85. Цепная реакция деления тяжелых ядер, условия ее протекания. Методы получения радиоактивного топлива для аэс
Под цепной реакцией деления понимают деления тяжелых ядер, при воздействии на них нейтронами. Ядро урана 235:
Если оказать воздействие нейтроном то:
Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения.
Ядро урана 236 не стабильно и распадается - вылетают 2-3 нейтрона выделяется энергия Q. Первый акт реализации, первое поколение. Имеет место цепная реакция.
При одном поколении выделяется Q = 200MэВ.
Процесс цепной реакции деления характеризуют коэффициентом размножения нейтронов. Под этим коэффициентом понимают – отношение числа нейтронов в рассматриваемом поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении.
К = 1- критическое состояние – нормальный режим ядерного реактора.
K < 1- подкритическое состояние. В состоянии запуска или остановки.
К > 1 – надкритическим состоянием – ядерные боеприпасы
В процессе реакции образовавшиеся нейтроны:
Тепловые нейтроны.
Промежуточные нейтроны (резонансные).
Быстрые нейтроны.
1 и 3 – работа атомных реакторов.
Промежуточные – захватываются ядрами урана238 - образуется плутоний239 (искусствен. ядерное топливо).
Критерий деления нейтронов – кинетическая энергия.
От 10-3 до 0,5 эВ
От 0,5 до 104 эВ
От 104 до 108 эВ
Условия протекания цепной реакции деления
Уран 238 (как основное топливо) должен быть очищен от примеси, с целью уменьшения захвата нейтронов (резонансных) ядрами урана.
Если реакция планир на быстрых нейтронов, то происходит обогащение урана238 ураном235.
Если реакция планируется на тепловых нейтронах то:
А) увеличивают процент обогащения урана (более 20%).
Б) применяют замедлители – предназначен для преобразования быстрых нейтронов в тепловые. За счет отбора кинетической энергии. В качестве замедлителя выбирают вещества имеющие малую плотность. Применяют углерод в виде графита. Для уменьшения захвата нейтронов применяют чередование ядерного топлива с замедлителем. Системы называют системы гетерогенного типа, В системах где отсутствует такое чередование – системы гомогенного типа.
Для протекания реакции необходимо иметь критическую массу. Под критической массой ядерного топлива понимают минимальное количество ядерного топлива при котором начинается цепная реакция деления. Критическая масса зависит:
Геометрия системы - сферическая структура
Структуры ядерного топлива
Материал из которого изготовлен отражатель нейтронов – бериллий самый лучший
Для начала реакции нужно 47 кг урана235.
Атомные реакторы могут работать:
Используя слабо обогащенный уран с любым замедлителем на тепловых нейтронах
На сильно обогащенном уране или искусственном ядерном топливе без замедлителя