§ 108 ЛАНЦЮГОВІ ядерні РЕАКЦІЇ
При розподілі ядра урану звільняються два-три нейтрона. Це дозволяє здійснювати ланцюгову реакцію поділу урану.
Будь-який з нейтронів, що вилітають з ядра в процесі поділу, може, в свою чергу, викликати розподіл сусіднього ядра, яке також випускає нейтрони. здатні дізнатись подальший розподіл. В результаті число ядер, що діляться дуже швидко збільшується. Виникає ланцюгова реакції. Ядерної ланцюговою реакцією називається реакція, в якій, які призводять до її (нейтрони), утворюються як продукти цієї реакції.
Ланцюгова реакція супроводжується виділенням величезної енергії. При розподілі кожного ядра виділяється енергія близько 200 МеВ. При повному ж розподілі всіх ядер, наявних в 1 г урану, виділяється енергія 2,3 • 10 4 кВт. ч. Це еквівалентно енергії, одержуваної при згорянні 3 т вугілля або 2,5 т нафти.
Але для здійснення ланцюгової реакції можна використовувати будь-які ядра, діляться під впливом нейтронів. В силу ряду причин з ядер, що зустрічаються в природі, придатні лише ядра ізотопу урану з масовим числом 235, т. Е. 235 92.
Ізотопи урану. Природний уран складається в основному з двох ізотопів: складає всього 1/140 частку від більш поширеного ізотопу.
Ядра і діляться під впливом як швидких, так і повільних нейтронів. Ядра ж можуть ділитися лише під впливом нейтронів з енергією більше 1 МеВ. Таку енергію мають приблизно 60% нейтронів, що з'являються при діленні. Однак приблизно лише один нейтрон з п'яти робить розподіл. Решта нейтрони захоплюються цим ізотопом. не роблячи поділу. В результаті ланцюгова реакція з використанням чистого ізотопу неможлива.
Коефіцієнт розмноження нейтронів. Для перебігу ланцюгової реакції немає необхідності, щоб кожен нейтрон обов'язково викликав поділ ядра. Необхідно лише, щоб середнє число звільнених нейтронів в даній масі урану не зменшувалася з часом.
Ця умова буде виконана, якщо коефіцієнт розмноження нейтронів k більше або дорівнює одиниці. Коефіцієнтом розмноження нейтронів називають відношення числа нейтронів в будь-якому «поколінні» до числа нейтронів попереднього «покоління». Підмінних «поколінь» розуміють поділ ядер, при якому поглинаються нейтрони старого «покоління» і народжуються нові нейтрони.
Якщо. то число нейтронів збільшується з плином часу або залишається постійним, і ланцюгова реакція йде. при k <1 число нейтронов убывает и цепная реакция невозможна.
Коефіцієнт розмноження визначається чотирма фактами:
1) захопленням повільних нейтронів ядрами з подальшим розподілом і захопленням швидких нейтронів ядрами і також з подальшим розподілом;
2) захопленням нейтронів ядрами урану без поділу;
3) захопленням нейтронів продуктами поділу, сповільнювачем (про нього сказано далі) і конструктивними елементами установки;
4) вильотом нейтронів з речовини, що ділиться назовні. Лише перший процес супроводжується збільшенням числа нейтронів (в основному за рахунок ділення). Всі інші призводять до їх втрат. Ланцюгова реакція в чистому ізотопі неможлива, так як в цьому випадку k <1 (число нейтронов, поглощаемых ядрами без деления, больше числа нейтронов, вновь образующихся за счет деления ядер).
Для стаціонарного течії ланцюгової реакції коефіцієнт розмноження нейтронів повинен бути дорівнює одиниці. Це рівність необхідно підтримувати з великою точністю. Уже при k = 1,01 майже миттєво станеться вибух.
Освіта плутонію. Важливе значення має не викликає ділення захоплення нейтронів ядрами ізотопу урану. Після захоплення утворюється радіоактивний ізотоп з періодом напіврозпаду 23 хв. Розпад відбувається з випусканням електрона і антинейтрино (див. С. 298) і виникненням першого трансуранового елемента - нептунію:
Нептуний -радіоактівен з періодом напіврозпаду близько двох днів. У процесі розпаду нептунію утворюється наступний трансурановий елемент - плутоній:
Плутоній відносно стабільний, так як його період напіврозпаду великий - близько 24 000 років. Найважливіша властивість плутонію полягає в тому, що він ділиться під впливом повільних нейтронів, так само як і ізотоп. Тому за допомогою плутонію також може бути здійснена ланцюгова реакція, яка супроводжується виділенням величезної енергії.
Ланцюгова реакція поділу можлива завдяки тому, що при розподілі ядер випускається два-три нейтрона. Велика частина енергії, що виділяється доводиться на кінетичну енергію уламків ядер, що діляться.
1. Від чого залежить коефіцієнт розмноження нейтронів!
2. Які ізотопи урану використовуються для здійснення ланцюгової ядерної реакції!
Фізика і астрономія скачати. задача школяреві 11 класу, матеріали з фізики для 11 класу онлайн
Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам.
Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - Освітній форум.