Fisiunea nucleelor grele. Spre deosebire de dezintegrare radioactivă, însoțit de emisia? - sau particule, reacție de fisiune - este procesul prin care nucleul instabil este divizat în două fragmente mari de masă comparabilă.
În 1939, oamenii de știință germani O. Hahn și F. Strassman uraniu de fisiune a fost descoperit. investigațiile continuă a început Fermi, au descoperit ca bombardamentul cu neutroni de uraniu apar elemente secundare ale sistemului periodic - izotopi de bariu radioactiv (Z = 56), kripton (Z = 36), și altele.
Uraniul se găsește în natură sub formă de doi izotopi: U 235 (99,3%) și 238 U (0,7%). Cand bombardat cu neutroni, nuclee de ambii izotopi pot fi împărțite în două fragmente. Astfel, 235 U de reacție de fisiune este cea mai intensă la lent neutronii (termică), în timp ce miezul U 238 intră în reacție de fisiune numai cu neutroni rapizi cu o energie de aproximativ 1 MeV.
Vă rugăm să rețineți că în urma fisiunii nucleare, inițiată de neutroni, există noi neutroni pot provoca fisiunea altor nuclee. Produsele de fisiune nucleară de uraniu-235 pot fi alți izotopi ai bariu, xenon, stronțiu, rubidiu, și așa mai departe. D.
Energia cinetică eliberată de fisiune a nucleului de uraniu este enorm - aproximativ 200 MeV. Effusing estimare prin împărțirea energiei nucleului se poate face cu ajutorul energiei specifice nucleonilor din nucleu. Energia specifică a nucleonilor în nuclee cu masa numarul 240 A. aproximativ 7,6 MeV / u, în timp ce în nucleele cu numere de masă A = 90-145 energie specifică este aproximativ egală cu 8.5 MeV / u. În consecință, în fisiunea nucleului de uraniu este eliberată energie aproximativ 0,9 MeV / u și 210 MeV în aproximativ un atom de uraniu. În fisiunea completă a tuturor nucleelor conținute în 1 g de uraniu, energia eliberată este aceeași ca și în arderea cărbunelui sau a 3 t 2,5 tone.
Produsele de fisiunea nucleelor de uraniu sunt instabile, deoarece acestea conțin un număr mare de neutroni în exces. Într-adevăr, raportul N / Z pentru cele mai multe nuclee grele de aproximativ 1,6 (Fig. 1) pentru nuclee cu numere de masă de 90 până la 145 se raportul de aproximativ 1,3-1,4. Prin urmare, fragmentele de bază se confruntă cu o serie de consecutive. - dezintegreaza, ca urmare a care numărul de protoni din nucleu crește și scade numărul de neutroni atât de mult până când un nucleu stabil.
In fisiunea U-235 nucleu care este cauzată de coliziunea cu un neutron, 2 sau 3 este eliberat neutroni. În condiții favorabile, acești neutroni pot lovi alte nuclee de uraniu și diviziunea cauză. În această etapă, va avea de la 4 la 9 neutroni pot determina noi dezintegrările nuclee de uraniu și t. D. Un astfel de proces avalanșă numită reacție în lanț. reacție în lanț de fisiune Conducerea uraniului este prezentată în Fig.1.
Schema de reacție în lanț.
Pentru o reacție în lanț este necesar ca așa-numitul factor de multiplicare a neutronilor mai mare decât unitatea. Cu alte cuvinte, în fiecare generație de neutroni trebuie să fie mai mare decât cea anterioară. Factorul de multiplicare este determinată nu numai de numărul de neutroni produși în fiecare act elementar, dar, de asemenea, condițiile în care are loc reacția - unele dintre neutroni pot fi absorbite de alte nuclee sau în afara zonei de reacție. Neutronii eliberați în timpul fisiunea U-235 nuclee poate provoca o fisiune a nucleelor de uraniu, care reprezintă doar 0,7% din uraniu natural. Această concentrație este insuficientă pentru a începe o reacție în lanț. Izotopul U 235 poate absorbi de asemenea neutroni, dar nu există nici o reacție în lanț.
Bine retarder este, de asemenea, grafit, a cărui miez nu absoarbe neutronii. În interacțiunea elastică cu deuteriu sau carbon nuclee neutronii sunt încetinite vitezelor termice.
Utilizarea moderatori neutronice și membrane speciale de beriliu, care reflecta neutroni, reduce masa critică la 250 g
Bombe atomice Reacția nucleară în lanț necontrolat are loc cu rapid-connect două piese 235, fiecare dintre acestea având o greutate de ușor sub valoarea critică.
Aparatul, în care reacția controlată susținută de fisiune nucleară se numește nucleară (sau atomică) reactor. Circuitul reactorului nuclear de neutroni lente este prezentat în Fig.2.
Schema dispozitivului reactor nuclear.
Zona activă este răcit cu lichid de răcire pompat, ca, care poate fi utilizată apa sau un metal cu punct de topire scăzut (de exemplu, sodiu, având un C punct de topire 98 °). În aburul generatorului transferurile purtătoare de căldură energie termică pentru apă, ceea ce face un abur de înaltă presiune. Aburul este direcționat către turbină cuplat la un generator electric. Din turbina cu abur intră într-un condensator. Pentru a preveni radiații circuitelor de răcire a scurgerilor I și II a generatorului de abur funcționează într-un ciclu închis.
Cu toate acestea, problema principală este de a se asigura că siguranța radiațiilor plin de oameni care lucrează în centralele nucleare, precum și prevenirea emisiilor accidentale de substanțe radioactive, care se acumulează în cantități mari în miezul reactorului. La proiectarea reactoarelor nucleare această problemă a primit multă atenție. Cu toate acestea, după mai multe accidente la centralele nucleare, în special în centrala nucleară din Pennsylvania (SUA, 1979) și de la Cernobîl (1986), problema siguranței energiei nucleare a devenit deosebit de acută.
În plus față de reactorul nuclear de mai sus funcționează cu neutroni lente ale marilor reactoare de interes practic fără a fi un moderator de neutroni rapizi. In astfel de reactoare, combustibilul nuclear este îmbogățit amestec care conține minimum 15% din avantajul izotop al reactoarelor amelioratorului rapid constă în aceea că, atunci când uraniu-238 nucleu, care absoarbe neutronii prin intermediul a două succesive. - rândul său, dezintegrează în miezuri de plutoniu, care pot fi apoi utilizate drept combustibil:
raportul dintre aceste reactoare de reproducție este de 1,5, adică 1 kg de uraniu 235 se obține și 1,5 kg de plutoniu. În reactoarele convenționale, plutoniu este de asemenea format, dar în cantități mult mai mici.
Primul reactor nuclear a fost construit în 1942 în Statele Unite, sub conducerea lui Enrico Fermi. În țara noastră, primul reactor a fost construit în 1946, sub conducerea lui I. V. Kurchatova.