§ 108 REACȚII NUCLEARE CHIMICE
Atunci când se împarte nucleul de uraniu, se eliberează doi sau trei neutroni. Acest lucru face posibilă efectuarea unei reacții în lanț a fisiunii de uraniu.
Oricare dintre neutronii emise din nucleu în timpul procesului de fisiune, la rândul lui, poate provoca fisiunea unui nucleu adiacent, care emite și neutroni. capabil să afle divizarea ulterioară. Ca rezultat, numărul de nuclee fisionabile crește foarte rapid. Se produce o reacție în lanț. O reacție în lanț nucleară este o reacție în care particulele care o provoacă (neutroni) sunt formate ca produse ale acestei reacții.
Reacția în lanț este însoțită de eliberarea unei energii enorme. Fissionul fiecărui nucleu eliberează energie de aproximativ 200 MeV. Cu o fisiune completă a tuturor nucleelor prezente în 1 g de uraniu, energia este de 2,3 · 10 4 kW. h. Aceasta este echivalentă cu energia produsă prin arderea a 3 tone de cărbune sau 2,5 tone de ulei.
Dar, pentru realizarea reacției în lanț, este imposibil să se utilizeze nuclee care se pot fisa sub influența neutronilor. Din mai multe motive, numai nucleele izotopului de uraniu cu un număr de masă de 235, adică 235 92, sunt adecvate din nucleele care apar în natură.
Izotopi de uraniu. Uraniul natural este alcătuit în principal din două izotopi: este doar 1/140 din izotopul mai abundent.
Nuclei și sunt împărțite sub influența atât a neutronilor rapizi, cât și a celor neutri. Kernelurile pot fi de asemenea împărțite numai sub influența neutronilor cu o energie mai mare de 1 MeV. Această energie este de aproximativ 60% din neutronii care apar în timpul fisiunii. Cu toate acestea, numai aproximativ un neutron din cinci produce fisiune. Neutronii rămași sunt capturați de acest izotop. care nu produce diviziune. Ca rezultat, o reacție în lanț care utilizează un izotop pur este imposibilă.
Coeficientul de multiplicare a neutronilor. Pentru cursul reacției în lanț, nu este necesar ca fiecare neutron să provoace neapărat fisiunea nucleului. Este necesar doar ca numărul mediu de neutroni eliberați într-o anumită masă de uraniu să nu scadă în timp.
Această condiție va fi îndeplinită dacă factorul de multiplicare al neutronilor k este mai mare sau egal cu unitatea. Coeficientul de multiplicare a neutronilor este raportul dintre numărul de neutroni din orice "generație" și numărul de neutroni din generația precedentă. Înlocuirea "generațiilor" este înțeleasă ca o fisiune a nucleelor, în care sunt absorbite neutronii vechii "generații" și se produc noi neutroni.
În cazul în care. atunci numărul de neutroni crește cu timpul sau rămâne constant, iar reacția în lanț continuă. Pentru k <1 число нейтронов убывает и цепная реакция невозможна.
Coeficientul de reproducere este determinat de patru fapte:
1) captarea neutronilor lenți de nuclei urmată de fisiune și captură de neutroni rapizi de nuclei și, de asemenea, cu diviziunea ulterioară;
2) captarea neutronilor de către nucleele de uraniu fără divizare;
3) captarea neutronilor prin produse de fisiune, retarder (este discutat mai departe) si elemente constructive ale instalatiei;
4) evadarea neutronilor din materialul fisionabil spre exterior. Numai primul proces este însoțit de o creștere a numărului de neutroni (în principal datorită fisiunii). Toate celelalte conduc la pierderea lor. O reacție în lanț într-un izotop pur este imposibilă, deoarece în acest caz k <1 (число нейтронов, поглощаемых ядрами без деления, больше числа нейтронов, вновь образующихся за счет деления ядер).
Pentru fluxul staționar al unei reacții în lanț, factorul de multiplicare a neutronilor trebuie să fie egal cu unitatea. Această egalitate trebuie menținută cu mare precizie. Deja la k = 1,01, va apărea aproape imediat o explozie.
Formarea plutoniului. Este importantă captarea neutră a nucleului izotopului de uraniu, care nu se realizează prin fisiune. După captare, se formează un izotop radioactiv cu un timp de înjumătățire de 23 de minute. Degradarea are loc cu emisia unui electron și antineutrin (vezi pagina 298) și apariția primului element transuraniu, neptuniu:
Neptunul este radioactiv, cu un timp de înjumătățire de aproximativ două zile. În timpul dezintegrării neptuniului se formează următorul element transuraniu: plutoniu:
Plutoniul este relativ stabil, deoarece timpul de înjumătățire este mare - aproximativ 24.000 de ani. Cea mai importantă proprietate a plutoniului este aceea că este divizată sub influența neutronilor lenți, precum și a izotopului. Prin urmare, cu ajutorul plutoniului, se poate realiza și o reacție în lanț, care este însoțită de eliberarea unei energii enorme.
Reacția în lanț a fisiunii este posibilă deoarece două sau trei neutroni sunt emise în fisiunea nucleilor. Cea mai mare parte a energiei eliberate se datorează energiei cinetice a fragmentelor de fisiune ale nucleelor.
1. Ce determină factorul de multiplicare al neutronilor!
2. Ce izotopi de uraniu sunt utilizați pentru realizarea unei reacții în lanț nucleare!
Descărcare fizică și astronomie. sarcină pentru elevul din clasa a 11-a, materiale fizice pentru clasa 11 online
Dacă aveți corecții sau sugestii pentru această lecție, scrieți-ne.
Dacă doriți să vedeți alte ajustări și dorințe pentru lecții, consultați aici - Forumul educațional.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: