Скачай это бесплатное вектор на тему Атомная электростанция, атомные реакторы, производство энергии. деление атома, атомный процесс. Приборы впервые зафиксируют деление ядер урана, а реактор из сложной металлической конструкции превратится в полноценную атомную установку, чтобы обеспечить половину.
КАК РАБОТАЕТ ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ?
В нем различными средствами визуализации отображены события из истории отечественной ядерной энергетики и атомного оружия от первых успехов до наших дней. Церемония торжественного открытия экспозиции павильона состоялась 6 сентября 2016 года. Она помогает молодежи ознакомиться с теми или иными разделами ядерной физики, почерпнуть широкий объем информации в данной сфере человеческой жизнедеятельности Основной, просветительский потенциал выставки, направлен на ознакомление с достижениями в сегменте ядерных исследований, осознание роли ядерного оружия и атомной промышленности в становлении экономического и оборонного потенциала России. С этой целью в экспозиции представлено множество вызывающих живой интерес экспонатов, архивных материалов и документальных фильмов. Павильон предназначен для использования в различных сценарно-постановочных вариациях. Здесь можно с успехом проводить обзорные и целевые экскурсии, лекции, семинары, тематические встречи с участием действующих специалистов и заслуженных ветеранов-ядерщиков, другие познавательные мероприятия. Объект обустроен таким образом, что во время демонстрационного сеанса посетители благодаря достигнутым визуальным эффектам словно оказываются в самом центре процесса цепной реакции деления ядра урана.
На стенде наглядно и красочно проиллюстрированы все этапы процесса деления атомного ядра.
Таким образом, ядро атома, части которого вращаются в противоположных направлениях, может быть расколото лучом лазера на две части и эти части атома могут быть разнесены на значительное расстояние, что и удалось реализовать ученым в ходе своего эксперимента. Ученые утверждают, что используя подобный метод, можно создавать так называемые "квантовые мосты", являющиеся проводниками квантовой информации. Атом вещества разделяется на половинки, которые разводятся в стороны, пока не войдут в соприкосновение со смежными атомами.
Образуется нечто вроде полотна дороги, пролет, соединяющий два столба моста, по которому может быть передана информация. Это возможно благодаря тому, что разделенный таким образом атом продолжает оставаться единым целым на квантовом уровне из-за того, что части атома запутаны на квантовом уровне. Ученые Боннского университета собираются использовать такую технологию для моделирования и создания сложных квантовых систем.
Какая теоретическая мощность может быть у реактора? Напишите в комментарии, что думаете. Лично для меня ответ удивителен, но вполне логичен. Теперь вроде все хорошо, только вот нейтрон необязательно может поделить ядро урана, рядом с которым он находится, есть только некая вероятность. И эта вероятность может быть слишком низкая, что не позволит работать реактору.
Есть два способа это исправить. Первый способ - увеличить концентрацию урана 235 до предела, чтобы у нейтронов выбора не было куда им попадать и что делать. Дорого, не всегда эффективно но есть реактора, которые так работают. Второй способ - использовать замедлитель. Дело в том, что нейтрон рождается очень быстрым, а нейтроны и ядра не твердые камушки, которые разламываются от сильного столкновения. Тут совсем другие процессы. Чем дольше нейтрон находится рядом с ядром урана, тем больше вероятность, что он его поделит, а не пролетит мимо. Грубо говоря, нужно уменьшить скорость нейтронов, чтобы сделать деление боле эффективным.
Чтобы уменьшить скорость нейтронов и нужен замедлитель - вещество, через которое пролетает нейтрон и передаёт ему свою кинетическую энергию, замедляясь до нужно скорости. А потом медленный тепловой нейтрон уже спокойной подлетает к ядру делит его. В реакторе ВВЭР замедлитель является водой. Это та же самая вода, что и теплоноситель, который нагревается за счет цепной реакции деления. Два в одном. Очень удобно. Возможно многое вы уже знаете, а что вы знаете об уране-238 в реакторе? Раз от него пытаются избавиться в пользу урана-235, наверное, это просто ненужный мусор?
У него есть 2 функции. Первая: он все же может делиться, просто очень плохо и цепная реакция на нем не получится. Но когда он делится, появляются много не простых нейтронов, а так называемых запаздывающих. Он так называются, потому что появляются не сразу, а вылетают через время из осколка деления урана-238. И зачем это нужно? Если не вдаваться в физику, благодаря таким нейтронам мощность в реакторе возрастает медленно, а не быстрыми скачками и поэтому можно успевать регулировать скачки мощности, поддерживая критическое состояние реактора.
Теория предсказывала, что уран-235 гораздо чаще подвергается делению по сравнению с другими изотопами, особенно если нейтроны, ударяющие по его ядру, движутся с относительно низкой скоростью. Высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления может привести к распаду других соседних атомов U-235. Чтобы произошла эта цепная реакция, должна быть относительно высокая плотность сжатого урана-235, что называется «критической массой» материала.
К концу 1930-х годов физики разработали методы замедления нейтронов, достаточные для захвата и обогащения смесей изотопов урана из природных ресурсов для образования критической массы урана-235. Они также придумали способ контролировать цепную реакцию, гарантируя, что экспоненциальное производство нейтронов не выйдет из-под контроля, и в этом случае процесс может стать взрывоопасным. В течение следующего десятилетия технологические достижения в делении ядер будут применяться для производства новых классов сверхоружия. Только после Второй мировой войны инженеры снова обратили внимание на возможность применения процесса ядерного деления для непрерывного производства тепла для выработки электроэнергии. Подобно тому, как пар, полученный при сжигании ископаемого топлива в котле, вращает турбину, соединенную с электрогенератором, пар из «атомного котла» также можно использовать для выработки электроэнергии. Достижения в области технологий со временем продолжали повышать эффективность и безопасность, в некоторых случаях отказываясь от замедлителей, замедляющих нейтроны, позволяя делящемуся материалу захватывать «более быстрые» частицы. Сегодня в мире насчитывается около 440 действующих атомных электростанций, из них почти 100 только в Соединенных Штатах. В совокупности эти станции производят около 10 процентов электроэнергии в мире, что на 7 процентов меньше, чем в 1993 году. В эпоху, когда производство примерно 60 процентов электроэнергии в мире приводит к выбросу парниковых газов со скоростью, угрожающей катастрофическим глобальным потеплением, атомная энергетика представляет собой сравнительно более чистую альтернативу.
Но есть затраты, способные ограничить то, сколько мы должны использовать ядерную энергию для спасения от климатического кризиса. В чем проблема атомной энергетики? Когда дело доходит до поиска экономически эффективных альтернатив ископаемым видам топлива с низким уровнем выбросов, мы можем добиться большего, чем ядерная энергия. Важно отметить, что мы могли бы также добиться большего успеха с технологиями возобновляемых источников энергии, такими как солнечная и ветровая энергия, которые с каждым годом становятся все дешевле. Проблемы ядерной энергетики можно разделить на три категории: отходы, риск и стоимость.
Ядерное деление
Передавая при столкновениях с атомами среды топливной композиции свою кинетическую энергию, осколки деления тем самым повышают температуру в ней. Судите сами: когда-то советские ученые пришли, условно, к Сталину, и доложили, что из западных научных журналов исчезли статьи по делению ядра атома – реально перспективную. Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. атом стоковые видео и кадры b-roll. Пределы деления атома: Согласно принципам квантовой механики, есть нижний предел, достигнутый в элементарных частицах, таких как кварки или лептоны.
История науки: поленница для мирного атома
1 Деление атомов как источник энергии. Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер. 1. История открытия деления атомного ядра 2. Капельная модель ядра 3. Цепная реакция деления 4. Использование энергии деления ядер 5. Настоящее и будущее атомной энергетики.
История науки: поленница для мирного атома
Это стало возможно благодаря оптимальному использованию суперкомпьютерных мощностей и современных программных кодов. В результате подобных рекордных молекулярно-динамических расчетов удалось непосредственно пронаблюдать броуновское движение пузыря и обнаружить принципиально новый механизм диффузии. Ранее физики полагали, что чем выше концентрация газа, тем медленнее диффузия, так как газ мешает движению диоксида на поверхности пузыря. Исследователи из МФТИ показали, что при достижении некоторой концентрации газ, благодаря высокому давлению, выталкивает атомы кристаллической решетки в междоузельные положения. Скапливаясь там, эти атомы образуют кластеры, быстро перемещающиеся вокруг пузыря. Пузырь и кластер атомов, периодически подталкивая друг друга, двигаются существенно быстрее, чем пузырь сам по себе. Таким образом, появляется новый эффект — ускорение диффузии самим газом, Это поможет объяснить аномально быстрый выход газа из ядерного топлива и устранит расхождение теории с экспериментом в объяснении этого явления.
В 1939 г. Бором и Дж. Уилером и независимо от них Я. Френкелем была построена первая теория деления ядер. В 1940 г. Флёров и К. Петржак открыли спонтанное деление ядер.
Увиденное произвело на Карима Масимова огромное впечатление. Предприятие понравилось. Россия в настоящее время, несомненно, является мировым лидером в производстве услуг по обогащению урана, и интерес к такого рода предприятию, как АЭХК, очень высок.
