enerjisi E m  20 MeV/N ise ve bileşik çekirdeğin ısısı T=5 MeV ise bu durumda bileşik çekirdek fisyon yerine multifragment (bölünme 3 veya daha büyük sayıda) çekirdek parçalanması olur. Şekil de E:Buharlaşma (A  10 1x), F:Fisyon (A  10 2x), ve C:Multifragmentasyon (A  10 3x), temsil ediyor.

25 Tutay25 Orta ağırlıklı kütle parçalanması Çekirdek yeterli E* (uyarılma enerjisi) sahip ise Maxwell dağılımına uyum göstererek bozunur. F(E rel )=(E rel -Ec)exp(-E rel /T) E rel : iki parçacık arasındaki enerji E c :Coulomb enerjisi T :Salınımı yapan sistemin ısısı

26 Tutay26

27 Tutay27

28 12 C ile 4 He arasındaki relatif enerji dağılımı 16 O*  12 C + 4 He E rel = (μ / 2) V² rel ; V² rel = V² IMF +V²α – 2*V IMF V α Cosθ μ = azaltılmış kütle, θ = 12 C ile α arasındaki açı

29

30 Laboratuvar sisteminden merkezi sisteme (CM) geçmek için Jacobian dönüşümleri gereklidir. WQ CM = WQ LAB. J, J: Jacobian Faktörü J = (μ 1,2 / m j ).[(M/m 2 ).( 1 - (v 1 /v 2 ).cos(θ 2 -θ 1 ) – (M /m 1 ).(1- (v 2 /v 1 ).cos(θ 2 -θ 1 ))]

31

32 Tutay32

33 İki orta ağırlıklı fragment (IMF) arasındaki salınım zamanı yardımım ile iki fragment eşzamanlı olup olmadığına bakılır. Eğer iki IMF kısa bir zaman aralığında salınıyorlarsa, bunlar arasındaki relatif hız dağılımı: 1 + R(V rel ) = N cor (V rel ) / N uncor (V rel )

34 N cor : Eşzamanlı gelen IMF ler. v rel : İki IMF arasındaki relatif hız N uncor : Eş zamanlı olmayan IMF ler. V red = V rel / (Z 1 +Z 2 ) 1/2

35 İki IMF arasındaki korelasiyon ilişkisi: IMF 1 IMF 2 θ = 23,5°θ=14°, 18.5°, 23.5° 12 CLi, Be, B, C 11 BLi, Be, B, C

36 Projectil direct two IMF’s or PLF sequential PLF*  IMF1 + IMF2 (Δt = 0) or PLF*  IMF 1 + IMF 2 * and IMF 2 * repeat IMF 2 *  IMF 2 i + Li(Be) If IMF Li or Be is possibly that more time decay in IMF’s Δt > 0


"07.04.2015Tutay1 Nükleer Reaksiyon II Füzyon, Fisyon ve Multifragmentasiyon" indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları