5 просмотров

Как происходит ядерная реакция?

При бомбардировке нейтронами ядра с тяжелыми атомами могут быть разделены на несколько осколков, образованных ядрами с более легкими атомами, с испусканием нейтронов и большим выделением энергии. Этот тип ядерной реакции называется «реакцией ядерного деления». Реакции деления, происходящие в ядерных реакторах, происходят с ядрами тяжелых атомов (U, Pu, Th…).

Работа ядерных реакторов основана на реакциях с участием нейтрона, который сталкивается с ядром.

Другими ядерными реакциями, вызванными нейтронами, являются:

  • Эластичная дисперсия, где нейтрон упруго сталкивается с ядром, теряя часть своей энергии. Чем выше массовое число ядра, с которым оно сталкивается, тем меньше его потеря энергии.
  • Неупругая дисперсия, создаваемый нейтронами высокой энергии с ядрами тяжелых элементов, радиационный захват (когда нейтрон поглощается ядром, с которым он сталкивается). Вероятность этого косвенно пропорциональна энергии нейтрона.

Упругая дисперсия играет фундаментальную роль в снижении энергии нейтронов, необходимой для увеличения числа делений в некоторых реакторах. Точно так же радиационный захват позволяет генерировать новые делящиеся изотопы.

Продукты деления радиоактивны и уступают место радиоактивным рядам, образованным несколькими нуклеидами. Непосредственные нейтроны, возникающие в момент деления ядра, называются быстро нейтроны, и испускаются с высокой энергией и очень высокой скоростью. Эти нейтроны вызывают ряд ядерных реакций, наиболее важной из которых является деление, поскольку оно уступит место цепным реакциям.Обычно число нейтронов, возникающих при делении, равно двум или трем, в зависимости от того, какое ядро ​​делится.

Статья в тему:  Чем опасен парниковый эффект для человека

Как происходит ядерная реакция?

С энергетической точки зрения, полная энергия, выделяющаяся при делении ядер под действием нейтронов, получается из кинетической энергии продуктов деления, которая составляет примерно 80 %. Остальное в основном из-за нейтронов. В среднем деление ядра тяжелого атома (U, Th, Pu…) дает очень большую энергию. Для справки: если все ядра, содержащиеся в одном грамме урана-235, начнут делиться, они будут производить постоянную мощность 1 МВт (1000 кВт) за один день.

Реакции ядерного деления с участием нейтронов не во всех ядрах происходят одинаково. Есть два разных типа:

  • Делящиеся ядра, которые способны вступать в реакции деления с нейтронами любой энергии.
  • Фертильные ядра, которые, как следует из их названия, способны производить делящиеся ядра в результате реакций захвата нейтронов; они также вступают в деление, но только с нейтронами очень высокой энергии.

Из ядер, подходящих для деления в реакторах (U, Th и Pu), воспроизводящими изотопами являются те, у которых четное число нуклонов, а делящимися — те, которые имеют нечетное число. Наиболее важными воспроизводящими изотопами являются: U-238, Pu-240 и Th-232, а наиболее важными делящимися изотопами являются U-233, U-235, Pu-239 и Pu-241.

Полная энергия, выделяемая при делении ядер, индуцированном нейтронами, получается из кинетической энергии продуктов деления.

Делительная способность ядер измеряется величиной эффективного сечения, которое они представляют для деления (чем больше эффективное сечение, тем больше возможность фикции), которое зависит от энергии нейтронов, взаимодействующих с этими ядрами. По мере снижения энергии эффективная часть увеличивается, а вместе с ней и мощность деления. По этой причине деление чаще происходит с тепловыми (медленными) нейтронами, чем с быстрыми.Таким образом, делящиеся ядра, несмотря на эти реакции с любым нейтроном, будут делиться в большем количестве, когда нейтроны являются тепловыми, тогда как воспроизводящие нейтроны, имеющие высокие пороги деления, будут делиться только с быстрыми.

Статья в тему:  Почему глобального потепления не происходит

Уран используется в качестве топлива в ядерном реакторе, будучи в естественной форме изотопами U-235 и U-238. Первый — делящийся элемент, а второй — воспроизводящий. В то время как 97% всех делений в реакторе производятся тепловыми нейтронами, U-238 может производить Pu-239 в результате реакций захвата. Этот элемент вступает в деление так же, как U-235, увеличивая долю делений. Торий, элемент, изобилующий природой, представлен как торий-232, который в результате реакций захвата производит уран-233, используемый в качестве делящегося элемента в реакторах.

Как уже указывалось, в реакциях деления, индуцированных нейтронами, новые нейтроны появляются в количестве от двух до трех в зависимости от ядра, подвергающегося делению. Затем эти нейтроны могут вызвать новые деления, что дает возможность возникновения цепной реакции.

Делительная способность ядер измеряется величиной эффективного сечения, которое они представляют для деления.

Исходя из этой концепции, ядерный реактор определяется как объект, который может инициировать, поддерживать и контролировать цепные реакции деления. Эти реакции протекают внутри активной зоны реактора, состоящей из топлива, содержащего воспроизводящие и делящиеся ядра, теплоносителя, элементов управления, конструктивных элементов и замедлителя в тепловом ядерном реакторе.

Двигаясь внутри ядра реактора, образующиеся нейтроны могут вызвать новые деления или быть захвачены составляющими материалами. Таким образом, если в данный момент внутри реактора имеется (n) нейтронов, то вследствие указанных процессов через некоторое время они полностью исчезнут, уступив место целому новому поколению нейтронов (n'), возникающих в результате делений. .Связь между нейтронами двух последовательных поколений называется коэффициентом умножения.

Статья в тему:  Почему люди говорят, что глобальное потепление — это факр

К = п '/ п

Эта связь может принимать различные формы:

Нормальная работа реактора всегда должна происходить в критических условиях, т. е. при К = 1, за исключением периодов пуска и останова, когда он должен быть подкритическим.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x