Nukleáris hasadás
Nukleáris hasadási - az a folyamat, amelyben egy instabil (gerjesztett állapot) két részre van osztva mag (ritkább 3) egy magot, a hasonló tömegű, az úgynevezett hasadási. 1939-ben, a német kutatók Hahn és Strassmann találtuk, hogy neutronbombázásával urán fordul elő másodlagos elemek a periódusos rendszer - olyan radioaktív izotópok, bárium (Z = 56), lantán (Z = 57), kripton (Z = 36), stb . magyarázva ezt a jelenséget, a német tudósok O.Frish L.Meytner, és azt javasolta, hogy van egy részlege a urán atommag befog egy neutront, két töredékek, a nagy mennyiségű energia szabadul fel.
További vizsgálatok kimutatták, hogy a reakció a hasadási neutronok válik energetikailag kedvező a közepes és nehéz magok tömeges száma A> 100. A instabilitása az ilyen magok tekintetében Division társított nagyszámú protonok a bennük tartalmazott, és jelentős erők a Coulomb-taszítás. Ezért egy kis magasságú potenciális gátat, amelyet le kell győzni a vegyületmag felosztásakor. Egy neutron elnyelésével a mag kap elegendő aktivációs energiát a potenciális gát leküzdésére és a hasadási reakció végrehajtására. A hasadási reakció legvalószínűbb a mag két részre történő hasadása. A termikus neutronokkal való hasadás esetén a töredékek tömegaránya megközelítőleg kb
3. 2. A nehéz nukleus 2 törzsbe való felosztásával párhuzamosan számos neutron, a pillanatnyi neutronok keletkeznek. Ez szolgált alapot az önfenntartó maghasadási láncreakció elképzelésének előmozdításához és a magok energiaforrásként történő hasadásához. A fragmentummagok neutronokkal vannak túlterheltek, és nagyon gerjesztett állapotban vannak. Ezért több egymást követő bomlást tapasztalnak, és viszonylag kevés ún. Késleltetett neutronokat bocsátanak ki.
A nehéz magok hasadási energiáját elsősorban a fragmensek kinetikus energiájának formájában, valamint a hasadási neutronok, kvantumok és más bomlástermékek energiájában szabadítják fel. A modern nukleáris energiatermelés alapja a magrezonancia-reakció a neutronok hatása alatt.
Az uránt a természetben két izotóp formájában találjuk meg: (99,3%) és (0,7%). A magok és minden energia semlegesítése,
de különösen lassú neutronokkal. A magokat csak a gyors neutronok osztják fel energiával
1 MeV. A nukleáris energia fő érdeke az atommaghasadás. Jelenleg körülbelül 100 különböző izotóp ismert, körülbelül 90-145 tömegszámmal, amelyek a mag maghasadásából származnak. Ennek a magnak két tipikus hasadási reakciója a következő:
A neutron által indított atom maghasadásával új neutronok keletkeznek, amelyek más magok hasadási reakcióit okozhatják. A termékek a maghasadás urán-235 izotóp lehet más bárium, xenon, stroncium, rubídium stb kinetikus energia szabadul fel a hasadási urán mag hatalmas - .. Körülbelül 200 MeV. A nucleus hasadását elválasztó energia becslése a magban lévő nukleonok specifikus kötési energiájával végezhető. A fajlagos energia a nukleonok a magoknak a tömegszámú A ≈ 240 körülbelül 7,6 MeV / u, míg a magok tömegszáma A = 90-145 fajlagos energia körülbelül egyenlő 8,5 MeV / u. Következésképpen az urán-mag felhasításakor 0,9 MeV / nukleon vagy 210 MeV urán atomra számított energia szabadul fel. Az 1 g urán összes magjának teljes hasadásával ugyanaz az energia szabadul fel, mint 3 tonna szén vagy 2,5 tonna olaj.
Az uránmag atomjának hasadási termékei instabilak, mivel jelentős mennyiségű neutronokat tartalmaznak. Ezért a töredékmagok egymást követő sorozatokat tapasztalnak # 946; -ésnap, ami eredményeképpen nő a nucleusban lévő protonok száma, és a neutronok száma csökken, amíg egy stabil magot nem alakítanak ki. Az urán-235 mag megdörzsölésekor, amelyet egy neutron ütközés okoz, két vagy három neutron szabadul fel. Kedvező körülmények között ezek a neutronok más uránmagokat is bejuthatnak, és megköti a hasadást. Ebben a szakaszban már 4-9 olyan neutron létezik, amelyek képesek az uránmagok új bomlását okozni stb. Ilyen lavina folyamat láncreakciónak nevezhető. Az ábrán az uránmagok hasadásának láncreakciójának kialakulásának diagramja látható. lánc
a nukleáris reakció olyan nukleáris reakció, amelyben a reakciót előidéző részecskék keletkeznek.
