|
|
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
 |
|
Реакция деления ядер. Жизненный цикл нейтронов |
Чашка "Неваляшка". 
Гуашь "Классика", 12 цветов. 
Крючки с поводками Mikado SSH Fudo "SB Chinu", №4BN, поводок 0,22 мм. МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Кафедра № 33 И. ВладимирскийМатематические модели физических процессов“Реакция деления ядер. Жизненный цикл нейтронов” Москва 1996 1. ОСНОВЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ1.1 Способы получения энергии В наше время, с каждым годом возрастают потребности человечества в энергии. На получение необходимого количества энергии затрачивается примерно 30% производственных усилий человека. Совершенно очевидно, что полный запас энергии в природе в соответствии с законом сохранения энергии не меняется. Поэтому процесс получения энергии представляет собой перевод энергии из связанной ( энергия покоя ) в свободную форму ( энергию относительного движения тел). Свободная энергия быстро рассеивается в пространстве, поэтому ее можно использовать. Итак мы приходим к тому, что необходимо уметь вызывать процессы, которые приводят к убыли массы тел и эквивалентному выигрышу свободной энергии. Конечно, получать энергию можно лишь при условии существования достаточного количества топлива. Пусть микрочастицы вещества топлива находятся в состоянии с энергией E1 и существует другое возможное состояние этих частиц с энергией E2 ( E1 > E2 ). В принципе есть возможность перехода во второе состояние, но ему препятствует существование энергетического барьера, то есть некоторого необходимого промежуточного состояния с энергией E’ ( E’ > E1 ). Таким образом процесс сжигания топлива должен быть инициирован некоторым внешним возбуждением.1.2 Способы организации реакции горения, цепные реакции Существует два способа возбуждения реакции горения топлива. Первый - использование кинетической энергии столкновения частиц ( термоядерный процесс ). Другой способ состоит в использовании энергии связи присоединяющихся частиц. Для возбуждения такой реакции нужно направлять в топливо активные частицы. Достаточно большое количество вещества может испытать превращение лишь при самоподдерживающейся цепной реакции. Цепная реакция обладает следующим важным свойством - акт реакции возбуждается при поглощении частицы, а в результате ее должны появляться вторичные активные частицы. При ядерных превращениях носителем цепного процесса может служить нейтрон, поскольку он не имеет электрического заряда и может беспрепятственно сближаться с атомными ядрами. Среди известных ядерных реакций лишь одна обладает свойством цепных реакций. Это реакция деления тяжелых ядер, которые легко возбуждаются нейтроном и дают в среднем 2,5 на акт деления вторичных нейтронов. Основную трудность представляет собой не организация цепной реакции, а получение чистых делящихся веществ. Важной чертой цепных ядерных реакций является тот факт, что их скорости не зависят от температуры среды, что является их главным преимуществом перед процессами с тепловым возбуждением. 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ЯДЕРНЫМ ВЕЩЕСТВОМ, РЕАКЦИЯ ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР.2.1. Общие сведения о ядерных реакциях взаимодействия нейтронов с ядрами В связи с вышесказанным совершенно очевидно, какое значение сегодня имеет использование ядерной энергии. Устройство, предназначенное для организации и поддержания цепной реакции деления ядер с целью получения энергии называется ядерным энергетическим реактором.
