Lančana reakcija su uvjeti potrebni za reakciju. Nuklearna lančana reakcija

Nuklearna lančana reakcija- samoodrživa reakcija fisije teških jezgri, u kojoj se neutroni kontinuirano reproduciraju, dijeleći sve više i više jezgri. Jezgra urana-235 pod djelovanjem neutrona dijeli se na dva radioaktivna fragmenta nejednake mase, koji se raspršuju velikom brzinom u različitim smjerovima, te dva ili tri neutrona. Kontrolirane lančane reakcije provodi u nuklearnim reaktorima ili nuklearnim kotlovima. Trenutno kontrolirane lančane reakcije provode se na izotopima urana-235, urana-233 (umjetno dobivenog iz torija-232), plutonija-239 (umjetno dobivenog iz rane-238), kao i plutonija-241. Vrlo važan zadatak je odvajanje njegovog izotopa, urana-235, od prirodnog urana. Od prvih koraka u razvoju nuklearne tehnologije, od presudne je važnosti bila upotreba urana-235, čija je proizvodnja u čistom obliku bilo je, međutim, tehnički teško, jer su uran-238 i uran-235 kemijski neodvojivi.

50. Nuklearni reaktori. Izgledi za korištenje termonuklearne energije.

Nuklearni reaktor je uređaj u kojem se provodi kontrolirana nuklearna lančana reakcija, praćena oslobađanjem energije. Prvi nuklearni reaktor izgrađen je i pušten u pogon u prosincu 1942. u SAD-u pod vodstvom E. Fermija. Prvi reaktor izgrađen izvan Sjedinjenih Država bio je ZEEP, lansiran u Kanadi 25. prosinca 1946. godine. U Europi je prvi nuklearni reaktor bila jedinica F-1 koja je puštena u rad 25. prosinca 1946. u Moskvi pod vodstvom IV Kurčatova.Do 1978. godine u svijetu je radilo stotinjak nuklearnih reaktora raznih tipova. . Sastavni dijelovi svakog nuklearnog reaktora su: jezgra s nuklearnim gorivom, obično okružena reflektorom neutrona, rashladna tekućina, sustav upravljanja lančanom reakcijom, zaštita od zračenja i sustav daljinskog upravljanja. Reaktorska posuda je podložna trošenju (osobito zbog ionizirajućeg zračenja). Glavna karakteristika nuklearnog reaktora je njegova snaga. Snaga od 1 MW odgovara lančanoj reakciji u kojoj se 3 × 10 16 događaja fisije događa u 1 sekundi. Istraživanja u fizici visokotemperaturne plazme provode se uglavnom u vezi s perspektivom stvaranja termonuklearnog reaktora. Po parametrima najbliže reaktoru su instalacije tipa tokamak. Godine 1968. objavljeno je da je na instalaciji T-3 postignuta temperatura plazme od deset milijuna stupnjeva, a upravo su na razvoju tog smjera tijekom proteklih desetljeća koncentrirani napori znanstvenika iz mnogih zemalja. različite zemlje tokamak ITER. Puno korištenje termonuklearnih reaktora u elektroenergetici očekuje se u drugoj polovici 21. st. Osim tokamaka, postoje i druge vrste magnetskih zamki za zadržavanje visokotemperaturne plazme, npr. otvorene zamke tzv. . Zbog niza svojstava, oni mogu držati visokotlačnu plazmu i stoga imaju dobre izglede kao moćni izvori termonuklearnih neutrona, a u budućnosti - kao termonuklearni reaktori.

Uspjesi postignuti posljednjih godina na Institutu za nuklearnu fiziku Sibirskog ogranka Ruske akademije znanosti u proučavanju modernih osimetričnih otvorenih zamki pokazuju da je ovaj pristup obećavajući. Ove studije se nastavljaju, a u isto vrijeme INP radi na projektu za postrojenje sljedeće generacije, gdje će biti moguće demonstrirati parametre plazme bliske onima u reaktoru.

Lančana nuklearna reakcija- slijed pojedinačnih nuklearnih reakcija, od kojih je svaka uzrokovana česticom koja se pojavila kao produkt reakcije u prethodnom koraku sekvence. Primjer nuklearne lančane reakcije je lančana reakcija fisije jezgri teških elemenata, u kojoj većinu događaja fisije iniciraju neutroni dobiveni nuklearnom fisijom u prethodnoj generaciji.

Sveučilišni YouTube

1 / 3

Nuklearna fizika... Nuklearne reakcije. Lančana reakcija nuklearne fisije. nuklearna elektrana

Nuklearne sile Energija vezanja čestica u jezgri Fisija jezgri urana Lančana reakcija

Nuklearne reakcije

titlovi

Mehanizam oslobađanja energije

Preobrazba tvari popraćena je oslobađanjem slobodne energije samo ako tvar ima zalihu energije. Potonje znači da su mikročestice tvari u stanju s energijom mirovanja većom nego u drugom mogućem stanju, prijelaz u koje postoji. Spontani prijelaz uvijek ometa energetska barijera, za prevladavanje koje mikročestica mora izvana primiti određenu količinu energije – energiju pobuđenja. Egzoenergetska reakcija sastoji se u činjenici da se u transformaciji koja slijedi nakon uzbude oslobađa više energije nego što je potrebno za pobuđivanje procesa. Postoje dva načina za prevladavanje energetske barijere: ili zbog kinetičke energije sudarajućih čestica, ili zbog energije vezanja čestica koje se spajaju.