Для работы импульсного нейтронного источника нужны высоковольтные устройства: импульсный трансформатор, конденсаторы с большой емкостью, высоковольтные коммутирующие устройства. Можно повысить энерговыделение взрыва, формируя нейтронный импульс специальной формы. Она задается специальными элементами в блоке нейтронной трубки. Поздние поколения нейтронных источников имеют свои особенности конструкции, но их работа строится на тех же принципах: выдача нейтронного потока нужной интенсивности, длительности и формы, с точной привязкой во времени. Система предохранения и взведения Даже обычный снаряд допустим, автоматической авиационной пушки не готов к взрыву ни на складе, ни в ленте на борту, ни в стволе пушки, ни сразу после выхода из ствола. В процессе выстрела и полета во взрывателе снаряда снимается целый ряд предохранений, последнее уже через пару сотен метров от дула. Это называется дальним взведением, и исключает взрыв снаряда на борту, в стволе и вблизи самолета. Для ядерного боеприпаса это тем более важно. Он не готов к взрыву ни при эксплуатации, ни сразу после отделения от носителя. Ядерный заряд не даст атомного взрыва в любой нештатной ситуации. Даже если его уронить с высоты на скалы, сунуть в доменную печь, обстрелять из любого оружия, обложить взрывчаткой и взорвать, или близко сработает другой ядерный заряд. Карпенко Взрывобезопасность заряда обеспечивает система предохранения и взведения. Она исключает случайный или преждевременный подрыв заряда, взрыв из-за ложных данных, несанкционированных действий и любых нештатных причин. Она же переводит заряд в стадии все большей готовности к взрыву перед его срабатыванием. И эта система также входит в состав блока автоматики. Ядерный заряд полностью готов взорваться только непосредственно перед взрывом Для предохранения и взведения заряда в блоке автоматики используются комплексы различных коммутационных устройств. Это электромагнитные реле разных типов и электромагнитные выключатели. Они образуют сложные электрические цепи с возможностью их включения и отключения. Кроме коммутационных, есть другие устройства, входящие в широкий спектр электромеханических приборов автоматики. Не все они размещены в самом блоке автоматики. У человека глаза и осязательные рецепторы находятся на поверхности тела. А вкусовые и слуховые рецепторы, будучи внутри тела, соединены с внешней средой каналами: ротовой полостью или слуховым каналом. Мышечные рецепторы не контактируют со средой. Данные от всех рецепторов поступают в мозг, где обрабатываются с принятием решений на их основе. Очень похоже работает и система взведения. В блок автоматики, мозг ядерного заряда, стекаются данные от многих приборов и датчиков. Обрабатывая их, система взведения реализует алгоритмы повышения готовности заряда к взрыву. Так, чековые или концевые выключатели находятся на поверхности носителя ядерного заряда. Размыкаются контакты, выдергиваются чеки, и в блок автоматики поступает сигнал об отделении носителя от стартового сооружения, самолета-носителя, самоходной установки или подлодки. Другие приборы связаны со средой, в которой движется носитель, и измеряют ее параметры. Если это крылатая или баллистическая ракета, используются манометрические, барометрические или аэродинамические датчики. Первые выдают сигнал при достижении заданной разности наружного статического давления и давления в специальной емкости в приборе, сообщая о достижении заданного перепада высоты. Вторые реагируют на значение наружного статического воздушного давления.
ГЛАВА 4 Открытие деления
Она сбежала и оказалась в Швеции, но продолжала сотрудничать по почте и через встречи с Ханом в Швеции. По совпадению ее племянник Отто Роберт Фриш, тоже беженец, также был в Швеции, когда Мейтнер получила письмо от Хана, в котором описывалось его химическое доказательство того, что часть продукта бомбардировки урана нейтронами была барием атомный вес бария вдвое меньше, чем у урана. Фриш был настроен скептически, но Мейтнер считала, что Хан был слишком хорошим химиком, чтобы совершить ошибку. По словам Фриша: Это была ошибка? Нет, сказала Лиз Мейтнер; Хан был слишком хорошим химиком для этого. Но как можно было образовать барий из урана? Никаких более крупных фрагментов, чем протоны или ядра гелия альфа-частицы , никогда не отделяли от ядер, и для того, чтобы отколоть большое количество, не было достаточно энергии. Может быть, капля могла бы более постепенно разделиться на две более мелкие капли, сначала вытянувшись, затем сузившись и, наконец, разорвавшись, а не разбившись на две части?
Мы знали, что существуют сильные силы, которые будут сопротивляться такому процессу, так же как поверхностное натяжение обычной жидкой капли имеет тенденцию сопротивляться ее разделению на две меньшие. Но ядра отличались от обычных капель в одном важном отношении: они были электрически заряжены, а это, как известно, противодействовало поверхностному натяжению. Но возникла другая проблема. После разделения две капли разошлись бы друг от друга за счет их взаимного электрического отталкивания и приобрели бы высокую скорость и, следовательно, очень большую энергию, всего около 200 МэВ; откуда могла взяться эта энергия? Итак, вот источник этой энергии; все подошло! Основное открытие и химическое доказательство Отто Гана и Фрица Штрассмана того, что изотоп бария был получен нейтронной бомбардировкой урана, было опубликовано в статье в Германии в Journal. Naturwissenschaften, 6 января 1939 г.
Фундаментальную идею этого эксперимента предложил Фришу Джордж Плачек. Первая газета появилась 11 февраля, вторая - 28 февраля. Присуждение Нобелевской премии по химии 1944 года одному только Хану - давняя полемика. Четыре года спустя Бор должен был бежать в Швецию из оккупированной нацистами Дании на маленькой лодке вместе с тысячами других датских евреев в ходе крупномасштабной операции. Незадолго до отъезда Бора из Дании Фриш и Мейтнер предоставили ему свои расчеты. Розенфельд сразу же по прибытии рассказал всем в Принстонском университете, и от них новость устно распространилась среди соседних физиков, включая Энрико Ферми из Колумбийского университета. Ферми во время путешествия, чтобы получить Нобелевскую премию за свою более раннюю работу.
В результате бесед между Ферми, Джоном Р. Даннингом и Дж. Пеграмом в Колумбии были предприняты поиски мощных импульсов ионизации, которые можно было бы ожидать от летающих фрагментов ядра урана. Перед завершением встречи в Вашингтоне было начато несколько других экспериментов для подтверждения деления, и было сообщено о положительном экспериментальном подтверждении. Группа Фредерика Жолио-Кюри в Париже обнаружила, что вторичные нейтроны высвобождаются при делении урана, что делает возможной цепную реакцию. Лео Сциллард и Уолтер Зинн независимо друг от друга подтвердили, что при делении ядер урана испускаются два нейтрона. Сцилард, еврей по происхождению из Венгрии, также бежал из континентальной Европы после прихода Гитлера и в конечном итоге оказался в США.
Летом Ферми и Сцилард предложили идею ядерного реактора котла с природным ураном в качестве топлива и графитом в качестве замедлителя энергии нейтронов. В августе венгерско-еврейские беженцы Сциллард, Теллер и Вигнер убедили австрийско-еврейского беженца Эйнштейна предупредить президента Рузвельта об угрозе со стороны Германии. В письме говорилось о возможности доставки урановой бомбы по морю. Президент получил его 11 октября 1939 года, вскоре после начала Второй мировой войны. В Англии Джеймс Чедвик на основе статьи Рудольфа Пайерлса предложил атомную бомбу, использующую природный уран, с массой, необходимой для критического состояния, 30-40 тонн. В декабре Гейзенберг представил военному министерству Германии отчет о возможности урановой бомбы. В Бирмингеме, Англия, Отто Роберт Фриш объединился с Рудольфом Пайерлсом, который также бежал от немецких антиеврейских расовых законов.
Они смогли смоделировать перемещение нанопузырей ксенона различной концентрации в диоксиде урана на протяжении огромного по атомным масштабам времени — до трех микросекунд три миллиарда шагов интегрирования. Это стало возможно благодаря оптимальному использованию суперкомпьютерных мощностей и современных программных кодов. В результате подобных рекордных молекулярно-динамических расчетов удалось непосредственно пронаблюдать броуновское движение пузыря и обнаружить принципиально новый механизм диффузии.
Ранее физики полагали, что чем выше концентрация газа, тем медленнее диффузия, так как газ мешает движению диоксида на поверхности пузыря. Исследователи из МФТИ показали, что при достижении некоторой концентрации газ, благодаря высокому давлению, выталкивает атомы кристаллической решетки в междоузельные положения. Скапливаясь там, эти атомы образуют кластеры, быстро перемещающиеся вокруг пузыря.
Пузырь и кластер атомов, периодически подталкивая друг друга, двигаются существенно быстрее, чем пузырь сам по себе.
Дополнительные нейтроны стабилизируют тяжелые элементы, потому что они усиливают сильное связывание, не увеличивая протон-протонное отталкивание. В продуктах деления в среднем примерно такое же соотношение нейтронов и протонов, что и в их родительском ядре, и поэтому они обычно нестабильны, поскольку имеют пропорционально слишком много нейтронов по сравнению со стабильными изотопами аналогичной массы. Это основная причина проблемы высокоактивных радиоактивных отходов ядерных реакторов. Продукты деления, как правило, являются бета-излучателями, излучающими быстро движущиеся электроны для сохранения электрического заряда, поскольку избыточные нейтроны превращаются в протоны внутри ядра атомов продуктов деления. Наиболее распространенные виды ядерного топлива, 235U и 239Pu, сами по себе не представляют серьезной радиологической опасности: 235Период полураспада U составляет около 700 миллионов лет, и хотя 239Период полураспада Pu составляет всего около 24000 лет, он является чистым эмиттером альфа-частиц и, следовательно, не особенно опасен, если его не проглотить. После использования топливного элемента оставшийся топливный материал тщательно смешивается с высокорадиоактивными продуктами деления, которые испускают энергичные бета-частицы и гамма-лучи. У некоторых продуктов деления период полураспада составляет всего секунды; у других периоды полураспада составляют десятки тысяч лет, что требует длительного хранения в таких объектах, как гора Юкка, до тех пор, пока продукты деления не распадутся на нерадиоактивные стабильные изотопы.
Цепные реакции Многие тяжелые элементы, такие как уран, торий и плутоний, подвергаются как спонтанному делению, форме радиоактивного распада, так и индуцированное деление, форма ядерной реакции. Элементарные изотопы, которые подвергаются индуцированному делению при ударе свободным нейтроном, называются делящимися; изотопы, которые подвергаются делению при ударе теплового, медленно движущегося нейтрона, также называются делящимися. Несколько особенно делящихся и легко доступных изотопов особенно 235U и 239Pu называют ядерным топливом, потому что оно может поддерживать цепную реакцию и может быть получено в достаточно больших количествах, чтобы быть полезным. Все делящиеся и делящиеся изотопы подвергаются небольшому спонтанному делению, которое выделяет несколько свободных нейтронов в любой образец ядерного топлива. Такие нейтроны быстро выходят из топлива и становятся известными как свободные нейтроны с периодом полураспада около 15 минут, прежде чем они распадутся на протоны и бета-частицы. Однако нейтроны почти всегда сталкиваются и поглощаются другими ядрами, находящимися поблизости, задолго до того, как это происходит вновь созданные нейтроны деления движутся со скоростью примерно 7 процентов от скорости света, и даже замедленные нейтроны движутся примерно в 8 раз быстрее, чем это происходит. Некоторые нейтроны будут воздействовать на ядра топлива и вызывать дальнейшие деления, высвобождая еще больше нейтронов. Если достаточное количество ядерного топлива собрано в одном месте или если нейтроны улетучиваются в достаточной степени, то количество этих только что сгенерированных нейтронов превышает количество нейтронов, выходящих из сборки, и устойчивая цепная ядерная реакция состоится.
