Grandininė reakcija yra sąlygos, būtinos reakcijai. Branduolinė grandininė reakcija

Branduolinė grandininė reakcija- savaime išsilaikanti sunkiųjų branduolių dalijimosi reakcija, kurios metu nuolat dauginasi neutronai, dalijant vis daugiau branduolių.. Urano-235 branduolys, veikiamas neutrono, yra padalintas į du nevienodos masės radioaktyvius fragmentus, kurie dideliu greičiu sklaidosi skirtingomis kryptimis ir du ar trys neutronai. Valdomos grandininės reakcijos atliekami branduoliniuose reaktoriuose arba branduoliniuose katiluose. Šiuo metu kontroliuojamos grandininės reakcijos yra atliekami su urano-235, urano-233 (dirbtinai gauto iš torio-232), plutonio-239 (dirbtinai iš žaizdos-238), taip pat plutonio-241 izotopų. Labai svarbi užduotis yra jo izotopo urano-235 atskyrimas nuo natūralaus urano. Nuo pat pirmųjų branduolinės technologijos plėtros žingsnių lemiamą reikšmę turėjo urano-235 panaudojimas, kurio gamyba m. gryna forma Tačiau tai buvo techniškai sudėtinga, nes uranas-238 ir uranas-235 yra chemiškai neatskiriami.

50. Branduoliniai reaktoriai. Termobranduolinės energijos panaudojimo perspektyvos.

Branduolinis reaktorius yra prietaisas, kuriame vykdoma kontroliuojama branduolinė grandininė reakcija, kartu išsiskirianti energija. Pirmasis branduolinis reaktorius buvo pastatytas ir paleistas 1942 metų gruodį JAV vadovaujant E. Fermi. Pirmasis reaktorius, pastatytas už JAV ribų, buvo ZEEP, Kanadoje paleistas 1946 m. gruodžio 25 d. Europoje pirmasis branduolinis reaktorius buvo F-1 įrenginys, pradėtas eksploatuoti 1946 metų gruodžio 25 dieną Maskvoje, vadovaujant IV Kurchatovui.1978 metais pasaulyje jau veikė apie šimtas įvairaus tipo branduolinių reaktorių. . Bet kurio branduolinio reaktoriaus sudedamosios dalys yra: aktyvioji zona su branduoliniu kuru, paprastai apsupta neutronų reflektoriaus, aušinimo skystis, grandininės reakcijos valdymo sistema, radiacinė apsauga ir nuotolinio valdymo sistema. Reaktoriaus indas yra nusidėvėjęs (ypač dėl jonizuojančiosios spinduliuotės). Pagrindinė branduolinio reaktoriaus savybė yra jo galia. 1 MW galia atitinka grandininę reakciją, kurios metu per 1 sek. įvyksta 3 × 10 16 dalijimosi įvykių. Aukštos temperatūros plazmos fizikos tyrimai daugiausia atliekami siekiant sukurti termobranduolinį reaktorių. Pagal parametrus arčiausiai reaktoriaus yra tokamako tipo įrenginiai. 1968 metais buvo paskelbta, kad T-3 instaliacijoje buvo pasiekta dešimties milijonų laipsnių plazmos temperatūra, ir būtent šios krypties plėtrai per pastaruosius dešimtmečius buvo sutelktos daugelio šalių mokslininkų pastangos. skirtingos salys tokamak ITER. Viso termobranduolinių reaktorių panaudojimas energetikos srityje numatomas XXI amžiaus antroje pusėje. Be tokamakų, yra ir kitų tipų magnetinių gaudyklių, skirtų aukštos temperatūros plazmai suvaržyti, pavyzdžiui, vadinamieji atvirieji spąstai. . Dėl daugybės savybių jie gali išlaikyti aukšto slėgio plazmą, todėl turi geras perspektyvas kaip galingi termobranduolinių neutronų šaltiniai, o ateityje – kaip termobranduoliniai reaktoriai.

Pastaraisiais metais Rusijos mokslų akademijos Sibiro filialo Branduolinės fizikos instituto pasiekimai tiriant šiuolaikinius ašimetrinius atvirus spąstus rodo, kad šis metodas yra perspektyvus. Šie tyrimai tęsiami, o tuo pačiu metu INP rengia naujos kartos įrenginio projektą, kuriame bus galima pademonstruoti plazmos parametrus, artimus reaktoriaus parametrams.

Grandininė branduolinė reakcija- pavienių branduolinių reakcijų seka, kurių kiekvieną sukelia dalelė, kuri pasirodė kaip reakcijos produktas ankstesniame sekos etape. Branduolinės grandininės reakcijos pavyzdys yra sunkiųjų elementų branduolių dalijimosi grandininė reakcija, kurioje daugumą dalijimosi įvykių inicijuoja neutronai, gauti iš ankstesnės kartos branduolio dalijimosi.

Kolegialus „YouTube“.

1 / 3

Branduolinė fizika... Branduolinės reakcijos. Branduolio dalijimosi grandininė reakcija. atominė elektrinė

Branduolinės jėgos Dalelių surišimo energija branduolyje Urano branduolių skilimas Grandininė reakcija

Branduolinės reakcijos

Subtitrai

Energijos išleidimo mechanizmas

Medžiagos virsmą lydi laisvos energijos išsiskyrimas tik tuo atveju, jei medžiaga turi energijos atsargą. Pastarasis reiškia, kad medžiagos mikrodalelės yra būsenoje, kurios ramybės energija yra didesnė nei kitoje galimoje būsenoje, į kurią vyksta perėjimas. Spontaniškam perėjimui visada trukdo energetinis barjeras, kurį įveikti mikrodalelė turi gauti iš išorės tam tikrą energijos kiekį – sužadinimo energiją. Egzoenergetinė reakcija susideda iš to, kad transformuojant po sužadinimo išsiskiria daugiau energijos, nei reikia procesui sužadinti. Energijos barjerą galima įveikti dviem būdais: arba dėl susidūrusių dalelių kinetinės energijos, arba dėl besijungiančios dalelės surišimo energijos.

Jei turėsime omenyje makroskopines energijos išsiskyrimo skales, tai kinetinė energija, reikalinga reakcijoms sužadinti, turi turėti visas arba, pirma, bent dalį medžiagos dalelių. Tai pasiekiama tik tada, kai terpės temperatūra pakyla iki tokios vertės, kuriai esant šiluminio judėjimo energija artėja prie energijos slenksčio, ribojančio proceso eigą, vertės. Molekulinių virsmų, tai yra cheminių reakcijų atveju toks padidėjimas dažniausiai siekia šimtus kelvinų, branduolinių reakcijų atveju – minimalus 10 7 K dėl paties didelis aukštis Susidūrusių branduolių kuloniniai barjerai. Branduolinių reakcijų terminis sužadinimas praktiškai realizuojamas tik lengviausių branduolių sintezėje, kuriems Kulono barjerai yra minimalūs (termobrandulių sintezė).

Sužadinimas pritvirtinant daleles nereikalauja didelių kinetinė energija, ir todėl nepriklauso nuo terpės temperatūros, nes tai atsiranda dėl nepanaudotų ryšių, būdingų traukos jėgų dalelėms. Bet kita vertus, pačios dalelės reikalingos reakcijoms sužadinti. Ir jei vėl turime omenyje ne atskirą reakcijos veiksmą, o energijos gamybą makroskopiniu mastu, tai tai įmanoma tik tada, kai įvyksta grandininė reakcija. Pastaroji atsiranda, kai reakciją sužadinančios dalelės vėl pasirodo kaip egzoenergetinės reakcijos produktai.

Grandininės reakcijos

Grandininės reakcijos yra plačiai paplitusios tarp cheminės reakcijos, kur dalelių su nepanaudotomis jungtimis vaidmenį atlieka laisvieji atomai arba radikalai. Grandininės reakcijos mechanizmą branduolinių transformacijų metu gali užtikrinti neutronai, kurie neturi Kulono barjero ir sužadina branduolius absorbuodami. Reikalingos dalelės atsiradimas terpėje sukelia vėlesnių, vieną po kitos vykstančių reakcijų grandinę, kuri tęsiasi tol, kol grandinė nutrūksta dėl reakcijos nešiklio dalelės praradimo. Yra dvi pagrindinės nuostolių priežastys: dalelės absorbcija neišskiriant antrinės ir dalelės išėjimas už grandinės procesą palaikančios medžiagos tūrio. Jeigu kiekviename reakcijos veiksme atsiranda tik viena nešiklio dalelė, vadinasi grandininė reakcija nešakotas... Neišsišakojusi grandininė reakcija negali sukelti didelio masto energijos išsiskyrimo.

Jei kiekviename reakcijos veiksme ar kai kuriose grandinės grandyse atsiranda daugiau nei viena dalelė, tada kyla šakotoji grandininė reakcija, nes viena iš antrinių dalelių tęsia pradėtą grandinę, o kitos duoda naujas grandines, kurios vėl išsišakoja. Tiesa, procesai, vedantys į grandinės pertraukas, konkuruoja su šakojimosi procesu, o susidariusi situacija sukelia ribojančius arba kritinius reiškinius, būdingus šakotoms grandinės reakcijoms. Jei atvirų grandinių skaičius yra didesnis nei atsirandančių naujų grandinių, tada save palaikanti grandininė reakcija(SCR) pasirodo neįmanoma. Net jei jis sužadinamas dirbtinai, į terpę įvedant tam tikrą kiekį reikalingų dalelių, tai, kadangi grandinių skaičius tokiu atveju gali tik mažėti, prasidėjęs procesas greitai užgęsta. Jei susidariusių naujų grandinių skaičius viršija pertrūkių skaičių, grandininė reakcija greitai išplinta visame medžiagos tūryje, kai atsiranda bent viena pradinė dalelė.

Medžiagų būsenų regionas, kuriame išsivysto savaime išsilaikanti grandininė reakcija, yra atskirtas nuo regiono, kuriame grandininė reakcija paprastai neįmanoma, kritinės būklės... Kritinė būklė apibūdinama lygybė tarp naujų grandinių skaičiaus ir pertraukų skaičiaus.

