7.Цепная реакция деления тяжёлых ядер.

Ланцюгова ядерна реакція - це процес, при якому замість одного активного елемента виникають мінімум два нових. Для підтримки ланцюгової реакції немає необхідності, щоб кожний нейтрон, що утворюється при поділі, викликав повторний поділ. Мінімальна умова полягає лише в тому, щоб при поділі кожного ядра виникав принаймні хоча б один нейтрон, який би викликав поділ такого ядра. Отримання ланцюгової ядерної реакції стало можливим з відкриттям поділу ядер урану і деяких інших важких елементів. При цьому враховувалися два важливих чинники:

1) При поділі ядра виділяється величезна енергія ≈200МеВ.

2) Поділ ядер супроводжується виникненням вторинних нейтронів (2-3 ¹₀n у кожному акті поділу). Ці вторинні нейтрони можуть за певних умов бути використані для поділу таких ядер. Ядерна реакція поділу важких ядер під дією нейтронів, внаслідок якої число нейтронів збільшується, і тому може виникнути самопідтримний процес поділу інших ядер U, називається ланцюговою ядерною реакцією. Такі реакції екзотермічні.

8.Критическая масса.

Число нейтронів, що виникають в активній зоні, пропорційно її об’єму, тоді як число нейтронів, що покидають зону, пропорційно площі її поверхні. Тому при дуже малому розмірі реактора число нейтронів, що покидають зону, буде настільки відносно великим, що ланцюговий процес не зможе протікати. Об’єм або маса реактора, при якій досягається критичний режим (k=1), зветься критичним об’ємом (або критичною масою) реактора.

Коефіцієнт розмноження нейтронів. Мінімальну умову виникнення ланцюгової реакції зручно виразити за допомогою коефіцієнта розмноження нейтронів або коефіцієнта відтворення системи, що обумовлює відношення числа нейтронів, які викликали поділ у даній ланці реакції до числа нейтронів, що викликали поділ у попередній ланці:

Якщо1 ≥ k має місце самопідтримний ланцюговий процес. Система, для якої k_n=1 називається критичною системою, у ній ланцюгова реакція йде зі сталою швидкістю.

Якщо k>1 , то система називається надкритичною; і при цьому процес розвивається в геометричній прогресії; його інтенсивність різко зростає і відбувається ядерний вибух.

Якщо k<1 , система називається підкритичною: ланцюгова реакція в ній загасає.

Розмір k для природного урану ( суміші ²³⁸U і ²³⁵U у співвідношенні 170:1) без сповільнювача нейтронів менше 1, і система при будь-яких розмірах та формі підкритична, і тому за таких умов ланцюгова ядерна реакція не може йти.

9.Энерговыделение при делении тяжёлых ядер.

Энергия, освобождающаяся при делении, может быть получена непосредственно из формулы Вайцзеккера.

Eсв(A,Z) = a₁A - a₂A^2/3 - a₃Z²/A^1/3 - a₄(A/2 - Z)²/A + a₅A^-3/4.

Предположим, что ядро с массовым числом А₁ и зарядом Z₁ делится на два одинаковых осколка с массовыми числами А₂ = А₁/2 и атомными номерами Z₂ = Z₁/2. Энергия E, освобождающаяся при делении, определяется соотношением

E = 2Eсв(A₂,Z₂) - Eсв(A₁,Z₁). f.2

Рассчитаем величину энергии, выделяющнйся при делении тяжелого ядра. Подставим в (f.2) выражения для энергий связи ядер (f.1), полагая А₁=240 и Z₁ = 90. Пренебрегая последним членом в (f.1) вследствие его малости и подставив значения параметров a₂ и a₃,получаем

При делении изменяются поверхностная энергия Еп = а₂А^2/3 и кулоновская энергия

Eк = a₃Z²/A^1/3, причем поверхностная энергия в данном примере увеличивается на 180 МэВ, а кулоновская энергия уменьшается, на 340 МэВ. Деление возможно в том случае, когда Е > 0. Используя соотношение (f.3), запишем

Отсюда получим, что деление энергетически выгодно, когда Z²/A > 17. Величина Z²/A называется параметром делимости. Энергия Е, освобождающаяся при делении, растет с увеличением Z²/A ; Z²/A = 17 для ядер в районе иттрия и циркония. Из полученных оценок видно, что деление энергетически выгодно для всех ядер с A > 90.

