Reťazová reakcia sú podmienky nevyhnutné pre reakciu. Jadrová reťazová reakcia

Jadrová reťazová reakcia- sebestačná štiepna reakcia ťažkých jadier, pri ktorej sa neutróny kontinuálne reprodukujú, čím sa delia stále nové a nové jadrá.Jadro uránu-235 sa pôsobením neutrónu rozdelí na dva rádioaktívne fragmenty nerovnakej hmotnosti, odletujúce vo výške rýchlosti v rôznych smeroch a dva alebo tri neutróny. Riadené reťazové reakcie vykonávané v jadrových reaktoroch alebo jadrových kotloch. V súčasnosti riadené reťazové reakcie sa uskutočňujú na izotopoch uránu-235, uránu-233 (umelo získaného z tória-232), plutónia-239 (umelo získaného z rany-238), ako aj plutónia-241. Veľmi dôležitou úlohou je izolovať jeho izotop, urán-235, z prírodného uránu. Už od prvých krokov vo vývoji jadrovej technológie sa začalo používať urán-235, ktorého výroba v r. čistej forme bolo to však technicky náročné, pretože urán-238 a urán-235 sú chemicky neoddeliteľné.

50. Jadrové reaktory. Perspektívy využitia termonukleárnej energie.

Nukleárny reaktor- Ide o zariadenie, v ktorom prebieha riadená jadrová reťazová reakcia sprevádzaná uvoľňovaním energie. Prvý jadrový reaktor postavili a spustili v decembri 1942 v USA pod vedením E. Fermiho. Prvým reaktorom postaveným mimo USA bol ZEEP, spustený v Kanade 25. decembra 1946. V Európe bol prvým jadrovým reaktorom zariadenie F-1, ktoré bolo spustené 25. decembra 1946 v Moskve pod vedením I.V.Kurčatova.Do roku 1978 už vo svete fungovalo okolo sto jadrových reaktorov rôznych typov. Komponenty akéhokoľvek jadrového reaktora sú: jadro s jadrovým palivom, zvyčajne obklopené neutrónovým reflektorom, chladivo, systém riadenia reťazovej reakcie, radiačná ochrana, systém diaľkového ovládania. Nádoba reaktora podlieha opotrebovaniu (najmä vplyvom ionizujúceho žiarenia). Hlavnou charakteristikou jadrového reaktora je jeho výkon. Výkon 1 MW zodpovedá reťazovej reakcii, pri ktorej dôjde k 3·10 16 štiepnym udalostiam za 1 sekundu. Výskum fyziky vysokoteplotnej plazmy sa realizuje najmä v súvislosti s perspektívou vytvorenia termonukleárneho reaktora. Reaktorom sú parametre najbližšie zariadenia typu tokamak. V roku 1968 bolo oznámené, že zariadenie T-3 dosiahlo plazmovú teplotu desať miliónov stupňov, práve na rozvoj tohto smeru sa v posledných desaťročiach sústredilo úsilie vedcov z mnohých krajín. mala by sa uskutočniť samoudržiavacia termonukleárna reakcia rozdielne krajiny tokamak ITER. S plnohodnotným využitím termonukleárnych reaktorov v energetike sa počíta v druhej polovici 21. storočia.Okrem tokamakov existujú aj iné typy magnetických pascí na uzavretie vysokoteplotnej plazmy, napríklad tzv. pasce. Vďaka množstvu vlastností môžu obsahovať vysokotlakovú plazmu, a preto majú dobré vyhliadky ako výkonné zdroje termonukleárnych neutrónov a v budúcnosti ako termonukleárne reaktory.

Prísľubom tohto prístupu sú úspechy dosiahnuté v posledných rokoch na Ústave jadrovej fyziky Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied pri štúdiu moderných osovo symetrických otvorených pascí. Tieto štúdie prebiehajú a zároveň BINP pracuje na projekte pre zariadenie novej generácie, ktoré už bude schopné demonštrovať parametre plazmy blízke parametrom reaktora.

Reťazová jadrová reakcia- sled jednotlivých jadrových reakcií, z ktorých každá je spôsobená časticou, ktorá sa objavila ako reakčný produkt v predchádzajúcom kroku sekvencie. Príkladom jadrovej reťazovej reakcie je reťazová reakcia štiepenia jadier ťažkých prvkov, pri ktorej je hlavný počet štiepnych dejov iniciovaný neutrónmi získanými pri štiepení jadier predchádzajúcej generácie.

Encyklopedický YouTube

1 / 3

Jadrová fyzika. Jadrové reakcie. Reťazová jadrová štiepna reakcia. atómová elektráreň

Jadrové sily Väzbová energia častíc v jadre Štiepenie jadier uránu Reťazová reakcia

Jadrové reakcie

titulky

Mechanizmus uvoľnenia energie

Transformácia látky je sprevádzaná uvoľnením voľnej energie iba vtedy, ak má látka energetickú rezervu. To znamená, že mikročastice hmoty sú v stave s vyšším energetickým pokojom ako v inom možnom stave, do ktorého existuje prechod. Spontánnemu prechodu vždy bráni energetická bariéra, na prekonanie ktorej musí mikročastica dostať zvonku určité množstvo energie – energiu excitácie. Exoenergetická reakcia spočíva v tom, že pri transformácii nasledujúcej po excitácii sa uvoľní viac energie, ako je potrebné na vybudenie procesu. Existujú dva spôsoby, ako prekonať energetickú bariéru: buď v dôsledku kinetickej energie zrážaných častíc, alebo v dôsledku väzbovej energie približujúcej sa častice.

Ak vezmeme do úvahy makroskopické škály uvoľňovania energie, potom kinetickú energiu potrebnú na vybudenie reakcií musia mať všetky alebo najskôr aspoň niektoré častice látky. To sa dá dosiahnuť len zvýšením teploty média na hodnotu, pri ktorej sa energia tepelného pohybu blíži hodnote energetického prahu, ktorý obmedzuje priebeh procesu. V prípade molekulárnych premien, teda chemických reakcií, je takýto nárast zvyčajne v stovkách kelvinov, zatiaľ čo v prípade jadrových reakcií je to najmenej 10 7 K v dôsledku veľmi vysoká nadmorská výška Coulomb bariéry kolízií jadier. Tepelná excitácia jadrových reakcií sa v praxi uskutočňovala len pri syntéze najľahších jadier, pri ktorých sú Coulombove bariéry minimálne (termonukleárna fúzia).

Excitácia pristupujúcich častíc nevyžaduje veľa Kinetická energia, a preto nezávisí od teploty média, pretože k nej dochádza v dôsledku nevyužitých väzieb, ktoré sú súčasťou častíc príťažlivých síl. Ale na druhej strane sú samotné častice nevyhnutné na vybudenie reakcií. A ak opäť nemáme na mysli samostatný akt reakcie, ale produkciu energie v makroskopickom meradle, potom je to možné len vtedy, keď dôjde k reťazovej reakcii. Ten vzniká, keď sa častice, ktoré vzrušujú reakciu, znovu objavia ako produkty exoenergetickej reakcie.

reťazové reakcie

Reťazové reakcie sú medzi nimi rozšírené chemické reakcie, kde úlohu častíc s nevyužitými väzbami plnia voľné atómy alebo radikály. Mechanizmus reťazovej reakcie pri jadrových transformáciách môžu zabezpečiť neutróny, ktoré nemajú Coulombovu bariéru a excitujú jadrá po absorpcii. Výskyt požadovanej častice v médiu spôsobí reťaz reakcií, ktoré nasledujú jedna za druhou, ktorá pokračuje až do ukončenia reťazca v dôsledku straty nosnej častice reakcie. Existujú dva hlavné dôvody strát: absorpcia častice bez emitovania sekundárnej a odchod častice mimo objemu látky, ktorá podporuje reťazový proces. Ak sa v každom dejstve reakcie objaví iba jedna nosná častica, potom sa volá reťazová reakcia nerozvetvený. Nerozvetvená reťazová reakcia nemôže viesť k uvoľneniu energie vo veľkom meradle.

Ak sa v každom kroku reakcie alebo v niektorých článkoch reťazca objaví viac ako jedna častica, potom dôjde k rozvetvenej reťazovej reakcii, pretože jedna zo sekundárnych častíc pokračuje v reťazci, zatiaľ čo iné dávajú nové reťazce, ktoré sa znova rozvetvujú. Je pravda, že procesy, ktoré vedú k prerušeniu reťazca, konkurujú procesu vetvenia a súčasná situácia vedie k obmedzujúcim alebo kritickým javom špecifickým pre rozvetvené reťazové reakcie. Ak je počet prerušení reťaze väčší ako počet nových reťazí, ktoré sa objavia, potom samoudržiavacia reťazová reakcia(SCR) sa ukazuje ako nemožné. Aj keď je excitovaný umelo zavedením určitého počtu potrebných častíc do média, potom, keďže počet reťazcov v tomto prípade môže iba klesať, proces, ktorý sa začal, rýchlo upadá. Ak počet nových vytvorených reťazcov prekročí počet prerušení, reťazová reakcia sa rýchlo rozšíri po celom objeme látky, keď sa objaví aspoň jedna počiatočná častica.

Oblasť stavov hmoty s rozvojom samoudržiavacej reťazovej reakcie je oddelená od oblasti, kde je reťazová reakcia vo všeobecnosti nemožná, kritický stav. Kritický stav je charakterizovaný rovnosťou medzi počtom nových reťazcov a počtom prerušení.

Dosiahnutie kritického stavu je určené množstvom faktorov. Štiepenie ťažkého jadra je excitované jedným neutrónom a v dôsledku štiepnej udalosti sa objaví viac ako jeden neutrón (napríklad pre 235 U je počet neutrónov vytvorených pri jednej štiepnej udalosti v priemere od 2 až 3). V dôsledku toho môže štiepny proces vyvolať rozvetvenú reťazovú reakciu, ktorej nosičmi budú neutróny. Ak rýchlosť straty neutrónov (záchyt bez štiepenia, únik z reakčného objemu a pod.) kompenzuje rýchlosť násobenia neutrónov tak, že efektívny multiplikačný faktor neutrónov je presne rovný jednotke, reťazová reakcia prebieha v stacionárnom režime. . Zavedenie negatívnych spätných väzieb medzi efektívnym multiplikačným faktorom a rýchlosťou uvoľňovania energie umožňuje realizovať riadenú reťazovú reakciu, ktorá sa využíva napríklad v jadrovej energetike. Ak je multiplikačný faktor väčší ako jedna, reťazová reakcia sa vyvíja exponenciálne; nekontrolovaná štiepna reťazová reakcia používaná v

Ide o proces, pri ktorom jedna uskutočnená reakcia vyvolá následné reakcie rovnakého typu.

Pri štiepení jedného jadra uránu môžu vzniknuté neutróny spôsobiť štiepenie ďalších jadier uránu, pričom počet neutrónov stúpa ako lavína.

Pomer počtu vyrobených neutrónov pri jednom štiepnom deje k počtu takýchto neutrónov v predchádzajúcom štiepnom deje sa nazýva neutrónový multiplikačný faktor k.

Keď je k menšie ako 1, reakcia zaniká, pretože počet absorbovaných neutrónov ďalšie číslo novovzniknutý.
Keď je k väčšie ako 1, k výbuchu dôjde takmer okamžite.
Keď sa k rovná 1, prebieha riadená stacionárna reťazová reakcia.

Reťazová reakcia je sprevádzaná uvoľnením Vysoké číslo energie.

Na uskutočnenie reťazovej reakcie nie je možné použiť žiadne jadrá, ktoré sa štiepia pod vplyvom neutrónov.

Používa sa ako palivo pre jadrové reaktory chemický prvok Urán sa v prírode skladá z dvoch izotopov: urán-235 a urán-238.