В основе работы ядерного реактора лежат процессы взаимодействия нейтронов с ядерным веществом, наиболее важными из которых являются - реакция деления ядер, реакция радиационного захвата (поглощения) и реакция рассеяния. деление (fissio ) A поглощение (cap ure) рассеяние (sca ari g)Ядерные реакции подчиняются законам квантовой механики, поэтому можно говорить лишь о вероятности протекания той или иной из них. Мерой вероятности данного типа реакции является эффективное (микроскопическое) сечение.2.2. Эффективные сечения ядерных реакций Рассмотрим тонкую пластинку, содержащую я ядер, на которую падает поток нейтронов со скоростью v и концентрацией . Найдем количество реакций того или иного типа. Пусть количество реакций равно R, тогда R = ( я ( (1) ( = v - плотность потока нейтронов, ( - микроскопическое сечение взаимодействия. ( измеряется в барнах ( 1 б = 10-24 см2 ). Можно записать уравнение (1 ) для трех основных ядерных реакций: Rf = ( я (f - реакция деления Rc = ( я (c - реакция радиационного захвата Rs = ( я (s - реакция рассеяния ( o al = (f (c (s Вообще говоря, микроскопические сечения взаимодействия всех реакций зависят от массового числа ядра и от энергии нейтрона. При этом вид зависимости ((EН) определяется тем, к какой области принадлежит энергия нейтрона EН . В соответствии с этим принято делить область энергий на три части: Область тепловых нейтронов, где E < 0,625 эВ; область промежуточных нейтронов или резонансная область, где 0,625 эВ < E < 0.1 МэВ; область быстрых нейтронов, где E > 0.1 МэВ;2.3 Реакция радиационного захвата и реакция рассеяния Рассмотрим коротко два важных типа ядерных реакций - захвата (поглощения) и рассеяния , а затем перейдем к подробному описанию третьего - реакции деления ядер, которая необходима для поддержания цепной реакции.2.3.1 Реакция рассеяния Существует два типа реакций рассеяния: упругое взаимодействие, при котором суммарная кинетическая энергия взаимодействующих нейтрона и ядра не меняется после реакции и неупругое взаимодействие, при котором часть кинетической энергии идет на возбуждение конечного ядра и затем испускается в виде (-кванта. E0 A E1 A E2 A A 1 ( AНужно отметить, что реакция неупругого рассеяния происходит лишь при определенных значениях энергии нейтрона (Eпор ( 0,1 МэВ), в то время как энергия упругого рассеяния возможна всегда. Значение реакции рассеяния в ядерной энергетике трудно переоценить, поскольку именно на ней основаны системы замедления нейтронов в реакторе. В качестве веществ-замедлителей обычно используют тяжелую и легкую воду, графит.2.3.2 Реакция поглощения (захвата) Данная реакция играет важную роль в физике реактора, поскольку она является конкурирующей по отношению к реакции деления. ( A A 1 A 1В результате нейтрон выбывает из цепной реакции. (c зависит от энергии нейтрона и от массового числа A. В области тепловых нейтронов сечение подчиняется закону (c(E) обратно пропорционально скорости нейтрона v (или квадратному корню из E). При увеличении энергии нейтрона начинается резонансная область, в которой (c имеет множество максимумов и минимумов.2
.4 Реакция деления ядер Данная реакция наиболее специфична для ЯР. Схематично эту реакцию можно представить так:2.4.1 Общая схема реакции деления A1 (оск A A 1 (мгн ( ( A2 (оск ( ( Под действием нейтрона ядро тяжелого элемента делится на две части (осколка) отношение масс которых обычно (для часто используемых элементов) близко к 95/140. Нуклиды, которые делятся нейтронами - это тяжелые нуклиды. Некоторые из них делятся тепловыми нейтронами: U235, Pu239, Pu241 (в природе встречается только U235, содержание которого в естественном U238 составляет 0.714%). Другие нуклиды, например, естественный уран, делятся только быстрыми нейтронами. Вообще говоря, процесс не протекает по строгой схеме, поскольку существует много вариантов деления на различные осколки.2.4.2 Энергетический баланс реакции деления Рассмотрим энергетический баланс реакции деления. Пусть Eнач = 0.025 эВ - средняя энергия теплового движения при 200 С. Тогда Eвыдел= 200 МэВ. продукт реакции вид получаемой энергии E, МэВ Кинетическая энергия осколков тепло 167 Кинетическая энергия ( тепло 6 Кинетическая энергия тепло 5 Кинетическая энергия ( тепло 8 Кинетическая энергия ( энергия теряется 12 2.4.3 Сечение деления. рис. 2 рис. 3 рис. 1 Зависимость (f(E) имеет достаточно сложный вид, поскольку