Kritinės būsenos pasiekimą lemia daugybė veiksnių. Sunkaus branduolio dalijimąsi sužadina vienas neutronas, o dėl dalijimosi akto atsiranda daugiau nei vienas neutronas (pavyzdžiui, 235 U, per vieną dalijimosi veiksmą gimsta vidutiniškai nuo 2 iki 3 neutronų) . Vadinasi, dalijimosi procesas gali sukelti šakotą grandininę reakciją, kurią neša neutronai. Jei neutronų praradimo greitis (pagaunamas be dalijimosi, nukrypimai nuo reakcijos tūrio ir pan.) kompensuoja neutronų dauginimosi greitį taip, kad efektyvusis neutronų dauginimo koeficientas yra lygiai vienetas, grandininė reakcija vyksta stacionariu režimu. . Įvedus neigiamus grįžtamuosius ryšius tarp efektyvaus dauginimo koeficiento ir energijos išsiskyrimo greičio, galima kontroliuoti grandininę reakciją, kuri naudojama, pavyzdžiui, atominėje elektrinėje. Jei dauginimo koeficientas didesnis už vieną, grandininė reakcija vystosi eksponentiškai; naudojama nekontroliuojama dalijimosi grandininė reakcija

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 auga kaip lavina.

Vieno dalijimosi veiksmo metu susidariusių neutronų skaičiaus santykis su tokių neutronų skaičiumi ankstesniame dalijimosi veiksme vadinamas neutronų dauginimo koeficientu k.

Kai k yra mažesnis už 1, reakcija išnyksta, nes sugertų neutronų skaičius daugiau skaičių naujai suformuota.
Kai k yra didesnis nei 1, sprogimas įvyksta beveik akimirksniu.
Kai k lygus 1, vyksta valdoma stacionari grandininė reakcija.

Grandininę reakciją lydi paleidimas didelis skaičius energijos.

Grandininei reakcijai įgyvendinti neįmanoma panaudoti jokio branduolio dalijimosi veikiant neutronams.

Naudojamas kaip kuras branduoliniams reaktoriams cheminis elementas uranas natūraliai susideda iš dviejų izotopų: urano-235 ir urano-238.

Gamtoje urano-235 izotopai sudaro tik 0,7% visų urano atsargų, tačiau 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. Tik maždaug 1 iš 5 susidarančių neutronų sukelia branduolio dalijimąsi.

Grandininės reakcijos urane-235 sąlygos:

Mažiausias degalų kiekis (kritinė masė), reikalingas kontroliuojamai grandininei reakcijai atlikti branduolinis reaktorius
- neutronų greitis turėtų sukelti urano branduolių dalijimąsi
- nėra priemaišų, sugeriančių neutronus

Kritinė masė:

Jei urano masė nedidelė, iš jo nereaguodami išskris neutronai
- jei urano masė yra didelė, dėl stipraus neutronų skaičiaus padidėjimo galimas sprogimas
- jei masė atitinka kritinę, vyksta 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, 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 vienoje lygtyje apibūdina du skirtingus reiškinius: variklio emf susidaro veikiant magnetinei jėgai judantį laidą, ir transformatorius EMF susidaro veikiant elektros jėgai dėl pasikeitimo magnetinis laukas... James Clerk Maxwell atkreipė dėmesį į šį faktą savo darbe Apie fizinį elektros laidai 1861 metais. Antroje šio darbo II dalies pusėje Maxwellas pateikia atskirą fizinį kiekvieno iš šių dviejų reiškinių paaiškinimą. Nuoroda į šiuos du aspektus elektromagnetinė indukcija galima kai kuriose šiuolaikiniai vadovėliai... Kaip rašo Richardas Feynmanas:

Lorenco dėsnis [taisyti | redaguoti wiki tekstą]

Apmokestinti 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. vektorių kryžminę sandaugą, kuri sukelia EML (darbas už vieneto įkrovą) v ℓ B (x C – w / 2) per visą kairiosios kilpos pusės ilgį. Ant dešinioji pusė kilpa panašus samprotavimas rodo, kad emf yra lygus v ℓ B (x C + w / 2)... Du priešingi EML stumia teigiamą krūvį link kilpos apačios. Tuo atveju, kai laukas B didėja išilgai x, jėga dešinėje bus didesnė, o srovė tekės pagal laikrodžio rodyklę. Naudojant taisyklę dešinė ranka, mes gauname, kad laukas B sukurta srovės, priešingos taikomajam laukui. Srovę sukeliantis EML turi didėti prieš laikrodžio rodyklę (priešingai nei srovė). Pridėję EMF prieš laikrodžio rodyklę išilgai kilpos, randame:

Faradėjaus dėsnis [taisyti | redaguoti wiki tekstą]

Intuityvus, bet ydingas srauto taisyklės naudojimo būdas išreiškia srautą per grandinę kaip Φ B = B wℓ, kur w- judančios kilpos plotis. Ši išraiška nepriklauso nuo laiko, todėl iš to neteisingai išplaukia, kad negeneruojamas EML. Šio teiginio klaida yra ta, kad neatsižvelgiama į visą srovės kelią per uždarą kilpą.

Dėl teisingas naudojimas srauto taisyklės, turime atsižvelgti į visą srovės kelią, kuris apima kelią per viršutinių ir apatinių diskų ratlankius. Galime pasirinkti savavališką uždarą kelią per ratlankius ir besisukančią kilpą ir pagal srauto dėsnį šiuo keliu rasti EML. Bet koks kelias, apimantis segmentą, esantį šalia besisukančios kilpos, leidžia santykiniam grandinės dalių judėjimui.