V prírode tvoria izotopy uránu-235 len 0,7 % z celkovej zásoby uránu, sú však vhodné na vedenie reťazovej reakcie, pretože štiepenie pod vplyvom pomalých neutrónov.

Jadrá uránu-238 sa dajú rozdeliť iba pod vplyvom neutrónov s vysokou energiou (rýchle neutróny). Takúto energiu má len 60 % neutrónov, ktoré vznikajú pri štiepení jadra uránu-238. Približne iba 1 z 5 produkovaných neutrónov spôsobuje jadrové štiepenie.

Podmienky pre reťazovú reakciu v uráne-235:

Minimálne množstvo paliva (kritická hmotnosť) potrebné na vykonanie riadenej reťazovej reakcie nukleárny reaktor
- rýchlosť neutrónov by mala spôsobiť štiepenie jadier uránu
- žiadne nečistoty, ktoré pohlcujú neutróny

Kritické množstvo:

Ak je hmotnosť uránu malá, neutróny z neho vyletia bez reakcie
- ak je hmotnosť uránu veľká, je možný výbuch v dôsledku silného nárastu počtu neutrónov
- ak hmotnosť zodpovedá kritickej, prebieha riadená reťazová reakcia

Pre urán-235 je kritická hmotnosť 50 kg (ide napr. o uránovú guľu s priemerom 9 cm).

Prvá riadená reťazová reakcia - USA v roku 1942 (E. Fermi)
V ZSSR - 1946 (I.V. Kurchatov).

Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie je základný zákon elektrodynamiky týkajúci sa princípov činnosti transformátorov, tlmiviek a mnohých typov elektromotorov

A generátory. Zákon hovorí:

Faradayov zákon ako dva rôzne javy[upraviť | upraviť text wiki]

Niektorí fyzici poznamenávajú, že Faradayov zákon v jednej rovnici opisuje dva rôzne javy: motor emf generované pôsobením magnetickej sily na pohybujúci sa drôt, a transformátor EMF, vznikajúci pôsobením elektrickej sily v dôsledku zmeny magnetické pole. Na túto skutočnosť upozornil vo svojej práci James Clerk Maxwell O fyzickom siločiary v roku 1861. V druhej polovici časti II tejto práce podáva Maxwell samostatné fyzikálne vysvetlenie pre každý z týchto dvoch javov. Odkaz na tieto dva aspekty elektromagnetická indukcia dostupné v niektorých moderné učebnice. Ako píše Richard Feynman:

Lorentzov zákon[upraviť | upraviť text wiki]

Nabite q vo vodiči na ľavej strane slučky pôsobí Lorentzova sila q v × B k = −q v B(x C − w / 2) j (j, k- jednotkové vektory v smeroch r a z; pozri krížový súčin vektorov), čo spôsobuje EMF (práce na jednotku nabitia) v ℓ B(x C − w / 2) po celej dĺžke ľavej strany slučky. Na pravá strana slučka podobné uvažovanie ukazuje, že emf sa rovná v ℓ B(x C + w / 2). Dva protichodné EMP tlačia kladný náboj smerom k spodnej časti slučky. V prípade, že pole B sa zvyšuje pozdĺž x, sila na pravej strane bude väčšia a prúd potečie v smere hodinových ručičiek. Použitie pravidla pravá ruka, dostaneme, že pole B, vytvorený prúdom, je opačný k aplikovanému poľu. Emf spôsobujúci prúd sa musí zvyšovať v smere proti smeru hodinových ručičiek (na rozdiel od prúdu). Pridaním EMF v smere proti smeru hodinových ručičiek pozdĺž slučky nájdeme:

Faradayov zákon[upraviť | upraviť text wiki]

Intuitívne atraktívny, ale zavádzajúci prístup k použitiu prietokového pravidla vyjadruje prietok cez okruh ako Φ B = B wℓ, kde w- šírka pohyblivej slučky. Tento výraz je nezávislý od času, takže nesprávne naznačuje, že sa negeneruje žiadne EMF. Chyba v tomto tvrdení je, že neberie do úvahy celú dráhu prúdu cez uzavretú slučku.

Pre správne použitie pravidlá toku musíme zvážiť celú dráhu prúdu, ktorá zahŕňa dráhu cez ráfiky na hornom a spodnom disku. Môžeme si zvoliť ľubovoľnú uzavretú cestu cez ráfiky a otočnú slučku a pomocou zákona toku nájsť EMF pozdĺž tejto dráhy. Akákoľvek dráha, ktorá obsahuje segment susediaci s otočnou slučkou, berie do úvahy relatívny pohyb častí reťaze.

Ako príklad uvažujme dráhu prechádzajúcu v hornej časti reťaze v smere otáčania horného kotúča a v spodnej časti reťaze - v opačnom smere vzhľadom na spodný kotúč (znázornené šípkami na Obr. 4). V tomto prípade, ak sa otočná slučka odchýlila o uhol θ od kolektorovej slučky, potom ju možno považovať za súčasť valca s plochou A = rℓθ. Táto oblasť je kolmá na pole B a jeho príspevok k toku je:

kde znamienko je záporné, pretože podľa pravidla pravej ruky pole B , generované prúdovou slučkou, v opačnom smere k aplikovanému poľu B". Keďže ide iba o časovo závislú časť toku, podľa zákona o toku je EMF:

v súlade so vzorcom Lorentzovho zákona.

Teraz uvažujme o ďalšej ceste, v ktorej zvolíme prechod pozdĺž ráfikov diskov cez protiľahlé segmenty. V tomto prípade by to bolo súvisiace vlákno znížiť ako sa θ zvyšuje, ale podľa pravidla pravej ruky prúdová slučka dodáva aplikované pole B, takže EMF pre túto cestu bude mať presne rovnakú hodnotu ako pre prvú cestu. Akákoľvek zmiešaná spätná cesta vedie k rovnakému výsledku pre hodnotu EMF, takže v skutočnosti nezáleží na zvolenej ceste.

