Branduolio dalijimosi metu išskiriami antriniai neutronai gali sukelti naujus dalijimosi įvykius, o tai leidžia dalijimosi grandininė reakcija - branduolinė reakcija, kurios metu reakciją sukeliančios dalelės susidaro kaip reakcijos produktai. Skilimo grandininei reakcijai būdinga dauginimo koeficientask neutronų, kuris yra lygus tam tikros kartos neutronų skaičiaus santykiui su jų skaičiumi ankstesnėje kartoje. Būtina sąlyga dalijimosi grandininei reakcijai išsivystyti yra reikalavimask 1.
Pasirodo, ne visi pagaminti antriniai neutronai sukelia vėlesnį branduolio dalijimąsi, dėl kurio sumažėja dauginimo koeficientas. Pirma, dėl ribotų matmenų šerdis(erdvė, kurioje vyksta grandininė reakcija) ir didelis neutronų įsiskverbimo gebėjimas, kai kurie iš jų paliks aktyviąją zoną, kol juos neužfiksuos bet koks branduolys. Antra, kai kuriuos neutronus sulaiko neskilusių priemaišų branduoliai, kurių visada yra šerdyje. Be to, kartu su dalijimu gali vykti konkuruojantys spinduliuotės gaudymo ir neelastingos sklaidos procesai.
Dauginimo koeficientas priklauso nuo skiliosios medžiagos pobūdžio, o tam tikram izotopui – nuo jo kiekio, taip pat nuo aktyviosios zonos dydžio ir formos. Vadinami minimalūs aktyviosios zonos, kuriai esant galima grandininė reakcija, matmenys kritiniai dydžiai. Mažiausia skiliųjų medžiagų masė, esanti kritinių matmenų sistemoje, kurią reikia įgyvendinti grandininė reakcija, paskambino kritinė masė.
Vystymosi greitis grandininės reakcijos skirtinga. Leisti T- vidutinė vienos kartos gyvenimo trukmė ir N- neutronų skaičius tam tikroje kartoje. Kitoje kartoje jų skaičius yra lygus kN, y., neutronų skaičiaus padidėjimas per kartą dN= kN-N=N(k- 1). Neutronų skaičiaus padidėjimas per laiko vienetą, ty greitis
didėjanti grandininė reakcija,
dN/dt=N(k-1)/T (266,1)
Integruodami (266.1), gauname
N=N 0 e (k-1)t/T ,
Kur Nr yra neutronų skaičius pradiniu laiko momentu ir N- jų skaičius vienu metu t. N nustatomas pagal ženklą (k-1). At k> 1 ateina vystosi reakcija, skilimų skaičius nuolat didėja ir reakcija gali tapti sprogi. At k= 1 eina save palaikanti reakcija kuriame neutronų skaičius laikui bėgant nekinta. Prie k<1 идет blėsta reakcija.
Grandininės reakcijos skirstomos į valdomas ir nevaldomas. Pavyzdžiui, atominės bombos sprogimas yra nekontroliuojama reakcija. Kad atominė bomba nesprogtų saugojimo metu, joje esantis 235 92 U (arba 2 39 94 Pu) yra padalintas į dvi dalis, nutolusias viena nuo kitos, kurių masė yra mažesnė nei kritinė. Tada įprasto sprogimo pagalba šios masės suartėja, bendra skiliosios medžiagos masė tampa didesnė už kritinę ir įvyksta sprogstamoji grandininė reakcija, kurią lydi akimirksniu išsiskiriantis didžiulis energijos kiekis ir didžiulis sunaikinimas. . Sprogioji reakcija prasideda dėl turimų neutronų iš savaiminio dalijimosi arba neutronų iš kosminės spinduliuotės. Branduoliniuose reaktoriuose vyksta valdomos grandininės reakcijos (žr. §267).
Gamtoje yra trys izotopai, kurie gali būti naudojami kaip branduolinis kuras (235 92 U: gamtiniame urane yra apie 0,7 %) arba žaliavos jo gamybai (232 90 Th ir 238 92 U : gamtiniame urane yra apie 99,3 proc. 232 90 Th yra pradinis produktas gaminant dirbtinį branduolinį kurą 233 92 U (žr. reakciją (265.2)) ir 238 92 U, sugeriančius neutronus, per du iš eilės - - skilimus - virsta 2 39 94 Pu. branduolys:
Taigi reakcijos (266.2) ir (265.2) atveria realią galimybę atgaminti branduolinį kurą dalijimosi grandininės reakcijos procese.
Tai procesas, kurio metu viena atlikta reakcija sukelia vėlesnes to paties tipo reakcijas.
Vieno urano branduolio dalijimosi metu susidarę neutronai gali sukelti kitų urano branduolių dalijimąsi, o neutronų skaičius didėja kaip lavina.
Vieno dalijimosi įvykio metu susidariusių neutronų skaičiaus santykis su tokių neutronų skaičiumi ankstesniame dalijimosi įvykyje vadinamas neutronų dauginimo koeficientu k.
Kai k yra mažesnis už 1, reakcija suyra, nes absorbuotų neutronų skaičius yra didesnis nei naujai susidariusių.
Kai k yra didesnis nei 1, sprogimas įvyksta beveik akimirksniu.
Kai k lygus 1, įvyksta kontroliuojama stacionari grandininė reakcija.
Grandininę reakciją lydi didelis energijos kiekis.
Grandininei reakcijai atlikti negalima naudoti jokių branduolių, kurie dalijasi veikiami neutronų.
Cheminis elementas uranas, naudojamas kaip branduolinių reaktorių kuras, natūraliai susideda iš dviejų izotopų: urano-235 ir urano-238.
Gamtoje urano-235 izotopai sudaro tik 0,7% visų urano atsargų, tačiau būtent jie yra tinkami grandininei reakcijai vykdyti, nes dalijimasis veikiant lėtiesiems neutronams.
Urano-238 branduoliai gali dalytis tik veikiami didelės energijos neutronų (greitųjų neutronų). Tik 60% neutronų, susidarančių dalijantis urano-238 branduoliui, turi tokią energiją. Maždaug tik 1 iš 5 pagamintų neutronų sukelia branduolio dalijimąsi.
Grandininės reakcijos urane-235 sąlygos:
Mažiausias kuro kiekis (kritinė masė), reikalingas kontroliuojamai grandininei reakcijai branduoliniame reaktoriuje atlikti
- neutronų greitis turėtų sukelti urano branduolių dalijimąsi
- neutronus sugeriančių priemaišų nebuvimas
Kritinė masė:
Jei urano masė nedidelė, neutronai išskris už jo ribų nereaguodami
- jei urano masė yra didelė, dėl stipraus neutronų skaičiaus padidėjimo galimas sprogimas
- jei masė atitinka kritinę masę, įvyksta kontroliuojama grandininė reakcija
Urano-235 kritinė masė yra 50 kg (tai, pavyzdžiui, 9 cm skersmens urano rutulys).
Pirmoji valdoma grandininė reakcija – JAV 1942 m. (E. Fermi)
SSRS – 1946 (I.V. Kurchatovas).
Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnis yra pagrindinis elektrodinamikos dėsnis, susijęs su transformatorių, droselių ir daugelio tipų elektros variklių veikimo principais.