Kaip pavyzdį apsvarstykite kelią grandinės viršuje viršutinio disko sukimosi kryptimi ir grandinės apačioje priešinga apatinio disko kryptimi (parodyta rodyklėmis 4 paveiksle). Šiuo atveju, jei sukimosi kilpa nuo kolektoriaus kilpos nukrypsta kampu θ, tai ji gali būti laikoma cilindro dalimi, kurios plotas A = rℓ θ. Ši sritis yra statmena laukui B, o jo indėlis į srautą yra:

kur ženklas neigiamas, nes pagal dešinės rankos taisyklę laukas B srovės kilpa yra priešinga taikomajam laukui B"... Kadangi tai tik nuo laiko priklausoma srauto dalis, pagal srauto dėsnį EMF yra lygus:

pagal Lorenco dėsnio formulę.

Dabar apsvarstykime kitą būdą, kuriuo pasirenkame praėjimą 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 veda į tą patį EML vertės 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, pradiniai atomo branduoliai turi įveikti vadinamąjį „Kulono barjerą“ – elektrostatinės atstūmimo tarp jų jėgą. Norėdami tai padaryti, jie turi turėti didelę kinetinę energiją. Pagal kinetinę teoriją, judančių medžiagos mikrodalelių (atomų, molekulių ar jonų) kinetinė energija gali būti pavaizduota temperatūros pavidalu, todėl kaitinant medžiagą galima pasiekti branduolinę reakciją. Būtent šis santykis tarp materijos kaitimo ir branduolinės reakcijos atsispindi termine „termobranduolinė reakcija“.

Kulono barjeras [taisyti | redaguoti wiki tekstą]

Atomo branduoliai turi teigiamą elektros krūvį. Dideliais atstumais jų krūvius gali ekranuoti elektronai. Tačiau tam, kad branduoliai susijungtų, jie turi priartėti vienas prie kito tokiu atstumu, kuriuo veiktų stipri sąveika. Šis atstumas yra panašus į pačių branduolių dydį ir yra daug kartų mažesnis už atomo dydį. Tokiais atstumais atomų elektronų apvalkalai (net jei jie buvo išsaugoti) nebegali ekranuoti branduolių krūvių, todėl jie patiria stiprų elektrostatinį atstūmimą. Šios atstūmimo jėga, pagal Kulono dėsnį, yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp krūvių kvadratui. Esant branduolių dydžio atstumams, stiprios sąveikos, linkusios juos sujungti, dydis pradeda sparčiai didėti ir tampa didesnis už Kulono atstūmimo vertę.

Taigi, kad galėtų reaguoti, branduoliai turi įveikti potencialų barjerą. Pavyzdžiui, deuterio-tričio reakcijai šis barjeras yra apie 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 termobranduolinei reakcijai reikalingą temperatūrą:

· Pirma, temperatūra apibūdina tik vidutinę kinetinę energiją, yra dalelių, kurių energija ir mažesnė, ir didesnė. Tiesą sakant, nedidelis skaičius branduolių, kurių energija yra daug didesnė už vidutinę (vadinamoji „Maksvelo skirstinio uodega

· Antra, dėl kvantinių efektų branduoliai neturi turėti energijos, viršijančios Kulono barjerą. Jei jų energija yra šiek tiek mažesnė už barjerą, greičiausiai jie gali pereiti per jį tuneliu. [ šaltinis nenurodytas 339 dienos]

Termobranduolinės reakcijos [taisyti | redaguoti wiki tekstą]

Kai kurios svarbiausios egzoterminės termobranduolinės reakcijos su dideliais skerspjūviais:

(1)

→

4 Jis

(3,5 MeV)

(14,1 MeV)

(2)

→

(1,01 MeV)

(3,02 MeV)

(50 %)

(3)

→

3 Jis

(0,82 MeV)

(2,45 MeV)

(50 %)

(4)

3 Jis

→

4 Jis

(3,6 MeV)

(14,7 MeV)

(5)

→

4 Jis

+ 11,3 MeV

(6)

3 Jis

→

4 Jis

(7)

3 Jis

→

4 Jis

+ 12,1 MeV

(51 %)

(8)

→

4 Jis

(4,8 MeV)

(9,5 MeV)

(43 %)

(9)

→

4 Jis

(0,5 MeV)

(1,9 MeV)

(11,9 MeV)

(6 %)

(10)

6Li

→

4 Jis

+ 22,4 MeV -

(11)

6Li

→

4 Jis

(1,7 MeV)

3 Jis

(2,3 MeV) –

(12)

3 Jis

6Li

→

4 Jis

+ 16,9 MeV

(13)

11B

→

4 Jis

+ 8,7 MeV

(14)

6Li

→

4 Jis

+ 4,8 MeV

Miuono katalizė [taisyti | 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 tikimybę, kad branduoliai tuneliuotų per Kulono barjerą.

Sintezės reakcijų skaičius X c inicijuotas vieno miuono, riboja miuono prilipimo koeficiento reikšmė. Eksperimentiškai buvo galima gauti X c ~ 100 vertes, ty vienas miuonas gali išleisti energiją ~ 100 × X MeV, kur X yra katalizuojamos reakcijos energijos išeiga.