Ako imamo na umu makroskopske razmjere oslobađanja energije, tada kinetičku energiju potrebnu za pobuđivanje reakcija moraju imati sve ili, prvo, barem dio čestica tvari. To je moguće postići samo kada temperatura medija poraste do vrijednosti pri kojoj se energija toplinskog gibanja približava vrijednosti energetskog praga koji ograničava tijek procesa. Kod molekularnih transformacija, odnosno kemijskih reakcija, takav porast obično iznosi stotine kelvina, kod nuklearnih reakcija minimalno 10 7 K zbog same velika visina Kulonove barijere sudarajućih jezgri. Toplinsko pobuđivanje nuklearnih reakcija ostvaruje se u praksi samo u sintezi najlakših jezgri, za koje su Coulombove barijere minimalne (termonuklearna fuzija).

Uzbuđenje pričvršćivanjem čestica ne zahtijeva veliku kinetička energija, te stoga ne ovisi o temperaturi medija, jer nastaje zbog neiskorištenih veza svojstvenih česticama sila privlačenja. No, s druge strane, same čestice su potrebne za pobuđivanje reakcija. A ako opet imamo na umu ne zaseban čin reakcije, već proizvodnju energije u makroskopskoj skali, onda je to moguće samo kada dođe do lančane reakcije. Potonje nastaje kada se čestice koje pobuđuju reakciju ponovno pojave kao produkti egzoenergetske reakcije.

Lančane reakcije

Lančane reakcije su raširene među kemijske reakcije, gdje ulogu čestica s neiskorištenim vezama imaju slobodni atomi ili radikali. Mehanizam lančane reakcije tijekom nuklearnih transformacija mogu osigurati neutroni koji nemaju Coulombovu barijeru i pobuđuju jezgre pri apsorpciji. Pojava potrebne čestice u mediju izaziva niz naknadnih, jedna za drugom, reakcija, koji se nastavljaju sve dok se lanac ne prekine zbog gubitka čestice nositelja reakcije. Dva su glavna razloga za gubitke: apsorpcija čestice bez emisije sekundarne i odlazak čestice izvan volumena tvari koja podržava lančani proces. Ako se u svakom činu reakcije pojavi samo jedna čestica nosača, tada se naziva lančana reakcija nerazgranat... Nerazgranana lančana reakcija ne može dovesti do oslobađanja energije u velikim razmjerima.

Ako se u svakom činu reakcije ili u nekim karika lanca pojavi više od jedne čestice, tada nastaje razgranana lančana reakcija, jer jedna od sekundarnih čestica nastavlja započeti lanac, dok druge daju nove lance koji se opet granaju. Istina, procesi koji dovode do prekida lanaca natječu se s procesom grananja, a novonastala situacija dovodi do ograničavajućih ili kritičnih pojava specifičnih za razgranate lančane reakcije. Ako je broj otvorenih krugova veći od broja novih krugova koji se pojavljuju, onda samoodrživa lančana reakcija(SCR) ispada da je nemoguće. Čak i ako se umjetno pobuđuje unošenjem određene količine potrebnih čestica u medij, tada, budući da se broj lanaca u ovom slučaju može samo smanjiti, proces koji je započeo brzo izumire. Ako broj novih formiranih lanaca premašuje broj prekida, lančana reakcija se brzo širi po volumenu tvari kada se pojavi barem jedna početna čestica.

Područje stanja tvari s razvojem samoodržive lančane reakcije odvojeno je od područja gdje je lančana reakcija općenito nemoguća, kritično stanje... Kritično stanje karakterizira jednakost između broja novih krugova i broja prekida.

Postizanje kritičnog stanja određeno je brojnim čimbenicima. Fisiju teške jezgre pobuđuje jedan neutron, a kao rezultat čina fisije pojavljuje se više od jednog neutrona (na primjer, za 235 U, broj neutrona rođenih u jednom fisijskom činu je u prosjeku od 2 do 3) . Posljedično, proces fisije može dovesti do razgranate lančane reakcije, koju će nositi neutroni. Ako brzina gubitka neutrona (zahvaćanja bez fisije, odstupanja od reakcijskog volumena itd.) kompenzira brzinu množenja neutrona na način da je efektivni faktor umnožavanja neutrona točno jedinica, tada se lančana reakcija odvija u stacionarnom načinu . Uvođenje negativnih povratnih veza između efektivnog faktora množenja i brzine oslobađanja energije omogućuje kontroliranu lančanu reakciju, koja se koristi, na primjer, u nuklearnoj energiji. Ako je faktor množenja veći od jedan, lančana reakcija se razvija eksponencijalno; nekontrolirana lančana reakcija fisije se koristi u

To je proces u kojem jedna provedena reakcija uzrokuje sljedeće reakcije istog tipa.

Tijekom cijepanja jedne jezgre urana, nastali neutroni mogu uzrokovati fisiju ostalih jezgri urana, dok broj neutrona raste poput lavine.

Omjer broja neutrona proizvedenih u jednom činu fisije i broja takvih neutrona u prethodnom fisijskom činu naziva se faktor umnožavanja neutrona k.

Kada je k manji od 1, reakcija se gasi, jer broj apsorbiranih neutrona više brojeva novoformirani.
Kada je k veći od 1, eksplozija se događa gotovo trenutno.
Kada je k jednak 1, dolazi do kontrolirane stacionarne lančane reakcije.

Lančana reakcija je popraćena oslobađanjem veliki broj energije.

Za provedbu lančane reakcije nemoguće je koristiti bilo kakvu fisiju jezgri pod utjecajem neutrona.

Koristi se kao gorivo za nuklearne reaktore kemijski element uran se prirodno sastoji od dva izotopa: urana-235 i urana-238.

U prirodi, izotopi urana-235 čine samo 0,7% ukupne rezerve urana, međutim, prikladni su za provođenje lančane reakcije, budući da fisije pod utjecajem sporih neutrona.

Jezgre urana-238 mogu se fisirati samo pod utjecajem visokoenergetskih neutrona (brzi neutroni). Samo 60% neutrona proizvedenih fisijom jezgre urana-238 ima takvu energiju. Samo oko 1 od 5 nastalih neutrona uzrokuje nuklearnu fisiju.

Uvjeti za lančanu reakciju u uranu-235:

Minimalna količina goriva (kritična masa) potrebna za izvođenje kontrolirane lančane reakcije u nuklearni reaktor
- brzina neutrona bi trebala uzrokovati fisiju jezgri urana
- nema nečistoća koje apsorbiraju neutrone

Kritična masa:

Ako je masa urana mala, neutroni će izletjeti iz njega bez reakcije
- ako je masa urana velika, moguća je eksplozija zbog snažnog povećanja broja neutrona
- ako masa odgovara kritičnoj, nastavlja se kontrolirana lančana reakcija

Za uran-235 kritična masa je 50 kg (to je, na primjer, uranova kugla promjera 9 cm).

Prva kontrolirana lančana reakcija - SAD 1942. (E. Fermi)
U SSSR-u - 1946. (I.V. Kurchatov).

Faradayev zakon elektromagnetske indukcije je osnovni zakon elektrodinamike koji se odnosi na principe rada transformatora, prigušnica, mnogih vrsta elektromotora

I generatori. Zakon kaže:

Faradayev zakon kao dva različita fenomena [uredi | uredi wiki tekst]

Neki fizičari primjećuju da Faradayev zakon u jednoj jednadžbi opisuje dva različita fenomena: emf motora nastao djelovanjem magnetske sile na žicu koja se kreće, i transformator EMF nastao djelovanjem električne sile uslijed promjene magnetsko polje... James Clerk Maxwell je u svom radu skrenuo pozornost na ovu činjenicu O fizičkom električni vodovi godine 1861. U drugoj polovici II. dijela ovog rada, Maxwell daje zasebno fizičko objašnjenje za svaki od ova dva fenomena. Veza na ova dva aspekta elektromagnetska indukcija dostupno u nekima moderni udžbenici... Kao što Richard Feynman piše:

Lorentzov zakon [uredi | uredi wiki tekst]

Naplatiti q u vodiču na lijevoj strani petlje doživljava Lorentzovu silu q v × B k = −q v B (x C - w / 2) j (j, k- jedinični vektori u smjerovima y i z; vidi križni proizvod vektora), što uzrokuje EMF (rad po jedinici naboja) v ℓ B (x C - w / 2) cijelom dužinom lijeve strane petlje. Na desna strana petlja slično razmišljanje pokazuje da je emf jednaka v ℓ B (x C + w / 2)... Dva suprotna EMF-a potiskuju pozitivni naboj prema dnu petlje. U slučaju kada je polje B raste duž x, sila na desnoj strani bit će veća, a struja će teći u smjeru kazaljke na satu. Korištenje pravila desna ruka, dobivamo da je polje B koju stvara struja suprotna primijenjenom polju. EMF koji uzrokuje struju mora se povećati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu (za razliku od struje). Dodavanjem EMF-a u smjeru suprotnom od kazaljke na satu duž petlje, nalazimo:

Faradayev zakon [uredi | uredi wiki tekst]

Intuitivan, ali pogrešan pristup korištenju pravila toka izražava protok kroz lanac kao Φ B = B wℓ, gdje w- širina pokretne petlje. Ovaj izraz ne ovisi o vremenu, pa iz ovoga netočno proizlazi da se EMF ne stvara. Greška ove tvrdnje je što ne uzima u obzir cijeli put struje kroz zatvorenu petlju.

Za ispravna upotreba pravila protoka moramo uzeti u obzir cijeli put struje, koji uključuje put kroz rubove na gornjim i donjim diskovima. Možemo odabrati proizvoljan zatvoreni put kroz rubove i rotirajuću petlju i, prema zakonu fluksa, pronaći EMF duž te staze. Bilo koji put koji uključuje segment u susjedstvu rotirajuće petlje omogućuje relativno kretanje dijelova lanca.

Kao primjer, razmotrite put na vrhu lanca u smjeru rotacije gornjeg diska, a na dnu lanca u smjeru suprotnom od donjeg diska (prikazano strelicama na slici 4). U ovom slučaju, ako rotirajuća petlja odstupi za kut θ od petlje kolektora, tada se može smatrati dijelom cilindra s površinom A = rℓ θ. Ovo područje je okomito na polje B, a njegov doprinos streamu je:

gdje je predznak negativan jer prema pravilu desne strane polje B generirana strujnom petljom je suprotnog smjera od primijenjenog polja B"... Budući da je ovo samo vremenski ovisan dio protoka, prema zakonu toka, EMF je jednak:

u skladu s formulom Lorentzovog zakona.

Razmotrimo sada drugi način, na koji biramo prolaz duž rubova diskova kroz suprotne segmente. U ovom slučaju, pridružena nit će biti smanjenje s povećanjem θ, ali prema pravilu desne ruke, strujna petlja dodaje priloženo polje B, stoga će EMF za ovaj put biti potpuno ista vrijednost kao i za prvi put. Svaki mješoviti povratni put vodi do istog rezultata za vrijednost EMF-a, tako da zapravo nije važno kojim putem idete.

