Навигация
Реакції ділення. Ланцюгова реакція. Використання ядерної енергії
9133
знака
0
таблиц
1
изображение
2. Реакції ділення. Ланцюгова реакція. Використання ядерної енергії
Взаємодія ядер важких елементів (уран, торій) з нейтронами може привести до поділу цих ядер на приблизно рівні осколки. Ядерні реакції такого типу називають реакціями поділу.
Механізм ділення важкого ядра після його взаємодії з нейтроном можна пояснити, виходячи з краплинної моделі будови ядра. В такому ядрі діють ядерні й кулонівські сили. Припустимо, що ядро поглинуло один нейтрон. Таке ядро, перебуваючи в збудженому стані, здійснює відповідну пульсацію, довільно змінюючи свою форму. Серед великої кількості різноманітних пульсацій, форма ядра може випадково стати еліпсоїдною. Завдяки дії поверхневих ядерних сил, а також кулонівських сил відштовхування є велика імовірність, що еліпсоїдне ядро стане гантелеподібним і після цього буде розірване на дві частини. Схематично це виглядить так:
В середній частині “гантелі” буде підвищена концентрація нейтронів. Ці нейтрони не перебувають під дією кулонівських сил, а тому як правило 23 з них не встигають попасти у відповідні осколки ділення. Отже, реакція ділення починається з поглинання важким ядром одного теплового нейтрона і закінчується розривом його на два приблизно рівні осколки з виділенням ще двох-трьох теплових нейтронів.
Зупинимось на реакціях ділення урану. Природний уран складається з двох основних ізотопів 
(0,7 %) і 
(99,3 %). Поглинувши тепловий нейтрон (W25 кеВ), ядро 
перетворюється в ядро 
з енергією збудження 6,4 МеВ, а поріг ділення дорівнює 5,8 МеВ. Тому робимо висновок, що ядро 
ділиться під дією нейтрона довільної енергії. В той же час, для 
поріг ділення досягає енергії 5,8 МеВ, а енергія збудженого ядра після взаємодії 
з нейтроном складає приблизно 4,8 МеВ. Робимо висновок, що ядро 
зможе ділитись лише після взаємодії з нейтроном, енергія якого не нижча 1 МеВ.
Теплові нейтрони ділять крім ядра 
ще ядра 
і ядра 
які в природі не зустрічаються. Ці ізотопи одержують штучно в ядерних реакторах на швидких нейтронах ( W 1 МеВ):
Торій і 
які використовуються для одержання необхідних матеріалів, називають ядерною сировиною.
Ізотопи 
- є ядерним горючим для ядерних котлів і матеріалами для виготовлення ядерних бомб.
Для практичного застосування поділу важких ядер масу матеріалів ділення підбирають такою, щоб нейтрони після першого акту ділення змогли зустрітись з іншими ядрами і спричинити їх ділення. Процес наростання числа актів поділу буде лавиноподібним, а реакція ділення в такому випадку буде називатись ланцюговою.
Ланцюгова реакція може бути керованою при розміщенні в активній зоні реактора сповільнювача нейтронів (як правило це графіт, або важка вода) і поглинача нейтронів (кадмій). За допомогою цих матеріалів досягають коефіцієнта розмноження нейтронів К=1; У випадку коли К1 ланцюгова реакція може стати надкритичною і спричинити вибух. Якщо К1,то ланцюгова реакція є підкритичною і може зменшитись до нуля. В будь-якому реакторі відповідна система автоматики підтримує коефіцієнт розмноження нейтронів в критичному стані К=1.
Об’єм активної зони стане набагато меншим, якщо використовувати збагачений 
. Чим більша концентрація , тим менша робоча зона і менша кількість ділящого матеріалу перебуває в активній зоні.
Некерована ланцюгова реакція може здійснюватись в ядерній бомбі, розміри якої тим менші, чим вища концентрація ділящогося матеріалу.
3. Термоядерні реакції. Енергія зірок. Керований термоядерний синтез
Оскільки у гелію 
енергія зв’язку нуклонів у ядрі дуже велика (28.3 МеВ), то є можливість одержувати ядерну енергію, при здійснені таких ядерних реакцій
МеВ,
МеВ. (3.1)
В обох випадках частинка-снаряд має позитивний заряд. Проникнення такої частинки в ядро-мішень потребує величезної енергії. Температура плазми, в якій можливі подібні реакції, повинна досягати мільйонів градусів. Такі реакції називаються термоядерними.
Термоядерні реакції відбуваються в зірках і є джерелом їх енергії. Некерована термоядерна реакція здійснюється у водневій бомбі, джерелом енергії в якій є вибух ядерної бомби.
Керований термоядерний синтез пов’язаний з надзвичайно великими технічними труднощами, які ряд учених надіються подолати у 21 сторіччі.
Якщо температура зірки в її центральній частині не перевищує 107 К, то імовірно, що в її надрах здійснюється протон-протонний термоядерний цикл
,
,
. (3.2)
Повний енергетичний вихід такого процесу складає біля 28.3 МеВ. Час, за який відбувається повний протон-протонний цикл складає мільйони років.
На більш гарячих зірках, температура в надрах яких t 108 К імовірно, що відбувається вуглецево - азотний цикл, або цикл Бете.
,
,
,
,
,
. (3.3)
Весь цикл Бете відбувається в середньому за 13 мільйонів років. Енергія, яка виділяється при цьому, становить 26.8 МеВ.
Хоч термоядерні реакції на Сонці й зірках приводять до зменшення водню, розрахунки показують, що кількості водню на Сонці вистачить ще на мільярди років.
Похожие работы
... - к распаду на более легкие части (реакции деления ). Соответствующие находящимся в средней части таблицы Менделеева химическим элементам ядра обладают максимальной энергией связи и поэтому стабильны. Исторически ядерная реакция деления в земных условиях была осуществлена раньше, чем реакция синтеза. Цепная реакция деления ядер урана. В природе помимо широко распространенного стабильного изотопа ...
... и может распасться. При этом внутриядерная энергия - W перейдет в кинетическую энергию осколков X1 и X2. Кроме энергии в ядерных реакциях сохраняется электрический заряд Z = Z1 + Z2, число нуклонов A = A1 + A2. Выполняются также и ряд дополнительных законов сохранения, о которых будет сказано в разделе, посвященном свойствам элементарных частиц. Рис. 5 Деление ядер урана Анализ ...
... и создании ядерного оружия. В Германии в 1942 году неудачи на германо-советском фронте повлияли на сокращение работ из-за недостатка финансирования “уранового проекта”, т.к. он не давал сиюминутных выгод по созданию ядерного оружия. А в США работа тем временем идет по двум направлениям: выделение урана-235 из природной смеси, а точнее – поиск наиболее эффективного метода разделения изотопов ...
... внутренний механизм взаимодействия нейтронно-физических и теплофизических процессов при любых возмущениях коэффициента размножения устанавливал новый безопасный уровень мощности. Практически безопасность ядерной энергетической установки обеспечивается, с одной стороны, устойчивостью реактора (уменьшением коэффициента размножения с ростом температуры и мощности активной зоны), а с другой стороны - ...
0 комментариев