Ir generatoriai. Įstatyme nurodyta:
Faradėjaus dėsnis kaip du skirtingi reiškiniai[taisyti | redaguoti wiki tekstą]
Kai kurie fizikai pažymi, kad Faradėjaus dėsnis apibūdina du skirtingus reiškinius vienoje lygtyje: variklio EMF, susidaro veikiant magnetinei jėgai judančiam laidui, ir transformatorius EMF, susidaro veikiant elektrinei jėgai dėl magnetinio lauko pokyčių. James Clerk Maxwell atkreipė dėmesį į šį faktą savo darbe Apie fizines jėgos linijas 1861 metais. Antroje šio darbo II dalies pusėje Maxwellas pateikia atskirą fizinį kiekvieno iš šių dviejų reiškinių paaiškinimą. Kai kuriuose šiuolaikiniuose vadovėliuose yra nuoroda į šiuos du elektromagnetinės indukcijos aspektus. Kaip rašo Richardas Feynmanas:
Lorenco dėsnis[taisyti | redaguoti wiki tekstą]
Įkrauti q kairėje kilpos pusėje esančiame laidininke patiria Lorenco jėgą q v× B k = −q v B(x C − w / 2) j (j, k- vienetų vektoriai kryptimis y Ir z; žr. vektorinių vektorių sandaugą), kuri sukelia emf (darbas už vieneto įkrovą) v ℓ B(x C − w / 2) per visą kairiosios kilpos pusės ilgį. Dešinėje kilpos pusėje panašus samprotavimas rodo, kad emf yra lygus v ℓ B(x C + w / 2). Du priešingi emfai stumia teigiamą krūvį link kilpos apačios. Tuo atveju, kai laukas B didėja išilgai x, jėga dešinėje bus didesnė ir srovė tekės pagal laikrodžio rodyklę. Naudodami dešinės rankos taisyklę, nustatome, kad laukas B, sukurtas srovės, yra priešingas taikomam laukui. Srovę sukeliantis emf turi didėti prieš laikrodžio rodyklę (priešingai nei srovė). Pridėję emf prieš laikrodžio rodyklę išilgai kilpos randame:
Faradėjaus dėsnis[taisyti | redaguoti wiki tekstą]
Intuityviai patrauklus, bet ydingas srauto taisyklės naudojimo būdas išreiškia srautą per grandinę kaip Φ B = Bwℓ, kur w- judančios kilpos plotis. Ši išraiška nepriklauso nuo laiko, todėl neteisingai išplaukia, kad emf nesukuriamas. Šio teiginio klaida yra ta, kad neatsižvelgiama į visą srovės kelią per uždarą kilpą.
Norėdami teisingai naudoti srauto taisyklę, turime atsižvelgti į visą srovės kelią, įskaitant kelią per viršutinio ir apatinio ratlankius. Galime pasirinkti savavališką uždarą kelią per ratlankius ir besisukančią kilpą ir, naudodamiesi srauto dėsniu, rasti emf šiame kelyje. Bet koks kelias, kuriame yra segmentas, esantis šalia besisukančios kilpos, atsižvelgia į santykinį grandinės dalių judėjimą.
Kaip pavyzdį apsvarstykite kelią, einantį viršutinėje grandinės dalyje viršutinio disko sukimosi kryptimi, o apatinėje grandinės dalyje - priešinga kryptimi, palyginti su apatiniu disku (parodyta rodyklėmis Fig. . 4). Šiuo atveju, jei sukimosi kilpa nuo kolektoriaus kilpos nukrypo kampu θ, tada ji gali būti laikoma cilindro, turinčio plotą, dalimi. A = rℓθ. Ši sritis yra statmena laukui B, o jo indėlis į srautą yra lygus:
kur ženklas neigiamas, nes pagal dešinės rankos taisyklę laukas B , kurį sukuria kilpa su srove, priešinga taikomajam laukui B". Kadangi tai tik nuo laiko priklausoma srauto dalis, pagal srauto dėsnį emf yra:
pagal Lorenco dėsnio formulę.
Dabar apsvarstykite kitą kelią, kuriame pasirenkame eiti išilgai diskų ratlankių per priešingus segmentus. Šiuo atveju susijusi gija bus mažinti didėjant θ, bet pagal dešinės rankos taisyklę srovės kilpa prideda pridedamas laukas B, todėl šio kelio EML bus lygiai tokia pati kaip ir pirmojo kelio. Bet koks mišrus grįžimo kelias duoda tą patį emf reikšmės rezultatą, todėl visai nesvarbu, kuriuo keliu pasirinksite.
Termobranduolinė reakcija – tai branduolinės reakcijos rūšis, kai lengvieji atomų branduoliai susijungia į sunkesnius dėl jų šiluminio judėjimo kinetinės energijos. Termino kilmė[taisyti | redaguoti wiki tekstą]
Kad įvyktų branduolinė reakcija, pirminiai atominiai branduoliai turi įveikti vadinamąjį „Kulono barjerą“ – elektrostatinės atstūmimo jėgą tarp jų. Norėdami tai padaryti, jie turi turėti didelę kinetinę energiją. Pagal kinetinę teoriją, judančių medžiagos mikrodalelių (atomų, molekulių ar jonų) kinetinė energija gali būti pavaizduota kaip temperatūra, todėl kaitinant medžiagą galima pasiekti branduolinę reakciją. Būtent šį ryšį tarp medžiagos šildymo ir branduolinės reakcijos atspindi terminas „termobranduolinė reakcija“.
Kulono barjeras[redaguoti | redaguoti wiki tekstą]
Atomo branduoliai turi teigiamą elektros krūvį. Dideliais atstumais jų krūviai gali būti apsaugoti elektronais. Tačiau tam, kad įvyktų branduolių susiliejimas, jie turi priartėti vienas prie kito tokiu atstumu, kuriuo veikia stipri sąveika. Šis atstumas yra panašus į pačių branduolių dydį ir daug kartų mažesnis už atomo dydį. Tokiais atstumais atomų elektronų apvalkalai (net jei jie būtų išsaugoti) nebegali apsaugoti nuo branduolių krūvių, todėl jie patiria stiprų elektrostatinį atstūmimą. Šios atstūmimo jėga, pagal Kulono dėsnį, yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp krūvių kvadratui. Esant atstumui pagal branduolių dydį, stiprios sąveikos, kuri linkusi juos surišti, dydis pradeda sparčiai didėti ir tampa didesnis už Kulono atstūmimo dydį.
Taigi, kad galėtų reaguoti, branduoliai turi įveikti potencialų barjerą. Pavyzdžiui, deuterio-tričio reakcijos atveju šio barjero vertė yra maždaug 0,1 MeV. Palyginimui, vandenilio jonizacijos energija yra 13 eV. Todėl termobranduolinėje reakcijoje dalyvaujanti medžiaga bus beveik visiškai jonizuota plazma.
Temperatūra, atitinkanti 0,1 MeV, yra maždaug 10 9 K, tačiau yra du efektai, kurie sumažina sintezės reakcijai reikalingą temperatūrą:
· Pirma, temperatūra apibūdina tik vidutinę kinetinę energiją, yra dalelių, kurių energija ir mažesnė, ir didesnė. Tiesą sakant, termobranduolinė reakcija apima nedidelį skaičių branduolių, kurių energija yra daug didesnė už vidutinę (vadinamoji „Maksvelo skirstinio uodega“).
· Antra, dėl kvantinių efektų branduolių energija nebūtinai viršija Kulono barjerą. Jei jų energija yra šiek tiek mažesnė už barjerą, jie labiau linkę pereiti per jį tuneliu. [ šaltinis nenurodytas 339 dienos]
Termobranduolinės reakcijos[taisyti | redaguoti wiki tekstą]
Kai kurios svarbiausios egzoterminės termobranduolinės reakcijos su dideliais skerspjūviais:
| (1) | D | + | T | → | 4 Jis | (3,5 MeV) | + | n | (14,1 MeV) | |||||||
| (2) | D | + | D | → | T | (1,01 MeV) | + | p | (3,02 MeV) | (50 %) | ||||||
| (3) | → | 3 Jis | (0,82 MeV) | + | n | (2,45 MeV) | (50 %) | |||||||||
| (4) | D | + | 3 Jis | → | 4 Jis | (3,6 MeV) | + | p | (14,7 MeV) | |||||||
| (5) | T | + | T | → | 4 Jis | + | n | + 11,3 MeV | ||||||||
| (6) | 3 Jis | + | 3 Jis | → | 4 Jis | + | p | |||||||||
| (7) | 3 Jis | + | T | → | 4 Jis | + | p | + | n | + 12,1 MeV | (51 %) | |||||
| (8) | → | 4 Jis | (4,8 MeV) | + | D | (9,5 MeV) | (43 %) | |||||||||
| (9) | → | 4 Jis | (0,5 MeV) | + | n | (1,9 MeV) | + | p | (11,9 MeV) | (6 %) | ||||||
| (10) | D | + | 6Li | → | 4 Jis | + 22,4 MeV - | ||||||||||
| (11) | p | + | 6Li | → | 4 Jis | (1,7 MeV) | + | 3 Jis | (2,3 MeV) – | |||||||
| (12) | 3 Jis | + | 6Li | → | 4 Jis | + | p | + 16,9 MeV | ||||||||
| (13) | p | + | 11B | → | 4 Jis | + 8,7 MeV | ||||||||||
| (14) | n | + | 6Li | → | 4 Jis | + | T | + 4,8 MeV |
Miuono katalizė[redaguoti | redaguoti wiki tekstą]
Pagrindinis straipsnis: Miuono katalizė
Termobranduolinę reakciją galima žymiai palengvinti į reakcijos plazmą įvedant neigiamo krūvio miuonus.