Termonuklearna reakcija je vrsta nuklearne reakcije u kojoj se lagane atomske jezgre spajaju u teže zbog kinetičke energije njihova toplinskog gibanja. Podrijetlo pojma [uredi | uredi wiki tekst]

Da bi došlo do nuklearne reakcije, početne atomske jezgre moraju prevladati takozvanu "Coulombovu barijeru" - silu elektrostatičkog odbijanja između njih. Da bi to učinili, moraju imati visoku kinetičku energiju. Prema kinetičkoj teoriji, kinetička energija pokretnih mikročestica tvari (atoma, molekula ili iona) može se prikazati u obliku temperature, pa se stoga zagrijavanjem tvari može postići nuklearna reakcija. Upravo se taj odnos između zagrijavanja tvari i nuklearne reakcije odražava u terminu "termonuklearna reakcija".

Coulomb barijera [uredi | uredi wiki tekst]

Atomske jezgre imaju pozitivan električni naboj. Na velikim udaljenostima, njihovi naboji mogu biti zaklonjeni elektronima. Međutim, da bi se jezgre spojile, moraju se međusobno približiti na udaljenost na kojoj djeluje jaka interakcija. Ova udaljenost je reda veličine samih jezgri i mnogo je puta manja od veličine atoma. Na takvim udaljenostima elektronske ljuske atoma (čak i ako su bile očuvane) više ne mogu ekranizirati naboje jezgri, pa doživljavaju snažan elektrostatički odboj. Sila tog odbijanja, u skladu s Coulombovim zakonom, obrnuto je proporcionalna kvadratu udaljenosti između naboja. Na udaljenostima reda veličine jezgri, veličina snažne interakcije koja ih nastoji povezati počinje brzo rasti i postaje veća od vrijednosti Coulombove odbijanja.

Dakle, da bi reagirale, jezgre moraju prevladati potencijalnu barijeru. Na primjer, za reakciju deuterij-tricij, ova barijera je oko 0,1 MeV. Za usporedbu, energija ionizacije vodika je 13 eV. Stoga će tvar koja sudjeluje u termonuklearnoj reakciji biti gotovo potpuno ionizirana plazma.

Temperatura ekvivalentna 0,1 MeV je približno 10 9 K, ali postoje dva učinka koja snižavaju temperaturu potrebnu za termonuklearnu reakciju:

· Prvo, temperatura karakterizira samo prosječnu kinetičku energiju, postoje čestice s nižom i višom energijom. Zapravo, mali broj jezgri s energijama mnogo većim od prosjeka (tzv. „rep Maxwellove distribucije

· Drugo, zbog kvantnih efekata, jezgre ne moraju imati energiju koja prelazi Coulombovu barijeru. Ako je njihova energija nešto manja od barijere, vrlo vjerojatno mogu tunelirati kroz nju. [ izvor nije naveden 339 dana]

Termonuklearne reakcije [uredi | uredi wiki tekst]

Neke od najvažnijih egzotermnih termonuklearnih reakcija velikih presjeka:

(1)

→

4On

(3,5 MeV)

(14,1 MeV)

(2)

→

(1,01 MeV)

str

(3,02 MeV)

(50 %)

(3)

→

3On

(0,82 MeV)

(2,45 MeV)

(50 %)

(4)

3On

→

4On

(3,6 MeV)

str

(14,7 MeV)

(5)

→

4On

+ 11,3 MeV

(6)

3On

→

4On

str

(7)

3On

→

4On

str

+ 12,1 MeV

(51 %)

(8)

→

4On

(4,8 MeV)

(9,5 MeV)

(43 %)

(9)

→

4On

(0,5 MeV)

(1,9 MeV)

str

(11,9 MeV)

(6 %)

(10)

6Li

→

4On

+ 22,4 MeV -

(11)

str

6Li

→

4On

(1,7 MeV)

3On

(2,3 MeV) -

(12)

3On

6Li

→

4On

str

+ 16,9 MeV

(13)

str

11B

→

4On

+ 8,7 MeV

(14)

6Li

→

4On

+ 4,8 MeV

Mionska kataliza [uredi | uredi wiki tekst]

Glavni članak: Mionska kataliza

Termonuklearna reakcija može se značajno olakšati uvođenjem negativno nabijenih miona u reakcijsku plazmu.

Mioni µ - u interakciji s termonuklearnim gorivom tvore mezomolekule, u kojima je udaljenost između jezgri atoma goriva nešto manja, što olakšava njihovo približavanje i, osim toga, povećava vjerojatnost tuneliranja jezgri kroz Coulombovu barijeru.

Broj reakcija sinteze X c pokrenut jednim mionom ograničen je vrijednošću koeficijenta prianjanja miona. Eksperimentalno je bilo moguće dobiti vrijednosti X c ~ 100, tj. jedan mion je sposoban osloboditi energiju ~ 100 × X MeV, gdje je X energetski prinos katalizirane reakcije.

Dok je vrijednost oslobođene energije manja od potrošnje energije za proizvodnju samog miona (5-10 GeV). Dakle, mionska kataliza je još uvijek energetski nepovoljan proces. Komercijalno isplativa proizvodnja energije pomoću mionske katalize je moguća s X c ~ 10 4 .

Aplikacija [uredi | uredi wiki tekst]

Korištenje termonuklearne reakcije kao praktički neiscrpnog izvora energije povezuje se prvenstveno s perspektivom ovladavanja tehnologijom kontrolirane termonuklearne fuzije (CTF). Trenutno, znanstvena i tehnološka baza ne dopušta korištenje TCB-a u industrijskim razmjerima.

Istodobno je nekontrolirana termonuklearna reakcija našla svoju primjenu u vojnim poslovima. Prvi put je termonuklearna eksplozivna naprava testirana u studenom 1952. u Sjedinjenim Državama, a već u kolovozu 1953. termonuklearna eksplozivna naprava u obliku zračne bombe testirana je u Sovjetskom Savezu. Snaga termonuklearne eksplozivne naprave (za razliku od nuklearne) ograničena je samo količinom materijala koji se koristi za njezino stvaranje, što omogućuje stvaranje eksplozivnih naprava gotovo svake snage.

