Fisiunea nucleară - un proces în care un instabil (stare excitată) este împărțit în două miez (mai rar 3) un miez de masă comparabilă, denumite fragmente de fisiune. In 1939, oamenii de știință germani Hahn și Strassman au descoperit ca bombardament cu neutroni de uraniu apar elemente secundare ale sistemului periodic - Izotopii radioactivi de bariu (Z = 56), lantan (Z = 57), cripton (Z = 36), etc. . Explicarea acestui fenomen, oamenii de știință germani O.Frish L.Meytner și a sugerat că există o divizie a unui nucleu de uraniu captează un neutron, în două fragmente, cu cantitatea mare de energie este eliberată.
Studii suplimentare au arătat că reacția neutronilor de fisiune devine energetic favorabil pentru nuclee medii si grele, cu număr de masă A> 100. Instabilitatea acestor nuclee în ceea ce privește diviziunea asociată cu un mare număr de protoni conținute în ele și forțe considerabile ale repulsiei Coulomb. Prin urmare, bariera potențială care trebuie depășită atunci când se împarte un nucleu compus are o înălțime mică. Prin absorbția unui neutron, nucleul primește o energie de activare suficientă pentru a depăși bariera potențială și pentru a efectua reacția de fisiune. Cea mai probabilă în reacția de fisiune este reprezentată de fisiunea nucleului în două părți. Când raportul termic de neutroni în masă fragment de fisiune de aproximativ
3. 2. Simultan cu divizarea nucleului greu în 2 fragmente, mai multe neutroni, numiți neutroni instant, emise din nucleu. Acest lucru a servit ca bază pentru promovarea ideii unei reacții de fisiune nucleară de sine stătătoare și a utilizării fisiunii nucleilor ca sursă de energie. Nucleele fragmentului sunt supraîncărcate cu neutroni și sunt într-o stare foarte excitată. Prin urmare, ei se confruntă cu mai multe decăderi succesive și, de asemenea, emit un număr relativ mic de așa-numiții neutroni întârziate.
Energia de fisiune a nucleelor grele este eliberată în principal sub forma energiei cinetice a fragmentelor, precum și a energiei neutronilor de fisiune, a quanturilor și a altor produse de descompunere. Baza tehnologiei nucleare moderne este reacția fisiunii nucleare sub influența neutronilor.
Uraniul se găsește în natură sub forma a două izotopi: (99,3%) și (0,7%). Nuclei și sunt împărțite de neutroni de orice energie,
dar mai ales de neutronii lenți. Kernelurile sunt împărțite numai prin neutrini rapide cu energie
1 MeV. Principalul interes pentru energia nucleară este reacția fisiunii nucleare. În prezent, circa 100 de izotopi diferiți cu numere de masă de la aproximativ 90 la 145 sunt cunoscuți, care apar în urma fisiunii acestui nucleu. Două reacții de fisiune tipice ale acestui nucleu au forma:
Ca rezultat al fisiunii unui nucleu inițiat de un neutron, apar noi neutroni care pot provoca reacții de fisiune ale altor nuclee. Produsele de fisiune nucleară de uraniu-235 pot fi alți izotopi ai bariu, xenon, stronțiu, rubidiu, etc. Energia cinetică eliberată în fisiunea bază de uraniu imens - .. Aproximativ 200 MeV. O estimare a energiei care separă fisiunea nucleului se poate realiza cu ajutorul energiei specifice de legare a nucleonilor din nucleu. Energia specifică a nucleonilor în nucleele cu numărul de masă A ≈ 240 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 fisiune ale nucleului de uraniu sunt instabile, deoarece conțin un exces semnificativ de neutroni. Prin urmare, nucleul fragmentului prezintă o serie de succesiuni În consecință, numărul de protoni din nucleu crește, iar numărul de neutroni scade până când se formează un nucleu stabil. Atunci când fuzionează nucleul uraniu-235, care este cauzat de o coliziune cu un neutron, se eliberează 2 sau 3 neutroni. În condiții favorabile, aceste neutroni pot intra în alte nuclee de uraniu și pot cauza fisiunea lor. În acest stadiu vor exista deja 4 până la 9 neutroni capabili să cauzeze noi dezintegrări ale nucleelor de uraniu etc. Un astfel de proces de avalanșă se numește o reacție în lanț. Schema de dezvoltare a reacției în lanț a fisiunii nucleelor de uraniu este prezentată în figură. lanț
reacția nucleară este o reacție nucleară în care particulele care cauzează reacția sunt formate ca produse ale acestei reacții.