Сборка, которая поддерживает устойчивую цепную ядерную реакцию, называется критической сборкой или, если сборка почти полностью сделана из ядерного топлива, критической массой. Слово «критический» относится к пику в поведении дифференциального уравнения, которое определяет количество свободных нейтронов, присутствующих в топливе: если присутствует меньше критической массы, то количество нейтронов определяется радиоактивным распадом, но если если присутствует критическая масса или больше, то количество нейтронов контролируется физикой цепной реакции. Фактическая масса критическая масса ядерного топлива сильно зависит от геометрии и окружающих материалов. Не все делящиеся изотопы могут поддерживать цепную реакцию. Например, 238U, самая распространенная форма урана, расщепляется, но не расщепляется: он подвергается индуцированному делению при столкновении с энергичным нейтроном с кинетической энергией более 1 МэВ. Но слишком мало нейтронов, производимых 238Деление урана достаточно энергично, чтобы вызвать дальнейшее деление в 238U, поэтому цепная реакция с этим изотопом невозможна. Вместо этого бомбардировка 238U с медленными нейтронами заставляет его поглощать их становясь 239U и распад бета-излучением до 239Np, который затем снова распадается тем же процессом до 239Pu; этот процесс используется для производства 239Pu в реакторах-размножителях, но не участвует в цепной нейтронной реакции. Делящиеся, неделящиеся изотопы могут использоваться в качестве источника энергии деления даже без цепной реакции.
Бомбардировка 238U с быстрыми нейтронами вызывает деление, высвобождая энергию, пока присутствует внешний источник нейтронов. Этот эффект используется для увеличения энергии, выделяемой современным термоядерным оружием, путем покрытия оружия оболочкой. Реакторы деления Реакторы критического деления являются наиболее распространенным типом ядерных реакторов. В критическом реакторе деления нейтроны, образующиеся при делении атомов топлива, используются, чтобы вызвать еще большее количество делений, чтобы поддерживать контролируемое количество высвобождения энергии. Устройства, которые производят спроектированные, но несамостоятельные реакции деления, являются подкритические реакторы деления. Такие устройства используют радиоактивный распад или ускорители частиц для запуска деления. Критические реакторы деления строятся для трех основных целей, которые обычно предполагают различные инженерные компромиссы, чтобы использовать либо тепло, либо нейтроны, производимые цепной реакцией деления: Энергетические реакторы предназначены для производства тепла для ядерной энергетики либо в составе генерирующей станции, либо в местной энергосистеме, например, на атомной подводной лодке. Реакторы-размножители предназначены для массового производства ядерного топлива из более распространенных изотопов.
Более известный реактор-размножитель на быстрых нейтронах делает 239Pu ядерное топливо из очень богатых в природе 238U не ядерное топливо. Тепловые реакторы-размножители, ранее испытанные с использованием 232Че продолжают изучать и развивать. Хотя, в принципе, все реакторы деления могут работать на всех трех уровнях мощности, на практике задачи приводят к противоречивым инженерным целям, и большинство реакторов было построено с учетом только одной из вышеперечисленных задач. Есть несколько ранних контрпримеров, таких как реактор Hanford N, который в настоящее время выведен из эксплуатации. Энергетические реакторы обычно преобразуют кинетическую энергию продуктов деления в тепло, которое используется для нагрева рабочей жидкости и привода теплового двигателя, который генерирует механические или механические свойства.
Есть и другие виды. Простой металлический уран не используется, потому что плавится, трескается и т. А теперь самое важное. Что же происходит в реакторе с физической точки зрения? Есть два изотопа урана: 235 и 238. Да вы и сами же знаете, что 235 делится, а 238 нет, поэтому используют обогащенный уран с большим содержанием именно ядер урана-235. Когда 1 сторонний нейтрон попадёт в ядро урана, ядро распадётся на два случайных осколка. Кинетическая энергия этих осколков нагревает воду, что нам и необходимо. А еще вылетит в среднем 2-3 новых нейтрона, которые будут делить новые ядра урана-235. И такой процесс будет продолжаться, пока есть необходимая среда. Для наглядности вот вам картинка. Только вот есть проблема. Делений в течении времени всё больше и больше, а мощность все выше и выше. Как же не взлететь на воздух? Так вот лишние нейтроны нужно убирать из активной зоны. Для этого есть как раз стержни и борная кислота, которые имеют свойство поглощать нейтроны. Необходимо, чтобы сколько новых нейтронов появилось, только старых поглотилось или по другому, в течении времени количество нейтронов должно быть неизменно. В таком случае реактор будет находится в состоянии, которое называется критика. Его мощность будет постоянна и все будет хорошо. Кстати, еще вопрос на подумать. Какая теоретическая мощность может быть у реактора? Напишите в комментарии, что думаете. Лично для меня ответ удивителен, но вполне логичен. Теперь вроде все хорошо, только вот нейтрон необязательно может поделить ядро урана, рядом с которым он находится, есть только некая вероятность. И эта вероятность может быть слишком низкая, что не позволит работать реактору. Есть два способа это исправить. Первый способ - увеличить концентрацию урана 235 до предела, чтобы у нейтронов выбора не было куда им попадать и что делать.