SEZONA 27 pitanje 1

Fenomen samoindukcije

Već smo proučavali da magnetsko polje nastaje u blizini vodiča sa strujom. Također su proučavali da izmjenično magnetsko polje stvara struju (fenomen elektromagnetske indukcije). Smatrati strujni krug... Kada se jačina struje u ovom krugu promijeni, magnetsko polje će se promijeniti, zbog čega se dodatno povećava indukcijska struja... Ovaj fenomen se zove samoindukcija, a struja koja nastaje u ovom slučaju se zove struja samoindukcije.

Fenomen samoindukcije je pojava EMF-a u vodljivom krugu, koji nastaje kao rezultat promjene jakosti struje u samom krugu.

Induktivitet kruga ovisi o njegovom obliku i veličini, o magnetska svojstva okoliš a ne ovisi o struji u strujnom krugu.

EMF samoindukcije određena formulom:

Fenomen samoindukcije sličan je fenomenu inercije. Kao što je u mehanici nemoguće momentalno zaustaviti tijelo koje se kreće, tako ni struja zbog fenomena samoindukcije ne može odmah dobiti određenu vrijednost. Ako je zavojnica spojena serijski s drugom svjetiljkom u krug koji se sastoji od dvije identične svjetiljke spojene paralelno s izvorom struje, tada kada je krug zatvoren, prva lampa svijetli gotovo odmah, a druga s primjetnim zakašnjenjem.

Kada se krug otvori, struja se brzo smanjuje, a nastali EMF samoindukcije sprječava smanjenje magnetskog toka. U tom je slučaju inducirana struja usmjerena na isti način kao i početna. EMF samoindukcije može višestruko premašiti vanjski EMF. Stoga žarulje vrlo često pregore kada se svjetlo isključi.

Energija magnetskog polja

Energija magnetskog polja strujnog kruga:

Radioaktivno zračenje – zračenje koje izotop emitira tijekom raspadanja. Ima tri vrste: alfa zrake (tok jezgri helija), beta zrake (tok elektrona) i gama zrake ( elektromagnetska radijacija). Za ljude je najopasnije gama zračenje.

Doza apsorbiranog zračenja jednaka je omjeru energije koju tijelo primi prema tjelesnoj težini. Apsorpcijska doza je označena slovom D i mjeri se sivim bojama.

U praksi također koriste mjernu jedinicu x-zraka (P), jednaku 2,58 pomnoženoj s 10 na minus 4 stepena kulona, podijeljenog s kilogramom.

Apsorbirano zračenje se može akumulirati tijekom vremena, njegova doza je veća, što je zračenje duže.

Brzina doze određena je omjerom apsorbirane doze zračenja i vremena izlaganja. Označen je slovom N i mjeri se u sivim bojama podijeljenim sekundom.

Za čovjeka smrtonosna doza apsorbirano zračenje je ekvivalentno 6 Gy. Najveća dopuštena doza zračenja za ljude je 0,05 Gy godišnje.

SEZONA 28 Pitanje 1

Elementarna čestica je skupni pojam koji se odnosi na mikro-objekte na subnuklearnoj skali koji se ne mogu podijeliti na sastavne dijelove.

Treba imati na umu da neke elementarne čestice ( elektron, neutrina, kvarkovi itd.) trenutno se smatraju besstrukturnim i smatraju se primarnim fundamentalne čestice ... Ostale elementarne čestice (tzv složene čestice , uključujući čestice koje čine jezgru atom - protona i neutroni) imaju složenu unutarnju strukturu, ali, ipak, prema modernim konceptima, nemoguće ih je podijeliti na dijelove zbog učinka zatočeništvo.

Zajedno s antičestice otkriveno je više od 350 elementarnih čestica. Od njih su foton, elektron i mionski neutrino, elektron, proton i njihove antičestice stabilne. Ostatak elementarnih čestica spontano se raspadne u vremenu od oko 1000 sekundi (za slobodni neutron) do zanemarivog djelića sekunde (od 10-24 do 10-22, za rezonancije).

Kod elektromagnetskih oscilacija dolazi do povremenih promjena električnog naboja, struje i napona.Elektromagnetske oscilacije se dijele na besplatno propadajući prisiljen i samooscilacije.

Slobodne vibracije su vibracije koje nastaju u sustavu (kondenzator i zavojnica) nakon uklanjanja iz ravnotežnog položaja (kada je kondenzator napunjen). Točnije, slobodne elektromagnetske oscilacije nastaju kada se kondenzator isprazni kroz induktor. Prisilno oscilacije se nazivaju oscilacije u krugu pod utjecajem vanjske periodično promjenjive elektromotorne sile.

Najjednostavniji sustav, u kojem se uočavaju slobodne elektromagnetske oscilacije, je oscilatorni krug. sastoji se od induktora i kondenzatora.Ovaj proces će se ponavljati iznova i iznova. Hoće li nastati elektromagnetske vibracije zbog transformacije energije električnog polja kondenzatora.

· Kondenzator, koji se puni iz baterije, u početnom trenutku će postići maksimum napunjenosti. Njegova energija W e bit će maksimalna (slika a).

· Ako je kondenzator zatvoren za zavojnicu, tada će se u ovom trenutku početi prazniti (slika B). U krugu će se pojaviti struja. Kako se kondenzator prazni, struja u krugu i zavojnici raste. Zbog fenomena samoindukcije to se ne događa odmah. Energija zavojnice W m postaje maksimalna (slika c).