Muonai µ − , sąveikaudami su termobranduoliniu kuru, sudaro mezomolekules, kuriose atstumas tarp kuro atomų branduolių yra šiek tiek mažesnis, o tai palengvina jų artėjimą ir, be to, padidina branduolių tuneliavimo per Kulono barjerą tikimybę.
Sintezės reakcijų skaičius X c, inicijuotas vieno miuono, riboja miuono prilipimo koeficiento vertė. Eksperimentiniu būdu buvo galima gauti X c ~ 100 vertes, ty vienas miuonas gali išleisti energiją ~ 100 × X MeV, kur X yra katalizuojamos reakcijos energijos išeiga.
Kol kas išsiskiriančios energijos kiekis yra mažesnis už energijos sąnaudas pačiam miuonui gaminti (5-10 GeV). Taigi, miuonų katalizė vis dar yra energetiškai nepalankus procesas. Komerciniu požiūriu perspektyvi energijos gamyba naudojant miuonų katalizę yra įmanoma X c ~ 10 4 .
Programa[redaguoti | redaguoti wiki tekstą]
Termobranduolinės reakcijos, kaip praktiškai neišsenkamo energijos šaltinio, panaudojimas pirmiausia siejamas su galimybe įvaldyti valdomos termobranduolinės sintezės (CTF) technologiją. Šiuo metu mokslinė ir technologinė bazė neleidžia naudoti CTS pramoniniu mastu.
Tuo pačiu metu nekontroliuojama termobranduolinė reakcija buvo pritaikyta kariniuose reikaluose. Pirmasis termobranduolinis sprogstamasis įtaisas buvo išbandytas 1952 metų lapkritį JAV, o jau 1953 metų rugpjūtį Sovietų Sąjungoje buvo išbandytas termobranduolinis sprogstamasis įtaisas aviacinės bombos pavidalu. Termobranduolinio sprogstamojo įtaiso (skirtingai nei atominio) galią riboja tik jam sukurti panaudotos medžiagos kiekis, todėl galima sukurti beveik bet kokios galios sprogstamuosius įtaisus.
BILIETAS 27 1 klausimas
Savęs indukcijos reiškinys
Jau ištyrėme, kad magnetinis laukas atsiranda šalia laidininko, nešančio srovę. Taip pat ištyrėme, kad kintamasis magnetinis laukas generuoja srovę (elektromagnetinės indukcijos reiškinys). Panagrinėkime elektros grandinę. Keičiant srovės stiprumą šioje grandinėje pasikeis magnetinis laukas, dėl to papildomas indukuota srovė. Šis reiškinys vadinamas saviindukcija, o šiuo atveju atsirandanti srovė vadinama saviindukcijos srovė.
Saviindukcijos reiškinys yra EML atsiradimas laidžioje grandinėje, atsirandantis pasikeitus srovės stiprumui pačioje grandinėje.
Grandinės induktyvumas priklauso nuo jos formos ir dydžio, nuo aplinkos magnetinių savybių ir nepriklauso nuo srovės stiprumo grandinėje.
Saviindukcijos emf nustatoma pagal formulę:
Savęs indukcijos reiškinys panašus į inercijos reiškinį. Kaip mechanikoje neįmanoma akimirksniu sustabdyti judančio kūno, taip ir srovė negali akimirksniu įgyti tam tikros vertės dėl saviindukcijos reiškinio. Jei ritė yra nuosekliai sujungta su antrąja lempa grandinėje, kurią sudaro dvi identiškos lempos, lygiagrečiai sujungtos su srovės šaltiniu, tada, kai grandinė uždaroma, pirmoji lemputė užsidega beveik iš karto, o antroji - su pastebimu vėlavimu.
Kai grandinė atidaroma, srovės stipris greitai sumažėja, o susidaręs savaiminės indukcijos emf neleidžia mažėti magnetiniam srautui. Šiuo atveju indukuota srovė nukreipta taip pat, kaip ir pradinė. Savęs sukeltas emf gali būti daug kartų didesnis nei išorinis emf. Todėl išjungus šviesą labai dažnai perdega lemputės.
Magnetinio lauko energija
Srovę nešančios grandinės magnetinio lauko energija:
Radioaktyvioji spinduliuotė yra spinduliuotė, kurią izotopas išskiria skilimo metu. Jis turi tris atmainas: alfa spindulius (helio atomų branduolių srautas), beta spindulius (elektronų srautą) ir gama spindulius (elektromagnetinę spinduliuotę). Žmonėms pavojingiausia yra gama spinduliuotė.
Sugertos spinduliuotės dozė lygi kūno gaunamos energijos ir kūno masės santykiui. Absorbcijos dozė žymima raide D ir matuojama pilka spalva.
Praktiškai matavimo vienetas taip pat yra rentgenas (R), lygus 2,58 karto 10 iki minus 4 kulonų galios, padalytos iš kilogramų.
Absorbuota spinduliuotė laikui bėgant gali kauptis, o jos dozė didėja kuo ilgiau trunka švitinimas.
Dozės galia nustatoma pagal sugertos spinduliuotės dozės ir švitinimo trukmės santykį. Jis žymimas raide N ir matuojamas pilka spalva, padalyta per sekundę.
Žmonėms mirtina sugertos spinduliuotės dozė yra lygi 6 Gy. Didžiausia leistina apšvitos dozė žmogui yra 0,05 Gy per metus.
BILIETAS 28 1 klausimas
Elementarioji dalelė yra kolektyvinis terminas, reiškiantis subbranduolinio masto mikroobjektus, kurių negalima padalyti į sudedamąsias dalis.
Reikėtų nepamiršti, kad kai kurios elementarios dalelės ( elektronas, neutrino, kvarkai ir tt) šiuo metu laikomi nestruktūriniais ir laikomi pagrindiniais pagrindinės dalelės . Kitos elementarios dalelės (vadinamosios sudėtinės dalelės, įskaitant daleles, sudarančias branduolį atomas - protonų Ir neutronų) turi sudėtingą vidinę struktūrą, tačiau, remiantis šiuolaikinėmis idėjomis, jų neįmanoma suskirstyti į dalis dėl poveikio įkalinimas.
Iš viso su antidalelių Buvo atrasta daugiau nei 350 elementariųjų dalelių. Iš jų fotonas, elektronas ir miuonas neutrinas, elektronas, protonas ir jų antidalelės yra stabilūs. Likusios elementarios dalelės spontaniškai suyra per maždaug 1000 sekundžių (laisvam neutronui) iki nereikšmingos sekundės dalies (nuo 10–24 iki 10–22). rezonansus).
Su elektromagnetiniais svyravimais periodiškai kinta elektros krūvis, srovė ir įtampa.Elektromagnetiniai virpesiai skirstomi į Laisvas, nyksta, priverstas ir savaiminiai svyravimai.
Laisvaisiais virpesiais vadinami svyravimai, kurie atsiranda sistemoje (kondensatoriuje ir ritėje), kai ji pašalinama iš pusiausvyros padėties (kai kondensatorius perduodamas įkrovimui). Tiksliau, laisvieji elektromagnetiniai virpesiai atsiranda, kai kondensatorius iškraunamas per induktorių. Priverstas svyravimais vadinami virpesiai grandinėje, veikiant išorinei periodiškai kintančios elektrovaros jėgai.
Paprasčiausia sistema, kurioje stebimi laisvieji elektromagnetiniai virpesiai, yra svyravimo grandinė.Tai susideda iš induktoriaus ir kondensatoriaus.Šis procesas kartosis vėl ir vėl. atsiras elektromagnetinės vibracijos dėl energijos konversijos iš kondensatoriaus elektrinio lauko. 
· Kondensatorius, kraunamas iš baterijos, pradiniu laiko momentu įgaus maksimalų įkrovimą. Jo energija Mes bus maksimalus (a pav.).