Pentru a implementa reacția în lanț, este necesar ca așa numitul factor de multiplicare a neutronilor să fie mai mare decât unul (k> 1). Cu alte cuvinte, în fiecare generație de neutroni ulterioare ar trebui să existe mai mult decât în cel precedent. 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. Nucleele sunt împărțite numai sub acțiunea unor neutroni rapizi cu o energie> 1 MeV. Uraniul nucleului este împărțit prin acțiunea neutronilor de orice energie, dar mai ales prin neutronii termici. Faptul este că neutronii produși în decăderea nucleelor de uraniu au viteze prea mari, iar probabilitatea de a captura neutronii lenți de către nucleele uraniului-235 este de sute de ori mai mare decât cele rapide. Cel mai bun retardator pentru neutroni este apa grea. Apa obișnuită, atunci când interacționează cu neutronii, se transformă ea însăși în apă grea. Un retardator bun este și grafitul, ale cărui nuclee nu absorb neutronii. În cazul interacțiunii elastice cu nucleele de deuteriu sau de carbon, neutronii decelerează vitezele termice.
Când fiziționează nucleul sau sub acțiunea unui neutron rapid, o medie de 2,5 neutroni cu o energie de la 0,1 MeV la 14 MeV decolează. În absența unei pierderi, o reacție în lanț s-ar putea dezvolta în uraniu natural. Dar din cauza pierderilor (captarea radiațiilor neutronice, împrăștierea inelastică, scăparea de neutroni către exterior), reacția nucleară nucleară în uraniul natural nu se poate dezvolta.
Pentru a excita reacția în lanț în uraniu natural, neutronii sunt încetinite până la neutronii termici când se ciocnesc cu nucleele ușoare (și altele). La fisiunea neutronilor termici, se eliberează o medie de 2,44 neutroni. Din cauza pierderilor, numărul de neutroni care poate provoca o fisiune ulterioară pe un neutron absorbit scade la 1,33, ceea ce permite dezvoltarea unei reacții în lanț în uraniu natural cu un moderator. Reacția în lanț nucleară se efectuează, de asemenea, pe uraniul îmbogățit. și în cel curat. În acest caz, el merge și pe neutronii rapizi.
În bombe atomice, reacția nucleară necontrolată a lanțului are loc atunci când două bucăți de uraniu-235 sunt combinate rapid, fiecare având o masă ușor sub cea critică.
Dispozitivul în care se menține reacția de fisiune nucleară controlată se numește reactor nuclear (sau atomic). Schema unui reactor nuclear pe neutroni lenți este prezentată în figură.
Reactorul nuclear pe neutronii lenți
Principala problemă la centralele nucleare este asigurarea securității totale a radiațiilor persoanelor care lucrează la centralele nucleare și prevenirea emisiilor accidentale de substanțe radioactive care se acumulează în cantități mari în miezul reactorului. La elaborarea reactoarelor nucleare, o atenție deosebită este acordată acestei probleme. Cu toate acestea, după accidentele unor centrale nucleare, în special la centrala nucleară din Pennsylvania (SUA, 1979) și la centrala nucleară de la Cernobâl (1986), problema siguranței nucleare a devenit deosebit de acută.
Împreună cu reactorul nuclear descris mai sus, care funcționează pe neutronii lenți, reactoarele care funcționează fără un moderator cu neutroni rapizi prezintă un interes deosebit. În astfel de reactoare, combustibilul nuclear este un amestec îmbogățit care conține nu mai puțin de 15% din izotop. Avantajul reactoarelor rapide cu neutroni este acela că, atunci când operează, nucleele de uraniu-238, care absorb neutronii, prin două valori consecutive Decenii sunt transformate în nuclee de plutoniu, care pot fi apoi folosite ca combustibil nuclear:
Rata de reproducere a unor astfel de reactoare este de 1,5, adică 1 kg de uraniu-235, cu până la 1,5 kg de plutoniu. În reactoarele convenționale, se formează și plutoniu, dar în cantități mult mai mici.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: