Цепная реакция деления

Реакции деления тяжелых ядер

Тема 8. Ядерная энергетика и радиационная экология

Лекция 11

Действие малых доз радиации

Отдаленные последствия облучения

Каждая 0.01 Гр поглощенного излучения сокращает жизнь от 1 до 15 суток при однократном облучении и на 0.05 суток при хроническом облучении.

Отдаленные последствия – раковые заболевания различной локализации. В первую очередь лейкозы (на 6-7 год после облучения). Далее рак молочной железы и других локализаций. Частота возникновения пропорциональна поглощенной дозе.

Рак легких:

Жирным отмечены вещества, содержащиеся в табаке.

Активность легких курильщика по Pb-210 в 1.5 раза больше, по Po-210 в 3 раза больше, чем у некурящего.

Стохастические эффекты – эффекты, которые можно оценить статистическими методами.

Кривая дозы эффекта:

Деление атомного ядра – один из видов ядерных реакций. Тяжелое ядро под действием нейтрона делится на 2 атомных ядра (ядра-осколки) и несколько нейтронов (2-3).

U

Q=200 МэВ/распад (3*10^-11 Дж)

En=0-7 МэВ, <En>=2МэВ

Цепная реакция деления – ядерная реакция, в которой частицы, вызывающие реакцию образуются как продукты этой реакции.

n

2¹

2²

U-235, m=2 г.

N = mM*Na=5*10²¹=2⁷²

– время жизни одного поколения

– время реакции почти мгновенно, энергия высвобождаемая очень велика, получается взрыв.

Вторичные нейтроны, могут выйти из зоны реакции в результате следующих процессов:

1. Вылет нейтронов из зоны реакции через поверхность

2. Захват нейтронов ядрами примесей, продуктами реакции

3. Захват нейтронов ядром U-235, который не приводит к реакции деления.

Эффективность ядерной реакции деления зависит от энергии налетающих нейтронов.

По величине энергии все нейтроны делятся на 3 вида:

- En=10³-0,5 эВ – медленные нейтроны (тепловые) – с большой вероятностью захватываются ядрами U-235 и вызывают их деление

- En=0,5-10⁴ эВ – резонансные нейтроны – хорошо поглощаются ядрами U-238, но не вызывают их деления.

- En=10⁴-10⁸ эВ – быстрые нейтроны – захватываются ядрами U-235 с меньшей вероятностью, чем медленные нейтроны, но зато захватываются ядрами U-238 и вызывают их деление.

Для характеристики цепоной реакции вводится понятие коэффициента размножения нейтронов:

– отношение числа нейтронов в данном поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении.

Для К_р≥1 – число нейтронов быстро нарастает, что приводит к взрыву.

Для контролируемой реакции К_р≈1.

При К_р<1 цепная реакция быстро угасает.

Цепная реакция может возникать при выполнении ряда условий:

1. Уран очищен от примесей, которые поглощают нейтроны.

2. Необходимо обогащение урана, то есть нужно повысить содержание U-235 с 0,7% хотя бы до 2%.

3. Необходимо избежать захвата нейтронов U-238 в резонансной области. Для этого используют различные замедлители – вещества, масса ядер которых близка к массе нейтронов. Тогда нейтроны испытывают упругие соударения с ядрами замедлителя, отдают им свою энергию и проскакивают резонансную область (замедлители – вода[H₂O], тяжелая вода[H₃O] и углерод(C, графит))

Критическая масса – минимальная масса топлива, при которой в данной системе еще будет идти цепная реакция деления.

Значение критической массы определяется геометрией системы, ее структурой и внешним окружением.

Шар из чистого U-235:

m_кр=47 кг, d=17 см.

Если этот шар разрезать на тонкие слои и простелить слои полиэтиленовой пленкой (состоит из H и C - замедлитель) и окружим оболочкой из Be (бериллий – возвращает нейтроны обратно), то

m_кр=242 г, d=3 см.

Дата добавления: 2014-01-15