Termonukleárna reakcia je typ jadrovej reakcie, pri ktorej sa ľahké atómové jadrá spájajú do ťažších v dôsledku kinetickej energie ich tepelného pohybu. Pôvod termínu[upraviť | upraviť text wiki]

Aby došlo k jadrovej reakcii, musia pôvodné atómové jadrá prekonať takzvanú „Coulombovu bariéru“ – silu elektrostatického odpudzovania medzi nimi. Na to musia mať veľkú kinetickú energiu. Podľa kinetickej teórie možno kinetickú energiu pohybujúcich sa mikročastíc látky (atómov, molekúl alebo iónov) znázorniť ako teplotu, a preto zahriatím látky možno dosiahnuť jadrovú reakciu. Práve tento vzájomný vzťah medzi zahrievaním látky a jadrovou reakciou odráža pojem „termonukleárna reakcia“.

Coulombova bariéra[upraviť | upraviť text wiki]

Atómové jadrá majú kladný elektrický náboj. Na veľké vzdialenosti môžu byť ich náboje tienené elektrónmi. Aby sa však jadrá spojili, musia sa priblížiť na vzdialenosť, na ktorú pôsobí silná interakcia. Táto vzdialenosť je rádovo veľkosti jadier samotných a je mnohonásobne menšia ako veľkosť atómu. V takých vzdialenostiach už elektrónové obaly atómov (aj keby boli zachované) už nedokážu tieniť náboje jadier, takže prežívajú silné elektrostatické odpudzovanie. Sila tohto odpudzovania je v súlade s Coulombovým zákonom nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti medzi nábojmi. Vo vzdialenostiach rádovo veľkosti jadier sa sila silnej interakcie, ktorá má tendenciu ich viazať, začína rýchlo zvyšovať a stáva sa väčšou ako Coulombovo odpudzovanie.

Aby teda jadrá mohli reagovať, musia prekonať potenciálnu bariéru. Napríklad pre reakciu deutérium-trícium je hodnota tejto bariéry približne 0,1 MeV. Pre porovnanie, ionizačná energia vodíka je 13 eV. Preto látka zúčastňujúca sa termonukleárnej reakcie bude takmer úplne ionizovaná plazma.

Teplota ekvivalentná 0,1 MeV je približne 10 9 K, ale existujú dva efekty, ktoré znižujú teplotu potrebnú na termonukleárnu reakciu:

· Po prvé, teplota charakterizuje iba priemernú kinetickú energiu, existujú častice s nižšou aj vyššou energiou. V skutočnosti sa na termonukleárnej reakcii zúčastňuje malý počet jadier s energiou oveľa vyššou ako je priemer (takzvaný „chvost Maxwellovho rozdelenia

· Po druhé, kvôli kvantovým efektom jadrá nemusia mať energiu presahujúcu Coulombovu bariéru. Ak je ich energia o niečo menšia ako bariéra, môžu cez ňu s vysokou pravdepodobnosťou tunelovať. [ zdroj neuvedený 339 dní]

Termonukleárne reakcie[upraviť | upraviť text wiki]

Niektoré z najdôležitejších exotermických termonukleárnych reakcií s veľkými prierezmi sú:

(1)

→

4He

(3,5 MeV)

(14,1 MeV)

(2)

→

(1,01 MeV)

(3,02 MeV)

(50 %)

(3)

→

3He

(0,82 MeV)

(2,45 MeV)

(50 %)

(4)

3He

→

4He

(3,6 MeV)

(14,7 MeV)

(5)

→

4He

+ 11,3 MeV

(6)

3He

→

4He

(7)

3He

→

4He

+ 12,1 MeV

(51 %)

(8)

→

4He

(4,8 MeV)

(9,5 MeV)

(43 %)

(9)

→

4He

(0,5 MeV)

(1,9 MeV)

(11,9 MeV)

(6 %)

(10)

6Li

→

4He

+ 22,4 MeV -

(11)

6Li

→

4He

(1,7 MeV)

3He

(2,3 MeV)-

(12)

3He

6Li

→

4He

+ 16,9 MeV

(13)

11B

→

4He

+ 8,7 MeV

(14)

6Li

→

4He

+ 4,8 MeV

Muónová katalýza[upraviť | upraviť text wiki]

Hlavný článok: Muónová katalýza

Termonukleárna reakcia môže byť značne uľahčená zavedením záporne nabitých miónov do reakčnej plazmy.

Mióny µ − , ktoré interagujú s termonukleárnym palivom, tvoria mezomolekuly, v ktorých je vzdialenosť medzi jadrami atómov paliva o niečo menšia, čo uľahčuje ich priblíženie a navyše zvyšuje pravdepodobnosť tunelovania cez Coulombovu bariéru.

Počet syntéznych reakcií Xc, iniciovaný jedným miónom, je limitovaný hodnotou koeficientu priľnutia miónu. Experimentálne bolo možné získať hodnoty X c ~100, teda jeden mión je schopný uvoľniť energiu ~ 100 × X MeV, kde X je energetický výťažok katalyzovanej reakcie.

Zatiaľ je množstvo uvoľnenej energie menšie ako energetické náklady na výrobu samotného miónu (5-10 GeV). Miónová katalýza je teda stále energeticky nepriaznivý proces. Je možná komerčne životaschopná výroba energie pomocou miónovej katalýzy Xc ~ 10 4 .

Aplikácia[upraviť | upraviť text wiki]

Využitie termonukleárnej reakcie ako prakticky nevyčerpateľného zdroja energie je spojené predovšetkým s perspektívou zvládnutia technológie riadenej termonukleárnej fúzie (CTF). V súčasnosti vedecká a technologická základňa neumožňuje využitie CTS v priemyselnom meradle.

Nekontrolovaná termonukleárna reakcia zároveň našla svoje uplatnenie vo vojenských záležitostiach. Prvé termonukleárne výbušné zariadenie bolo testované v novembri 1952 v USA a už v auguste 1953 bolo testované termonukleárne výbušné zariadenie vo forme leteckej bomby v Sovietskom zväze. Sila termonukleárneho výbušného zariadenia (na rozdiel od atómového) je obmedzená iba množstvom materiálu použitého na jeho vytvorenie, čo umožňuje vytvárať výbušné zariadenia takmer akejkoľvek sily.

VSTUPENKA 27 otázka 1

Fenomén samoindukcie

Už sme študovali, že magnetické pole vzniká v blízkosti vodiča s prúdom. A tiež študoval, že premenlivé magnetické pole generuje prúd (fenomén elektromagnetickej indukcie). Zvážte elektrický obvod. Keď sa v tomto obvode zmení sila prúdu, dôjde k zmene magnetického poľa, v dôsledku čoho sa v tom istom obvode objaví dodatočné napätie. indukčný prúd. Takýto jav sa nazýva samoindukcia, a výsledný prúd sa nazýva samoindukčný prúd.

Fenomén samoindukcie je výskyt emf vo vodivom obvode, ktorý vzniká v dôsledku zmeny sily prúdu v samotnom obvode.

Indukčnosť obvodu závisí od jeho tvaru a veľkosti, na magnetické vlastnosti životné prostredie a nezávisí od sily prúdu v obvode.

Samoindukcia EMF sa určuje podľa vzorca:

Fenomén samoindukcie je podobný javu zotrvačnosti. Tak ako v mechanike nie je možné okamžite zastaviť pohybujúce sa teleso, tak prúd nemôže okamžite nadobudnúť určitú hodnotu v dôsledku fenoménu samoindukcie. Ak je cievka zapojená do série s druhou žiarovkou v obvode pozostávajúcom z dvoch identických lámp zapojených paralelne so zdrojom prúdu, potom keď je obvod uzavretý, prvá žiarovka sa rozsvieti takmer okamžite a druhá so zreteľným oneskorením.

Keď je obvod otvorený, sila prúdu rýchlo klesá a výsledná samoindukcia EMF zabraňuje zníženiu magnetického toku. V tomto prípade je indukovaný prúd smerovaný rovnakým spôsobom ako pôvodný. Samoindukované emf môže byť mnohonásobne väčšie ako vonkajšie emf. Žiarovky sa preto pri zhasnutí svetla veľmi často vypaľujú.

Energia magnetického poľa

Energia magnetického poľa obvodu s prúdom:

Rádioaktívne žiarenie – žiarenie, ktoré izotop vyžaruje pri rozpade. Má tri druhy: alfa lúče (tok jadier atómov hélia), beta lúče (elektrónový tok) a gama lúče ( elektromagnetická radiácia). Pre človeka je najnebezpečnejšie gama žiarenie.

Dávka absorbovaného žiarenia sa rovná pomeru energie prijatej telom k hmotnosti telesa. Absorpčná dávka je označená písmenom D a je meraná sivou farbou.

V praxi sa ako merná jednotka používa aj roentgen (P), rovná sa 2,58 krát 10 až mínus 4 stupne prívesku, delené kilogramom.

Absorbované žiarenie sa môže časom akumulovať, jeho dávka je tým väčšia, čím dlhšia je doba expozície.

Dávkový príkon je určený pomerom absorbovanej dávky žiarenia k času expozície. Označuje sa písmenom N a meria sa sivou farbou delenou sekundou.

Pre človeka smrteľná dávka absorbované žiarenie je ekvivalentné 6 Gy. Maximálna povolená dávka žiarenia pre človeka je 0,05 Gy za rok.

VSTUPENKA 28 Otázka 1

Elementárna častica je súhrnný pojem označujúci mikroobjekty v subjadrovom meradle, ktoré nemožno rozdeliť na jednotlivé časti.

Treba mať na pamäti, že niektoré elementárne častice ( elektrón, neutrína, kvarky atď.) sa v súčasnosti považujú za neštruktúrované a považujú sa za primárne základné častice . Iné elementárne častice (tzv častice vrátane častíc, ktoré tvoria jadro atóm - protóny a neutróny) majú zložitú vnútornú štruktúru, ale podľa moderných koncepcií ich nie je možné rozdeliť na časti kvôli účinku uväznenie.

Spolu s antičastice bolo objavených viac ako 350 elementárnych častíc. Z nich sú fotónové, elektrónové a miónové neutríno, elektrón, protón a ich antičastice stabilné. Zvyšok elementárnych častíc sa spontánne rozpadne za čas od asi 1000 sekúnd (pre voľný neutrón) na zanedbateľný zlomok sekundy (od 10 -24 do 10 -22, napr. rezonancie).

Pri elektromagnetických kmitoch dochádza k periodickým zmenám elektrického náboja, prúdu a napätia Elektromagnetické kmity sa delia na zadarmo, blednutiu, nútený a samooscilácie.

Voľné kmity sa nazývajú kmity, ktoré sa vyskytujú v systéme (kondenzátor a cievka) po jeho odstránení z rovnovážnej polohy (keď je náboj komunikovaný do kondenzátora). Presnejšie, voľné elektromagnetické oscilácie vznikajú, keď sa kondenzátor vybíja cez induktor. nútený kmity sa nazývajú kmity v obvode pôsobením vonkajšej periodicky sa meniacej elektromotorickej sily.

Najjednoduchší systém, v ktorom sa pozorujú voľné elektromagnetické oscilácie, je oscilačný obvod. pozostáva z tlmivky a kondenzátora.Tento proces sa bude opakovať znova a znova. vznikne elektromagnetické oscilácie v dôsledku transformácie energie elektrického poľa kondenzátora.

Kondenzátor, ktorý sa nabíja z batérie, získa v počiatočnom okamihu maximálne nabitie. Jeho energia W e bude maximálna (obr. a).