Tuo tarpu išsiskiriančios energijos vertė yra mažesnė 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 [taisyti | 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 TCB pramoniniu mastu.

Tuo pačiu metu nekontroliuojama termobranduolinė reakcija buvo pritaikyta kariniuose reikaluose. Pirmą kartą 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 (priešingai nei atominio) galią riboja tik jam sukurti panaudotos medžiagos kiekis, todėl galima sukurti beveik bet kokios galios sprogstamuosius įtaisus.

27 SEZONO 1 klausimas

Savęs indukcijos reiškinys

Jau ištyrėme, kad magnetinis laukas atsiranda šalia laidininko su srove. Jie taip pat ištyrė, kad kintamasis magnetinis laukas generuoja srovę (elektromagnetinės indukcijos reiškinys). Apsvarstykite elektros grandinė... Keičiant srovės stiprumą šioje grandinėje, pasikeis magnetinis laukas, dėl to papildomas indukcijos srovė... Šis reiškinys vadinamas savęs indukcija, 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 magnetines savybes aplinką ir nepriklauso nuo srovės 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 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, srovė greitai mažėja, o atsirandantis saviindukcijos EML neleidžia sumažinti magnetinio srauto. Šiuo atveju indukuota srovė nukreipta taip pat, kaip ir pradinė. Saviindukcijos EML gali daug kartų viršyti išorinį EML. Todėl išjungus šviesą labai dažnai perdega lemputės.

Magnetinio lauko energija

Grandinės magnetinio lauko energija su srove:

Radioaktyvioji spinduliuotė – spinduliuotė, kurią skilimo metu skleidžia izotopas. Jis yra trijų tipų: alfa spinduliai (helio branduolių srautas), beta spinduliai (elektronų srautas) ir gama spinduliai ( elektromagnetinė radiacija). Žmonėms pavojingiausia yra gama spinduliuotė.

Sugertos spinduliuotės dozė lygi organizmo gaunamos energijos ir kūno svorio santykiui. Absorbcijos dozė žymima D raide ir matuojama pilka spalva.

Praktiškai jie taip pat naudoja rentgeno matavimo vienetą (P), lygų 2,58, padaugintą iš 10, iš minus 4 kulono galios, padalytos iš kilogramo.

Sugerta spinduliuotė laikui bėgant gali kauptis, kuo didesnė jos dozė, tuo ilgesnė švitinimo trukmė.

Dozės galia nustatoma pagal sugertos spinduliuotės dozės ir ekspozicijos trukmės santykį. Jis žymimas raide N ir matuojamas pilka spalva, padalyta iš sekundės.

Vyrui mirtina dozė sugertoji spinduliuotė lygi 6 Gy. Didžiausia leistina apšvitos dozė žmogui yra 0,05 Gy per metus.

28 SEZONAS 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 kt.) šiuo metu laikomi bestruktūriais ir yra laikomi pirminiais pagrindinės dalelės ... Kitos elementarios dalelės (vadinamosios sudėtinės dalelės , įskaitant daleles, sudarančias šerdį atomas - protonų ir neutronų) turi sudėtingą vidinę struktūrą, tačiau, remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, jų neįmanoma suskirstyti į dalis dėl poveikio įkalinimas.

Kartu 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 savaime suyra per maždaug 1000 sekundžių (laisvam neutronui) iki nereikšmingos sekundės dalies (nuo 10-24 iki 10-22, rezonansus).

Esant elektromagnetiniams virpesiams, periodiškai kinta elektros krūvis, srovė ir įtampa.Elektromagnetiniai virpesiai skirstomi į Laisvas irstanti priverstas ir savaiminiai svyravimai.

Laisvosios vibracijos – tai vibracijos, atsirandančios sistemoje (kondensatoriuje ir ritėje), ją išėmus iš pusiausvyros padėties (kai kondensatorius įkraunamas). Tiksliau, laisvieji elektromagnetiniai svyravimai 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. susideda iš induktoriaus ir kondensatoriaus.Šis procesas bus kartojamas nuolat. Atsiras elektromagnetinės vibracijos dėl kondensatoriaus elektrinio lauko energijos transformacijos.

· Kondensatorius, kraunamas iš baterijos, pradiniu momentu įgaus maksimalią įkrovą. Jo energija Mes bus didžiausias (a pav.).

· Jei kondensatorius uždarytas prie ritės, šiuo metu jis pradės išsikrauti (B pav.). Grandinėje atsiras srovė. Kondensatoriui išsikraunant, srovė grandinėje ir ritėje didėja. Dėl saviindukcijos reiškinio tai neįvyksta akimirksniu. Ritės energija W m tampa maksimaliu (c pav.).