· Indukcijska struja teče u istom smjeru. Električni naboji se ponovno nakupljaju na kondenzatoru. Kondenzator se puni, t.j. ploča kondenzatora, prethodno nabijena pozitivno, bit će nabijena negativno. Energija kondenzatora postaje maksimalna. Struja u ovom smjeru će se zaustaviti, a proces će se ponoviti u suprotnom smjeru (slika D). Ovaj proces će se ponavljati uvijek iznova. Hoće li nastati elektromagnetske vibracije zbog transformacije energije električnog polja kondenzatora u energiju magnetskog polja strujnog svitka, i obrnuto. Ako nema gubitaka (otpor R = 0), tada se jačina struje, naboj i napon mijenjaju tijekom vremena prema harmonijskom zakonu. Oscilacije koje se javljaju prema kosinusnom ili sinusnom zakonu nazivaju se harmonijskim. Jednadžba osciliranja harmonijskog naboja: .

Krug u kojem nema gubitka energije idealan je titrajni krug. Razdoblje elektromagnetskih oscilacija u idealnom titrajnom krugu ovisi o induktivnosti zavojnice i kapacitetu kondenzatora i nalazi se duž Thomsonova formula gdje je L induktivitet zavojnice, C je kapacitet kondenzatora, T je period e / m oscilacija.
U stvarnom oscilatornom krugu bit će slobodne elektromagnetske oscilacije propadajući zbog gubitaka energije pri zagrijavanju žica. Za praktična aplikacija važno je dobiti kontinuirane elektromagnetske oscilacije, a za to je potrebno nadopuniti titrajni krug električnom energijom kako bi se nadoknadili gubici energije iz kontinuiranog oscilatora, koji je primjer samooscilirajućeg sustava.

Ulaznica 29 Pitanje 1

Antičestica - čestica-blizanac nekog drugog elementarna čestica posjedujući isto masa i isto vrtjeti, koji se od njega razlikuje po znakovima svih ostalih karakteristika interakcije (naknade kao npr električni i boja naboji, barionski i leptonski kvantnim brojevima).

Sama definicija onoga što nazvati "čestica" u paru čestica-antičestica je uglavnom proizvoljna. Međutim, uz dani izbor "čestice", njezina se antičestica nedvosmisleno određuje. Očuvanje barionskog broja u procesima slabe interakcije omogućuje određivanje "čestice" u bilo kojem paru barion-antibarion pomoću lanca raspada bariona. Izbor elektrona kao "čestice" u paru elektron-pozitron je fiksan (zbog očuvanja leptonskog broja u procesima slaba interakcija) određivanje stanja "čestice" u paru elektronski neutrino-antineutrino. Prijelazi između leptona različitih generacija (tipova) nisu uočeni, tako da se definicija "čestice" u svakoj generaciji leptona, općenito govoreći, može dati neovisno. Obično se, po analogiji s elektronom, "čestice" nazivaju negativno nabijene leptona, koji, uz očuvanje leptonskog broja, određuje odgovarajući neutrina i antineutrino... Za bozoni pojam "čestica" može se fiksirati definicijom, na primjer, hipercharge.

Dijagram uređaja nuklearna bomba

Lančana reakcija fisije

Sekundarni neutroni emitirani tijekom fisije (2,5 komada po fisijskom aktu) mogu uzrokovati nove događaje fisije, što omogućuje izvođenje lančane reakcije. Lančanu reakciju fisije karakterizira faktor umnožavanja neutrona K, koji je jednak omjeru broja neutrona u određenoj generaciji prema njihovom broju u prethodnoj generaciji. Preduvjet razvoj lančane reakcije fisije je. Na manje, reakcija je nemoguća. Kada se reakcija odvija s konstantnim brojem neutrona (konstantna snaga oslobođene energije). Ovo je samoodrživi odgovor. At je prigušena reakcija. Faktor umnožavanja ovisi o prirodi fisijskog materijala, veličini i obliku jezgre. Minimalna težina fisiona tvar potrebna za lančanu reakciju naziva se kritičnom. Za kritičnu masu je 9 kg, dok je polumjer uranove kuglice 4 cm.

Lančane reakcije mogu biti kontrolirane i nekontrolirane. Eksplozija atomske bombe primjer je reakcije u bijegu. Nuklearni naboj takve bombe su dva ili više komada gotovo čistog ili. Masa svakog komada je manja od kritične, pa ne dolazi do lančane reakcije. Dakle, da bi došlo do eksplozije, dovoljno je ove dijelove spojiti u jedan komad, mase veće od kritične. To se mora učiniti vrlo brzo i spoj dijelova mora biti vrlo čvrst. Inače će se nuklearni naboj raspasti prije nego što može reagirati. Za vezu se koristi uobičajeni eksploziv. Ljuska služi kao reflektor neutrona i, štoviše, sprječava raspršivanje nuklearnog naboja sve dok maksimalni broj jezgri ne oslobodi svu energiju tijekom fisije. Lančana reakcija u atomska bomba ide na brze neutrone. Tijekom eksplozije samo dio neutrona nuklearnog naboja ima vremena reagirati. Lančana reakcija dovodi do oslobađanja kolosalne energije. Temperatura koja se razvija u isto vrijeme doseže stupnjeve. Razorna snaga bombe koju su Amerikanci bacili na Hirošimu bila je ekvivalentna eksploziji 20.000 tona TNT-a. Nova oružja su stotine puta snažnija od prvih. Ako tome dodamo da atomska eksplozija proizvodi ogroman broj fisijskih fragmenata, uključujući i one vrlo dugovječne, postaje očito kakvu strašnu opasnost ovo oružje predstavlja za čovječanstvo.