Ak je kondenzátor uzavretý na cievke, potom sa v tomto okamihu začne vybíjať (obr. b). V obvode bude prúd. Keď sa kondenzátor vybíja, prúd v obvode a v cievke sa zvyšuje. Kvôli fenoménu samoindukcie sa to nestane okamžite. energia cievky W m sa stáva maximálnym (obr. c).

Indukčný prúd tečie rovnakým smerom. Na kondenzátore sa opäť akumulujú elektrické náboje. Kondenzátor sa dobíja, t.j. Doska kondenzátora, ktorá bola predtým nabitá kladne, bude nabitá záporne. Energia kondenzátora sa stáva maximálnou. Prúd v tomto smere sa zastaví a proces sa zopakuje v opačnom smere (obr. d). Tento proces sa bude opakovať znova a znova. vznikne elektromagnetické oscilácie v dôsledku premeny energie elektrického poľa kondenzátora na energiu magnetického poľa cievky s prúdom a naopak. Ak nie sú žiadne straty (odpor R = 0), potom sa sila prúdu, náboj a napätie menia s časom podľa harmonického zákona. Oscilácie, ktoré sa vyskytujú podľa zákona kosínusu alebo sínusu, sa nazývajú harmonické. Rovnica oscilácie harmonického náboja: .

Ideálnym oscilačným obvodom je obvod, v ktorom nedochádza k strate energie. Obdobie elektromagnetických oscilácií v ideálnom oscilačnom obvode závisí od indukčnosti cievky a kapacity kondenzátora a je umiestnený pozdĺž Thomsonov vzorec kde L je indukčnosť cievky, C je kapacita kondenzátora, T je perióda kmitov e/m.
V skutočnom oscilačnom obvode budú voľné elektromagnetické oscilácie blednutiu v dôsledku straty energie pri zahrievaní drôtov. Pre praktické uplatnenie je dôležité získať netlmené elektromagnetické kmity a na to je potrebné doplniť oscilačný obvod elektrickou energiou, aby sa kompenzovali energetické straty z netlmeného generátora kmitov, čo je príklad samooscilačného systému.

lístok 29 otázka 1

Antičastica je častica-dvojča inej elementárna častica , ktorý má to isté hmotnosť a to isté späť, ktorá sa od nej odlišuje znakmi všetkých ostatných interakčných charakteristík (poplatky ako napr elektrický a farba náboje, baryón a leptón kvantové čísla).

Samotná definícia toho, čo nazývať "častica" v páre častica-antičastica, je do značnej miery ľubovoľná. Pri danom výbere „častice“ je však jej antičastica jednoznačne určená. Zachovanie baryónového čísla v procesoch slabej interakcie umožňuje určiť „časticu“ v akomkoľvek páre baryón-antibaryón reťazou rozpadov baryónov. Voľba elektrónu ako „častice“ v páre elektrón-pozitrón fixuje (v dôsledku zachovania leptónového čísla v procesoch slabá interakcia) určenie stavu „častice“ v páre elektrónových neutrín a antineutrín. Prechody medzi leptónmi rôznych generácií (typu ) neboli pozorované, takže definíciu "častice" v každej generácii leptónov možno vo všeobecnosti urobiť nezávisle. Zvyčajne sa analogicky s elektrónom „častice“ nazývajú záporne nabité leptóny, ktorý pri zachovaní leptónového čísla určuje zodpovedajúce neutrína a antineutrino. Pre bozóny pojem "častica" môže byť stanovený definíciou, napr. hypernáboj.

Schéma zariadenia atómová bomba

štiepna reťazová reakcia

Sekundárne neutróny emitované počas jadrového štiepenia (2,5 kusov na štiepnu udalosť) môžu spôsobiť nové štiepne udalosti, čo umožňuje uskutočniť reťazovú reakciu. Štiepna reťazová reakcia je charakterizovaná multiplikačným faktorom neutrónov K, ktorý sa rovná pomeru počtu neutrónov v danej generácii k ich počtu v predchádzajúcej generácii. Nevyhnutná podmienka vývoj štiepnej reťazovej reakcie je . Pri nižších hodnotách nie je možná žiadna reakcia. Keď reakcia prebieha pri konštantnom počte neutrónov (konštantný výkon uvoľnenej energie). Toto je samoudržateľná odpoveď. At - tlmená reakcia. Multiplikačný faktor závisí od charakteru štiepneho materiálu, veľkosti a tvaru aktívnej zóny. Minimálna hmotnosťštiepny materiál potrebný na realizáciu reťazovej reakcie sa nazýva kritický. Pre kritickú hmotnosť je 9 kg, pričom polomer uránovej gule je 4 cm.

Reťazové reakcie sú buď riadené alebo nekontrolované. Výbuch atómovej bomby je príkladom nekontrolovanej reakcie. Jadrový náboj takejto bomby tvoria dva a viac kusov takmer čistého resp. Hmotnosť každého kusu je menšia ako kritická, takže nedochádza k reťazovej reakcii. Preto, aby došlo k výbuchu, stačí spojiť tieto časti do jedného kusu s hmotnosťou väčšou ako je kritická. Toto sa musí vykonať veľmi rýchlo a spojenie kusov musí byť veľmi tesné. V opačnom prípade sa jadrový náboj rozletí skôr, ako stihne zareagovať. Na spojenie sa používa konvenčná výbušnina. Plášť slúži ako neutrónový reflektor a navyše bráni rozprášeniu jadrového náboja, kým maximálny počet jadier neuvoľní všetku energiu pri štiepení. reťazová reakcia v atómová bomba beží na rýchlych neutrónoch. Pri výbuchu stihne zareagovať len časť neutrónov jadrovej nálože. Výsledkom reťazovej reakcie je uvoľnenie obrovskej energie. Teplota, ktorá sa súčasne vyvíja, dosahuje stupňov. Ničivá sila bomby, ktorú Američania zhodili na Hirošimu, sa rovnala výbuchu 20 000 ton TNT. Model novej zbrane je stokrát výkonnejší ako tie prvé. Ak k tomu pridáme, že atómový výbuch vyprodukuje obrovské množstvo štiepnych úlomkov, vrátane tých s veľmi dlhou životnosťou, potom je zrejmé, aké hrozné nebezpečenstvo táto zbraň predstavuje pre ľudstvo.