на кривую E- 1/2 накладывается много резонансов. Если бы характер этой зависимости описывался формулой (f(E) = E-1/2, то график зависимости f(E) = (f E1/2 для U235 в области тепловых нейтронов, изображенный на рис. 1 имел вид прямой, параллельной оси абсцисс. Однако на практике эта зависимость имеет приведенный на рис. 1 вид, с резонансом в точке E = 0,3 эВ. На рис. 2 приведена схематичная зависимость (f и ( o al от E в случае когда деление ядра элемента возможно и тепловыми нейтронами. На рис. 3 приведена зависимость сечения деления для U238, из которой видно, что деление этого ядра возможно только быстрыми нейтронами (Eпор > 1). Сечения деления ядер нейтронами различных энергий можно определить по специальным таблицам.2.4.4 Образование нейтронов Как видно из приведенной выше схемы, при реакции деления кроме новых ядер могут появляться (-кванты, (-частицы распада, (-кванты распада, нейтроны деления и нейтрино. С точки зрения цепной ядерной реакции наиболее важным является образование нейтронов. Среднее число появившихся в результате реакции деления нейтронов обозначают (f . Эта величина зависит от массового числа делящегося ядра и энергии взаимодействующего с ним нейтрона. образовавшиеся нейтроны обладают различной энергией (обычно от 0,5 до 15 МэВ), что характеризуется спектром нейтронов деления. Для U235 среднее значение энергии нейтронов деления равно 1.93 МэВ. В процессе ядерной реакции могут появляться как ядра способствующие поддержанию цепной реакции (те которые испускают запаздывающий нейтрон), так и ядра, оказывающие неблагоприятное воздействие на ее ход (если они обладают большим сечением радиационного захвата).2.4.5 Запаздывающие нейтроны Заканчивая рассмотрение реакции деления, нельзя не упомянуть о таком важном явлении как запаздывающие нейтроны. Те нейтроны, которые образуются не непосредственно при делении тяжелых нуклидов (мгновенные нейтроны), а в результате распада осколков называются запаздывающими нейтронами.
Если в это мгновение в делящемся материале появятся нейтроны, то начнется цепная реакция деления ядер плутония. И произойдет атомный взрыв. Было известно, что подрыв сферического заряда надо произвести в 32 точках, На заряде, следовательно, должен быть «одет пояс» из фокусирующих элементов, которые преобразуют расходящуюся во все стороны детонационную волну от взрыва капсюля детонатора в сходящуюся, одновременно Приходящую на внутреннюю поверхность фокусирующего элемента, плотно прилегают к заряду из ВВ. Просто и красиво. Вот что было известно отцу в марте 1947 года. Было «на пальцах» известно, что делить, не было известно как. Вот на это «как» и ушло два года вдохновенной титанической работы людей, одержимых одной целью: сделать все как можно быстрей и лучше. В книге «Советский Атомный Проекте читаем: «Непосредственное научное руководство атомной программой по линии КБ-11 с марта 1947 года приняли на себя два человека Ю.Б. Харитон и К.И. Щелкин». Профиль лабораторий и специалистов они подбирали, исходя из необходимости воплотить в конструкцию описанную выше схему
1. Реакция деления ядер. Жизненный цикл нейтронов
4. Анализ операций умножения и деления в конкретной модели АЛУ
5. Деление суждений по модальности. Деление суждений по типу логических союзов
9. Упражнения по теме «Деление понятий и классификация»
10. Виды дихотомического деления
12. Деление живой природы на царства
15. Виды деления понятий. Применение операции деления понятий в юридических науках
16. Регуляция клеточного деления и скорости роста клеток
Сушилка для белья напольная складная, 181х54х95 см, серая. 
Универсальная вкладка для дорожных горшков (мятный). 17. Административно-территориальное деление БССР
18. Понятие формы и деление государств по форме государственного устройства
20. Деление двоичных чисел в прямом, обратном и дополнительном кодах
21. Деление произвольно заданного угла на 3 равновеликие части. Трисекция угла
25. Обзор методов и способов измерения физико-механических параметров рыбы
26. Физико-механические свойства мёрзлых грунтов
27. "Уравнения математической физики", читаемым авторов на факультете "Прикладная математика" в МАИ
28. Дидактические функции проверки и учета знаний и умений, учащихся по физике
29. Домашние наблюдения и опыты учащихся по физике. Их организация
30. Комплексные задачи по физике
Сушилка для белья "Ника" напольная складная, 20 метров. 