· Indukcinė srovė teka ta pačia kryptimi. Ant kondensatoriaus vėl kaupiasi elektros krūviai. Kondensatorius įkraunamas, t.y. kondensatoriaus plokštė, anksčiau įkrauta teigiamai, bus įkraunama neigiamai. 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 transformacijos į srovės ritės magnetinio lauko energiją ir atvirkščiai. Jei nuostolių nėra (varža R = 0), tai srovės stiprumas, krūvis ir įtampa bėgant laikui kinta pagal harmonikos 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 yra išilgai Tomsono formulė kur L yra ritės induktyvumas, C yra kondensatoriaus talpa, T yra e / m svyravimų periodas.
Tikroje virpesių grandinėje laisvi elektromagnetiniai virpesiai bus irstanti dėl energijos nuostolių šildant laidus. Dėl praktinis pritaikymas svarbu gauti nenutrūkstamus elektromagnetinius virpesius, o tam reikia papildyti virpesių grandinę elektra, kad būtų kompensuoti energijos nuostoliai iš nuolatinio virpesių generatoriaus, kuris yra savaime svyruojančios sistemos pavyzdys.

29 bilietas 1 klausimas

Antidalelė – kažkokio kito dalelė-dvynys elementarioji dalelė turintis tą patį masė ir tas pats suktis, kuri nuo jo skiriasi visų kitų sąveikos ypatybių požymiais (mokesčiai, pvz elektrinis ir spalva krūviai, barioniniai ir leptoniniai kvantiniai skaičiai).

Pats apibrėžimas, ką vadinti „dalele“ dalelių ir antidalelių poroje, iš esmės yra savavališkas. Tačiau pasirinkus „dalelę“, jos antidalelė nustatoma vienareikšmiškai. Bariono skaičiaus išsaugojimas silpnos sąveikos procesuose leidžia nustatyti „dalelę“ bet kurioje bariono ir antibariono poroje pagal bariono skilimo grandinę. Elektrono kaip „dalelės“ pasirinkimas elektronų ir pozitronų poroje yra fiksuotas (dėl leptono skaičiaus išsaugojimo procesuose silpna sąveika) elektronų neutrino-antineutrino poroje esančios „dalelės“ būsenos nustatymas. Perėjimų tarp skirtingų kartų (tipo) leptonų nepastebėta, todėl kiekvienos leptonų kartos „dalelės“ apibrėžimas, paprastai tariant, gali būti atliktas atskirai. Paprastai, pagal analogiją su elektronu, „dalelės“ vadinamos neigiamai įkrautos leptonai, kuris, išsaugodamas leptono skaičių, nustato atitinkamą neutrino ir antineutrino... Dėl bozonai„dalelės“ sąvoka gali būti nustatyta apibrėžimu, pavyzdžiui, perkrovimas.

Įrenginio schema atominė bomba

Skilimo grandininė reakcija

Skilimo metu išskiriami antriniai neutronai (2,5 vieneto per dalijimosi veiksmą) gali sukelti naujus dalijimosi įvykius, o tai leidžia vykdyti grandininę reakciją. Skilimo grandininei reakcijai būdingas neutronų dauginimo koeficientas K, kuris yra lygus neutronų skaičiaus tam tikroje kartoje ir jų skaičiaus ankstesnėje kartoje santykiui. Būtina sąlyga dalijimosi grandininės reakcijos vystymasis yra. Mažesniu atveju reakcija neįmanoma. Kai reakcija vyksta esant pastoviam neutronų skaičiui (pastovi išsiskiriančios energijos galia). Tai yra savarankiškas atsakas. At yra prislopinta reakcija. Dauginimo koeficientas priklauso nuo skiliosios medžiagos pobūdžio, šerdies dydžio ir formos. Minimalus svoris grandininei reakcijai reikalinga skilioji medžiaga vadinama kritine. Kritinė masė yra 9 kg, o urano rutulio spindulys yra 4 cm.

Grandininės reakcijos gali būti kontroliuojamos ir nekontroliuojamos. Atominės bombos sprogimas yra pabėgusios reakcijos pavyzdys. Tokios bombos branduolinis užtaisas yra du ar daugiau gabalėlių beveik gryno arba. Kiekvieno gabalo masė mažesnė už kritinę, todėl grandininė reakcija nevyksta. 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 įprastas sprogmuo. Apvalkalas tarnauja kaip neutronų atšvaitas ir, be to, saugo branduolinį krūvį nuo purslų tol, kol dalijimosi metu visas branduolių skaičius išskiria visą energiją. Grandininė reakcija atominė bomba eina greitaisiais neutronais. Sprogimo metu tik dalis branduolinio krūvio neutronų spėja sureaguoti. Grandininė reakcija veda į kolosalios energijos išsiskyrimą. Tuo pačiu metu besivystanti temperatūra siekia laipsnių. Amerikiečių ant Hirosimos numestos bombos naikinamoji galia prilygo 20 000 tonų trotilo sprogimui. Naujieji ginklai yra šimtus kartų galingesni už pirmuosius. Jei prie to pridėsime, kad atominis sprogimas sukuria daugybę dalijimosi fragmentų, įskaitant labai ilgaamžius, paaiškės, kokį baisų pavojų žmonijai kelia šis ginklas.