· Jei kondensatorius yra sutrumpintas su ritine, tada šiuo metu jis pradės išsikrauti (b pav.). Srovė pasirodys grandinėje. Išsikrovus kondensatoriui, srovė grandinėje ir ritėje didėja. Dėl savęs indukcijos reiškinio tai neįvyksta akimirksniu. Ritės energija W m tampa maksimaliu (c pav.).
· Indukcijos srovė teka ta pačia kryptimi. Elektros krūviai vėl kaupiasi ant kondensatoriaus. Kondensatorius įkraunamas, t.y. Kondensatoriaus plokštė, anksčiau įkrauta teigiamai, taps neigiamai įkrauta. Kondensatoriaus energija tampa maksimali. Srovė šia kryptimi sustos, o procesas kartosis priešinga kryptimi (d pav.). 
Šis procesas bus kartojamas vėl ir vėl. atsiras elektromagnetinės vibracijos dėl kondensatoriaus elektrinio lauko energijos pavertimo srovės ritės magnetinio lauko energija ir atvirkščiai. Jeigu nėra nuostolių (varža R = 0), tai srovės stiprumas, krūvis ir įtampa bėgant laikui kinta pagal harmoninį dėsnį. Virpesiai, atsirandantys pagal kosinuso arba sinuso dėsnį, vadinami harmoniniais. Harmoninio krūvio virpesių lygtis: 
.
Grandinė, kurioje nėra energijos nuostolių, yra ideali virpesių grandinė. Elektromagnetinių virpesių laikotarpis idealioje virpesių grandinėje priklauso nuo ritės induktyvumo ir kondensatoriaus talpos ir randama pagal Tomsono formulėčia L – ritės induktyvumas, C – kondensatoriaus talpa, T – elektrinių virpesių periodas.
Tikroje virpesių grandinėje bus laisvi elektromagnetiniai virpesiai išblukęs 
dėl energijos nuostolių kaitinant laidus. Praktiniam pritaikymui svarbu gauti neslopintus elektromagnetinius virpesius, o tam būtina svyravimo grandinę papildyti elektra, kad būtų kompensuoti energijos nuostoliai iš neslopinto virpesių generatoriaus, kuris yra savaime svyruojančios sistemos pavyzdys.
29 bilietas, 1 klausimas
Antidalelė – kažkokios kitos dalelės dvynys elementarioji dalelė, turintis tą patį masė ir tas pats suktis, skiriasi nuo jo visų kitų sąveikos savybių požymiais (mokesčiai, pvz elektrinis Ir spalva užtaisai, barionas ir leptonas kvantiniai skaičiai).
Pats apibrėžimas, ką vadinti „dalele“ dalelių ir antidalelių poroje, iš esmės yra savavališkas. Tačiau tam tikram „dalelės“ pasirinkimui jos antidalelė nustatoma vienareikšmiškai. Bariono skaičiaus išsaugojimas silpnos sąveikos procesuose leidžia nustatyti „dalelę“ bet kurioje bariono ir antibariono poroje iš barionų skilimo grandinės. Elektrono kaip „dalelės“ pasirinkimas elektronų ir pozitronų poroje fiksuojamas (dėl leptono skaičiaus išsaugojimo procesuose silpna sąveika) elektronų neutrino-antineutrino poroje esančios „dalelės“ būsenos nustatymas. Perėjimų tarp skirtingų kartų (tipo) leptonų nepastebėta, todėl „dalelės“ apibrėžimas kiekvienoje leptonų kartoje, paprastai tariant, gali būti atliktas nepriklausomai. Paprastai, pagal analogiją su elektronu, „dalelės“ vadinamos neigiamai įkrautos leptonai, kuri, išsaugodama leptono skaičių, nustato atitinkamą neutrino Ir antineutrino. Dėl bozonai„dalelės“ sąvoka gali būti nustatyta pagal apibrėžimą, pavyzdžiui, perkrovimas.
Panagrinėkime dalijimosi grandininės reakcijos mechanizmą. Kai sunkieji branduoliai dalijasi veikiant neutronams, susidaro nauji neutronai. Pavyzdžiui, su kiekvienu urano 92 U 235 branduolio dalijimusi susidaro vidutiniškai 2,4 neutrono. Kai kurie iš šių neutronų vėl gali sukelti branduolio dalijimąsi. Šis laviną primenantis procesas vadinamas grandininė reakcija
.
Skilimo grandininė reakcija vyksta aplinkoje, kurioje vyksta neutronų dauginimosi procesas. Ši aplinka vadinama šerdis
. Svarbiausias fizikinis dydis, apibūdinantis neutronų dauginimosi intensyvumą neutronų dauginimo koeficientas terpėje
k ∞ . Daugybos koeficientas yra lygus neutronų skaičiaus vienoje kartoje ir jų skaičiaus ankstesnėje kartoje santykiui. Rodyklė ∞ rodo, kad kalbame apie idealią begalinių matmenų aplinką. Panašiai kaip ir reikšmė k ∞ nustatoma neutronų dauginimo koeficientas fizikinėje sistemoje
k. Koeficientas k yra konkretaus įrenginio charakteristika.
Ribinių matmenų skiliojoje terpėje kai kurie neutronai pabėgs iš šerdies į išorę. Todėl koeficientas k priklauso ir nuo tikimybės P, kad neutronas neištrūks iš šerdies. A-prioras
| k = k ∞ P. | (1) |
P reikšmė priklauso nuo aktyviosios zonos sudėties, jos dydžio, formos, taip pat nuo to, kiek aktyviąją zoną supanti medžiaga atspindi neutronus.
Svarbios kritinės masės ir kritinių matmenų sąvokos yra susijusios su galimybe neutronams palikti šerdį. Kritinis dydis
yra aktyviosios zonos, kurioje k = 1, dydis. Kritinė masė
vadinama kritinių matmenų šerdies mase. Akivaizdu, kad kai masė yra žemiau kritinės, grandininė reakcija neįvyksta, net jei > 1. Priešingai, pastebimas masės perteklius virš kritinės sukelia nekontroliuojamą reakciją – sprogimą.
Jei pirmoje kartoje yra N neutronų, tai n-oje kartoje bus Nk n. Todėl, kai k = 1, grandininė reakcija vyksta stacionariai, esant k< 1 реакция гаснет, а при k >1 reakcijos intensyvumas didėja. Kai k = 1, vadinamas reakcijos būdas kritiškas
, k > 1 – superkritinis
ir ties k< 1 – subkritinis
.
Vienos kartos neutronų gyvavimo trukmė labai priklauso nuo terpės savybių ir yra 10–4–10–8 s. Dėl šio laiko trumpumo, norint atlikti valdomą grandininę reakciją, būtina labai tiksliai išlaikyti lygybę k = 1, nes, tarkime, esant k = 1,01, sistema beveik akimirksniu sprogs. Pažiūrėkime, kokie veiksniai lemia koeficientus k ∞ ir k.
Pirmasis dydis, nustatantis k ∞ (arba k), yra vidutinis neutronų, išmetamų per vieną dalijimosi įvykį, skaičius. Skaičius priklauso nuo kuro rūšies ir krintančio neutrono energijos. Lentelėje 1 lentelėje pateiktos pagrindinių branduolinės energijos izotopų reikšmės tiek šiluminiams, tiek greitiesiems (E = 1 MeV) neutronams.
235 U izotopo dalijimosi neutronų energijos spektras parodytas Fig. 1. Šio tipo visų skiliųjų izotopų spektrai yra panašūs: yra stipri energijų sklaida, o didžiosios dalies neutronų energija yra 1–3 MeV. Skilimo metu susidarantys neutronai sulėtėja, pasklinda tam tikru atstumu ir yra absorbuojami dalijimosi metu arba be jo. Priklausomai nuo terpės savybių, prieš absorbciją neutronai turi laiko sulėtėti iki skirtingos energijos. Esant geram moderatoriui, dauguma neutronų turi laiko sulėtėti iki 0,025 eV dydžio šiluminės energijos. Šiuo atveju vadinama grandininė reakcija lėtas, arba kas tas pats, terminis. Jei nėra specialaus moderatoriaus, neutronai turi laiko sulėtėti tik iki 0,1–0,4 MeV energijos, nes visi skilintys izotopai yra sunkūs ir todėl prastai lėtėja. Atitinkamos grandininės reakcijos vadinamos greitai(pabrėžiame, kad epitetai „greitas“ ir „lėtas“ apibūdina neutronų greitį, o ne reakcijos greitį). Grandininės reakcijos, kurių metu neutronai sulėtėja iki energijos, kuri svyruoja nuo dešimčių iki vieno keV, vadinamos tarpinis
.
