76. Цепная реакция деления.
При делении тяжелых ядер под действием нейтронов возникают новые нейтроны. Например, при каждом делении ядра урана 92U235 в среднем возникает 2.4 нейтрона. Часть этих нейтронов снова может вызвать деление ядер. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Деление ядер урана : вынужденное и спонтанное.
Вероятность
деления:
Массы
осколков, образующихся при делении
тепловыми нейтронами , не равны. Наиболее
вероятная комбинация массовых чисел –
95 и 139.
Бета-превращения
осколков деления. Образовавшиеся ядра
ксенона и стронция характеризуются
чрезмерным избытком нейтронов. Наиболее
тяжелыми стабильными изотопами этих
элементов являются
и
,
поэтому
возникшие ядра неустойчивы и испытывают
ряд последовательных бета-превращений.
Атомная бомба. Как не дать нейтронам уйти от взаимодействий? Для этого необходимо взять критическую массу вещества. Тогда реакция выйдет из под контроля. Для получения критической массы необходимо мгновенно соединить два куска вещества с массой меньше критической. После их соединения от детонации происходит термоядерный взрыв. Это принцип устройства ядерной бомбы.
В природном уране очень мало 0,7%, а остальное. На нем деление идет гораздо хуже. На каждой атомной станции есть управляющие стержни, которые поглощают нейтроны. С помощью них число нейтронов уменьшается. На медленных нейтронах реакция идет лучше, поэтому используют замедлители нейтронов. Первый ядерный реактор появился в 1942 году в Чикаго. Его изобрел Ферми. А первая атомная электростанция появилась в городе Обнинске под Москвой в 1954 году.
77. Термоядерная реакция синтеза.
Термоядерные реакции – это ядерные реакции между лёгкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких температурах. Звезды – огромные ядерные котлы,идут ядерные реакции между легкими атомами. Чем больше атом, тем больше заряд, тем больше Кулоновская сила и тем до большей энергии нужно из разогнать на дальние расстояния, чтобы подействовали ядерные силы. Наибольшая температура плавления = 3000 с чем-то по кельвину. Как там разогреть? Ионизируем атомы (остаются только ядра) и электрическим и магнитными полями разгоняем эти ядра и можно добиться высоких температур (до млн.градусов). Устройство сложное (есть Броуновское движение). Такие реакторы построены, но еще нет такого, из которого выгодно получалась энергия.
Ядерные реакции, протекающие на Солнце поддерживают его энергию. Внутри звезд протекает водородный цикл, а можно ли на Земле провести такое? Для этого нам нужны легкие ядра, где малы силы кулоновских отталкиваний и высокая температура до 10000оС. В 1950 году академик Сахаров высказал идею о том, что плазму (электрон и ядро - самостоятельны) нужно «запереть» в магнитную ловушку и поместить ее в емкость, да такую, чтобы ловушка не контактировала с ее стенками. Оптимальными являются две формы ловушек в виде «бублика» и в виде «восьмерки».
Сейчас осуществляются первые шаги по созданию промышленной установки для осуществления таких реакций:
+3,3
МэВ
+4,0
МэВ
+18,3
МэВ – наиболее чистая
Проблемами термоядерных реакций являются:
Плазма «лижет» стенки сосуда выбивая тяжелые атомы, которые ее охлаждают. Значит необходимо уменьшить контакт плазмы со стенками.
Ионы нужно разогреть до 1 млн. градусов по Цельсию, плазму ускоряют (магнитная динамика). Нужно сжимать и разжимать плазму.
Изотопы водорода проникают в стенки «сосудов» в которых проходят реакции делают их хрупкими.
С развитием мощных лазеров возникла идея облучения дейтерия и трития. Такие лазерные установки соизмеримы с футбольным полем. На атом водорода можно насадить пион. Он экранирует заряд ядра и уменьшает кулоновское отталкивание ядер.
Главные преимущества реакторов синтеза:
1) В отличие от ядерных реакций деления, реакции синтеза не производят долгоживущих радиоактивных осколков тяжелых ядер. Нет проблемы долговременного хранения радиоактивных отходов. На самом деле это не совсем так.
2) Продукты реакции не могут быть использованы в военных целях. Поэтому работы не засекречены и ведутся всем мировым научным сообществом.
3) Реактор принципиально не может войти в режим неконтролируемого нарастания мощности.
Тема2.