Promjenom faktora umnožavanja neutrona može se realizirati kontrolirana lančana reakcija. Uređaj u kojem se kontrolirani odgovor, nazvan nuklearni reaktor. Prirodni ili obogaćeni uran služi kao fisijski materijal. Kako bi se spriječilo radijacijsko hvatanje neutrona jezgrama urana, relativno mali blokovi fisivne tvari postavljaju se na određenoj udaljenosti jedan od drugog, a praznine se popunjavaju tvari koja usporava neutrone (moderator). Neutroni se usporavaju elastičnim raspršenjem. U tom slučaju energija koju gubi usporena čestica ovisi o omjeru masa čestica koje se sudaraju. Maksimalni iznos energija se gubi ako čestice imaju istu masu. Deuterij, grafit i berilij zadovoljavaju ovaj uvjet. Prvi uran-grafitni reaktor pokrenut je 1942. na Sveučilištu u Chicagu pod vodstvom uglednog talijanskog fizičara Fermija. Da bismo razjasnili princip rada reaktora, razmotrimo tipičnu shemu toplinskog reaktora na slici 1.

Sl. 1.

U jezgri reaktora nalaze se gorivi elementi 1 i moderator 2, koji usporava neutrone do toplinskih brzina. Gorivni elementi (gorivne šipke) su blokovi fisivnog materijala zatvoreni u zapečaćenu ljusku koja slabo apsorbira neutrone. Zbog energije koja se oslobađa tijekom nuklearne fisije, gorivni elementi se zagrijavaju, pa se za hlađenje stavljaju u tok rashladne tekućine (3-5 - kanal rashladne tekućine). Jezgra je okružena reflektorom kako bi se smanjilo curenje neutrona. Lančanom reakcijom upravljaju posebne upravljačke šipke izrađene od materijala koji snažno upijaju neutrone. Parametri reaktora su izračunati na način da kada su šipke potpuno umetnute, reakcija sigurno ne dolazi. Postupnim uklanjanjem štapića faktor umnožavanja neutrona raste i na određenom položaju dostiže jedinicu. U ovom trenutku reaktor počinje s radom. Kako reaktor radi, količina fisijskog materijala u jezgri se smanjuje i ona postaje kontaminirana fisijskim fragmentima, među kojima mogu biti jaki apsorberi neutrona. Kako bi se spriječilo zaustavljanje reakcije, upravljačke šipke se postupno uklanjaju iz jezgre uz pomoć automatskog uređaja. Takva kontrola reakcija moguća je zbog postojanja odgođenih neutrona koje emitiraju fisijske jezgre s kašnjenjem do 1 min. Kada nuklearno gorivo izgori, reakcija prestaje. Prije ponovnog pokretanja reaktora, izgorjelo nuklearno gorivo se uklanja i puni novim. U reaktoru se nalaze i šipke za hitne slučajeve čijim se uvođenjem odmah prekida reakcija. Nuklearni reaktor je snažan izvor prodornog zračenja, otprilike puta veći od sanitarni standardi... Stoga svaki reaktor ima biološku zaštitu – sustav štitova od zaštitnih materijala (na primjer, beton, olovo, voda) – koji se nalazi iza svog reflektora i daljinski upravljač.

U SSSR-u je prvi put korištena nuklearna energija u miroljubive svrhe. Godine 1954. u Obninsku je puštena u rad prva nuklearna elektrana snage 5 MW pod vodstvom Kurčatova.

Međutim, reaktori s toplinskim uranom mogu riješiti problem opskrbe električnom energijom u ograničenom opsegu, koji je određen količinom urana.

Najperspektivniji način za razvoj nuklearne energije je razvoj reaktora na brze neutrone, tzv. Takav reaktor proizvodi više nuklearnog goriva nego što ga troši. Reakcija se odvija na brzim neutronima, dakle, ne samo da može sudjelovati u njoj, već i, što se pretvara u. Potonji se mogu kemijski odvojiti od. Taj se proces naziva reprodukcija nuklearnog goriva. U specijalnim reaktorima za razmnožavanje, omjer uzgoja nuklearnog goriva premašuje jedinicu. Aktivna zona uzgajivača je legura urana obogaćenog izotopima s teškim metalom koji malo apsorbira neutrone. U reaktorima za razmnožavanje nema moderatora. Kontroliranje takvih reaktora pomicanjem reflektora ili promjenom mase fisijske tvari.

Nuklearna lančana reakcija

Mehanizam oslobađanja energije

Preobrazba tvari popraćena je oslobađanjem slobodne energije samo ako tvar ima rezervu energije. Potonje znači da su mikročestice tvari u stanju s energijom mirovanja većom nego u drugom mogućem stanju, prijelaz u koje postoji. Spontani prijelaz uvijek ometa energetska barijera, za prevladavanje koje mikročestica mora izvana primiti određenu količinu energije – energiju pobuđenja. Egzoenergetska reakcija sastoji se u činjenici da se u transformaciji koja slijedi nakon uzbude oslobađa više energije nego što je potrebno za pobuđivanje procesa. Postoje dva načina za prevladavanje energetske barijere: ili zbog kinetičke energije sudarajućih čestica, ili zbog energije vezanja čestica koje se spajaju.