Kai neutronas susiduria su sunkiuoju branduoliu, neutroną (n, γ) visada galima pagauti spinduliuote. Šis procesas konkuruos su padalijimu ir taip sumažins daugybos greitį. Iš to išplaukia, kad antrasis fizikinis dydis, turintis įtakos koeficientams k ∞ , k yra dalijimosi tikimybė, kai neutroną užfiksuoja skiliojo izotopo branduolys. Ši monoenergetinių neutronų tikimybė akivaizdžiai lygi
| , | (2) |
kur nf, nγ yra atitinkamai dalijimosi ir radiacijos gaudymo skerspjūviai. Siekiant vienu metu atsižvelgti ir į neutronų skaičių dalijimosi atveju, ir į spinduliuotės gaudymo tikimybę, įvedamas koeficientas η, lygus vidutiniam antrinių neutronų skaičiui vienam neutronui, kurį sugauna skilusis branduolys.
| , | (3) |
η reikšmė priklauso nuo kuro rūšies ir nuo neutronų energijos. Svarbiausių šiluminių ir greitųjų neutronų izotopų η reikšmės pateiktos toje pačioje lentelėje. 1. η reikšmė yra svarbiausia kuro branduolių charakteristika. Grandininė reakcija gali įvykti tik tada, kai η > 1. Kuo didesnė η reikšmė, tuo aukštesnė kuro kokybė.
1 lentelė. Daliųjų izotopų ν, η reikšmės
| Šerdis | 92 U 233 | 92 U 235 | 94 Pu 239 | |
| Šiluminiai neutronai (E = 0,025 eV) |
ν | 2.52 | 2.47 | 2.91 |
| η | 2.28 | 2.07 | 2.09 | |
| Greitieji neutronai (E = 1 MeV) |
ν | 2.7 | 2.65 | 3.0 |
| η | 2.45 | 2.3 | 2.7 | |
Branduolinio kuro kokybę lemia jo prieinamumas ir koeficientas η. Gamtoje randami tik trys izotopai, kurie gali būti branduolinis kuras arba žaliavos jo gamybai. Tai torio izotopas 232 Th ir urano izotopai 238 U ir 235 U. Iš jų pirmieji du nesukelia grandininės reakcijos, bet gali būti perdirbami į izotopus, ant kurių vyksta reakcija. Pats 235 U izotopas sukelia grandininę reakciją. Žemės plutoje torio yra kelis kartus daugiau nei urano. Natūralus toris praktiškai susideda tik iš vieno izotopo – 232 Th. Gamtinį uraną daugiausia sudaro 238 U izotopas ir tik 0,7 % 235 U izotopo.
Praktikoje nepaprastai svarbus yra grandininės reakcijos į natūralų urano izotopų mišinį, kuriame 235 U branduolyje yra 140 238 U branduoliai, pagrįstumo klausimas. Parodykime, kad natūraliame mišinyje galima lėta reakcija. , bet greitas nėra. Norint apsvarstyti grandininę reakciją natūraliame mišinyje, patogu įvesti naują dydį – vidutinį neutronų sugerties skerspjūvį vienam 235 U izotopo branduoliui.
Šiluminiams neutronams = 2,47, = 580 barn, = 112 barn, = 2,8 barn (atkreipkite dėmesį, koks mažas paskutinis skerspjūvis). Pakeitę šiuos skaičius į (5), gauname lėtiesiems neutronams natūraliame mišinyje
Tai reiškia, kad 100 šiluminių neutronų, absorbuotų natūraliame mišinyje, sukurs 132 naujus neutronus. Iš to tiesiogiai išplaukia, kad grandininė reakcija su lėtais neutronais iš principo yra įmanoma gamtiniame urane. Iš esmės, nes norint realiai įgyvendinti grandininę reakciją, reikia sugebėti sulėtinti neutronus su mažais nuostoliais.
Greitiesiems neutronams ν = 2,65, 2 barn, 0,1 barn. Jei atsižvelgsime į dalijimąsi tik 235 U izotopu, gautume
| 235 (greitai) 0,3. | (7) |
Tačiau taip pat turime atsižvelgti į tai, kad greitieji neutronai, kurių energija didesnė nei 1 MeV, gali su pastebimu santykiniu intensyvumu padalyti 238 U izotopo branduolius, kurių natūraliame mišinyje yra labai daug. Padalijus iš 238 U koeficientas yra maždaug 2,5. Skilimo spektre maždaug 60 % neutronų energija viršija efektyviąją 1,4 MeV dalijimosi slenkstį 238 U. Tačiau iš šių 60 % tik vienas iš 5 neutronų sugeba dalytis nesulėtėdamas iki energijos, mažesnės už slenkstį. elastinga ir ypač neelastinga sklaida. Iš čia koeficientui 238 (greitai) gauname įvertį
Taigi grandininė reakcija natūraliame mišinyje (235 U + 238 U) negali įvykti su greitaisiais neutronais. Eksperimentiškai nustatyta, kad gryno metalinio urano dauginimo koeficientas pasiekia vieneto vertę, kai sodrinimas yra 5,56%. Praktiškai paaiškėja, kad reakcija su greitaisiais neutronais gali būti palaikoma tik praturtintame mišinyje, kuriame yra ne mažiau kaip 15% 235 U izotopo.
Natūralus urano izotopų mišinys gali būti prisodrintas izotopu 235 U. Sodrinimas yra sudėtingas ir brangus procesas dėl to, kad abiejų izotopų cheminės savybės yra beveik vienodos. Būtina pasinaudoti nedideliais cheminių reakcijų, difuzijos ir kt. greičių skirtumais, atsirandančiais dėl izotopų masių skirtumų. Grandininė reakcija su 235 U beveik visada vykdoma aplinkoje, kurioje yra daug 238 U. Dažnai naudojamas natūralus izotopų mišinys, kuriam η = 1,32 terminių neutronų srityje, nes naudinga ir 238 U. 238 U izotopas dalijasi neutronais, kurių energija viršija 1 MeV. Dėl šio dalijimosi atsiranda nedidelis papildomas neutronų dauginimasis.
Palyginkime dalijimosi grandinines reakcijas su šiluminiais ir greitaisiais neutronais.
Šiluminių neutronų gaudymo skerspjūviai yra dideli ir labai skiriasi pereinant iš vieno branduolio į kitą. Kai kurių elementų (pavyzdžiui, kadmio) branduoliuose šie skerspjūviai yra šimtus ar daugiau kartų didesni nei 235 U skerspjūviai. Todėl šiluminių neutronų įrenginių šerdims keliami aukšti grynumo reikalavimai, susiję su tam tikromis priemaišomis.
Greitiesiems neutronams visi gaudymo skerspjūviai yra maži ir ne taip skiriasi vienas nuo kito, todėl didelio medžiagų grynumo problema nekyla. Kitas greitų reakcijų privalumas – didesnis reprodukcijos greitis.
Svarbi išskirtinė šiluminių reakcijų savybė yra ta, kad šerdyje kuras yra daug labiau atskiestas, t.y., viename kuro branduolyje yra žymiai daugiau branduolių, kurie nedalyvauja skilimo procese nei greitoje reakcijoje. Pavyzdžiui, natūralaus urano šiluminėje reakcijoje 235 U kuro šerdyje yra 140 238 U žaliavos branduolių, o greitos reakcijos metu 235 U branduolyje gali būti ne daugiau kaip nuo penkių iki šešių 238 U branduolių. kuro praskiedimas šiluminėje reakcijoje lemia tai, kad viena ir ta pati energija šiluminėje reakcijoje išsiskiria daug didesniame medžiagos tūryje nei greitosios reakcijos metu. Taigi lengviau pašalinti šilumą iš aktyviosios šiluminės reakcijos zonos, todėl šią reakciją galima atlikti intensyviau nei greitą.