Разница между ядерным делением и синтезом
Пределы деления атома: Согласно принципам квантовой механики, есть нижний предел, достигнутый в элементарных частицах, таких как кварки или лептоны. В конце 1938 года из Старого света пришла новость о том, что два немецких ученых, Отто Ган и Фриц Штрассман, открыли реакцию деления атомного ядра. Деление атомов. РУВИКИ: Интернет-энциклопедия — Деление ядра — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления.
Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
Однако правильное истолкование этого факта, именно как деление ядра урана захватившего, нейтрон, было дано в начале 1939 г. Фришем совместно с австрийским физиком Л. Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжелого ядра, поглотившего нейтрон, на две приблизительно равные части осколками деления. График зависимости удельной энергии связи от массового числа Рис. Система после деления переходит в состояние с минимальной внутренней энергией.
Ведь чем больше энергия связи ядра, тем большая энергия должна выделяться при образовании ядра и, следовательно, тем меньше внутренняя энергия образовавшейся вновь системы. При делении ядра энергия связи, приходящаяся на каждый нуклон, увеличивается на 1 МэВ и общая выделяющаяся энергия должна быть огромной — порядка 200 МэВ на ядро. Не при какой другой ядерной реакции не связанной с делением столь больших энергий не выделяется. Сопоставим эту энергию с энергией, выделяемой при сгорании топлива.
При делении 1 кг урана-235 выделится, энергия, равная. Этот расчет хорошо иллюстрирует преимущество ядерной энергетики. Непосредственные измерения энергии, выделяющейся при делении ядра урана U, подтвердили приведенные соображения и дали величину 200 МэВ. Причем большая часть этой энергии 168 МэВ приходится на кинетическую энергию осколков.
Выделяющаяся при делении ядра энергия имеет электростатическое, а не ядерное происхождение. Большая кинетическая энергия, которую имеют осколки, возникает вследствие их кулоновского отталкивания. Использование именно нейтронов для деления ядер обусловлено их электро нейтральностью.
Предыдущие результаты говорили, что после расщепления фрагменты атомных ядер начинают вращаться, когда они выбрасываются из центра. Почему они начинают вращаться — остается загадкой с тех пор, как более 80 лет назад было обнаружено ядерное деление. Пытаясь понять, почему фрагменты начинают вращаться, физики больше узнали о процессе расщепления. После того, как расщепление было обнаружено, физики начали теоретизировать, почему образуется шейка и приводит к расщеплению ядра. Кроме того, они начали задаваться вопросом: началось ли вращение фрагментов до или после разрыва. В рамках этой новой попытки исследователи провели эксперименты, показавшие, что вращение начинается после разрыва.
При попадании в другие ядра последние снова делятся с выделением уже 6-9 элементарных частиц. В процессе исследований и экспериментов Ферми, супруги Кюри, Штрассман, Фриш, Ган установили: попавший в ядро 235U нейтрон делит его в два-три раза. Вследствие распада выделяется около 200 МэВ энергии, 165 МэВ уходит на перемещение так называемых осколков, остальную с собой уносят гамма-кванты. С середины XX века начали вести работы по освобождению и обузданию этого энергетического потенциала для получения электрической энергии. Проблемы их проведения следующие. Для протекания ЦЯРД нужно несколько десятков килограмм очищенного или обогащённого 235U, иначе практически вся энергия нейтронов уходит на столкновение с ураном-238. Вторая беда — неуправляемость процессом. В области деления урана температура повышается до миллионов градусов, мгновенно испаряя все вещества вокруг.
Пытливые умы хотят знать: как он получил эти химикаты? И если бы Ричард Хэндл оставил наедине со своими собственными устройствами, он мог разделить атомы на своей кухне? Кент Хансен, почетный профессор ядерной науки и техники в Массачусетском технологическом институте, так не считает. Во-первых, по словам Тома Юинга, ученого-ядерщика из Аргоннской национальной лаборатории за пределами Чикаго, у Хэндла не было подходящего сырья. Радий не делится и не расщепляется при бомбардировке нейтронами. Чтобы заставить америций работать, вам нужен сложный ядерный реактор, а в обедненном уране содержится мало нужного количества для ядерного деления: U-235. Подавляющее большинство урана в природе - это другой вид, U-238. Никто не может сделать это на своей кухне».
Деление ядер: процесс расщепления атомного ядра. Ядерные реакции
Эти особенности деления получают своё объяснение при учёте оболочечных поправок к энергии, вычисляемой с помощью капельной модели. Соответствующий метод был предложен Струтинским в 1966 году [16]. Оболочечные эффекты выражаются в увеличении или уменьшении плотности уровней энергии ядра; они присущи как сферически симметричным, так и деформированным состояниям ядер [17]. Учёт этих эффектов усложняет зависимость энергии от параметра деформации по сравнению с капельной моделью. Для большинства ядер актиноидов в этой зависимости появляется вторая потенциальная яма, соответствующая сильной деформации ядра. Глубина этой ямы меньше глубины первой ямы соответствующей основному состоянию ядра на 2—4 МэВ [18].
В общем случае деформация делящегося ядра описывается не одним, а несколькими параметрами. В таком многопараметрическом пространстве ядро может двигаться от начального состояния к точке разрыва различными путями. Такие пути называются модами или каналами деления [19].
Например, Маленький Мальчик весил в общей сложности около четырех тонн из которых 60 кг составляло ядерное топливо и имел длину 11 футов; он также привел к взрыву, эквивалентному примерно 15 000 тонн тротила, разрушив большую часть города Хиросима. Хотя фундаментальная физика цепной реакции деления в ядерном оружии аналогична физике управляемого ядерного реактора, эти два типа устройств должны быть спроектированы совершенно по-разному. Было бы чрезвычайно сложно преобразовать ядерный реактор, чтобы вызвать настоящий ядерный взрыв хотя имели место частичные расплавления топлива и паровые взрывы , и так же трудно извлечь полезную мощность из ядерного взрывного устройства хотя по крайней мере одна ракетная двигательная установка, проект Орион , предназначался для работы путем взрыва бомб делящегося ядерного реактора за массивно обшитым автомобилем. Стратегическое значение ядерного оружия - основная причина, по которой технология ядерного деления является политически чувствительной. Жизнеспособные конструкции бомбы деления находятся в пределах возможностей одаренных студентов см.
Джона Аристотеля Филлипса , будучи невероятно простыми, но ядерное топливо для реализации этой конструкции, как считается, трудно получить, поскольку оно является редким см. Обогащение урана и ядерный топливный цикл. История В 1919 году Эрнест Резерфорд стал первым человеком, который сознательно разделил атом, бомбардируя азот естественными альфа-частицами из радиоактивного материала и наблюдая за протоном, испускаемым с энергией выше, чем альфа-частица. В 1932 году Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон, работая под руководством Резерфорда, сначала полностью искусственно расщепили ядро, используя ускоритель частиц для бомбардировки лития протонами, в результате чего образовались две альфа-частицы. Впервые изученные Энрико Ферми и его коллегами в 1934 году, они не получили должного толкования лишь несколько лет спустя. Мейтнер, австрийская еврейка, потеряла гражданство в результате аншлюса в 1938 году. Она сбежала и оказалась в Швеции, но продолжала сотрудничать по почте и через встречи с Ханом в Швеции. По совпадению ее племянник Отто Роберт Фриш, тоже беженец, также был в Швеции, когда Мейтнер получила письмо от Хана, в котором описывалось его химическое доказательство того, что часть продукта бомбардировки урана нейтронами была барием атомный вес бария вдвое меньше, чем у урана.
Фриш был настроен скептически, но Мейтнер считала, что Хан был слишком хорошим химиком, чтобы совершить ошибку. По словам Фриша: Это была ошибка? Нет, сказала Лиз Мейтнер; Хан был слишком хорошим химиком для этого. Но как можно было образовать барий из урана? Никаких более крупных фрагментов, чем протоны или ядра гелия альфа-частицы , никогда не отделяли от ядер, и для того, чтобы отколоть большое количество, не было достаточно энергии. Может быть, капля могла бы более постепенно разделиться на две более мелкие капли, сначала вытянувшись, затем сузившись и, наконец, разорвавшись, а не разбившись на две части? Мы знали, что существуют сильные силы, которые будут сопротивляться такому процессу, так же как поверхностное натяжение обычной жидкой капли имеет тенденцию сопротивляться ее разделению на две меньшие. Но ядра отличались от обычных капель в одном важном отношении: они были электрически заряжены, а это, как известно, противодействовало поверхностному натяжению.
Но возникла другая проблема. После разделения две капли разошлись бы друг от друга за счет их взаимного электрического отталкивания и приобрели бы высокую скорость и, следовательно, очень большую энергию, всего около 200 МэВ; откуда могла взяться эта энергия? Итак, вот источник этой энергии; все подошло! Основное открытие и химическое доказательство Отто Гана и Фрица Штрассмана того, что изотоп бария был получен нейтронной бомбардировкой урана, было опубликовано в статье в Германии в Journal. Naturwissenschaften, 6 января 1939 г. Фундаментальную идею этого эксперимента предложил Фришу Джордж Плачек. Первая газета появилась 11 февраля, вторая - 28 февраля. Присуждение Нобелевской премии по химии 1944 года одному только Хану - давняя полемика.
Четыре года спустя Бор должен был бежать в Швецию из оккупированной нацистами Дании на маленькой лодке вместе с тысячами других датских евреев в ходе крупномасштабной операции. Незадолго до отъезда Бора из Дании Фриш и Мейтнер предоставили ему свои расчеты. Розенфельд сразу же по прибытии рассказал всем в Принстонском университете, и от них новость устно распространилась среди соседних физиков, включая Энрико Ферми из Колумбийского университета. Ферми во время путешествия, чтобы получить Нобелевскую премию за свою более раннюю работу. В результате бесед между Ферми, Джоном Р. Даннингом и Дж. Пеграмом в Колумбии были предприняты поиски мощных импульсов ионизации, которые можно было бы ожидать от летающих фрагментов ядра урана.
Данные таблицы показывают, что каждый делящийся изотоп имеет свои преимущества. Например, в случае изотопа с наибольшим сечением для тепловых нейтронов с энергией 0,025 эВ нужно меньше топлива для достижения критической массы при использовании замедлителя нейтронов.
Поскольку наибольшее число нейтронов на один поглощенный нейтрон возникает в плутониевом реакторе на быстрых нейтронах 1 МэВ , в режиме воспроизводства лучше использовать плутоний в быстром реакторе или уран-233 в тепловом реакторе, чем уран-235 в реакторе на тепловых нейтронах. Уран-235 более предпочтителен с точки зрения простоты управления, поскольку у него больше доля запаздывающих нейтронов. Сырьевые изотопы. Имеются два сырьевых изотопа: торий-232 и уран-238, из которых получаются делящиеся изотопы уран-233 и плутоний-239. Технология использования сырьевых изотопов зависит от разных факторов, например от необходимости обогащения. Поэтому к торию необходимо добавлять обогащенный делящийся изотоп. Важное значение имеет и число новых нейтронов, приходящееся на один поглощенный нейтрон. С учетом этого фактора приходится отдать предпочтение урану-233 в случае тепловых нейтронов замедленных до энергии 0,025 эВ , поскольку при таких условиях больше число испускаемых нейтронов, а следовательно, и коэффициент преобразования — число новых делящихся ядер на одно «затраченное» делящееся ядро. Замедлитель служит для уменьшения энергии нейтронов, испускаемых в процессе деления, примерно от 1 МэВ до тепловых энергий около 0,025 эВ.
Поскольку замедление происходит главным образом в результате упругого рассеяния на ядрах неделящихся атомов, масса атомов замедлителя должна быть как можно меньше, чтобы нейтрон мог передавать им максимальную энергию. Кроме того, у атомов замедлителя должно быть мало по сравнению с сечением рассеяния сечение захвата, так как нейтрону приходится многократно сталкиваться с атомами замедлителя, прежде чем он замедляется до тепловой энергии. Наилучшим замедлителем является водород, поскольку его масса почти равна массе нейтрона и, следовательно, нейтрон при соударении с водородом теряет наибольшее количество энергии. Но обычный легкий водород слишком сильно поглощает нейтроны, а потому более подходящими замедлителями, несмотря на несколько большую массу, оказываются дейтерий тяжелый водород и тяжелая вода, так как они меньше поглощают нейтроны. Хорошим замедлителем можно считать бериллий. У углерода столь малое сечение поглощения нейтронов, что он эффективно замедляет нейтроны, хотя для замедления в нем требуется гораздо больше столкновений, чем в водороде. Среднее число N упругих столкновений, необходимое для замедления нейтрона от 1 МэВ до 0,025 эВ, при использовании водорода, дейтерия, беррилия и углерода составляет приблизительно 18, 27, 36 и 135 соответственно. Приближенный характер этих значений обусловлен тем, что из-за наличия химической энергии связи в замедлителе столкновения при энергиях ниже 0,3 эВ вряд ли могут быть упругими. При низких энергиях атомная решетка может передавать энергию нейтронам или изменять эффективную массу в столкновении, нарушая этим процесс замедления.
В качестве теплоносителей в ядерных реакторах используются вода, тяжелая вода, жидкий натрий, жидкий сплав натрия с калием NaK , гелий, диоксид углерода и такие органические жидкости, как терфенил. Эти вещества являются хорошими теплоносителями и имеют малые сечения поглощения нейтронов. Лучший из известных замедлителей — тяжелая вода. Ее характеристики близки к характеристикам обычной воды, а сечение поглощения нейтронов — меньше. Натрий является прекрасным теплоносителем, но не эффективен как замедлитель нейтронов. Поэтому его используют в реакторах на быстрых нейтронах, где при делении испускается больше нейтронов. Правда, натрий имеет ряд недостатков: в нем наводится радиоактивность, у него низкая теплоемкость, он химически активен и затвердевает при комнатной температуре.
Капельная модель деления ядра урана. Поскольку доля нейтронов в устойчивых ядрах для легких элементов меньше, получается, что при делении ядра урана один или несколько нейтронов оказываются «лишними», они покидают зону распада, и могут попасть в другие ядра урана, являясь инициаторами цепной реакции деления. В такой реакции нейтрон, попавший в ядро, вызывает его деление, в результате которого возникают новые нейтроны, которые в свою очередь также вызывают новые деления ядер, и так далее. Цепная реакция деления. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Удельная энергии связи у более легких элементов выше, а значит, ядру урана энергетически «выгодно» распасться на более легкие ядра. Этому препятствуют ядерные силы, нужен внешний возбуждающий импульс, но существует ненулевая вероятность, что в ядре начнется распад и без такого импульса. Что мы узнали? Ядра урана при бомбардировке нейтронами способны делиться на более легкие части.