A láncreakció megvalósításához szükséges, hogy az úgynevezett neutronszorzási faktor nagyobb legyen, mint egy (k> 1). Más szavakkal, a neutronok minden további generációjában több kell, mint az előzőben. A szorzótényezőt nemcsak az egyes elemi cselekedetekben előállított neutronok száma, hanem a reakció körülményei is befolyásolják - a neutronok egy része más magok által abszorbeálódhat vagy elhagyhatja a reakciózónát. A magokat csak a gyors neutronok hatására osztják fel> 1 MeV energiával. Az uránmagokat minden energia neutronjaival, különösen termikus neutronokkal osztják el. Az a tény, hogy a neutronok bomlása során urán atommag túl sok sebesség, és az atommagok az urán-235 valószínűsége elfogása lassú neutronok százszor nagyobb, mint a leggyorsabb. A neutronok legjobb retarderje nehéz víz. A szokásos víz, ha kölcsönhatásba lép a neutronokkal, maga is nehéz vízgé válik. Jó retarder is grafit, amelynek magjai nem szívják fel a neutronokat. A deutériummal vagy szénmagokkal való elasztikus kölcsönhatás esetén a neutronok lassítják a termikus sebességeket.
A mag felbomlásakor vagy egy gyors neutron hatása alatt átlagosan 2,5 neutron 0,1 és 14 MeV közötti energiával veszik fel. Veszteség hiányában a természetes uránban láncreakció alakulhat ki. De a veszteségek (neutronok, elasztikus szétszóródás, neutron kívülről való kiszivárgása) miatt a természetes urán nukleáris láncreakciója nem fejlődhet.
A természetes urán láncreakciójának gerjesztése érdekében a neutronok lelassulnak a termikus neutronokra, amikor azok a könnyű magokkal (és másokkal) ütköznek. A termikus neutronok maghasadásával átlagosan 2,44 neutron szabadul fel. A veszteségek következtében a neutronok által elnyelt neutronok száma egy hasadási sebességet 1,33-ra csökkenti, ami lehetővé teszi a természetes urán láncreakciójának kialakulását moderátorral. A nukleáris láncreakciót urándúsított uránnal is elvégezzük. és a tiszta. Ebben az esetben gyors neutronokat is megy.
Atombombákban egy lánc ellenőrizetlen nukleáris reakciója akkor következik be, amikor két urán-235 egység gyorsan össze van kötve, amelyek mindegyikének tömege valamivel kisebb a kritikusnál.
Az a berendezés, amelyben a szabályozott maghasadási reakció fennmarad, nukleáris (vagy atomi) reaktornak nevezik. Az atomreaktor lassú neutronokra vonatkozó rendszere az ábrán látható.
Nukleáris reaktor lassú neutronokon
Az atomerőművek fő problémája az atomerőműveken dolgozó személyek teljes sugárbiztonságának biztosítása, valamint a reaktor magjában nagy mennyiségben felhalmozódó radioaktív anyagok véletlen kibocsátása megakadályozása. A nukleáris reaktorok fejlesztésekor nagy figyelmet fordítanak erre a problémára. Néhány atomerőműben, különösen a Pennsylvaniában (USA, 1979) és a csernobili atomerőműben (1986) lévő atomerőműben bekövetkezett balesetek után a nukleáris biztonság problémája különösen akutnak bizonyult.
A lassú neutronokon működő, fent leírt nukleáris reaktor mellett a gyors neutron-moderátor nélkül működő reaktorok nagy gyakorlati érdeklődést mutatnak. Ilyen reaktorokban a nukleáris üzemanyag olyan dúsított keverék, amely legalább 15% izotópot tartalmaz. A gyors neutron reaktorok előnye, hogy amikor működnek, az urán-238 magokat, amelyek elnyelik a neutronokat, két egymást követő # 946; -napok plutóniummagokká alakulnak, majd nukleáris üzemanyagként használhatók fel:
Az ilyen reaktorok reprodukciós sebessége 1,5, vagyis 1 kg urán-235-t kapunk, maximum 1,5 kg plutóniumot. A hagyományos reaktorokban plutónium keletkezik, de sokkal kisebb mennyiségben.