Vienos kartos neutronų gyvavimo laikas greitos reakcijos metu yra keliomis eilėmis trumpesnis nei šiluminės. Todėl greitos reakcijos greitis gali pastebimai pasikeisti per labai trumpą laiką, pasikeitus fizinėms sąlygoms šerdyje. Normalaus reaktoriaus veikimo metu šis poveikis yra nereikšmingas, nes šiuo atveju veikimo režimą lemia uždelstų, o ne greitųjų neutronų tarnavimo laikas.
Homogeninėje terpėje, susidedančioje tik iš vieno tipo skiliųjų izotopų, dauginimo koeficientas būtų lygus η. Tačiau realiose situacijose, be skiliųjų branduolių, visada yra ir kitų, neskilusių. Šie pašaliniai branduoliai užfiksuos neutronus ir taip paveiks dauginimo koeficientą. Iš to seka, kad trečiasis dydis, nustatantis koeficientus k ∞ , k, yra tikimybė, kad neutrono neužfiksuos vienas iš neskilusių branduolių. Realiuose įrenginiuose „svetimas“ gaudymas vyksta ant moderatoriaus šerdies, įvairių konstrukcinių elementų šerdies, taip pat skilimo produktų ir fiksavimo produktų šerdies.
Norėdami atlikti grandininę reakciją su lėtais neutronais, į šerdį įvedamos specialios medžiagos - moderatoriai, kurie dalijimosi neutronus paverčia šiluminiais. Praktiškai lėta neutronų grandininė reakcija vykdoma natūraliam arba šiek tiek prisodrintam uranui 235 U izotopu. Didelis 238 U izotopo kiekis šerdyje apsunkina moderavimo procesą ir todėl būtina kelti aukštus reikalavimus moderatoriaus kokybei. Vienos kartos neutronų gyvenimą šerdyje su moderatoriumi galima apytiksliai suskirstyti į du etapus: nuosaikumą iki šiluminės energijos ir difuziją. šiluminės normos prieš absorbciją. Kad dauguma neutronų spėtų sulėtėti be absorbcijos, turi būti įvykdyta sąlyga
kur σ kontrolė, σ gaudymas yra atitinkamai tamprios sklaidos ir gaudymo energijos vidurkis, o n yra neutronų susidūrimų su moderatoriaus branduoliais, reikalingų šiluminei energijai gauti, skaičius. Skaičius n sparčiai didėja didėjant moderatoriaus masės skaičiui. Urano 238 U skaičius n yra keli tūkstančiai. Ir šio izotopo santykis σ control /σ gaudymas net santykinai palankioje greitųjų neutronų energijos srityje neviršija 50. Vadinamoji rezonansinė sritis nuo 1 keV iki 1 eV yra ypač „pavojinga“ neutronų pagavimo atžvilgiu. . Šiame regione bendras neutrono sąveikos su 238 U branduoliais skerspjūvis turi daug intensyvių rezonansų (2 pav.). Esant žemai energijai, spinduliuotės plotis viršija neutronų plotį. Todėl rezonanso srityje santykis σ valdymo / σ gaudymas tampa net mažesnis už vienybę. Tai reiškia, kad neutronui patekus į vieno iš rezonansų sritį, jis sugeriamas beveik šimtaprocentine tikimybe. Ir kadangi tokio sunkesnio branduolio, kaip uranas, sulėtėjimas vyksta „mažais žingsneliais“, tada, eidamas per rezonansinę sritį, lėtėjantis neutronas tikrai „attrenks“ į vieną iš rezonansų ir bus absorbuojamas. Iš to išplaukia, kad grandininė reakcija ant gamtinio urano be pašalinių priemaišų negali būti vykdoma: ant greitųjų neutronų reakcija nevyksta dėl koeficiento η mažumo, o lėtųjų neutronų susidaryti nepavyksta, siekiant išvengti rezonansinio neutronų pagavimo, Norint juos sulėtinti, būtina naudoti labai lengvus branduolius, kuriuose lėtėjimas vyksta „dideliais žingsniais“, o tai smarkiai padidina tikimybę, kad neutronas sėkmingai „prašoks“ per rezonansinės energijos sritį. Geriausi stabdantys elementai yra vandenilis, deuteris, berilis ir anglis. Todėl praktikoje naudojami moderatoriai daugiausia nusileidžia sunkiajam vandeniui, beriliui, berilio oksidui, grafitui, taip pat paprastam vandeniui, kuris sulėtina neutronus ne blogiau nei sunkusis vanduo, bet sugeria juos daug didesniais kiekiais. Retarderis turi būti gerai išvalytas. Atkreipkite dėmesį, kad norint atlikti lėtą reakciją, moderatorius turi būti dešimtis ar net šimtus kartų didesnis nei urano, kad būtų išvengta rezonansinio neutronų susidūrimo su 238 U branduoliais.
Aktyvios terpės moderuojančias savybes galima apytiksliai apibūdinti trimis dydžiais: tikimybe, kad neutronas išvengs moderatoriaus sugerties moderatoriaus metu, tikimybe p išvengti rezonansinio gaudymo 238 U branduoliais ir tikimybe f, kad šiluminis neutronas bus absorbuojamas. kuro branduolys, o ne moderatorius. Reikšmė f paprastai vadinama šiluminio panaudojimo koeficientu. Sunku tiksliai apskaičiuoti šiuos kiekius. Paprastai joms apskaičiuoti naudojamos apytikslės pusiau empirinės formulės.
P ir f reikšmės priklauso ne tik nuo santykinio moderatoriaus kiekio, bet ir nuo jo išdėstymo šerdyje geometrijos. Aktyvioji zona, susidedanti iš homogeninio urano ir moderatoriaus mišinio, vadinama vienalyte, o jų besikeičiančių urano ir moderatoriaus blokų sistema – heterogeniška (4 pav.). Kokybiškai nevienalytė sistema išsiskiria tuo, kad joje greitasis neutronas, susidaręs urane, sugeba patekti į moderatorių nepasiekdamas rezonansinių energijų. Tolesnis lėtėjimas vyksta gryname moderatoriuje. Tai padidina tikimybę p išvengti rezonansinio gaudymo
p het > p homo.
Kita vertus, priešingai, neutronas, tapęs terminiu moderatoriuje, tam, kad dalyvautų grandininėje reakcijoje, turi išsklaidyti, nesugerdamas gryname moderatoriuje, iki jo ribos. Todėl šiluminio panaudojimo koeficientas f heterogeninėje aplinkoje yra mažesnis nei homogeninėje:
f gauti< f гом.
Norint įvertinti šiluminio reaktoriaus dauginimo koeficientą k ∞, apytikslis keturių faktorių formulė
| k∞ = η pfε . | (11) |
Pirmuosius tris veiksnius jau apsvarstėme anksčiau. Dydis ε vadinamas greitas neutronų dauginimo koeficientas
. Šis koeficientas įvedamas siekiant atsižvelgti į tai, kad kai kurie greitieji neutronai gali dalytis nespėję sulėtėti. Savo prasme koeficientas ε visada viršija vienetą. Tačiau šis perteklius paprastai yra mažas. Šiluminėms reakcijoms būdinga reikšmė ε = 1,03. Greitoms reakcijoms keturių faktorių formulė netaikoma, nes kiekvienas koeficientas priklauso nuo energijos, o energijos sklaida greitose reakcijose yra labai didelė.
Kadangi η reikšmę lemia kuro rūšis, o ε reikšmė lėtoms reakcijoms beveik nesiskiria nuo vieneto, konkrečios aktyviosios terpės kokybę lemia sandauga pf. Taigi heterogeninės terpės pranašumas prieš homogeninę terpę kiekybiškai pasireiškia tuo, kad, pavyzdžiui, sistemoje, kurioje natūralaus urano branduolyje yra 215 grafito branduolių, sandauga pf yra lygi 0,823 heterogeninei terpei ir 0,595 už vienalytę. O kadangi natūraliam mišiniui η = 1,34, gauname, kad heterogeninei terpei k ∞ > 1, o homogeninei terpei k ∞< 1.