Zmenou multiplikačného faktora neutrónov je možné uskutočniť riadenú reťazovú reakciu. Zariadenie, v ktorom riadená reakcia sa nazýva jadrový reaktor. Štiepnym materiálom je prírodný alebo obohatený urán. Aby sa zabránilo radiačnému zachytávaniu neutrónov jadrami uránu, relatívne malé bloky štiepneho materiálu sú umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a medzery sú vyplnené látkou, ktorá moderuje neutróny (moderátor). Neutróny sa spomaľujú elastickým rozptylom. V tomto prípade strata energie spomalenej častice závisí od pomeru hmotností zrážaných častíc. Maximálna suma energia sa stráca, ak majú častice rovnakú hmotnosť. Túto podmienku spĺňajú deutérium, grafit a berýlium. Prvý uránovo-grafitový reaktor bol spustený v roku 1942 na Chicagskej univerzite pod vedením vynikajúceho talianskeho fyzika Fermiho. Pre vysvetlenie princípu činnosti reaktora uvažujme typickú schému tepelného neutrónového reaktora (obr. 1).

Obr.1.

Jadro reaktora obsahuje palivové články 1 a moderátor 2, ktorý spomaľuje neutróny na tepelné rýchlosti. Palivové články (palivové tyče) sú bloky štiepneho materiálu uzavreté v hermetickom obale, ktorý slabo pohlcuje neutróny. V dôsledku energie uvoľnenej počas jadrového štiepenia sa palivové články zahrievajú, a preto sú na chladenie umiestnené v prúde chladiva (3-5 - kanál chladiva). Jadro je obklopené reflektorom, ktorý znižuje únik neutrónov. Reťazovú reakciu riadia špeciálne riadiace tyče vyrobené z materiálov, ktoré silne pohlcujú neutróny. Parametre reaktora sú vypočítané tak, že pri plne zasunutých tyčiach reakcia určite neprebehne. Postupným odstraňovaním tyčiniek sa multiplikačný faktor neutrónov zvyšuje a v určitej polohe dosahuje jednotu. V tomto bode začne reaktor pracovať. Počas prevádzky reaktora množstvo štiepneho materiálu v aktívnej zóne klesá a dochádza k jeho kontaminácii štiepnymi úlomkami, medzi ktorými môžu byť silné absorbéry neutrónov. Aby sa zabránilo zastaveniu reakcie, riadiace tyče sa pomocou automatického zariadenia postupne odstraňujú z aktívnej zóny. Takáto kontrola reakcie je možná vďaka existencii oneskorených neutrónov emitovaných štiepnymi jadrami s oneskorením až 1 min. Keď jadrové palivo dohorí, reakcia sa zastaví. Pred ďalším spustením reaktora sa vyhorené jadrové palivo vyberie a naloží sa nové. V reaktore sú aj havarijné tyče, ktorých zavedením sa reakcia okamžite ukončí. Jadrový reaktor je silný zdroj prenikavého žiarenia, približne krát väčší ako hygienické normy. Preto má každý reaktor za reflektorom umiestnený biologický štít - systém obrazoviek vyrobených z ochranných materiálov (napríklad betón, olovo, voda) a diaľkové ovládanie.

V ZSSR sa po prvý raz použila jadrová energia na mierové účely. V Obninsku bola v roku 1954 pod vedením Kurčatova uvedená do prevádzky prvá jadrová elektráreň s výkonom 5 MW.

Tepelné uránové reaktory však môžu vyriešiť problém napájania v obmedzenom rozsahu, ktorý je určený množstvom uránu.

Najperspektívnejšou cestou rozvoja jadrovej energetiky je vývoj rýchlych neutrónových reaktorov, takzvaných množivých reaktorov. Takýto reaktor vyrobí viac jadrového paliva, ako spotrebuje. Reakcia prebieha na rýchlych neutrónoch, preto sa na nej môže zúčastniť nielen, ale aj to, na čo sa premení. Posledne menované je možné chemicky oddeliť. Tento proces sa nazýva reprodukcia jadrového paliva. V špeciálnych množivých reaktoroch množiteľský pomer jadrového paliva presahuje jednu. Jadrom šľachtiteľov je zliatina izotopovo obohateného uránu s ťažkým kovom, ktorý pohlcuje málo neutrónov. Šľachtiteľské reaktory nemajú moderátora. Riadenie takýchto reaktorov pohybom reflektora alebo zmenou hmotnosti štiepneho materiálu.

Jadrová reťazová reakcia

Reťazová jadrová reakcia- sled jednotlivých jadrových reakcií, z ktorých každá je spôsobená časticou, ktorá sa objavila ako reakčný produkt v predchádzajúcom kroku sekvencie. Príkladom jadrovej reťazovej reakcie je reťazová reakcia jadrového štiepenia ťažkých prvkov, pri ktorej hlavný počet štiepnych dejov iniciujú neutróny získané zo štiepenia jadra v predchádzajúcej generácii.

Mechanizmus uvoľnenia energie

Premena látky je sprevádzaná uvoľnením voľnej energie len vtedy, ak má látka rezervu energií. To posledné znamená, že mikročastice látky sú v stave s pokojovou energiou väčšou ako v inom možnom stave, do ktorého prechod existuje. Spontánnemu prechodu vždy bráni energetická bariéra, na prekonanie ktorej musí mikročastica dostať zvonku určité množstvo energie – energiu excitácie. Exoenergetická reakcia spočíva v tom, že pri transformácii nasledujúcej po excitácii sa uvoľní viac energie, ako je potrebné na vybudenie procesu. Existujú dva spôsoby, ako prekonať energetickú bariéru: buď v dôsledku kinetickej energie zrážaných častíc, alebo v dôsledku väzbovej energie pristupujúcej častice.

