Ядерний реактор

5 Термоядерні реакції.

1 ПОДІЛ ЯДЕР. Після відкриття в 1932р. нейтрона і штучної радіоактивності в 1934 р., Е. Фермі зі співробітниками опромінювали нейтронами майже всі елементи періодичної системи. При нейтронному бомбардуванні ядро , захоплюючи нейтрон, переходило в збуджений стан , яке, випускаючи електрон, перетворювалося в ядро стійкого ізотопу . У 1938 р. О. Ган і Ф. Штрассман встановили, що при бомбардуванні Урану його ядро ділиться на два (рідко три) осколки з виділенням великої кількості енергії. Внаслідок поділу ядер Урану утворються нові елементи, що належать до середньої частини періодичної системи елементів. Взагалі поділ під дією теплових (дуже повільних) нейтронів може відбуватись не тільки в менш стійкого , а й Плутонію , під дією швидких нейтронів -у більш стійкого , Торію . Коли нейтрон потрапляє в ядро, воно деформується і під дією кулонівських сил відбувається поділ його на два осколки з відношенням мас 2:3 і випроміненням 2-3 нейтронів. При цьому виділяється енергія 200 МеВ на один акт поділу. Така енергія виділяється тому, що питома енергія зв'язку нуклонів у осколках на ~ 1 МеВ більша, ніж у ядрі урану. При поділі всіх ядер 1кг урану виділяється стільки енергії, яка еквівалентна енергії згоряння 3000т вугілля чи 2500т нафти.

2 ЛАНЦЮГОВА РЕАКЦІЯ. Відкриття поділу ядер Урану й інших важких елементів дало можливість практично здійснити ланцюгову ядерну реакцію. Якщо при поділі ядра Урану, крім ядер-осколків, вилітають 2-3 нейтрони, то за сприятливих умов ці нейтрони можуть влучати в інші ядра Урану, викликаючи їх поділ. При поділі 2-3 ядер Урану вивільняється вже 4-9 нейтронів, які можуть спричинити поділ нових ядер Урану з утворенням 8-27 нейтронів і т. д., виникає самопідтримуючий процес поділу, який і називають ланцюговою реакцією. Для ланцюгової реакції потрібно, щоб середня кількість вивільнених нейтронів з часом не зменшувалась. Відношення кількості нейтронів у будь-якому «поколінні» до кількості нейтронів попереднього «покоління» називають коефіцієнтом розмноження нейтронів k. Якщо k<1, то реакція швидко затухає, якщо k=1 — відбувається зі сталою інтенсивністю, k > 1 розвивається лавинно і призводить до ядерного вибуху.

Коефіцієнт розмноження визначають такі фактори:

1) захоплення повільних нейтронів ядрами або захоплення швидких нейтронів ядрами та з наступним поділом;

2) захоплення нейтронів ядрами Урану без поділу;

3) захоплення нейтронів продуктами поділу, сповільнювачем та конструктивними елементами установки;

4) вилітання нейтронів назовні з речовини, яка ділиться. Важливе значення в процесі поділу Урану має захоплення вторинних нейтронів ядром Урану-238 з поступовим перетворенням його в Плутоній:

Нуклід Плутонію-239 має період піврозпаду T=24тис. років і за своєю здатністю до поділу не поступається Урану-235.

3 ЯДЕРНА ЗБРОЯ. Якщо тіло з мале, то утворені вторинні нейтрони вилітають за його межі без поділу нових ядер, коефіцієнт розмноження нейтронів менший від одиниці. Тому існує критична маса, яка може вибухнути внаслідок розвитку ланцюгової реакції з виділенням величезної енергії за мільйонні частки секунди (ядерний вибух). Це використано у ядерній зброї, де кілька докритичних мас у момент вибуху об'єднуються у надкритичну масу. Як ядерну вибухівку також використовують , який добре ділиться повільними нейтронами (як і ), а його критична маса мала, що пояснює широке застосування його для виготовлення ядерних зарядів. Плутоній — небезпечна речовина для людини, бо має дуже отруйні сполуки і велику радіоактивність ядер. Після створення ядерної зброї першого покоління (на та ), СІЛА та СРСР практично одночасно створили водневу бомбу, у якій вибух Плутонію розігріває Дейтерій та Тритій до температури початку термоядерної реакції. (Якщо у сонячний день підірвати таку бомбу потужністю 100 млн. т тротилового еквівалента на висоті 30-40 км, то її випромінювання підпалить все, що здатне горіти, у крузі радіусом 400-500 км).

5 ЯДЕРНИЙ РЕАКТОР — це установка, в якій здійснюється керований ланцюговий процес поділу ядер важких елементів (перший в 1942 р. у Чікагському університеті).

Дата добавления: 2014-10-23