Norint praktiškai įgyvendinti stacionarią grandininę reakciją, reikia mokėti kontroliuoti šią reakciją. Šis valdymas yra labai supaprastintas dėl uždelstų neutronų emisijos dalijimosi metu. Didžioji dauguma neutronų išeina iš branduolio beveik akimirksniu (t. y. per laiką, kuris yra daug dydžių trumpesnis už neutronų kartos gyvavimo trukmę šerdyje), tačiau kelios dešimtosios procento neutronų vėluoja ir pabėga iš branduolio. fragmentų branduoliai po gana didelio laiko tarpo – nuo sekundės dalių iki kelių ir net dešimčių sekundžių. Uždelstų neutronų poveikį galima kokybiškai paaiškinti taip. Tegul daugybos koeficientas akimirksniu padidėja nuo subkritinės reikšmės iki tokios superkritinės reikšmės, kad k< 1 при отсутствии
запаздывающих нейтронов. Тогда, очевидно, цепная реакция начнется не сразу, а
лишь после вылета запаздывающих нейтронов. Тем самым процесс течения реакции
будет регулируемым, если время срабатывания регулирующих устройств будет меньше
сравнительно большого времени задержки запаздывающих нейтронов, а не очень
малого времени развития цепной реакции. Доля запаздывающих нейтронов в ядерных
горючих колеблется от 0.2 до 0.7%. Среднее время жизни запаздывающих нейтронов
составляет приблизительно 10 с. При небольшой степени надкритичности скорость
нарастания интенсивности цепной реакции определяется только запаздывающими
нейтронами.
Neutronų gaudymas branduoliais, nedalyvaujančiais grandininėje reakcijoje, sumažina reakcijos intensyvumą, tačiau gali būti naudingas naujų daliųjų izotopų susidarymui. Taigi, kai neutronai yra absorbuojami iš urano 238 U ir torio 232 Th izotopų, susidaro plutonio 239 Pu ir urano 233 U izotopai (per du nuoseklius β skilimus), kurie yra branduolinis kuras:
| , | (12) |
| . | (13) |
Šios dvi reakcijos atveria realią galimybę branduolinio kuro atgaminimas grandininės reakcijos metu. Idealiu atveju, t.y., kai nėra nereikalingų neutronų nuostolių, kiekvienam kuro branduolio neutrono sugerties aktui reprodukcijai gali būti naudojamas vidutiniškai 1 neutronas.
Branduoliniai (branduoliniai) reaktoriai
Reaktorius yra įtaisas, kuriame palaikoma kontroliuojama dalijimosi grandininė reakcija. Kai reaktorius veikia, dėl egzoterminio dalijimosi reakcijos pobūdžio išsiskiria šiluma. Pagrindinė reaktoriaus charakteristika yra jo galia – per laiko vienetą išsiskiriančios šiluminės energijos kiekis. Reaktoriaus galia matuojama megavatais (10 6 W). 1 MW galia atitinka grandininę reakciją, kurios metu įvyksta 3·1016 dalijimosi įvykių per sekundę. Yra daug įvairių tipų reaktorių. Viena iš tipiškų šiluminio reaktoriaus schemų parodyta fig. 5.
Pagrindinė reaktoriaus dalis yra aktyvioji zona, kurioje vyksta reakcija ir taip išsiskiria energija. Šiluminiuose ir tarpiniuose neutroniniuose reaktoriuose šerdį sudaro kuras, paprastai sumaišytas su neskilusiu izotopu (dažniausiai 238 U), ir moderatoriaus. Greitųjų neutroninių reaktorių šerdyje nėra moderatoriaus.
Šerdies tūris svyruoja nuo dešimtųjų litro dalių kai kuriuose greitųjų neutronų reaktoriuose iki dešimčių kubinių metrų dideliuose šiluminiuose reaktoriuose. Siekiant sumažinti neutronų nuotėkį, šerdies forma yra sferinė arba beveik sferinė (pavyzdžiui, cilindras, kurio aukštis maždaug lygus skersmeniui, arba kubas).
Atsižvelgiant į santykinę kuro ir moderatoriaus vietą, išskiriami vienarūšiai ir nevienalyčiai reaktoriai. Vienalytės aktyvios zonos pavyzdys yra uranilsulfato druskos ir U 2 SO 4 tirpalas paprastame arba sunkiajame vandenyje. Dažniau naudojami heterogeniniai reaktoriai. Heterogeniniuose reaktoriuose šerdį sudaro moderatorius, į kurį dedamos kuro kasetės. Kadangi šiose kasetėse išsiskiria energija, jos vadinamos kuro elementai
arba trumpiau kuro strypai. Aktyvioji zona su atšvaitu dažnai yra uždaryta plieniniame korpuse.
- Uždelstų neutronų vaidmuo valdant branduolinį reaktorių
Grandininė reakcija
Grandininė reakcija- cheminė ir branduolinė reakcija, kurios metu aktyvios dalelės (laisvojo radikalo ar atomo cheminiame procese, neutrono – branduoliniame procese) atsiradimas sukelia daug (grandinių) nuoseklių neaktyvių molekulių ar branduolių virsmų. Laisvieji radikalai ir daugelis atomų, skirtingai nei molekulės, turi laisvų nesočiųjų valentų (nesuporuotų elektronų), dėl kurių jie sąveikauja su pradinėmis molekulėmis. Kai laisvasis radikalas (R) susiduria su molekule, vienas iš pastarosios valentinių ryšių nutrūksta ir dėl to reakcijos susidaro naujas laisvasis radikalas, kuris savo ruožtu reaguoja su kita molekule. vyksta grandininė reakcija.
Chemijos grandininės reakcijos apima oksidacijos (degimo, sprogimo), krekingo, polimerizacijos ir kitus procesus, kurie plačiai naudojami chemijos ir naftos pramonėje.
Wikimedia fondas. 2010 m.
Pažiūrėkite, kas yra „grandininė reakcija“ kituose žodynuose:
GRANDINĖ REAKCIJA, savaime besitęsiantis branduolio dalijimosi procesas, kurio metu viena reakcija sukelia sekundės pradžią, sekundę – trečią ir pan. Kad reakcija prasidėtų, reikalingos kritinės sąlygos, tai yra medžiagos masė, galinti suskaidyti... ... Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas
grandininė reakcija- Bet koks biologinis (arba cheminis-fizinis) procesas, sudarytas iš eilės tarpusavyje susijusių procesų, kai kiekvieno etapo produktas (arba energija) yra kito etapo dalyvis, dėl kurio grandinė palaikoma ir (ar) pagreitėja. .. ... Techninis vertėjo vadovas
grandininė reakcija- 1) Reakcija, sukelianti daug pradinės medžiagos molekulių virsmų. 2) Savaime išsilaikanti sunkiųjų elementų atominių branduolių dalijimosi reakcija veikiant neutronams. 3) skilimas Apie eilę veiksmų, būsenų ir pan., kurių metu vienas ar vienas... ... Daugelio posakių žodynas
Grandininė reakcija Bet koks biologinis (arba cheminis-fizinis) procesas, sudarytas iš eilės tarpusavyje susijusių procesų, kai kiekvieno etapo produktas (arba energija) yra kito etapo dalyvis, kuris veda prie priežiūros ir (arba) ... ... Molekulinė biologija ir genetika. Žodynas.
grandininė reakcija- grandininė reakcija statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminė ar branduolinė reakcija, kurios aktyvusis centras sukelia daug kitų grandinę. atitikmenys: angl. grandininė reakcija rus. grandininė reakcija … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
grandininė reakcija- grandininė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. grandininė reakcija vok. Kettenkernreaktion, f; Kettenreaktion, f rus. grandininė reakcija, f pranc. réaction en chaîne, f … Fizikos terminų žodynas
Razg. Apie vykstantį, nekontroliuojamą procesą, kai kažkas ar kažkas įtraukiamas. ką? BMS 1998, 489; BTS, 1462… Didelis rusų posakių žodynas
Grandininės reakcijos mokslinė koncepcija. Taip pat „Grandininė reakcija“ yra kelių vaidybinių filmų pavadinimas: „Grandininė reakcija“ yra 1962 m. SSRS filmas. „Grandininė reakcija“ – 1963 m. prancūzų kriminalinės komedijos filmas. „Grandinė... ... Vikipedija
Grandininės reakcijos mokslinė koncepcija. Taip pat „Grandininė reakcija“ yra kelių vaidybinių filmų pavadinimas: „Grandininė reakcija“ yra 1962 m. SSRS filmas. „Grandininė reakcija“ – 1963 m. prancūzų kriminalinės komedijos filmas. "Grandininė reakcija" Australijos filmas... ... Vikipedija
Grandininė reakcija (filmas, 1963) Šis terminas turi kitas reikšmes, žr. Grandininė reakcija (apibrėžimai). Grandininė reakcija Carambolages ... Vikipedija
Knygos
- Grandininė reakcija, Elkeles Simone. Amžius 18+ 3 funkcijos: - "New York Times" bestseleris, "Amazon" - iš pasaulinių bestselerių "Tobula chemija" ir "Pritraukimo dėsnis" autoriaus - Tiems, kurie tiki, kad meilė viską pakeičia "Puiku...