Ak vezmeme do úvahy makroskopické škály uvoľňovania energie, potom kinetickú energiu potrebnú na vybudenie reakcií musia mať všetky alebo najskôr aspoň niektoré častice látky. To je možné dosiahnuť len vtedy, keď teplota média stúpne na hodnotu, pri ktorej sa energia tepelného pohybu blíži k hodnote energetického prahu, ktorý obmedzuje priebeh procesu. V prípade molekulárnych premien, teda chemických reakcií, je takýto nárast zvyčajne v stovkách kelvinov, zatiaľ čo v prípade jadrových reakcií je to minimálne 10 7 K kvôli veľmi vysokej výške Coulombových bariér kolidujúcich jadier. Tepelná excitácia jadrových reakcií sa v praxi uskutočňovala len pri syntéze najľahších jadier, pri ktorých sú Coulombove bariéry minimálne (termonukleárna fúzia).

Excitácia spájanými časticami nevyžaduje veľkú kinetickú energiu, a preto nezávisí od teploty média, pretože k nej dochádza v dôsledku nevyužitých väzieb, ktoré sú súčasťou príťažlivých síl častíc. Ale na druhej strane sú samotné častice nevyhnutné na vybudenie reakcií. A ak opäť nemáme na mysli samostatný akt reakcie, ale produkciu energie v makroskopickom meradle, potom je to možné len vtedy, keď dôjde k reťazovej reakcii. Ten vzniká, keď sa častice, ktoré vzrušujú reakciu, znovu objavia ako produkty exoenergetickej reakcie.

reťazové reakcie

Medzi chemickými reakciami sú rozšírené reťazové reakcie, kde úlohu častíc s nevyužitými väzbami zohrávajú voľné atómy alebo radikály. Mechanizmus reťazovej reakcie pri jadrových transformáciách môžu zabezpečiť neutróny, ktoré nemajú Coulombovu bariéru a excitujú jadrá po absorpcii. Výskyt požadovanej častice v médiu spôsobí reťaz reakcií, ktoré nasledujú jedna za druhou, ktorá pokračuje až do ukončenia reťazca v dôsledku straty nosnej častice reakcie. Existujú dva hlavné dôvody strát: absorpcia častice bez emitovania sekundárnej a odchod častice mimo objemu látky, ktorá podporuje reťazový proces. Ak sa v každom dejstve reakcie objaví iba jedna nosná častica, potom sa volá reťazová reakcia nerozvetvený. Nerozvetvená reťazová reakcia nemôže viesť k uvoľneniu energie vo veľkom meradle.

Dosiahnutie kritického stavu je určené množstvom faktorov. Štiepenie ťažkého jadra je excitované jedným neutrónom a v dôsledku štiepnej udalosti sa objaví viac ako jeden neutrón (napr. pre 235 U je počet vyrobených neutrónov pri jednej štiepnej udalosti v priemere 2,5). V dôsledku toho môže štiepny proces vyvolať rozvetvenú reťazovú reakciu, ktorej nosičmi budú neutróny. Ak rýchlosť strát neutrónov (zachytí sa bez štiepenia, unikne z reakčného objemu a pod.) kompenzuje rýchlosť násobenia neutrónov tak, že efektívny multiplikačný faktor neutrónov je presne rovný jednotke, potom reťazová reakcia prebieha v stacionárnom režim. Zavedenie negatívnych spätných väzieb medzi efektívnym multiplikačným faktorom a rýchlosťou uvoľňovania energie umožňuje realizovať riadenú reťazovú reakciu, ktorá sa využíva napríklad v jadrovej energetike. Ak je multiplikačný faktor väčší ako jedna, reťazová reakcia sa vyvíja exponenciálne; v jadrových zbraniach sa používa nekontrolovaná štiepna reťazová reakcia.

pozri tiež

Reťazová chemická reakcia

Literatúra

Klimov A.N. Jadrová fyzika a jadrové reaktory.- M. Atomizdat, .
Levin V.E. Jadrová fyzika a jadrové reaktory/ 4. vyd. - M.: Atomizdat, .
Petunin V.P. Tepelná energetika jadrových zariadení.- M.: Atomizdat, .

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite sa, čo je „nukleárna reťazová reakcia“ v iných slovníkoch:

Reťazová jadrová reakcia – sled jadrových reakcií excitovaných časticami (napríklad neutrónmi), ktoré sa rodia pri každom dejstve reakcie. V závislosti od priemerného počtu reakcií nasledujúcich po jednej predchádzajúcej menej, rovnaké alebo ... ... Pojmy jadrová energia

jadrová reťazová reakcia- Sekvencia jadrových reakcií excitovaných časticami (napríklad neutrónmi), ktoré sa rodia pri každom dejstve reakcie. V závislosti od priemerného počtu reakcií nasledujúcich po jednej predchádzajúcej reakcii menšej, rovnej alebo väčšej než jedna, reakcia ... ...

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

štiepna reakcia atómové jadráťažkých prvkov pôsobením neutrónov, pri každom akte ktorých sa počet neutrónov zvyšuje, takže môže dôjsť k samoudržiavanému štiepnemu procesu. Napríklad pri štiepení jedného jadra izotopu uránu 235U pôsobením ... Veľký encyklopedický polytechnický slovník

Jadrová reťazová reakcia- reakcia štiepenia atómových jadier pôsobením neutrónov, pri každom akte je emitovaný aspoň jeden neutrón, ktorý zabezpečuje udržanie reakcie. Používa sa ako zdroj energie v jadrových náložiach (výbušnina C. Ya. R.) a jadrových reaktoroch ... ... Slovník vojenských pojmov

neutrónová štiepna reťazová reakcia-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN divergentná reakcia … Technická príručka prekladateľa

Samostatná jadrová reťazová reakcia- 7. Samoudržiavacia jadrová reťazová reakcia SCR Jadrová reťazová reakcia charakterizovaná efektívnym multiplikačným faktorom väčším alebo rovným jednej