Pakeitus neutronų dauginimo koeficientą, galima realizuoti kontroliuojamą grandininę reakciją. Prietaisas, kuriame kontroliuojamas atsakas, vadinamas branduoliniu reaktoriumi. Natūralus arba prisodrintas uranas naudojamas kaip skilioji medžiaga. Kad urano branduoliai negautų radiacinio neutronų, tam tikru atstumu vienas nuo kito dedami santykinai nedideli skiliųjų medžiagų blokai, o tarpai užpildomi neutronus lėtinančia medžiaga (moderatorius). Neutronai sulėtėja dėl elastinės sklaidos. Šiuo atveju sulėtėjusios dalelės prarandama energija priklauso nuo susidūrusių dalelių masių santykio. Didžiausia suma energija prarandama, 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 išsiaiškinti reaktoriaus veikimo principą, panagrinėkime tipinę šiluminio 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 supa atšvaitas, sumažinantis neutronų nuotėkį. Grandininė reakcija valdoma specialiais valdymo strypais, pagamintais iš stipriai neutronus sugeriančių medžiagų. Reaktoriaus parametrai paskaičiuoti taip, kad iki galo įkišus strypus reakcija tikrai nevyktų. Palaipsniui pašalinus strypus, neutronų dauginimo koeficientas didėja ir tam tikroje padėtyje pasiekia vienybę. Šiuo metu reaktorius pradeda veikti. Reaktoriui veikiant, aktyviojoje zonoje mažėja skiliųjų medžiagų kiekis, jis užteršiamas dalijimosi fragmentais, tarp kurių gali būti stiprių neutronų sugėrėjų. Kad reakcija nenutrūktų, valdymo strypai automatinio prietaiso pagalba palaipsniui išimami iš šerdies. Toks reakcijų valdymas įmanomas dėl to, kad yra uždelstų neutronų, kuriuos išskiria dalintys branduoliai su uždelsimu iki 1 min. Kai branduolinis kuras sudega, reakcija sustoja. Prieš vėl paleidžiant reaktorių, sudegęs branduolinis kuras pašalinamas ir pakraunamas nauju. Taip pat reaktoriuje yra avariniai strypai, kurių įvedimas iš karto nutraukia reakciją. Branduolinis reaktorius yra galingas prasiskverbiančios spinduliuotės šaltinis, maždaug kartų didesnis nei sanitariniai standartai... Todėl bet kuris reaktorius turi biologinę apsaugą – iš apsauginių medžiagų (pavyzdžiui, betono, švino, vandens) pagamintų skydų sistemą, esančią už jo reflektoriaus, ir nuotolinio valdymo pultą.

Pirmą kartą branduolinė energija taikiems tikslams buvo panaudota SSRS. 1954 m., vadovaujant Kurchatovui, Obninske buvo pradėta eksploatuoti pirmoji 5 MW galios atominė elektrinė.

Tačiau terminiai urano reaktoriai gali išspręsti elektros 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 ant greitųjų neutronų, todėl ne tik gali joje dalyvauti, bet ir virsta. Pastarieji gali būti chemiškai atskirti nuo. Šis procesas vadinamas branduolinio kuro reprodukcija. Specialiuose veisliniuose reaktoriuose branduolinio kuro auginimo santykis viršija vienetą. Aktyvioji selekcininkų zona – izotopais prisodrinto urano lydinys su sunkiuoju metalu, kuris mažai sugeria neutronus. Reaktoriuose nėra moderatoriaus. Tokių reaktorių valdymas perkeliant reflektorių arba keičiant skiliųjų medžiagų masę.

Branduolinė grandininė reakcija

Energijos išleidimo mechanizmas

Medžiagos virsmą lydi laisvos energijos išsiskyrimas tik tuo atveju, jei medžiaga turi energijos rezervą. Pastarasis reiškia, kad medžiagos mikrodalelės yra būsenoje, kurios ramybės energija yra didesnė nei kitoje galimoje būsenoje, į kurią vyksta perėjimas. Spontaniškam perėjimui visada trukdo energetinis barjeras, kurį įveikti mikrodalelė turi gauti iš išorės tam tikrą energijos kiekį – sužadinimo energiją. Egzoenergetinė reakcija susideda iš to, kad transformuojant po sužadinimo išsiskiria daugiau energijos, nei reikia procesui sužadinti. Energijos barjerą galima įveikti dviem būdais: arba dėl susidūrusių dalelių kinetinės energijos, arba dėl besijungiančios dalelės surišimo energijos.

Jei turėsime omenyje makroskopines energijos išsiskyrimo skales, tai kinetinė energija, reikalinga reakcijoms sužadinti, turi turėti visas arba, pirma, bent dalį medžiagos dalelių. Tai pasiekiama tik tada, kai terpės temperatūra pakyla iki tokios vertės, kuriai esant šiluminio judėjimo energija artėja prie energijos slenksčio, ribojančio proceso eigą, vertės. Molekulinių virsmų, tai yra cheminių reakcijų atveju toks padidėjimas dažniausiai siekia šimtus kelvinų, branduolinių reakcijų atveju – ne mažiau kaip 10 7 K dėl labai didelio susidūrusių branduolių Kulono barjerų aukščio. Branduolinių reakcijų terminis sužadinimas praktiškai realizuojamas tik lengviausių branduolių sintezėje, kuriems Kulono barjerai yra minimalūs (termobrandulių sintezė).