Ako imamo na umu makroskopske razmjere oslobađanja energije, tada kinetičku energiju potrebnu za pobuđivanje reakcija moraju imati sve ili, prvo, barem dio čestica tvari. To je moguće postići samo kada temperatura medija poraste do vrijednosti pri kojoj se energija toplinskog gibanja približava vrijednosti energetskog praga koji ograničava tijek procesa. U slučaju molekularnih transformacija, odnosno kemijskih reakcija, takav porast obično iznosi stotine kelvina, dok je kod nuklearnih reakcija najmanje 10 7 K zbog vrlo velike visine Coulombovih barijera sudarajućih jezgri. Toplinsko pobuđivanje nuklearnih reakcija ostvaruje se u praksi samo u sintezi najlakših jezgri, za koje su Coulombove barijere minimalne (termonuklearna fuzija).

Pobuđivanje pričvršćivanjem čestica ne zahtijeva veliku kinetičku energiju, pa stoga ne ovisi o temperaturi medija, budući da se događa zbog neiskorištenih veza svojstvenih česticama sila privlačenja. No, s druge strane, same čestice su potrebne za pobuđivanje reakcija. A ako opet imamo na umu ne zaseban čin reakcije, već proizvodnju energije u makroskopskoj skali, onda je to moguće samo kada dođe do lančane reakcije. Potonje nastaje kada se čestice koje pobuđuju reakciju ponovno pojave kao produkti egzoenergetske reakcije.

Lančane reakcije

Lančane reakcije su raširene među kemijskim reakcijama, gdje slobodni atomi ili radikali igraju ulogu čestica s neiskorištenim vezama. Mehanizam lančane reakcije tijekom nuklearnih transformacija mogu osigurati neutroni koji nemaju Coulombovu barijeru i pobuđuju jezgre pri apsorpciji. Pojava potrebne čestice u mediju izaziva niz naknadnih, jedna za drugom, reakcija, koji se nastavljaju sve dok se lanac ne prekine zbog gubitka čestice nositelja reakcije. Dva su glavna razloga za gubitke: apsorpcija čestice bez emisije sekundarne i odlazak čestice izvan volumena tvari koja podržava lančani proces. Ako se u svakom činu reakcije pojavi samo jedna čestica nosača, tada se naziva lančana reakcija nerazgranat... Nerazgranana lančana reakcija ne može dovesti do oslobađanja energije u velikim razmjerima.

Postizanje kritičnog stanja određeno je brojnim čimbenicima. Fisiju teške jezgre pobuđuje jedan neutron, a kao rezultat fisijskog čina javlja se više od jednog neutrona (npr. za 235 U broj neutrona koji se rađaju u jednom fisijskom činu je u prosjeku 2,5). Posljedično, proces fisije može dovesti do razgranate lančane reakcije, koju će nositi neutroni. Ako brzina gubitka neutrona (zahvaćanja bez fisije, odstupanja od reakcijskog volumena itd.) kompenzira brzinu množenja neutrona na način da je efektivni faktor umnožavanja neutrona točno jedinica, tada se lančana reakcija odvija u stacionarnom načinu . Uvođenje negativnih povratnih veza između efektivnog faktora množenja i brzine oslobađanja energije omogućuje kontroliranu lančanu reakciju, koja se koristi, na primjer, u nuklearnoj energiji. Ako je faktor množenja veći od jedan, lančana reakcija se razvija eksponencijalno; nevođena lančana reakcija fisije koristi se u nuklearnom oružju.

vidi također

Lančana kemijska reakcija

Književnost

A. N. Klimov Nuklearna fizika i nuklearni reaktori.- M. Atomizdat,.
V.E. Levin Nuklearna fizika i nuklearni reaktori/ 4. izd. - M .: Atomizdat,.
Petunin V.P. Toplinska tehnika nuklearnih postrojenja.- M .: Atomizdat,.

Zaklada Wikimedia. 2010.

Pogledajte što je "Nuklearna lančana reakcija" u drugim rječnicima:

Lančana nuklearna reakcija slijed nuklearnih reakcija pobuđenih česticama (na primjer, neutronima) koje nastaju u svakom reakcijskom činu. Ovisno o prosječnom broju reakcija nakon jedne prethodne manje, jednako ili ... ... Uvjeti nuklearne energije

nuklearna lančana reakcija- Slijed nuklearnih reakcija, pobuđenih česticama (na primjer, neutronima), koji se rađaju u svakom činu reakcije. Ovisno o prosječnom broju reakcija nakon jedne prethodne manje, jednako ili veće od jedne reakcije ... ...

nuklearna lančana reakcija- grandininė branduolinė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. nuklearna lančana reakcija vok. Kettenkernreaktion, f rus. nuklearna lančana reakcija, f pranc. réaction en chaîne nucléaire, f; réaction nucléaire en chaîne, f… Fizikos terminų žodynas

Reakcija fisije atomske jezgre teških elemenata pod djelovanjem neutrona, u svakom činu roja povećava se broj neutrona, tako da može nastati samoodrživi proces fisije. Na primjer, u fisiji jedne jezgre izotopa urana 235U pod djelovanjem ... Veliki enciklopedijski veleučilišni rječnik

Nuklearna lančana reakcija- reakcija cijepanja atomskih jezgri pod djelovanjem neutrona, u čijem se činu emitira najmanje jedan neutron, čime se osigurava održavanje reakcije. Koristi se kao izvor energije u nuklearnim nabojima (eksplozivni središnji nuklearni reaktor) i nuklearnim reaktorima ... ... Rječnik vojnih pojmova

lančana reakcija nuklearne fisije- - [A.S. Goldberg. Engleski ruski energetski rječnik. 2006] Teme energija općenito EN divergentna reakcija ... Vodič za tehničkog prevoditelja

Samoodrživa nuklearna lančana reakcija- 7. Samoodrživa nuklearna lančana reakcija SCR Nuklearna lančana reakcija koju karakterizira učinkovit faktor množenja veći ili jednak jedan