10.Фізичні основи роботи ядерних реакторів.Текущее состояние ядерного реактора можно охарактеризовать эффективным коэффициентом размножения нейтронов k или реактивностью ρ, которые связаны следующим соотношением:

Для этих величин характерны следующие значения:

k > 1 — цепная реакция нарастает во времени, реактор находится в надкритичном состоянии, его реактивность ρ > 0;

k < 1 — реакция затухает, реактор — подкритичен, ρ < 0;

k = 1, ρ = 0 — число делений ядер постоянно, реактор находится в стабильном критическом состоянии.

Условие критичности ядерного реактора:

, где есть доля полного числа образующихся в реакторе нейтронов, поглощённых в активной зоне реактора, или вероятность избежать нейтрону утечки из конечного объёма.

k0 — коэффициент размножения нейтронов в активной зоне бесконечно больших размеров.

Критический объём ядерного реактора — объём активной зоны реактора в критическом состоянии. Критическая масса — масса делящегося вещества реактора, находящегося в критическом состоянии.

С целью уменьшения утечки нейтронов, активной зоне придают сферическую или близкую к сферической форму, например короткого цилиндра или куба, так как эти фигуры обладают наименьшим отношением площади поверхности к объёму.

Для начала цепной реакции обычно достаточно нейтронов, рождаемых при спонтанном делении ядер урана. Возможно также использование внешнего источника нейтронов для запуска реактора, например, смеси Ra и Be, 252Cf или других веществ.

11. Реактори на повільних нейтронах,їх будова та експлуатація.Реа́ктор на тепловы́х(медленных) нейтро́нах — ядерный реактор, использующий для поддержания цепной ядерной реакции нейтроны тепловой части спектра энергии — «теплового спектра» .Активная зона реактора на тепловых нейтронах состоит из замедлителя, ядерного топлива, теплоносителя и конструкционных материалов. Большинство быстрых нейтронов в таком реакторе замедляется до тепловых энергий, а затем поглощается в активной зоне.Для уменьшения загрузки ядерного топлива в реакторах на тепловых нейтронах применяют конструкционные материалы с малым сечением радиационного захвата нейтронов. К ним относятся алюминий, магний, цирконий и др. Небольшие потери нейтронов в замедлителе и конструкционных материалах дают возможность использовать в качестве ядерного топлива для реакторов на тепловых нейтронах природный и слабообогащённый уран.Оболочки, каналы и другие части конструкции реакторов изготовляют из материалов, интенсивно поглощающих нейтроны, таких, как нержавеющая сталь. Дополнительные потери тепловых нейтронов в конструкционных материалах компенсируются использованием урана с высоким обогащением — до 10 %.

В реакторах на тепловых нейтронах весьма существенно поглощение нейтронов продуктами деления, для компенсации которого в активную зону перед началом кампании добавляют определённую массу ядерного топлива. Эта добавка увеличивается с ростом кампании и удельной мощности реактора.

12. Властивості нейтронів.Джерела нейтронів.Важнейшим св-вом нейтрона является наличие у него магнит.момента, что предоставляет широкие возможности в исследовании магнитных явлений.Спин нейтрона равен /2,(=h/(2),h=6,6260755* -постоянная Планка) .

Заряж.вращ.тела обладают магнит.моментом.Нейтнон не несёт заряда,имеет отрицат.момент.Магнитн.момент .Магн.момент нейтрона-1,9.Масса нейтрона примерно на 2,5>массы протона.Энергия вылет электронов в интервале от 0 до.,-масса атома.Распад свободного нейтрона :. Свободное дв-ние частиц опис.де Бройлем с длиной волны,р-импульс частицы. Длина волны нейтрона в см через кинет.энергию. Волновые св-ва нейтрона проявляются тем сильнее,чем ближе его длина волны к размерам с-мы, с ктр он взаимодействует, при малой энергии нейтрона.При больших энергиях преобладают корпускулярные св-ва,и нейтроны можно расм.как точечные частицы,сталкивающиеся с ядрами и даже отдельными нуклонами ядра.

Джерела нейтронів : Нейтрони утворюються у великій кількості в ядерних реакторах під час поділу ядра 235U. Поділ відбувається при захопленні нейтрона ядром, але як наслідок утворюється кілька вільних нейтронів. Цей процес називають розмноженням нейтронів.