Branduolinės bombos diagrama
Skilimo grandininė reakcija
Branduolio dalijimosi metu išskiriami antriniai neutronai (2,5 vienam dalijimosi veiksmui) gali sukelti naujus dalijimosi aktus, todėl įmanoma grandininė reakcija. Skilimo grandininei reakcijai būdingas neutronų dauginimo koeficientas K, kuris yra lygus neutronų skaičiaus tam tikroje kartoje ir jų skaičiaus santykiui ankstesnėje kartoje. Būtina sąlyga dalijimosi grandininei reakcijai išsivystyti yra. Turint mažiau, reakcija neįmanoma. Kai reakcija vyksta esant pastoviam neutronų skaičiui (pastoviai išsiskiriančios energijos galia). Tai savaime palaikanti reakcija. At - slopinama reakcija. Dauginimo koeficientas priklauso nuo skiliosios medžiagos pobūdžio, šerdies dydžio ir formos. Mažiausia skiliosios medžiagos masė, reikalinga grandininei reakcijai atlikti, vadinama kritine. Kritinė masė yra 9 kg, o urano rutulio spindulys yra 4 cm.
Grandininės reakcijos gali būti kontroliuojamos arba nekontroliuojamos. Atominės bombos sprogimas yra nekontroliuojamos reakcijos pavyzdys. Tokios bombos branduolinis užtaisas yra du ar daugiau gabalėlių beveik gryno arba. Kiekvieno gabalo masė yra mažesnė nei kritinė, todėl grandininė reakcija neįvyksta. Todėl, kad įvyktų sprogimas, pakanka šias dalis sujungti į vieną gabalą, kurio masė didesnė už kritinę. Tai turi būti padaryta labai greitai, o dalių sujungimas turi būti labai sandarus. Priešingu atveju branduolinis užtaisas subyrės nespėjęs sureaguoti. Jungimui naudojamas paprastas sprogmuo. Apvalkalas tarnauja kaip neutronų reflektorius ir, be to, saugo branduolinį krūvį nuo purslų tol, kol dalijimosi metu visas branduolių skaičius išskiria visą energiją. Atominėje bomboje grandininę reakciją skatina greitieji neutronai. Sprogimo metu tik dalis branduolinio krūvio neutronų turi laiko sureaguoti. Grandininė reakcija veda į kolosalios energijos išsiskyrimą. Temperatūra, kuri vystosi, siekia laipsnių. Amerikiečių ant Hirosimos numestos bombos naikinamoji jėga prilygo 20 000 tonų trinitrotolueno sprogimui. Naujojo ginklo galia yra šimtus kartų didesnė nei pirmojo. Jei prie to pridėsime, kad atominis sprogimas sukuria daugybę dalijimosi fragmentų, įskaitant labai ilgaamžius, tada paaiškės, kokį baisų pavojų žmonijai kelia šie ginklai.
Pakeitus neutronų dauginimo koeficientą, galima pasiekti kontroliuojamą grandininę reakciją. Įrenginys, kuriame vyksta kontroliuojama reakcija, vadinamas branduoliniu reaktoriumi. Dalioji medžiaga yra natūralus arba prisodrintas uranas. Kad urano branduoliai negautų radiacinio neutronų, tam tikru atstumu vienas nuo kito dedami santykinai nedideli skiliųjų medžiagų blokai, o tarpai užpildomi neutronus moderuojančia medžiaga (moderatorius). Neutronų nuosaikumas atsiranda dėl elastinės sklaidos. Šiuo atveju sulėtėjusios dalelės prarandama energija priklauso nuo susidūrusių dalelių masių santykio. Didžiausias energijos kiekis prarandamas, jei dalelių masė yra vienoda. Deuteris, grafitas ir berilis atitinka šią sąlygą. Pirmasis urano-grafito reaktorius buvo paleistas 1942 m. Čikagos universitete, vadovaujant iškiliam italų fizikui Fermi. Norėdami paaiškinti reaktoriaus veikimo principą, apsvarstykite tipinę šiluminio neutroninio reaktoriaus schemą 1 pav.
 1 pav. |
Reaktoriaus aktyvioje zonoje yra kuro elementai 1 ir moderatorius 2, kurie sulėtina neutronus iki šiluminio greičio. Kuro elementai (kuro strypai) yra skiliosios medžiagos blokai, uždaryti sandariame apvalkale, kuris silpnai sugeria neutronus. Dėl energijos, išsiskiriančios branduolio dalijimosi metu, kuro elementai įkaista, todėl aušinimui dedami į aušinimo skysčio srautą (3-5 – aušinimo skysčio kanalas). Šerdį gaubia reflektorius, kuris sumažina neutronų nuotėkį. Grandininė reakcija valdoma specialiais valdymo strypais, pagamintais iš stipriai neutronus sugeriančių medžiagų. Reaktoriaus parametrai apskaičiuojami taip, kad visiškai įkišus strypus reakcija akivaizdžiai neįvyktų. Palaipsniui nuimant strypus, neutronų dauginimo koeficientas didėja ir tam tikroje padėtyje pasiekia vienybę. Šiuo metu reaktorius pradeda veikti. Reaktoriui veikiant, skiliųjų medžiagų kiekis aktyviojoje zonoje mažėja ir ji užteršiama dalijimosi fragmentais, tarp kurių gali būti stiprių neutronų absorberių. Kad reakcija nenutrūktų, valdymo strypai palaipsniui pašalinami iš šerdies naudojant automatinį įrenginį. Toks reakcijų valdymas įmanomas dėl to, kad egzistuoja uždelsti neutronai, kuriuos išskiria dalintys branduoliai su vėlavimu iki 1 minutės. Kai branduolinis kuras sudega, reakcija sustoja. Prieš paleidžiant reaktorių iš naujo, perdegęs branduolinis kuras pašalinamas ir pakraunamas naujas kuras. Reaktorius turi ir avarinius strypus, kurių įvedimas iš karto sustabdo reakciją. Branduolinis reaktorius yra galingas prasiskverbiančios spinduliuotės šaltinis, maždaug kartų didesnis už sanitarinius standartus. Todėl bet kuris reaktorius turi biologinę apsaugą – už jo reflektoriaus esančią ekranų sistemą iš apsauginių medžiagų (pavyzdžiui, betono, švino, vandens) ir nuotolinio valdymo pultą.
Pirmą kartą SSRS branduolinė energija buvo panaudota taikiems tikslams. 1954 m. Obninske, vadovaujant Kurchatovui, buvo pradėta eksploatuoti pirmoji 5 MW galios atominė elektrinė.
Tačiau urano terminiai neutroniniai reaktoriai gali išspręsti elektros energijos tiekimo problemą ribotu mastu, kurį lemia urano kiekis.
Perspektyviausias būdas plėtoti branduolinę energetiką yra greitųjų neutroninių reaktorių, vadinamųjų selekcinių reaktorių, kūrimas. Toks reaktorius pagamina daugiau branduolinio kuro nei sunaudoja. Reakcija vyksta greitais neutronais, todėl ne tik, bet ir gali joje dalyvauti, o tai virsta. Pastarieji gali būti chemiškai atskirti nuo. Šis procesas vadinamas branduolinio kuro auginimu. Specialiuose dauginamuosiuose reaktoriuose branduolinio kuro dauginimosi koeficientas viršija vieną. Selekcininkų šerdis yra izotopais prisodrinto urano lydinys su sunkiuoju metalu, kuris sugeria mažai neutronų. Breeder reaktoriai neturi moderatoriaus. Tokių reaktorių valdymas judinant atšvaitą arba keičiant skiliosios medžiagos masę.
Panašūs straipsniai