Карандаши художественные "Polycolor", 36 цветов, 36 штук, деревянная коробка. 
Багетная рама " Violetta", 30x40 см, цвет: золотой. 33. Физико-топологическое моделирование структур элементов БИС
34. Специфика физики микрообъектов
35. Пространство и время в физике
36. Наука - Физика
41. Ответы на экзаменационные вопросы по физике: 9 класс
42. Лекции по физике за 3 семестр
43. Справочник по физике (Шпаргалка) (Лексикон)
44. Примерные экзаменационные билеты по физике (11 класс)
45. Ответы на билеты за 10 класс для школ с физико математическим уклоном
46. Физика (лучшее)
47. Глобальная история Вселенной (физика)
Подушка "Green Line. Бамбук", 70х70 см. 
Чайник эмалированный ЕМ-25001/41 "Сицилия", 2,5 л (со свистком). 
Подставка для ручек с часами, 11,8х10,2х5,2 см. 49. Нобелевская премия в облости физики за 2000г. (Ж. Алферов)
50. Шпаргалка по физике для студентов 1-го курса (по билетам)
51. Спектры и спектральный анализ в физике
52. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ (МЕХАНИКА И ТЕРМОДИНАМИКА)
53. Физика и современная энергетика
57. Общая Физика (лекции по физике за II семестр СПбГЭТУ "ЛЭТИ")
58. Физика (шпаргалка: квантовая механика)
59. Домашние наблюдения и опыты учащихся по физике. Их организация
60. Моделирование в физике элементарных частиц
61. Шпаргалки по физике за 2 курс, 2 сесестр (УГТУ-УПИ)
62. Физика (билеты с ответами)
63. Философские взгляды Больцмана в свете полемики по проблемам физики кон. ХIХ - нач. ХХ веков
64. Физико-химические свойства нефтей Тюменского региона
Бумага крафт, без печати (10 листов). 
Комплект чехлов "Карапуз" для колясок с поворотными колесами. 
Набор детской посуды "Тачки. Дисней", 3 предмета. 66. Приложения определенного интеграла к решению некоторых задач механики и физики
67. Производная и ее применение в алгебре, геометрии, физике
68. Механизм взаимодействия нейтронов с ядрами атомов урана
69. Вопросы классической теоретической физики: какие мы и кто мы на самом деле?
73. Физика и музыка
74. Теорема вириала в преподавании физики и астрономии
75. Производная и ее применение в алгебре, геометрии, физике
76. Использование графического метода при изучении электрического резонанса в курсе физики средней школы
77. Физика элементарных частиц
79. Белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры
80. Штрихи к истории развития физики
Магнит "FIFA 2018. Забивака с флагом". 
Подарочный набор "Покер", арт. 42443. 
Мягкая магнитная мозаика, 145 элементов, 5 цветов. 81. Ядерная физика и строение Солнца
82. Основные концепции физики ХХ века
83. Основные концепции классической физики XIX века
84. Логика Космоса (физика античной Греции)
85. Бессилие от знания или может ли история помочь физикам?
89. Период революционных изменений в физике
90. Физика элементарных частиц и t-кварк
91. Соотношение неопределённостей квантовой физики как предполагаемое пространство свободы субъекта
92. Физико-химический Анализ. Термодинамический аспект ФХА
93. Физико-химический анализ жидких систем
95. Физика 9 кл.
Модульный массажный коврик "Орто-пазл. Море». 
Настольная игра "Макроскоп". 
Копилка-сейф пластиковая большая, черная. 97. Классическая физика: самоорганизующиеся системы и микромир
98. Научная революция в физике начала ХХ века: возникновение релятивистской и квантовой физики
99. Математическое моделирование в физике XIX века
100. Молекулярная физика
8 цветных смывающихся фломастеров для малышей. 