Sužadinimas prijungiant daleles nereikalauja didelės kinetinės energijos, todėl nepriklauso nuo terpės temperatūros, nes tai vyksta dėl nepanaudotų ryšių, būdingų traukos jėgų dalelėms. Bet kita vertus, pačios dalelės reikalingos reakcijoms sužadinti. Ir jei vėl turime omenyje ne atskirą reakcijos veiksmą, o energijos gamybą makroskopiniu mastu, tai tai įmanoma tik tada, kai įvyksta grandininė reakcija. Pastaroji atsiranda, kai reakciją sužadinančios dalelės vėl pasirodo kaip egzoenergetinės reakcijos produktai.

Grandininės reakcijos

Grandininės reakcijos yra plačiai paplitusios tarp cheminių reakcijų, kai laisvieji atomai arba radikalai atlieka dalelių su nepanaudotomis jungtimis vaidmenį. Grandininės reakcijos mechanizmą branduolinių transformacijų metu gali užtikrinti neutronai, kurie neturi Kulono barjero ir sužadina branduolius absorbuodami. Reikalingos dalelės atsiradimas terpėje sukelia vėlesnių, vieną po kitos vykstančių reakcijų grandinę, kuri tęsiasi tol, kol grandinė nutrūksta dėl reakcijos nešiklio dalelės praradimo. Yra dvi pagrindinės nuostolių priežastys: dalelės absorbcija neišskiriant antrinės ir dalelės išėjimas už grandinės procesą palaikančios medžiagos tūrio. Jeigu kiekviename reakcijos veiksme atsiranda tik viena nešiklio dalelė, vadinasi grandininė reakcija nešakotas... Neišsišakojusi grandininė reakcija negali sukelti didelio masto energijos išsiskyrimo.

Kritinės būsenos pasiekimą lemia daugybė veiksnių. Sunkaus branduolio dalijimasis sužadinamas vienu neutronu, o dėl dalijimosi akto atsiranda daugiau nei vienas neutronas (pavyzdžiui, 235 U vienam dalijimosi aktu gimsta vidutiniškai 2,5 neutronų). Vadinasi, dalijimosi procesas gali sukelti šakotą grandininę reakciją, kurią neša neutronai. Jei neutronų praradimo greitis (pagaunamas be dalijimosi, nukrypimai nuo reakcijos tūrio ir pan.) kompensuoja neutronų dauginimosi greitį taip, kad efektyvusis neutronų dauginimo koeficientas yra lygiai vienetas, grandininė reakcija vyksta stacionariu režimu. . Įvedus neigiamus grįžtamuosius ryšius tarp efektyvaus dauginimo koeficiento ir energijos išsiskyrimo greičio, galima kontroliuoti grandininę reakciją, kuri naudojama, pavyzdžiui, atominėje elektrinėje. Jei dauginimo koeficientas didesnis už vieną, grandininė reakcija vystosi eksponentiškai; branduoliniuose ginkluose naudojama nevaldoma dalijimosi grandininė reakcija.

taip pat žr

Grandininė cheminė reakcija

Literatūra

A. N. Klimovas Branduolinė fizika ir branduoliniai reaktoriai.- M. Atomizdat,.
V. E. Levinas Branduolinė fizika ir branduoliniai reaktoriai/ 4-asis leidimas. - M .: Atomizdatas,.
Petuninas V.P. Branduolinių įrenginių šilumos energetika.- M .: Atomizdatas,.

Wikimedia fondas. 2010 m.

Pažiūrėkite, kas yra „Branduolinė grandininė reakcija“ kituose žodynuose:

Grandininė branduolinė reakcija – branduolinių reakcijų seka, sužadinama dalelių (pavyzdžiui, neutronų), susidarančių kiekviename reakcijos veiksme. Priklausomai nuo vidutinio reakcijų skaičiaus po vienos ankstesnės mažesnės, lygios arba ... ... Branduolinės energijos terminai

branduolinė grandininė reakcija- Branduolinių reakcijų seka, sužadinama dalelėmis (pavyzdžiui, neutronais), gimsta kiekviename reakcijos veiksme. Priklausomai nuo vidutinio reakcijų skaičiaus po vienos ankstesnės mažesnės, lygios arba didesnės nei viena reakcija ... ...

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

Skilimo reakcija atomų branduoliai sunkieji elementai, veikiami neutronų, kiekviename spiečiaus veiksme neutronų skaičius didėja, todėl gali kilti savaime išsilaikantis dalijimosi procesas. Pavyzdžiui, dalijantis vieną urano izotopo 235U branduolį, veikiant ... Didysis enciklopedinis politechnikos žodynas

Branduolinė grandininė reakcija- atomų branduolių dalijimosi reakcija veikiant neutronams, kurių kiekviename veiksme išsiskiria bent vienas neutronas, užtikrinantis reakcijos palaikymą. Jis naudojamas kaip energijos šaltinis branduoliniuose užtaisuose (sprogiajame centriniame branduoliniame reaktoriuje) ir branduoliniuose reaktoriuose ... ... Karinių terminų žodynas

branduolio dalijimosi grandininė reakcija- - [A.S. Goldbergas. Anglų rusų energetikos žodynas. 2006] Temos energija apskritai LT skirtinga reakcija ... Techninis vertėjo vadovas

Savaime išsilaikanti branduolinė grandininė reakcija- 7. Savaime išsilaikanti branduolinė grandininė reakcija SCR Branduolinė grandininė reakcija, kuriai būdingas efektyvusis dauginimo koeficientas, didesnis nei vienas